Dissertations / Theses on the topic 'Dégénérescence neuronale'

La voie de signalisation de PI3K/Akt joue un role clé dans des fonctions cellulaires diverses telles que les voies de la signalisation de l'insuline ou l'insulin-like growth factor-1, des facteurs de croissance, et la spécification du destin cellulaire durant le développement. La régulation de la glycogen synthase kinase-3ß (GSK-3ß), un substrat d'Akt, a été analysée suite à un stress apopoptique in vivo. Nous avons montré qu'après induction de l'apoptose neuronale précoce dans les cerveaux de rats, GSK-3ß est activée, transloquée dans le noyau avant d'être inactive dans la phase terminale de l'apoptose. Ces modifications sont associées avec une hyperphosporylation, un clivage et une relocalisation de la protéine tau, une protéine du cytosquelette associée aux microtubules. Les rôles de la GSK-3ß et de son substrat tau ont été également examinés suite à un stress de l'appareil de Golgi dans des cultures de neurones corticaux de rat. L'exposition à des inducteurs d'un stress du Golgi entraîne une inhibition précoce d'Akt associée à une activation de GSK-3ß et une hyperphosphorylation de la protéine tau d'une manière dépendante du site. Ces phénomènes sont associés avec une fragmentation de l'appareil de Golgi. Cette fragmentation est bloquée par le lithium, un inhibiteur de GSK-3ß suggérant que GSK-3ß est impliquée dans la stabilisation de l'appareil de Golgi. De plus, un stress golgien prolongé dans les neurones corticaux induit une apoptose neuronale précédée par un relargage du cytochrome c de la mitochondrie vers le cytosol. Ce stress apoptotique est associé à une inactivation d'Akt, une déphosphorylation de la protéine proapoptotique BAD et une diminution de l'expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-2. Ces résultats indiquent l'existence d'une voie apoptotique liant l'appareil de Golgi à la mitochondrie. Finalement, sur un modèle cellulaire de neurones surexprimant la forme sauvage d'une protéine pro-apoptotique, PKR, ou exprimant sa forme mutée, nous avons montré que PKR induit l'apoptose neuronale par l'inactivation de la voie de signalisation d'Akt. En conclusion, la voie d'Akt joue un rôle crucial dans le stress neuronal apoptotique in vitro et in vivo.

La maladie d'Alzheimer (MA) est une affection neurodégénérative caractérisée par une perte- neuronale, qui serait apoptotique et par la présence de deux lésions: les plaques amyloïdes et les dégénérescences neurofibrillaires. Ces dernières sont constitués principalement de protéines tau hyperphosphorylées. Les liens entre la perte neuronale dans la MA et la protéine tau ne sont toujours pas élucidés. L'objectif de ce travail est d'étudier les modifications de l'état de phosphorylation de tau au cours de l'apoptose et de déterminer leur impact sur le clivage de tau et l'apoptose. Nos résultats montrent que, au cours de l'apoptose neuronale induite par la staurosporine, tau est tout d'abord hyperphosphorylée, puis déphosphorylée avant d'être clivée et dégradée. La déphosphorylation et le clivage de tau sont bloqués par l'inhibition de la protéine phosphatase 2A. Par conséquent, la déphosphorylation est nécessaire et précède le clivage de tau et sa dégradation. De plus, nous avons montré qu'une déphosphorylation préalable de tau par le lithium potentialise le clivage de tau et la sensibilité neuronale à l'apoptose. Par ailleurs, une exposition des cultures de neurones corticaux au lithium diminue la quantité de tau. Cette diminution n'est pas liée à l'activation de processus protéolytique ou à la perte neuronale, mais est associée à une réduction du niveau d'ARNm de tau. Ces résultats suggèrent que l'absence de clivage et de dégradation de tau pourrait mener à son accumulation dans les neurones en dégénérescence et, que le lithium pourrait exercer son action neuroprotectrice en régulant négativement la quantité de tau ce qui empêcherait ainsi son accumulation intraneuronale
