Développement du réseau locomoteur spinal au cours de la métamorphose de l'amphibien Xenopus laevis : coordinations propriospinales, influences vestibulaires et commande mésencéphalique

Anna Beyeler

Description

Sous la direction de Didier le Ray
Thèse soutenue le 11 décembre 2009: Bordeaux 1
Au cours de la métamorphose, les amphibiens subissent une réorganisation complète de leur anatomie et de leur physiologie. Chez Xenopus laevis le système locomoteur est un des plus affecté au cours de cette phase développementale, l’animal passant d’une nage ondulatoire à une nage appendiculaire. Cette transformation du mode locomoteur implique une réorganisation du réseau locomoteur central. Dans une première étude, nous avons mis en évidence que les muscles axiaux s’activent de manière bilatéralement alternée chez le têtard alors que les muscles équivalents chez l’adulte s’activent de manière synchrone au cours de la nage. Nous avons montré que ce nouveau patron d’activation musculaire, accompagné d’une synchronisation avec les muscles appendiculaires extenseurs, reposent principalement sur la mise en place de nouvelles projections propriospinales lombo-thoraciques. Ces résultats suggèrent l’existence d’un contrôle postural proactif au cours de la locomotion, reposant directement sur le CPG des membres postérieurs. Dans une deuxième étude, nous nous sommes intéressés à l’influence d’un déséquilibre des afférences vestibulaires sur le développement du réseau locomoteur spinal au cours de la métamorphose. Pour cela nous avons réalisé une suppression unilatérale des organes vestibulaires avant ou après la métamorphose. Dans les deux cas, cette lésion aigue génère d’importants troubles locomoteurs et posturaux. Nous avons montré que la lésion chronique au cours de la métamorphose entraîne une modification ipsi-lésionnelle du développement du réseau locomoteur lombo-thoracique, de manière concomitante à une compensation comportementale. De façon intéressante, cette plasticité développementale ainsi que la compensation des troubles locomoteurs sont absentes chez les animaux lésés au stade adulte. Ces résultats suggèrent que les informations sensorielles sont un facteur déterminant pour le développement du réseau locomoteur spinal. Enfin, dans une troisième étude, nous avons analysé le développement du réseau locomoteur supra-spinal et en particulier les propriétés de déclenchement et de contrôle de la région locomotrice mésencéphalique (MLR). Nous avons mis en évidence l’existence fonctionnelle des deux noyaux de cette structure, le noyau pédonculopontin (PPN) et le noyau latérodorsal du tegmentum (LDT) tout au long de la métamorphose du xénope, ainsi qu’une fréquence d’activation optimale de 10-20 Hz pour le PPN.
-Locomotion
-Moelle épinière
-Réseaux de neurones
-Développement
-Interaction sensorimotrice
-Hémilabyrinthectomie
-Commande motrice
-Xenopus laevis
-Métamorphose
Throughout the course of metamorphosis, amphibians undergo a complete anatomical and physiological reorganization. In Xenopus laevis, the locomotor system is one of the most affected during this developmental phase where the animal passes from undulatory swimming to limb-based propulsion. This transformation implies a parallel reorganization of the central locomotor network. In an initial study we showed that axial muscles which are activated in bilateral alternation in tadpoles mature to dorsal muscles that are synchronously active during adult locomotion. We found that this new pattern, accompanied by coordination of dorsal and hindlimb muscle activities, is principally sustained by the development of new propriospinal lumbo-thoracic projections, suggesting proactive postural control coming from the hindlimb CPG during ongoing locomotion. In a second study, we examined the influence of disequilibrium in vestibular inputs on the metamorphic development of the spinal locomotor network. To induce this sensory asymmetry we performed unilateral removal of vestibular end organs either before or after metamorphosis. Acutely, in both cases, the lesion induced dramatic postural and locomotor changes. Chronically, the lesion altered the metamorphic development of the lumbo-thoracic network on the lesioned side, concomitantly with compensation for locomotor defects. Interestingly, animals lesioned after metamorphosis neither compensated nor expressed this developmental spinal plasticity. Altogether, these results suggest that descending sensory inputs are crucial cues for the development of the spinal locomotor network. Finally, we studied the metamorphic development of the supra-spinal network, focusing our attention on the locomotor triggering and control properties of the mesencephalic locomotor region (MLR). We showed that both subparts of this structure, the laterodorsal tegmentum (LDT) and the pedunculopontine (PPN) nuclei, are present and functional during the entire period of metamorphosis and that the PPN has an optimal activation frequency of 10-20 Hz.
-locomotion
-spinal cord
-neural network
-development
-sensorimotor interaction
-hemilabyrinthectomy
-motor command
-Xenopus laevis
-metamorphosis
Source: http://www.theses.fr/2009BOR13951/document

