Neuronal circuits integrating Parvalbumin-positive GABAergic inhibitory interneurons (PV) are essential for normal brain function and are often altered in psychiatric conditions. During development, Dlx5 and Dlx6 (Dlx5/6) genes are involved in the differentiation of PV-interneurons. In the adult, Dlx5/6 continue to be expressed at low levels in most telencephalic GABAergic neurons, but their importance in determining the number and distribution of adult PV-interneurons is unknown. Previously, we have shown that targeted deletion of Dlx5/6 in mouse GABAergic neurons (Dlx5/6^VgatCre mice) results in altered behavioural and metabolic profiles. Here we evaluate the consequences of targeted Dlx5/6 gene dosage alterations in adult GABAergic neurons. We compare the effects on normal brain of homozygous and heterozygous (Dlx5/6^VgatCre and Dlx5/6^VgatCre/+ mice) Dlx5/6 deletions to those of Dlx5 targeted overexpression (GABAergic^Dlx5/+ mice). We find a linear correlation between Dlx5/6 allelic dosage and the density of PV-positive neurons in the adult prelimbic cortex and in the hippocampus. In parallel, we observe that Dlx5/6 expression levels in GABAergic neurons are also linearly associated with the intensity of anxiety and compulsivity-like behaviours. Our findings reinforce the notion that regulation of Dlx5/6 expression is involved in individual cognitive variability and, possibly, in the genesis of certain neuropsychiatric conditions.

Major depressive disorder (MDD) is a complex and devastating illness that affects people of all ages. Despite the large use of antidepressants in current medical practice, neither their mechanisms of action nor the aetiology of MDD are completely understood. Experimental evidence supports the involvement of Parvalbumin-positive GABAergic neurons (PV-neurons) in the pathogenesis of MDD. DLX5 and DLX6 (DLX5/6) encode two homeodomain transcription factors involved in cortical GABAergic differentiation and function. In the mouse, the level of expression of these genes is correlated with the cortical density of PV-neurons and with anxiety-like behaviours. The same genomic region generates the lncRNA DLX6-AS1, which, in humans, participates in the GABAergic regulatory module downregulated in schizophrenia and ASD. Here, we show that the expression levels of Dlx5/6 in the adult mouse brain are correlated with the immobility time in the forced swim test, which is used to measure depressive-like behaviours. We show that the administration of the antidepressant fluoxetine (Flx) to normal mice induces, within 24 h, a rapid and stable reduction in Dlx5, Dlx6 and Dlx6-AS1 expression in the cerebral cortex through the activation of the TrkB-CREB pathway. Experimental Dlx5 overexpression counteracts the antidepressant effects induced by Flx treatment. Our findings show that one of the short-term effects of Flx administration is the reduction in Dlx5/6 expression in GABAergic neurons, which, in turn, has direct consequences on PV expression and on behavioural profiles. Variants in the DLX5/6 regulatory network could be implicated in the predisposition to depression and in the variability of patients’ response to antidepressant treatment.

Les gènes Dlx5 et Dlx6 codent pour deux facteurs de transcription à homéodomaine, exprimé par certaines populations de neurones GABAergiques. Au cours du développement, les gènes Dlx5/6 sont impliqués dans la différenciation d'une sous-classe de ces neurones : les interneurones à Parvalbumine (PV) corticaux, essentiels au bon fonctionnement cérébral. Chez l'homme, les neurones PV sont impliqués dans de troubles neuropsychiatriques telles que la dépression majeure et la schizophrénie. Cependant, l'importance des gènes Dlx5/6 dans les interneurones à PV chez l'adulte reste encore mal connue. Ma thèse a visé à combler ce manque de connaissances en étudiant l'implication de Dlx5/6 dans le système nerveux central postnatal et mettre en évidence les conséquences comportementale, cellulaires et moléculaires qui découlent de variations dans leur expression.J'ai, tout au long de ma thèse, eu recours à des modèles murins innovants dans lesquels Dlx5/6 ont été inactivés (Dlx5/6VgatCre/+ et Dlx5/6VgatCre) ou surexprimé (GABAergicDlx5/+) sélectivement dans les neurones GABAergiques. J'ai pu montrer une corrélation linéaire entre le dosage allélique Dlx5/6 et la densité de neurones à PV dans le cortex préfrontal et aux comportements de type compulsif et anxieux.Dans une autre série d'expériences j'ai montré que, les niveaux d'expression de Dlx5/6 dans le cerveau de souris adultes sont inversement corrélés au temps d'immobilité lors du test de nage forcée, et que l'administration de l'antidépresseur Fluoxétine (Flx) contrecarre les altérations comportementales et cellulaires induites par la surexpression transgénique de Dlx5. Cette observation m'a incité à analyser les effets de la Flx sur l'expression de Dlx5/6 : En 24 heures, l'administration de Flx induit une réduction rapide et stable de l'expression de Dlx5, Dlx6 et Dlx6-AS1 dans le cortex cérébral grâce à l'activation de la voie de signalisation TrkB-CREB.Les neurones PV jouent un rôle fondamental lors de la maturation corticale. J'ai, donc, évalué les conséquences de l'invalidation de Dlx5/6 dans la maturation des interneurones PV à des âges clefs de la maturation corticale. J'ai comparée, par des approches histologiques et moléculaire, une aire cérébrale à maturation précoce, le cortex somatosensoriel, et une aire à maturation tardive, le cortex prélimbique. J'ai montré que l'invalidation de Dlx5/6 a des effets région-dépendants et dynamiques sur l'expression de la Parvalbumine et la mise en place de la matrice extracellulaire caractéristique de la forme mature de ces neurones, le réseau péri-neuronal.Mes résultats pourraient suggérer que la régulation de l'expression de Dlx5/6 soit impliquée dans la variabilité cognitive individuelle et, éventuellement, dans la genèse de certaines pathologies neuropsychiatriques telles que la depression et pourraient constituer une cible pour mieux comprendre la physiopathologie de certaines maladies neurocomportementales.

The transcriptional mechanisms that maintain adult Parvalbumin (PV) interneuron function and cortical network stability remain poorly understood. We previously showed that the inactivation in GABAergic neurons of Dlx5/6 , coding for transcription factors, disrupts social interaction and reduces PV interneuron density in the prefrontal cortex. Here, combining transcriptional and histological analyses with ex vivo electrophysiological and in vivo electroencephalographical (EEG) recordings, we show that Dlx5/6 regulate a molecular program controlling perineuronal net (PNN) homeostasis in the adult cortex. Dlx5/6 inactivation dysregulated the expression of multiple PNN-associated genes and induced region-specific remodelling of PNN mesh architecture in the prefrontal and somatosensory cortices. These structural changes were accompanied by alterations in excitatory and inhibitory synaptic organization and by a disrupted coupling between local PNN structure and synaptic properties. Ex vivo electrophysiological recordings revealed that fast-spiking interneurons displayed altered intrinsic properties and reduced excitatory synaptic drive in a region-specific manner, while EEG recordings during social interaction showed impaired recruitment of prefrontal gamma oscillations. Together, these findings identify Dlx5/6 as regulators of adult PV interneuron stability, linking extracellular matrix homeostasis to synaptic organization and cortical network dynamics. More broadly, it provides a new mechanistic framework connecting Dlx5/6 function to PV-related pathological phenotypes, including neuropsychiatric disorders. GRAPHICAL