Les stratégies de remplacement à base de nicotine sous la forme de patchs ou de cigarettes électroniques sont considérées comme étant une bonne alternative à la cigarette. Chez les femmes enceintes, il est connu que la nicotine peut traverser la barrière placentaire. Une exposition prénatale à la nicotine (EPN) peut provoquer des déficits sensoriels et moteurs chez l'enfant. Chez le rongeur, des études ont montré que l'EPN est responsable de perturbations similaires à celles observées chez les enfants dont la mère fumait pendant la grossesse. Par exemple, des perturbations motrices et une hyperactivité sont observées dans la descendance chez le rongeur après une EPN. Ces résultats suggèrent qu'une partie des effets indésirables de la nicotine sur le développement résultent d'une perturbation chronique de la signalisation cholinergique.

La signalisation nicotinique joue un rôle essentiel dans le développement embryonnaire de la moelle épinière (ME). Cette signalisation est requise pour la genèse de l'activité spontanée neuronale (ASN) qui est déclenchée entre le 11ème et le 14ème jour de gestation chez la souris (E11.5 – E14.5) lorsque les motoneurones (MN) se regroupent en « pool » et projettent leurs axones vers les muscles. Notre équipe a démontré que l'ASN dépendait de l'activité d'une boucle d'excitation récurrente entre les MNs qui libèrent l'acétylcholine et les interneurones GABAergiques (INs) qui expriment des récepteurs nicotiniques présynaptiques et libèrent un GABA dépolarisant.

L'ASN est impliquée dans la synaptogenèse, la croissance axonale, le guidage des axones moteurs vers leurs cibles musculaires et la formation des réseaux moteurs spinaux. L'inhibition de l'ASN par la suppression de la signalisation nicotinique chez des mutants KO ChAT provoque des défauts de coordination locomotrice et l'augmentation de la fréquence de l'ASN altère le guidage axonal des MNs. Toute perturbation de la neurotransmission nicotinique entre E11.5 et E14.5 peut ainsi modifier l'activité de la boucle d'activation récurrente entre les MNs et les INs et est susceptible d'entrainer des défauts de développement.

Ce projet est basé sur l'hypothèse que la nicotine affecte l'ASN et le développement de la ME. En combinant les techniques de stimulation optogénétique ou pharmacologiques des neurones spinaux et d'enregistrements patch-clamp dans des ME ex vivo. La 1ère partie du projet aura pour but d'étudier les effets de l'EPN sur l'ASN. Des résultats préliminaires de l'équipe indiquent que l'EPN entre E0.5 et E13.5 augmente l'excitabilité des MNs embryonnaires. Le 2ème objectif aura pour but d'étudier les effets de l'EPN sur la croissance axonale et la synaptogenése dans le réseau embryonnaire par des techniques d'immunohistochimie et reconstruction 3D des motoneurones et des interneurones GABAergiques. Une récente analyse de western blot montre que l'EPN diminue l'expression de la synaptotagmine-2, une protéine vésiculaire présynaptique. La 3ème partie du projet aura pour but d'étudier les conséquences de l'EPN sur le réseau spinal locomoteur après la naissance chez les souriceaux. Une étude préliminaire montre que l'EPN augmente la vitesse des mouvements des membres antérieurs et postérieurs pendant le cycle locomoteur des souris au 5ème jour postnatal (P5). Chez ces souriceaux, il s'agira de vérifier l'hypothèse selon laquelle les perturbations locomotrices observées chez les souriceaux impliqueraient un défaut de développement des circuits inhibiteurs, devenus majoritairement glycinergiques à P5. Cette étude sera basée sur l'analyse des synaptosomes glycinergiques dans la ME par les techniques d'immunohistochimie / microscopie confocale en collaboration avec l'équipe d'Etienne Herzog.

Ce projet, basé sur l'utilisation de plusieurs méthodes complémentaires doit permettre de mieux comprendre comment les effets de l'EPN durant une période clés du développement spinal altèrent la mise en place des circuits moteurs.
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Nicotine replacement strategies in the form of patches or electronic cigarettes are considered a good alternative to smoking. Smoking is now a health issue that affects women as much as men. In pregnant women, it is known that nicotine can cross the placental barrier. Prenatal nicotine exposure (PNE) can cause sensory and motor deficits in the child. In rodents, studies have shown that PNE is responsible for neurodevelopmental disruptions similar to those observed in children whose mothers smoked during pregnancy. For instance, locomotor disturbances and hyperactivity are observed in rodent offspring after PNE. These findings suggest that some of the adverse effects of nicotine on development result from chronic disruption of endogenous cholinergic signaling.

Nicotinic cholinergic signaling plays an essential role in the embryonic development of spinal motor networks. It is required for the generation of Spontaneous Network Activity (SNA), which is activated at a specific time-window between the 11th and the 14th embryonic day (E11.5 - E14.5) in mice when motoneurons (MN) group in pools and start to project to individual muscles. Our team has shown that acetylcholine, released by MNs, and excitatory GABA, released by interneurons (IN), form a recurrent excitatory loop that is the main drive of the SNA. We have demonstrated that GABAergic INs receive cholinergic inputs at E12.5 and express “presynaptic” nicotinic receptors promoting GABA release.

The SNA is instructive for synaptogenesis, axonal growth, guidance of motor axons to their target muscles and for the formation of intraspinal motor networks. A proper SNA pattern is crucial for the correct development of the spinal cord (SC) networks. Suppressing the SNA evoked by the abolition of the cholinergic signaling in ChAT KO mice mutants causes locomotor coordination defects, while increasing the frequency of the SNA also profoundly disrupts MN pool specific pathfinding. Accordingly, any disturbance of the nicotinic cholinergic system between E11.5 and E14.5 can potentially affect the development of the spinal locomotor network via changes of the activity of the recurrent excitatory loop formed by MNs and GABAergic INs.

The present project is based on the hypothesis that nicotine affects SNA and the development of the SC. First, combining optogenetic or pharmacological stimulation of embryonnic neurons and patch-clamp recordings in transgenic mice ex vivo spinal cord, we aim at studying how early PNE impact the SNA. Preliminary results indicate that PNE during E0.5 and E12.5 increases the excitability of MNs during SNA. The second objective will aim at studying the neurodevelopmental effects of PNE on axon growth and synaptogenesis in the embryonic spinal network, using immunochemistry and neurons 3D reconstruction methods. Recent western blot analysis of the team show that PNE decreases the expression of the synaptotagmin-2, a presynaptic vesicle protein. The third objective of the project will aim to assess the consequences of the PNE on the spinal locomotor network in newborn mice. Preliminary data using the “air stepping” method indicate that the PNE increases the speed of anterior and posterior limbs movements during locomotor cycle of P5 mice. In these P5 mice, we will investigate the hypothesis that the observed locomotor disturbances may involve a developmental defect in inhibitory circuits, which predominantly become glycinergic by P5. This study will be based on the analysis of glycinergic synaptosomes in P5 mice spinal cord using immunohistochemistry and confocal microscopy techniques in collaboration with the team of Etienne Herzog.

This PhD project mixes complementary methods such as ex vivo electrophysiology (patch-clamp), the study of synaptosomes and behavioral experiments. This is a challenging project that should help to understand how the PNE during a key period of the spinal cord development alter the building of nascent motor circuits.
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://www.bordeaux-neurocampus.fr/team/motopsyn/

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