Neurofibrillary tangles (NFTs) are classic lesions of Alzheimer's disease (AD). NFTs are bundles of abnormally phosphorylated tau, the paired helical filaments. The initiating mechanisms of NFTs and their role in neuronal loss are still unknown. Accumulating evidence supports a role for the activation of proteolytic enzymes, caspases, in neuronal death observed in AD brains. Alterations in tau phosphorylation and tau cleavage by caspases have been previously reported in neuronal apoptosis. However, the links between the alterations in tau phosphorylation and its proteolytic cleavage have not yet been documented. Here, we show that during staurosporine-induced neuronal apoptosis, tau first underwent transient hyperphosphorylation which was followed by dephosphorylation and cleavage. Tau dephosphorylation and cleavage were blocked by inhibiting protein phosphatase 2A. These experiments indicate that tau dephosphorylation precedes and is required for its cleavage and degradation. Prior tau dephosphorylation by lithium enhanced tau cleavage and sensitized neurons to staurosporine-induced apoptosis. Moreover we show that exposure of cultured cortical neurons to lithium decreased tau protein levels. This decrease was not linked to the activation of proteolytic processes or to neuronal loss, but was associated with the reduction in tau mRNA. We propose that the absence of cleavage and degradation of hyperphosphorylated tau may lead to its accumulation in degenerating neurons. We also suggest that lithium may exert its neuroprotective action by down regulating tau levels

La sclérose en plaques (SEP) a longtemps été considérée comme une affection inflammatoire démyélinisante de la substance blanche. (SB) Hors, de nombreuses études ont démontré l’implication extensive de la substance grise (SG). La souffrance neuronale joue un rôle majeur dans la détérioration physique et cognitive des patients atteints de SEP. Le développement de nouvelles techniques d’imagerie capables de quantifier cette atteinte neuronale est devenu crucial. Grace à la tomographie par émission de positons (TEP) et au radiotraceur [11C]flumazenil ([11C]FMZ), antagoniste du récepteur central aux benzodiazépines, nous avons quantifié de façon non-invasive la souffrance neuronale de la SG chez des patients atteints de SEP à différents stades de la maladie. Une cohorte de 18 patients atteints de SEP a été comparée à 8 sujets sains. Les participants ont bénéficié d’une évaluation clinique, cognitive, et radiologique par TEP au [11C]FMZ et IRM. Les données TEP ont été évaluées par région d’intérêt et vertex-à- vertex. Des réductions significatives de l’activité TEP au [11C]FMZ ont été mises en évidence au sein de la SG corticale et sous-corticale des patients comparés aux contrôles. Ces changements étaient présents dès le stade rémittent de la maladie et corrélaient modérément avec la charge lésionnelle de la SB. L’activité TEP corticale était aussi associée à la performance cognitive des patients. Cette étude pilote est la première à quantifier in vivo la souffrance neuronale chez des patients atteints de SEP. Nos résultats permettent de proposer la TEP au [11C]FMZ comme marqueur spécifique et discriminant de l’atteinte neuronale de la SG dans la SEP
Multiple sclerosis (MS) has long been regarded as an inflammatory demyelinating disorder of the white matter. But post-mortem studies have recently shed light on the extensive involvement of the grey matter (GM). Neuronal damage, characterized by synaptic and dendritic loss as well as neuronal apoptosis, is thought to be a major substrate of physical and cognitive deterioration in MS patients. There is a crucial need for new imaging techniques able to specifically assess neuronal damage in MS. Using positron emission tomography (PET) with [11C]flumazenil ([11C]FMZ), an antagonist of the central benzodiazepine site located within the GABAA receptor, and a non-invasive quantification method, we measured and mapped neurodegenerative changes in the GM of patients with MS at distinct disease stages. A cohort of 18 MS patients was compared to 8 healthy controls and underwent neurological and cognitive evaluations, high-resolution dynamic [11C]FMZ PET imaging and brain MRI. PET data were evaluated using a region of interest and a surface-based approach. [11C]FMZ binding was significantly decreased in the cortical and subcortical GM of MS patients compared to controls. These changes were significant in both progressive and relapsing-remitting forms of the disease and correlated moderately with white matter lesion load. [11C]FMZ cortical binding was also associated with cognitive performance. This pilot study is the first to quantify in vivo the neurodegenerative changes occurring in MS. Our results show that PET with [11C]FMZ could be a promising and sensitive quantitative marker to assess and map the neuronal substrate of GM pathology in MS

