Soutenance de thèse de Dorian CHABBERT

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Neurosciences
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Tshz3,cortex,striatum,interneurones cholinergiques,troubles du spectre autistique,électrophysiologie
Keywords
Tshz3,cortex (layer V),dorsal striatum,cholinergics interneurons,Autistic spectrum disorders,electrophysiology
Titre de thèse
Conséquences de la délétion conditionnelle du gène Tshz3 dans la circuiterie cortico-striée : implications dans les troubles du spectre autistique
Consequences of conditional Tshz3 deletion in corticostriatal circuitry: implication in autism spectrum disorder
Date
Lundi 25 Septembre 2017 à 14:00
Adresse
IBDM-Institut de Biologie du Développement de Marseille Faculté des Sciences De Luminy-Case 907 163, Avenue de Luminy 13288 Marseille Cedex 09
Amphithéâtre 12
Jury
Directeur de these Paolo GUBELLINI IBDM-CNRS UMR7288
Examinateur Elodie FINO Grenoble Institute of Neuroscience-Inserm U1216
Rapporteur Jérôme BAUFRETON Institut des Maladie Neurodégénératives-CNRS UMR 5293
Examinateur Jean-Luc GAIARSA INMED-Inserm UMR901
Rapporteur Federica BERTASO IGF - Institut de Génomique Fonctionnelle - UMR 5203

Résumé de la thèse

Résumé Depuis les stades précoces du développement jusqu’à l’âge adulte, TSHZ3, un facteur de transcription à doigt de zinc, est fortement exprimé dans les neurones pyramidaux (PNs) du cortex. Les PNs de la couche V constituent le cœur du circuit cortico-strié en contactant les neurones épineux moyen (MSNs) du striatum. A ce niveau, l’expression de TSHZ3 n’est pas retrouvée dans les MSNs mais dans les interneurones cholinergiques (CINs), des acteurs clés dans les fonctions du circuit. De récentes données cliniques issues d'une étude collaborative de l'équipe font le lien entre une délétion hétérozygote du gène TSHZ3 et les symptômes caractéristiques des troubles du spectre autistique (TSA). Cette même étude rapporte que des souris Tshz3+/lacZ présentent un dysfonctionnement de la circuiterie corticostriée associée aux comportements clés des TSA (Caubit et al., Nat Genet 2016). De façon à approfondir les connaissances sur les conséquences de la perte de TSHZ3 dans la circuiterie cortico-striée, nous avons caractérisé de deux modèles murins de délétion conditionnelle de Tshz3 développés à l’IBDM. Dans ces modèles, Tshz3 est perdu : soit dans les neurones de projections à partir de la période post-natale (souris Tshz3-pnCxKO), soit dans les neurones cholinergiques à partir de la période embryonnaire (souris Tshz3-ChATCre). Chez les souris Tshz3-pnCxKO, nous avons confirmé la perte de TSHZ3 dans les PNs sans que cela n’affecte leur nombre et leurs projections. Nos données électrophysiologiques révèlent une moindre excitabilité des PNs de la couche V, ainsi qu’une diminution de la probabilité de libération du glutamate par leurs afférences. Les mêmes animaux montrent une profonde altération de la synapse cortico-striée, à savoir une diminution de la probabilité de libérer du glutamate, des changements au niveau des récepteurs NMDA et AMPA sur les MSNs, ainsi qu’une perte de la dépression à long terme (LTD). En parallèle, nous avons montré que TSHZ3 est exprimé par la quasi-totalité des CINs du striatum, alors qu’il est peu ou pas exprimé dans les principaux noyaux cholinergiques de l’encéphale. Chez les souris Tshz3-ChATCre, nous avons confirmé la perte de TSHZ3 dans les CINs sans que cela n’affecte leur nombre. De façon intéressante, nous avons montré que la perte de Tshz3 affecte les propriétés membranaires et de décharge d’une sous population de CINs. Ces changements fonctionnels suggèrent fortement que TSHZ3 joue un rôle clé dans le développement postnatal des PNs du cortex, de la voie cortico-striée et des CINs, et que ces altérations pourraient être impliquées dans l’apparition de TSA.

Thesis resume

Abstract The zinc-finger transcription factor TSHZ3 is highly expressed by cortical projection neurons from embryonic stages to adulthood, including layer V pyramidal neurons (PNs) that project to the striatum. There, TSHZ3 is expressed by cholinergic interneurons (CINs) but not by the main striatal neuronal population, i.e. the medium spiny neurons (MSNs) that are the main targets of cortical projections. Interestingly, recent clinical evidences from a collaborative study involving the team link heterozygous TSHZ3 gene deletion to autism spectrum disorder (ASD). Moreover, Tshz3+/lacZ mice display functional changes at corticostriatal synapse and ASD-relevant behavior (Caubit et al., Nat Genet 2016). In order to provide further insights on the consequences of TSHZ3 loss in the corticostriatal circuitry, we developed and started to characterize two conditional knock-out mouse models in which its expression is lost either in projection neurons at early postnatal stage (Tshz3-pnCxKO) or in cholinergic cells beginning at embryonic stage (Tshz3-ChATCre). In Tshz3-pnCxKO mice, we confirmed that TSHZ3 expression is lost in glutamatergic PNs from postnatal day 2 onwards without altering their number and the morphology of the corticostriatal pathway. Our electrophysiological study revealed that layer V PNs are less excitable and that glutamate release probability from their afferents is decreased. We also found significant changes at corticostriatal synapses, i.e. decreased probability of glutamate release, changes at the level of MSN's NMDA and AMPA receptors and loss of long-term depression (LTD). In parallel, we found that Tshz3 is expressed in the striatum by almost all CINs, while it is little or no expressed in the other main cholinergic nuclei of the brain. In Tshz3-ChATCre mice, whe showed that the loss of TSHZ3 expression in the striatum does not alter the number of CINs, but impacts membrane properties and spontaneous firing pattern of a subpopulation of them. These functional changes strongly suggest that TSHZ3 plays a key role in the postnatal development of cortical PNs, of the corticostriatal pathway and of CINs, supporting its implication in ASD.