Rôle des canaux ioniques sensibles au potentiel dans l'excitabilité des cellules de Purkinje du cervelet
Institution:
Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Electrical properties of excitable cells are didacted by the ion channels present in the membrane. Purkinje cells (PCs) of the cerebellar cortex represent a unique model to study the role of ion channels in determining the firing pattern generated by various synaptic inputs as well as, owing to their large dendritic tree, the electrophysiology of the dendro-somatic interactions. My thesis focused on the role of different ion channels in determining the electrical properties of PCs dendrites and soma. Dendritically and somatically evoked discharges of action potentials (APs) were recorded under current clamp conditions. The whole cell configuration of the patch-clamp technique was used in PCs from rat cerebellar slice cultures. The relation between the firing pattern and a given channel type was determined by using specific pharmacological tools. First, I examined the role of calcium entries in the establishment of PCs firing pattern. My results demonstrate that Ca2+ entry through low-voltage gated calcium channels underlies a dendritic AP rarely eliciting a somatic burst of APs. Second, I investigated the ionic mechanisms controlling the dendrosomatic propagation of this low-threshold Ca2+ spike in PCs. My results suggest that the propagation of dendritic LTS is controlled directly by 4-AP sensitive K+ channels, and indirectly modulated by P/Q channel activity probably by activating the calcium dependant K+ channels of the BK family. Similar conclusions can be drawn studying the electrical properties of PCs in mice lacking functional P/Q channels. Additionnal results suggest that TEA and 4-AP sensitive channel activity affects the electrical properties of dendrites such that the LTS is attenuated and slowed-down when propagating to the soma. Finally, after determining the pharmacological characteristics of the LTS I demonstrated that it is involved in the genesis of the complex spike elicited by climbing fiber stimulation. Lice cultures. The relation between the firing pattern and a given channel type was determined by using specific pharmacological tools. First, I examined the role of calcium entries in the establishment of PCs firing pattern. My results demonstrate that Ca2+ entry through low-voltage gated calcium channels underlies a dendritic AP rarely eliciting a somatic burst of APs. Second, I investigated the ionic mechanisms controlling the dendrosomatic propagation of this low-threshold Ca2+ spike in PCs. My results suggest that the propagation of dendritic LTS is controlled directly by 4-AP sensitive K+ channels, and indirectly modulated by P/Q channel activity probably by activating the calcium dependant K+ channels of the BK family. Similar conclusions can be drawn studying the electrical properties of PCs in mice lacking functional P/Q channels. Additionnal results suggest that TEA and 4-AP sensitive channel activity affects the electrical properties of dendrites such that the LTS is attenuated and slowed-down when propagating to the soma. Finally, after determining the pharmacological characteristics of the LTS I demonstrated that it is involved in the genesis of the complex spike elicited by climbing fiber stimulation.
Abstract FR:
La fonction principale des neurones est l'intégration les signaux dendritiques et leur codage en une séquence de potentiels d'actions (PAs). Cette activité met en jeu une grande variété de canaux ioniques dendritiques et somatiques. Mon travail de thèse a mis en évidence le rôle de plusieurs de ces canaux dans la régulation de l'activité électrique des cellules de Purkinje (CPs) du cervelet. J'ai examiné les conséquences du blocage de différents courants exprimés dans les cellules de Purkinje en culture organotypique sur leur pattern de décharge de PAs. Pour cela, j'ai utilisé la technique du patch-clamp en mode courant imposé dans la configuration cellule entière. J'ai d'abord étudié quelle était l'importance des entrées de calcium dans le contrôle des décharges dendritique et somatique évoquées par une injection de courant. Mes résultats montrent qu'une entrée de calcium via des canaux Ca2+ bas-seuil sous-tend un LTS (" Low threshold spike ") dendritique induisant rarement une bouffées complexes de PAs somatiques. J'ai ensuite disséqué les mécanismes contrôlant la propagation des LTS dendritiques vers le soma. J'ai montré un contrôle direct de la propagation du LTS vers le soma par des canaux K+ sensibles à la 4-AP, et une modulation indirecte par l'activation des canaux BK via une entrée de Ca2+ produite par l'activité des canaux Ca2+ de type P/Q. J'ai obtenu des conclusions similaires par l'étude de l'activité électriques des CPs de souris portant une mutation nulle pour la sous-unité conductrice des canaux de type P/Q. Des canaux potassiques sensibles au TEA et à la 4-AP interviennent également dans le contrôle de la durée et de l'amplitude des LTS propagés vers le soma. Enfin, après avoir définis les caractéristiques pharmacologiques du LTS, j'ai montré qu'il contribuait à l'établissement du spike complexe induit par la stimulation d'une des principales afférences excitatrices de la CP : la fibres grimpante.