La Maladie d’Alzheimer est une affection à neurodégénérescence importante qui comporte des plaques amyloïdes et des dégénérescences neurofibrillaires (DNFs). Les plaques sont majoritairement composées de peptide Aβ issu de la protéine APP. Les DNFs sont une agrégation de la protéine Tau hyperphosphorylée en filaments insolubles. Dans les neurones, l’accumulation du domaine cytoplasmique de l’APP allant de la membrane au site caspase (Jcasp) induit une apoptose in vitro et in vivo. Dans ce modèle comme en pathologie la protéine SET, impliquée dans la phosphorylation de Tau, se délocalise du noyau vers le cytoplasme. Le but du travail suivant a été de préciser la séquence des événements précoces conduisant au processus délétère en aval à l’aide du modèle Jcasp. Plusieurs données ont été identifiées : la protéine Egr-1 est potentiellement impliquée dans l’apoptose induite par le Jcasp car dans ce modèle son gène est précocement activé et elle est très vite phosphorylée. D’un autre côté, le signal de mort se traduit par un excès d’APP/APLP2 à la surface de la cellule dû à la plus forte affinité de PAT1 pour Jcasp qu’APP/APLP2. Cet excès induit la sortie de SET dans le cytoplasme, d’où elle induit une hyperphosphorylation de Tau. SET agirait par inhibition de la PP2A, principale protéine phosphatase capable de déphosphoryler Tau. Peut-être existe-t-il une relation entre l’APP clivée au site caspase et l’hyperphosphorylation de Tau via la délocalisation de SET du noyau vers le cytoplasme ? En contribuant à une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la maladie d’Alzheimer, ces travaux pourraient participer à l’élaboration de nouvelles stratégies thérapeutique

La pharmaco-résistance des épilepsies du lobe temporal serait étroitement liée à une perte de neurones dans l'hippocampe qui pourrait résulter d'une inflammation. Chez le rat soumis à une épileptogenèse expérimentale, nous avons caractérisé la réponse inflammatoire de l'hippocampe. Celle-ci précède la mise en place de la neurodégénérescence et consiste en une forte production de cytokines pro-inflammatoires par la microglie activée ainsi qu'en une infiltration de monocytes/ macrophages. La progression des monocytes dans le parenchyme cérébral serait facilitée par la dégradation des chaînes de sulfate d'héparane qu'ils portent à leur surface, sous l'action de l'héparanase, spécifiquement exprimée par les neurones. Il se pourrait que le blocage des sites de liaison de l'héparanase aux chaînes de sulfate d'héparane réduise l'infiltration cérébrale des monocytes, et permette de prévenir la dégénérescence neuronale associée aux épilepsies.

La pharmaco-résistance des épilepsies du lobe temporal serait étroitement liée à une perte de neurones dans l’hippocampe qui pourrait résulter d’une inflammation. Chez le rat soumis à une épileptogenèse expérimentale, nous avons caractérisé la réponse inflammatoire de l’hippocampe. Celle-ci précède la mise en place de la neurodégénérescence et consiste en une forte production de cytokines pro-inflammatoires par la microglie activée ainsi qu’en une infiltration de monocytes/ macrophages. La progression des monocytes dans le parenchyme cérébral serait facilitée par la dégradation des chaînes de sulfate d’héparane qu’ils portent à leur surface, sous l’action de l’héparanase, spécifiquement exprimée par les neurones. Il se pourrait que le blocage des sites de liaison de l’héparanase aux chaînes de sulfate d’héparane réduise l’infiltration cérébrale des monocytes, et permette de prévenir la dégénérescence neuronale associée aux épilepsies
Intractable temporal lobe epilepsy may be consecutive to the loss of neurons in the hippocampus. In this brain area, neurodegeneration may be induced by inflammatory processes. Using a rat model of epileptogenesis, we characterized the inflammatory response in the hippocampus, that we show to precede neurodegeneration. We evidenced a high induction of proinflammatory cytokine concentration, mainly in cells corresponding to activated microglia and to monocytes which infiltrated the hippocampal parenchyma. Degradation of heparan sulfate chains present at the surface of monocytes by neuronal heparanase may promote their progression in the brain parenchyma. Blockade of the linkage site of heparanase on heparan sulfate chains could reduce brain infiltration of monocytes and then prevent neurodegeneration associated to epilepsy

