Contribution à l'étude des conséquences de l'épilepsie sur le développement cérébral et l'activité des cellules microgliales

Epilepsy is a neurological disease affecting some 50 million people worldwide. It is characterized by recurrent seizures due to the synchronous and spontaneous overexcitation of neuronal populations in the brain. Seizures vary widely in nature, and symptoms dependon the area of the brain affected and its extent. The term ‘epileptic disorders’ is accordingly preferred. These can have many causes, including both genetic (e.g. Dravet syndrome, a rare infantile epilepsy caused in 80% of cases by the heterozygous mutation of the SCN1A gene), and environmental (e.g. after poisoning with organophosphates, compounds present in pesticides and neurotoxic warfare agents). Whether for Dravet syndrome or organophosphate poisoning, current treatments do not enable optimal control of seizures. A better understanding of the pathophysiology of these different forms of epilepsy is thus needed to find new therapeutic targets and new anticonvulsants. Microglial cells are the resident macrophages in the brain. These cells have many functions, which can vary depending on the maturity of the brain. The microglia are the guardians of cerebral homeostasis, continuously ensuring the proper functioning of neurons. They are immune cells able to modulate their activity according to the dangers they detect. In addition, microglia have a special role in synaptic plasticity and the modulation of neuronal excitability. These different roles have prompted numerous hypotheses on the involvement of these cells in the pathophysiology of epileptic disorders. In some, microglia are harmful for the excitability of neurons, through their activation and the chronic secretion of proinflammatory cytokines. Others lend them a beneficial role, with microglia buffering neuronal hyperexcitability and thus decreasing the frequency of seizures. The objective of my PhD work was to study the mechanisms of epileptogenesis involving microglial cells in order to identify new therapeutic targets. I developed two models of epilepsy in zebrafish, a genetic model of Dravet syndrome and a model of organophosphate poisoning. These enabled me to study the modifications of the central nervous system during epileptogenesis. I specifically demonstrated an excitatory/inhibitory imbalance toward excitation that could trigger epileptic seizures. Using the Dravet model, I also successfully characterized the morphological, behavioral and molecular changes of microglial cells after seizures. This work improves our understanding of the consequences of epileptic seizures in the brain and helps pave the way for the discovery of new therapeutic targets to treat different forms of epilepsy.L'épilepsie est une maladie neurologique qui touche plus de 50 millions de personnes dans le monde. Elle se caractérise par des crises récurrentes dues à la surexcitation synchrone et spontanée de populations neuronales du cerveau. Les crises sont de nature très variable et les symptômes dépendent de la zone du cerveau touchée et de son étendue. Le terme «troubles épileptiques» est par conséquent préféré. Ceux-ci peuvent avoir de nombreuses causes, soient génétiques (par exemple, le syndrome de Dravet, une épilepsie infantile rare, provoquée dans 80% des cas par la mutation hétérozygote du gène SCN1A), soient environnementales (par exemple, après un empoisonnement aux organophosphorés, des composés présents dans les pesticides et les agents de guerre neurotoxiques). Dans les deux cas, les traitements actuels ne permettent pas un contrôle optimal des crises. Une meilleure compréhension de la physiopathologie de ces différentes formes d'épilepsie est donc nécessaire pour trouver de nouvelles cibles thérapeutiques et de nouveaux anticonvulsivants. Les cellules microgliales, les macrophages résidents du cerveau ont de nombreuses fonctions qui varient en fonction de la maturité du cerveau. Les microglies sont les gardiennes de l'homéostasie cérébrale, assurant en permanence le bon fonctionnement des neurones. Ce sont des cellules immunitaires capables de moduler leur activité en fonction des dangers qu'elles détectent. De plus, elles ont un rôle particulier dans la plasticité synaptique et la modulation de l'excitabilité neuronale. Ces différents rôles ont suscité de nombreuses hypothèses sur l'implication de ces cellules dans la physiopathologie des troubles épileptiques. Pour certaines, les microglies sont nocives pour l'excitabilité des neurones, par leur activation et la sécrétion chronique de cytokines pro-inflammatoires. Pour d'autres, elles ont un rôle bénéfique, la microglie tamponnant l'hyperexcitabilité neuronale et diminuant ainsi la fréquence des crises. L'objectif de mon travail de thèse était d'étudier les mécanismes de l'épileptogenèse impliquant les cellules microgliales afin d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. J'ai développé deux modèles d'épilepsie chez le poisson zèbre, un modèle génétique du syndrome de Dravet et un modèle d'empoisonnement aux organophosphorés. Ceux-ci m'ont permis d'étudier les modifications du système nerveux central au cours de l'épileptogenèse. J'ai ainsi montré un déséquilibre de la balance excitateur/inhibiteur vers l'excitation qui pourrait déclencher des crises d'épilepsie. En utilisant le modèle de Dravet, j'ai également caractérisé les changements morphologiques, comportementaux et moléculaires des cellules microgliales après des crises. Ces travaux améliorent notre compréhension des conséquences des crises d'épilepsie dans le cerveau et contribuent à ouvrir la voie à la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques pour traiter différentes formes d'épilepsie