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Theses Year : 2021

Implication of synaptic plasticity in spatial memory consolidation in mice

Rôle de la plasticité synaptique dans la consolidation de la mémoire spatiale chez la souris

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Abstract

The acquisition and expression of goal-directed behaviors is of key to elaborate behavioral adaptation in a constantly changing environment. Since long, actually since its discovery in the 1970s, sustained forms of synaptic plasticity (SP) are thought to take a great part in this learning process. However, the causality link remains to be demonstrated and the question of SP involvement in the encoding or the consolidation of memory is still opened, as most of the behavioral tests used in combination with conventional synaptic plasticity blockers intermingle learning sessions and resting periods, that do not clearly allow separating between both memory steps. In our project, we used recently described AMPAR X-linkers to immobilize GluA2containing AMPA glutamate receptors to block long term synaptic plasticity in the dorsal hippocampus of mice submitted to a delayed spatial alternation task (DSA). In DSA task, animals have to run trials in a Y-maze and chose alternatively left and right ending arms in order to find the food reward. Surprisingly, if mice could exhibit acquisition and restitution of goal-targeted behaviors, the process of memory consolidation was abolished in presence of the SP blocker. We then combined in vivo and in vitro electrophysiological studies to explore the relationship between hippocampal Sharp Wave Ripples (SPW-Rs) events and hippocampal synaptic plasticity. So far we put the evidence supporting the engagement of AMPAR mobility-dependent SP within the CA3 region into SPW-Rs mediated memory consolidation. Yet, our tool is not designed to specifically block the AMPAR mobility in a neuron type, so our results only concern the excitatory pyramidal neurons that are major in the hippocampus. Then the question about the implication of the interneurons in our results, is relevant. On that purpose, we developed (in collaboration with Daniel Choquet's team) a transgenic mouseline KI GluA2-AP, that allows us to specifically block the AMPAR mobility at the interneurons. Once the physiology and validity of this new tool were checked, we were able to perform this specific blockade in hippocampal interneurons. However, we did not observe any default of synaptic plasticity. Which is not so surprising, as AMPARs that are expressed in interneurons are not composed of GluA2 sub-units. So, the aim of the team now, is to reproduce our experiments on a new transgenic mouseline KI GluA1-AP. It will allow a better understanding on the implication of interneurons in this synaptic plasticity responsible of spatial memory consolidation. And thereby, getting deeper in our knowledge of the link between SP and spatial memory.
L'acquisition et l'expression des comportements à buts dirigés est essentiel dans l'élaboration d'une adaptation comportementale au sein d'un environnement en changement constant. Depuis la découverte de la plasticité synaptique (PS) dans les années 1970s, l'entretien et le maintien de ses différentes formes semblent largement contribuer au processus d'apprentissage. Cependant, ce lien de causalité reste encore à démontrer et la question de l'implication de la PS dans l'encodage ou la consolidation de la mémoire est toujours d'actualité. En effet la majorité des tests comportementaux utilisés en combinaison avec des bloqueurs conventionnels de PS ne permettent pas de différencier les sessions d'apprentissage des périodes de repos, et ainsi de séparer proprement les différentes étapes de mémoire. Dans notre cas, nous utilisons des bloqueurs de mobilité des récepteurs AMPA (RAMPAs) récemment décrits pour immobiliser les récepteurs AMPA glutamatergiques contenant des sous-unités GluA2, bloquant ainsi la plasticité à long terme dans l'hippocampe dorsal de souris soumises à une tâche spatiale d'alternance retardée (DSA). Dans cette tâche DSA, les animaux réalisent leurs essais dans un labyrinthe en Y et choisissent de façon alternée les extrémités des bras gauche et droite afin d'y trouver une récompense alimentaire. De façon surprenante, si nos souris sont capables de manifester l'acquisition et la restitution du comportement à but dirigé, le processus de consolidation de mémoire, lui, est aboli en présence du bloqueur de PS. Nous avons ensuite combiné des études électrophysiologiques in vivo et in vitro afin d'explorer la relation entre les événements hippocampiques de Sharp Wave Ripples (SPW-Rs) et la PS hippocampique. Jusqu'à présent, nous avons mis en évidence que la PS qui dépend de la mobilité des RAMPAs dans la région CA3 de l'hippocampe contrôle les SPW-Rs produites lors de la consolidation de la mémoire. Par ailleurs, notre outil ne nous permettant pas de bloquer la mobilité des RAMPAs de façon spécifique dans un type neuronal donné, nos observations ne sont vraies qu'aux neurones pyramidaux excitateurs majoritaires dans l'hippocampe. Il est alors naturel de questionner le rôle des interneurones dans tout ça. Nous nous sommes donc efforcés de développer une lignée transgénique (en collaboration avec l'équipe de Daniel Choquet) KI GluA2-AP, nous permettant cette spécificité de blocage aux interneurones. Après avoir testé la physiologie et la validité de notre outil, nous avons été capable de bloquer la mobilité des RAMPAs spécifiquement dans les interneurones de l'hippocampe. Cependant, nous n'avons pas observé de défaut de plasticité avec cet outil. Le problème étant que les RAMPAs présents aux interneurones ne sont majoritairement pas composés de sous-unités GluA2. L'objectif du laboratoire maintenant est de reproduire nos expériences sur une nouvelle lignée transgénique KI GluA1-AP. Ce qui nous permettra de mieux comprendre le rôle des interneurones dans cette plasticité synaptique qui régit la consolidation de la mémoire spatiale ; et ainsi, d’approfondir nos connaissances sur le lien entre PS et mémoire spatiale.
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tel-03483881 , version 1 (16-12-2021)

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  • HAL Id : tel-03483881 , version 1

Cite

Urielle François. Rôle de la plasticité synaptique dans la consolidation de la mémoire spatiale chez la souris. Neurosciences. Université de Bordeaux, 2021. Français. ⟨NNT : 2021BORD0213⟩. ⟨tel-03483881⟩
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