Les capacités de la vision périphérique (VP) pour la perception des objets sont très peu connues. Or la compréhension de ces capacités est d'autant plus importante que l'information couvre tout le champ visuel et que des informations pertinentes peuvent provenir de larges excentricités. L'objectif de ce travail était donc d'étudier les capacités perceptives et les corrélats neuronaux de la VP chez des sujets sains et chez des patients ayant perdu la vision centrale (VC). La faible résolution de la VP suggèrerait tout d'abord que les stimuli et les tâches, pour lesquels le traitement d'une information peu détaillée serait suffisant, devraient être plus adaptés à la VP. L'organisation fonctionnelle cérébrale de la VP chez les sujets sains reposerait alors sur les compétences de celle-ci. Enfin, les patients, contraints à utiliser une vision plus excentrée, pourraient être plus performants que les sujets sains en VP et modifier leur perception des différentes catégories d'objets. Nous avons alors supposé l'existence d'une réorganisation fonctionnelle cérébrale chez ces patients. Dans une première partie, comportementale, nous avons évalué les capacités perceptives de la VP chez des sujets sains pour 2 catégories sémantiques et 3 tâches. Les résultats ont montré que l'ensemble de ces tâches était réalisable en VP avec cependant une préférence pour l'une ou l'autre des catégories sémantiques, selon la tâche à réaliser : visage dans la tâche de catégorisation et construction dans les tâches de discrimination et de familiarité. La forme stéréotypée des stimuli utilisés (visage rond/construction angulaire) n'était pas à l'origine de ces préférences et n'intervenait que dans la tâche de catégorisation qui reposait davantage sur une information globale. Enfin, alors que l'inversion des visages n'affectait plus les performances en VP, celle des constructions détériorait leur catégorisation. Ainsi, l'information disponible en VP ne permet pas un traitement équivalent pour différents stimuli : un stimulus peut être mieux traité qu'un autre simplement sur la sélection de son contenu en fréquences spatiales basses. Néanmoins, les demandes spécifiques à la tâche, en termes de fréquences spatiales, viennent moduler cette préférence observée en VP. Dans une seconde partie, en imagerie fonctionnelle (IRMf), nous avons étudié les corrélats neuronaux de la perception des objets en VP. Les résultats ont mis en évidence une influence de la catégorie sémantique, mais aussi de la tâche sur l'organisation fonctionnelle cérébrale. Ainsi, la préférence pour un stimulus donné en VP se traduisait par une activation plus prononcée des régions spécifiques à cette catégorie (PPA pour les constructions et FFA pour les visages), soulignant ainsi le rôle essentiel de la qualité du traitement réalisé en VP. Enfin, dans une troisième partie, nous avons évalué les capacités perceptives de la VP chez des patients ayant perdu la VC. Tout d'abord, les mêmes préférences que celles décrites chez les sujets sains en VP ont été observées chez les patients. Par ailleurs, leurs performances s'amélioraient comparées à celles des sujets sains dans la tâche de discrimination pour les constructions, suggérant que les patients mobiliseraient davantage les ressources de leur VP pour les stimuli dont le traitement y serait adapté. En revanche, des performances plus faibles ont été observées dans la tâche de jugement de familiarité, en particulier pour les visages. Cette tâche nécessite la comparaison de chaque stimulus avec sa représentation détaillée en mémoire. Or la VP n'a pas permis à ces patients de construire de telles représentations. Nous avons ensuite évalué l'existence d'une réorganisation fonctionnelle cérébrale. Les données ont démontré, chez les patients, un mécanisme d'adaptation se reflétant au niveau cérébral, pour les stimuli supposés être les plus difficiles à traiter en VP chez les sujets sains jeunes. En conclusion, ce travail apporte des données comportementales et cérébrales inédites sur le traitement des visages et des constructions en VP, chez des sujets sains d'une part et chez des patients ayant perdu la VC d'autre part. Il a permis de mettre en évidence le lien entre nos capacités perceptives en VP et l'organisation fonctionnelle cérébrale

En 1907, Aloïs Alzheimer publiait, pour la première fois, la description des deux lésions histologiques caractéristiques observées dans le cerveau d'une patiente âgée de 56 ans et atteinte d'une démence présénile qui, par la suite, sera dénommée Maladie d'Alzheimer (MA). Ces deux lésions correspondant à l'accumulation de matériel protéique présentent des caractéristiques différentes de par leur contenu protéique et leur localisation. Ainsi, on distinguera, d'une part, les dépôts amyloïdes, caractérisés par l'accumulation, dans le milieu extracellulaire, d'un peptide appelé peptide amyloïde- . D'autre part, on observera une lésion intra-neuronale appelée dégénérescence neurofibrillaire (DNF) qui correspond à l'accumulation de protéines Tau qui sont retrouvées hyperphosphorylées, anormalement phosphorylées et agrégées sous la forme de structures fibrillaires hélicoïdales singulières appelées PHFs pour " Paired Helical Filaments ". Notre