Physiological inputs to cerebrospinal fluid-contacting neurons

par Urs Lucas Böhm

Thèse de doctorat en Neuroscience

Sous la direction de Claire Wyart.

Soutenue le 16-09-2016

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris) , en partenariat avec Institut du Cerveau et de la Moëlle Epinière (laboratoire) .

Le jury était composé de Kristin Tessmar-Raible, Ruben Portugues, Pascal Martin.

  • Titre traduit

    Apports physiologiques des neurones au contact du liquide céphalorachidien


  • Résumé

    Les neurones au contact du liquide céphalorachidien (CSF-cNs) sont des cellules ciliées présentes tout autour du canal central de la moelle épinière. Ces cellules sont GABAergiques, déploient une brosse de microvillosités à l'intérieur de la lumière du canal et sont caractérisées par une expression du canal ionique Pkd2l1. Ceci les désigne comme de potentielles cellules sensorielles. Il a été montré que les CSF-cNs peuvent moduler la locomotion et qu'elles réagissent aux variations de pH in vitro. Cependant les modalités sensorielles transmises par ces cellules et leur implication dans la fonction locomotrice nous échappent encore. Dans ma thèse, j'étudie la fonction sensorielle des CSF-cNs dans la moelle épinière de la larve de poisson zèbre. En combinant le relargage de proton et l'imagerie pH avec l'imagerie calcique, nous avons pu montrer que les CSF-cNs répondent à des pics d'acidification in vivo et que cette réponse persiste dans des mutants pkd2l1. Nous démontrons également que les CSF-cNs ne sont pas activés de façon coordonnée lors de la locomotion fictive. Les mouvements actifs ou passifs de la queue conduisent toutefois à l'activation spécifique des CSF-cNs ipsilatérales de la contraction musculaire. Ces observations suggèrent que les CSF-cNs sont recrutées par une stimulation mécanique. Les mutants pkd2l1 ont montré une diminution de la réponse à la flexion active et passive de la queue et une diminution de la fréquence de battement de la queue. Dans son ensemble, le travail présenté ici met donc en évidence que les CSF-cNs répondent aux variations de pH in vivo et révèle leur rôle d'organe mécanosensoriel permettant la modulation du réseau locomoteur spinal.


  • Résumé

    Cerebrospinal fluid-contacting neurons (CSF-cNs) are ciliated cells surrounding the central canal. These cells are GABAergic, extend a brush of microvilli into the lumen and are specified by the expression of the transient receptor potential ion channel Pkd2l1. The atypical morphology of CSF-cNs and their location make them candidates for sensory cells. It has been shown that CSF-cNs modulate locomotion by projecting onto the locomotor central pattern generators (CPGs) and that CSF-cNs can react to changes of pH in vitro, but the sensory modality these cells convey to spinal circuits and their relevance to locomotion remain elusive. In my thesis I investigate the sensory function of CSF-cNs in the zebrafish larva spinal cord. By combining proton uncaging together with pH imaging and calcium imaging, we could show that CSF-cNs respond to pulses of acidification in vivo and that this response persists in pkd2l1 mutants. Using genetically encoded calcium sensors we showed that CSF-cNs are not coordinately activated during fictive locomotion. Active or passive tail movement, however, led to CSF-cN activation restrained to cells ipsilateral to muscle contraction. These observations suggest that CSF-cNs are recruited by ipsilateral muscle contraction and/or tail torsion. Pkd2l1 mutants showed a decreased response to active and passive bending of the tail and a subtle but consistent decrease of tail-beat frequency was observed in the startle response. Altogether, the presented work shows evidence that CSF-cNs respond to changes in CSF pH and reveals that CSF-cNs constitute a mechanosensory organ which operates during locomotion to modulate spinal CPGs.


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