Sujets

• Moelle épinière
• Réseau de neurones artificiel
• Développement
• Xenopus laevis

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 207
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 11 Mo

Extrait

N° d’ordre 3951

THÈSE DE L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1
ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES DE LA VIE ET DE LA SANTÉ

Présentée par Anna Beyeler
Pour obtenir le grade de Docteur
Spécialité Neurosciences



DÉVELOPPEMENT DU RÉSEAU LOCOMOTEUR SPINAL AU COURS
DE LA MÉTAMORPHOSE DE L’AMPHIBIEN XENOPUS LAEVIS :
COORDINATIONS PROPRIOSPINALES, INFLUENCES VESTIBULAIRES
ET COMMANDE MÉSENCÉPHALIQUE





Soutenue le 11 décembre 2009

Après avis demandé à messieurs:
Réjean Dubuc Professeur Université de Montréal, Canada Rapporteur
Nicolas Vibert CR CNRS Université de Poitiers, France

Devant la commission d’examen formée de messieurs:
Jean-Marie Cabelguen Professeur Université Bordeaux 1, France Président
Daniel Cattaert DR CNRS Université Bordeaux 1, France Examinateur
Réjean Dubuc Professeur Université de Montréal, Canada Rapporteur
Didier Le Ray CR CNRS Université Bordeaux 1, France Directeur
Hans Straka DR CNRS Université Paris V, France Examinateur
Nicolas Vibert CR CNRS Université de Poitiers, France Rapporteur















« Avec le muscle pour seul instrument, bouger les choses représente
tout ce que le genre humain peut faire, que ce soit chuchoter une syllabe
ou abattre une forêt... »




Sir Charles Scott Sherrington (1857-1952)
Prix Nobel de Médecine 1922

REMERCIEMENTS

Ce travail de thèse a vu le jour au sein de l’UMR CNRS 5543 « Physiologie et
physiopathologie de la signalisation cellulaire » dirigée par le Professeur Bernard
Bioulac à qui j’adresse toute ma reconnaissance pour m’avoir accueillie dans son
laboratoire. Quelques mois après mon arrivée, le Docteur Jean-René Cazalets
reprenait la tête du laboratoire qui devint alors l’UMR CNRS 5227 « Mouvement
Adaptation Cognition ». Je tiens expressément à le remercier de m’avoir
accompagnée et soutenue tout au long de cette thèse.

Je suis profondément reconnaissante au Professeur Réjean Dubuc et au Docteur
Nicolas Vibert de m’avoir fait l’honneur de porter leur jugement expert sur ce travail.
Je remercie le Professeur Jean-Marie Cabelguen d’avoir accepté de présider mon
jury de thèse et d’avoir enrichi mes connaissances en neurosciences lors des cours
de master et à chacune de nos rencontres. Merci également aux Professeurs Hans
Straka et Daniel Cattaert pour avoir consacré un peu de leur temps précieux à
l’évaluation de ce travail.

Je tiens à remercier chaleureusement Didier Le Ray qui m’a fait confiance dès le
premier jour. Merci Didier pour avoir été l’instigateur de ce projet qui m’a animé
pendant trois ans, pour m’avoir initié à différentes techniques d’électrophysiologie et
enfin pour avoir été une oreille attentive à chaque nouvelle problématique.

Ce travail de thèse est né au sein d’une niche scientifique constituée de l’ensemble
des membres de l’équipe de Neurophysiologie Adaptative des Systèmes Moteurs
(NASM) chapeautée par John Simmers. Un grand merci à tous les membres du
NASM pour avoir fait de ces trois dernières années un moment très agréable. Denis,
cher collègue Xénopien, merci pour tous les petits services rendus et ton soutien lors
des pénuries d’animaux. Didier, merci pour ta bienveillance, ton sourire complice et
tes conseils. Romuald, merci pour ta rigueur et ton enthousiasme pour ton projet. Je
te remercie tout particulièrement pour ton initiation au métier d’enseignant ; j’ai
beaucoup appris en t’observant avec les étudiants et j’ai découvert une réelle
passion pour la transmission des connaissances. Morgane, merci pour ta bonne
humeur permanente et ta générosité. Merci également pour la qualité de notre
collaboration lors des enseignements de méthodologie.