laboratoire s'intéresse tout particulièrement à cette lésion qui est au cœur du processus dégénératif de la MA et d'un ensemble de pathologies démentielles appelées " Tauopathies ". Cependant, si la dérégulation de phosphorylation de Tau semble être au cœur du processus dégénératif de ces pathologies, le rôle exact de celle-ci et les mécanismes mis en jeu restent encore mal connus. Ce travail, se place ainsi dans le cadre général de la recherche des mécanismes moléculaires impliqués dans la mort neuronale liée à Tau et de l'étude de la signification et du rôle de la dérégulation de la phosphorylation de Tau dans son agrégation et au cours de la mort neuronale. Afin de répondre à ces objectifs, nous avons entrepris l'étude de modèles permettant de moduler soit l'état de phosphorylation de Tau par le biais du complexe kinasique p25/Cdk5 soit de moduler le caractère agrégatif de Tau par l'utilisation de mutations pathologiques de Tau connues chez l'homme pour mener à son agrégation et à des syndrômes démentiels (Démences Fronto-Temporales avec syndrôme Parkinsonien liées au chromosome 17). De plus, notre travail a permis la caractérisation d'un modèle in vivo de DNF présentant l'ensemble des caractéristiques de la pathologie Tau observée au cours de la MA. Ce modèle, en raison de l'absence de troubles moteurs, a permis de réaliser des études comportementales, montrant l'existence de troubles de mémoire spatiale chez ces souris. En parallèle à ce modèle pertinent d'un point de vue physiopathologique, le développement et l'analyse d'un modèle cellulaire de type neuronal basé sur la surexpression de protéines Tau mutées ont permis de montrer l'existence de modifications conformationnelles des protéines Tau mutées qui sont associées à un état particulier de phosphorylation. Cependant, dans ce contexte, il apparaît que les mutations, à elles seules ne semblent pas suffisantes pour mener à l'agrégation des protéines Tau sous la forme de PHFs. De plus, l'analyse d'un modèle cellulaire de type neuronal présentant une phosphorylation anormale de Tau ne montre pas non plus l'existence de structures analogues aux PHFs. L'ensemble de ce travail suggère que la phosphorylation anormale ou les mutations de Tau ne sont pas suffisantes pour mener au phénotype pathologique caractéristique de la DNF qui semble nécessiter d'autres événements moléculaires. Nous émettons également l'hypothèse que des voies compensatoires impliquant des systèmes de déphosphorylation des protéines Tau et/ou des systèmes de dégradation protéique pourraient être mis en jeu dans nos modèles cellulaires et être ainsi responsables de l'absence de phénotype pathologique. La diminution d'activité de ces systèmes de compensation au cours du vieillissement chez l'homme et dans les modèles murins pourrait alors concourir à l'apparition de la DNF. Ainsi, l'étude de ces systèmes dans nos différents modèles constitue des perspectives prometteuses pour l'avancée dans la compréhension de l'étiopathologie de la MA et des Tauopathies.

La neuropathie optique glaucomateuse est une pathologie du système visuel entrainant une cécité irréversible qui affectera 80 millions de personnes en 2020. Le principal facteur de risque du glaucome est l'élévation de la pression intraoculaire qui mène à la mort progressive des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) du nerf optique jusqu'aux voies visuelles dans le cerveau. Il a été montré que le glaucome partageait des mécanismes neuro-inflammatoires communs avec les pathologies neurodégénératives. Nous avons émis l'hypothèse que ces mécanismes contribueraient à la progression du glaucome. L'objectif de ma thèse a été d'analyser les processus neuro-inflammatoires observés de la rétine jusqu'aux colliculus supérieurs sur un modèle expérimental d'hypertension oculaire unilatérale chez le rat obtenu après la cautérisation des veines épisclérales. Par des approches de biologie cellulaire et moléculaire, nous avons montré que ce modèle animal se caractérise par 1) une atteinte neuronale des CGR de l'oeil cautérisé; 2) l'augmentation de marqueurs pro-inflammatoires dans la rétine de l'oeil cautérisé, dans la rétine de l'oeil controlatéral, dans le nerf optique et dans les colliculus supérieurs et 3) la transmission de la neuro-inflammation à l'oeil controlatéral se fait majoritairement par les fibres des CGR qui projettent dans les deux colliculus supérieurs. Toutes ces données mettent en évidence le rôle complexe joué par le colliculus supérieur chez le rat dans la propagation de la neuro-inflammation induite par l'hypertension oculaire unilatérale
Glaucoma is a visual system disorder leading to irreversible blindness and affecting 80 millions people worldwide by 2020. The major risk factor is elevated intraocular pressure leading to progressive retinal ganglion cell (RGC) death from the optic nerve (ON) to visual pathways in the brain. Glaucoma has been reported to share neuroinflammatory mechanisms with neurodegenerative disorders. We therefore hypothesize that mechanisms in central visual pathways may contribute to the spread of glaucoma disease. The aim of the present study was to analyze the neuroinflammation processes that occur from the pathological retina to the superior colliculi (SCs) in a rat model of unilateral ocular hypertension induced by episcleral vein cauterization. By molecular and cell biology methods, we have shown that this animal model is characterized by 1) neuronal damage of CGR from the cauterized eye; 2) the increase in proinflammatory markers in the retina of the cauterized eye, in the retina of the contralateral eye, in the optic nerve and in the superior colliculus and 3) transmission of neuroinflammation in contralateral eye is done mainly by CGR fibers that project into the two superior colliculus. All these data evidence the complex role played by the SCs, in rat, in the propagation of neuroinflammatory events induced by unilateral ocular hypertension

Le système nerveux entérique (SNE), constitué de neurones et de cellules gliales entériques, est un régulateur clef des fonctions digestives. Néanmoins, la nature des lésions du SNE au cours des principales pathologies digestives ainsi que le rôle de l'inflammation restent mal connus. Ce travail de thèse visait : 1) à développer une méthode permettant d'étudier les neuropathies du SNE chez l’homme, et 2) à caractériser ex vivo les atteintes du SNE dans le colon humain dans un modèle d'inflammation aiguë induite par Shigella flexneri (S. Flexneri) afin d'identifier les mécanismes physiopathologiques mis en cause. Dans un premier temps, nous avons montré la possibilité d'étudier le SNE sur des biopsies coliques humaines en combinant des approches immunohistochimiques et de Western blot du plexus sous-muqueux interne. Parallèlement, nous avons développé un modèle de culture organotypique afin de caractériser les interactions précoces entre le SNE et S. Flexneri. Nous avons ainsi montré que S. Flexneri induisait une plasticité neuronale bloquée par un inhibiteur de la NOS (L-Name), ainsi qu'une dégénérescence neuronale et gliale inhibée par un antagoniste des récepteurs NMDA au glutamate. Outre les lésions du SNE, nous avons montré que S. Flexneri induisait des altérations majeures de la BEI et identifié le rôle clef de la sérine protéase SepA dans l'induction de ces lésions
The enteric nervous system (ENS) is composed of neurons and enteric glial cells. It plays a major role in the regulation of digestive functions. However, the nature of ENS lesions during the majority of digestive disease, as well as the role of inflammation, is poorly understood. The aims of this study were : 1) to develop a routine method allowing characterisation of enteric neuropathies in humans, and 2) to characterise the ENS alterations ex vivo in a human colonic model of shigella infection and identify the mechanisms involved. Firstly, we demonstrated the accuracy of human colonic biopsies to study the ENS, by combining immunohistochemical and Western blot methods. Secondly, we developed an organotypic culture model to study early interactions between the ENS and Shigella flexneri (S. Flexneri), and showed that S. Flexneri induced a neuronal plasticity that was bloked by NOS inhibitor (L-Name), as well as neuronal and glial damages that were prevented by NMDA receptors to glutamate. Beyond ENS alterations, we also noted a major disruption of the intestinal epithelial barrier and identified the key role of the SepA serine protease in these alterations

Le terme dégénérescence lobaire frontotemporale ou FTLD définit un groupe hétérogène de maladies neurodégénératives caractérisé par des troubles du langage, du comportement et/ou moteurs qui résultent principalement d’une dégénérescence du cortex frontal et temporal. Cette hétérogénéité tant au niveau clinique, génétique que neuropathologique rend cette pathologie très complexe et il existe aujourd’hui un véritable problème de diagnostic différentiel des FTLD. Le diagnostic final des FTLD repose ainsi sur l’examen neuropathologique, la nature des lésions observées et leurs constituants moléculaires. La caractérisation de ces lésions a permis d’établir une classification des FTLD qui ne cesse d’évoluer avec la découverte de nouveaux