Aude et Aurore, chères collègues du bureau des 3A, merci d’avoir partagé vos états
d’âmes, mes coups de blues et de nombreuses rigolades au cours de mes deux
premières années de thèse. Aurore, tu es maintenant à près de dix mille kilomètres
de nous mais qui sait, peut être que d’ici peu je ne serais plus si loin. Ma chère
Aude, ta carrière et ta vie semblent se développer à merveille. J’espère avoir de tes
nouvelles tout au long de celles-ci. Géraldine, ton écoute et tes délicates attentions
font que cette dernière année de thèse restera pleine de bons souvenirs. Laurent
3(Ladépêche), notre collaboration de quelques mois était un réel plaisir. J’ai été ravie
de pouvoir partager mon travail avec un étudiant aussi motivé et curieux et je te
souhaite le meilleur pour la thèse que tu entames cette année.

Marie-Jeanne, bien que nous ayons eu peu d’occasions de travailler ensemble,
merci de m’avoir guidée au cours de mes expériences de neuroanatomie. Je
remercie également Lionel Para-Iglesias de s’être occupé de mes petites bestioles
sans oublier Anne Fayoux qui a été une remplaçante remarquable lorsqu’il le fallait.
Un immense merci à Laura Cardoit, pour la qualité et l’efficacité inégalables de son
travail qui m’ont permis de réaliser les projets d’histochimie de la dernière partie de
ma thèse.

Je tiens également à remercier Sandrine Bertrand qui a plusieurs fois trouvé une
solution lorsque j’étais en panne. Merci également à Jérôme Baufreton pour sa
compréhension de mes soucis d’osmomètre. Enfin, merci à François Lambert pour
son initiation à la découverte de l’appareil labyrinthique du Xénope et de Paris VI.

Je souhaite également transmettre ma sincère gratitude et ma reconnaissance à
l’ensemble des membres du laboratoire pour leur convivialité et leur bonne
humeur communicative, avec une pensée spéciale pour Geneviève Gaurier qui a su
égayer certaines de mes journées par de délicates attentions. Une pensée
également pour Jean-Charles Ceccato qui a débuté sa thèse au laboratoire en
même temps que moi et qui a joué un rôle important durant les premiers mois.

Je tiens à remercier l’État français pour m’avoir financé au cours de ces trois années
de thèse par l’intermédiaire du ministère de l’Enseignement supérieur et de la
Recherche, mais également pour m’avoir soutenue financièrement au cours de mes
cinq premières années universitaires par l’intermédiaire du CROUS (Centre Régional
des Œuvres Universitaires et Scolaires). Je souhaite également remercier l’ENI-net
(European Neuroscience Institutes network) qui m’a permis de présenter mes
travaux lors de conférences internationales et de rencontrer des neuroscientifiques
de tous horizons.

Enfin, je voudrais remercier l’ensemble des personnes qui m’ont soutenue durant ces
trois dernières années. Je resterai brève afin d’éviter d’écrire un chapitre entier.
Merci à toute ma famille allant de mes plus petits frères à mes plus anciens parents,
à Michele, à mes amies de toujours Amélie, Marion et Aurélie et à la famille
Leinekugel. Votre compagnie et vos conseils en tous genres m’ont beaucoup aidée.
Un clin d’œil à Aurore et Mathieu et merci à Delphine pour nos déjeuners ensoleillés.
4RÉSUMÉ
.
Au cours de la métamorphose, les amphibiens subissent une réorganisation
complète de leur anatomie et de leur physiologie. Chez le Xénope, amphibien de
l’ordre des anoures, le système locomoteur se transforme radicalement, l’animal
passant d’une nage ondulatoire à une nage appendiculaire. La métamorphose du
mode locomoteur implique des modifications morphologiques, mais également une
réorganisation du réseau locomoteur central que nous avons explorée à l’aide
d’analyses cinématiques, électrophysiologiques in vivo et in vitro, ainsi que
neuroanatomiques.
Nous avons mis en évidence une maturation progressive du patron locomoteur des
muscles dorsaux au cours de la métamorphose. Alterné de manière bilatér