acteurs moléculaires. À l’instar de nombreuses maladies neurodégénératives, les FTLD sont caractérisées par la présence de protéines agrégées dans les régions cérébrales affectées. Cependant, contrairement à la maladie d’Alzheimer (MA), ces agrégats ne sont pas toujours constitués des mêmes protéines. Ainsi, approximativement 40% des cas de FTLD présentent des agrégats composés de protéines Tau hyper et anormalement phosphorylées, et forment le groupe FTLD-Tau. Lorsqu’aucune pathologie Tau n’est détectée, les patients présentent généralement des inclusions neuronales cytoplasmiques ou intranucléaires immunoréactives pour la protéine TDP-43 (transactive response DNA binding protein 43), et constituent la sous-classe FTLD-TDP. Plus rarement, la protéine FUS (Fused in Sarcoma, FTLD-FUS) ou des protéines liées au système ubiquitine protéasome peuvent également s’agréger (FTLD-UPS). La génétique représente également une composante majeure des FTLD avec 10 à 15% des cas correspondant à des formes héréditaires dominantes. Les premières mutations furent découvertes sur le gène MAPT. Le gène de la progranuline (GRN) fut ensuite identifié comme fréquemment associé aux FTLD. Plus récemment, une répétition anormale d’héxanucléotides GGGGCC au sein du gène C9ORF72 (chromosome 9 open reading frame 72) a été montrée comme étant responsable d’un grand nombre de cas familiaux de FTLD. De manière moins fréquente, d’autres gènes tels que VCP (valosin containing protein) ou CHMP2B (charged multivesicular body protein 2B) peuvent aussi être associés à des cas familiaux de FTLD. Des années avant la découverte des principaux acteurs moléculaires des FTLD, des études ont décrit une perte partielle ou totale des protéines Tau physiologiques dans le tissu cérébral. A l’origine, ce phénomène fut observé dans un groupe de démences appelées DLDH pour démences sans signe histopathologique distinctif (plus tard appelé FTLD-ni pour no inclusion). En 2006, la majorité de ces cas a été reclassée en tant que FTLD-U (présence de lésions immunoréactives pour l’ubiquitine). En revanche, aucune étude ne s’est intéressée à cette perte de Tau depuis celle de Zhukareva et collègues en 2003. Au regard des récentes avancées sur la compréhension de la base moléculaire et génétique des FTLD, la pertinence de cette perte de Tau reste ainsi encore à déterminer. Dans ce contexte, ce travail de recherche a pour principal objectif d’étudier l’expression des protéines Tau au sein du tissu cérébral d’individus sains ou atteints de différents troubles neurodégénératifs (MA, FTLD-Tau, FTLD-TDP-GRN, FTLD-TDP-C9ORF72, FTLD-TDP et FTLD-FUS sporadiques) en utilisant la technique d’immunoempreinte. De manière remarquable, nous avons mis en évidence une réduction significative de Tau, et ce, spécifiquement chez les patients FTLD-TDP-GRN. Ainsi, nos résultats démontrent que ces cas, appelés FTLD-TDP-GRNltau (pour low Tau protein level), caractérisés par une altération synaptique et une astrogliose très importante, pourraient constituer un groupe distinct dans la classification des FTLD [...]
FTLD is a clinical syndrome mainly characterized by progressive deterioration in behavior, personality and/or language resulting from progressive frontal and temporal degeneration. In addition, movement disorder can also be frequently observed. Given this phenotype variability, FTLD clinical diagnosis remains difficult and uneasy to establish with certainty.The final diagnosis relies on neuropathological examination of the brain, the characteristics of these brain lesions and their molecular basis. Indeed, as many neurodegenerative diseases, FTLD are characterized by the presence of protein aggregates in the affected brain regions. However, in contrast to the well-characterized nature of protein inclusions in Alzheimer’s disease (AD), proteinaceous aggregates in FTLD can be composed of different proteins. Thus, approximatively 40% of FTLD cases display aggregates made of abnormally and hyperphosphorylated Tau proteins and constitute the FTLD-Tau subclass. However, most of FTLD brains are negative for Tau inclusions and exhibit neuronal cytoplasmic and/or nuclear inclusions immunoreactive for transactive response DNA binding protein 43 (TDP-43) and constitute the FTLD-TDP subclass). To a lesser extent, another protein called FUS (Fused in Sarcoma protein) is found in aggregates that are Tau and TDP-43 negative. This subclass is thus named FTLD-FUS. Finally, inclusions negative for Tau, TDP-43 or FUS are observed in rare cases of FTLD and associated with ubiquitin-proteasome system related proteins (FTLD-UPS).Gene mutations also play an important role in FTLD with 30 to 50% of patients reporting a positive family history of FTD and 10 to 15% of patients corresponding to dominantly inherited form. Firstly described are the MAPT mutations. Mutations in the progranulin gene GRN were then found to be the most frequent mutations associated with FTLD. More recently, two studies demonstrated that expanded hexanucleotide GGGGCC repeats in a noncoding region of the chromosome 9 open reading frame 72 (C9ORF72) gene was responsible for a large proportion of FTLD. Less frequently mutations in the valosin containing protein (VCP) gene or charged multivesicular body protein 2B (CHMP2B) gene are also found associated with FTLD.Prior to the discovery of the main molecular actors of FTLD, studies described a partial or total loss of soluble or physiological Tau protein expression in both grey and white matter. This loss of Tau was originally found in a subset of dementia called DLDH for Dementia Lacking Distinctive Histopathology (renamed later FTLD-ni for FTLD with no inclusion). In 2006, most of these cases were reclassified as FTLD-U (presenting with ubiquitin positive inclusions). However, additional investigation with specific regards to this loss of Tau expression has not been reported since Zhukareva et al. in 2003. With the progress in genetics and neuropathology of FTLD, the question of whether this reduction of Tau expression is seldom remains ill-defined.This work takes place in this context whose primary goal was to investigate human brain Tau protein expression in Control, AD, FTLD-Tau, FTLD-TDP-GRN, FTLD-TDP-C9ORF72, sporadic FTLD-TDP and sporadic FTLD-FUS brains using western blot analysis. Remarkably, we demonstrated a huge reduction of all six human brain Tau isoforms only in a subset of FTLD-TDP brains with mutation on the GRN gene. Thus, our data clearly suggest that these specific cases, referred to as FTLD-TDP-GRNltau (for low levels of Tau protein), could be part of the current classification as a distinct entity with more severe synaptic dysfunction and astrogliosis. Beside this, we also performed a comparative proteomic study between the different FTLD sub-classes in order to find common physiopathological mechanisms

Le vieillissement normal s’accompagne d’une diminution du contenu du cholestérol cérébral. Au contraire, une accumulation de cholestérol est associée aux processus toxiques dans plusieurs pathologies dégénératives (maladie d’Huntington, maladie de Parkinson, épilepsie, maladie de Niemann Pick de type C, maladie d’Alzheimer). De plus, les parallèles étroits existent entre la physiopathologie moléculaire de la maladie d’Alzheimer et celle de la maladie de Niemann Pick de type C, maladie de l’homéostasie du cholestérol. Ainsi on retrouve dans ces deux pathologies une hyperphosphorylation de la protéine Tau, associée à une augmentation des endosomes élargis et à la production de peptides A. L’ensemble de ces éléments évoque le rôle potentiel de la surcharge en cholestérol cérébral comme facteur favorisant le développement de la maladie d’Alzheimer. L’objectif de mon travail de doctorat a été de déterminer si une surcharge en cholestérol in vivo dans les neurones de l’hippocampe, région précocement touchée par la maladie d’Alzheimer, pouvait être à l’origine de processus neurotoxiques et de modifications biochimiques et neuropathologiques proches de ceux qui sont observés dans cette pathologie. La quasi-totalité du cholestérol cérébral est synthétisée in situ, la barrière hémato-encéphalique ne permettant qu’un apport minime du cholestérol périphérique. L’excès de cholestérol est exporté de la circulation sanguine sous la forme du 24-hydroxycholestérol, un métabolite produit exclusivement dans les neurones par la cholestérol-24-hydroxylase codée par le gène Cyp46a1.La surcharge en cholestérol a été induite in vivo par inhibition de la cholestérol-24-hydroxylase, dans l’hippocampe par une stratégie d’ARN interférence délivré par une injection stéréotaxique d’un vecteur AAV5. Nous avons étudié, d’une part la capacité d’une accumulation de cholestérol à induire chez la souris normale, un phénotype clinique et neuropathologique proche de la maladie d’Alzheimer et d’autre part si cette même accumulation de cholestérol neuronal pouvait aggraver ou compléter le phénotype Alzheimer d’un modèle murin de la maladie, la souris APP23. L’injection du vecteur AAV5-shCYP46A1 dans la stratum lacunosum moleculare de l’hippocampe conduit à une inhibition significative de l'expression du gène Cyp46a1, associée à une diminution de la concentration du 24-hydroxycholestérol et une augmentation du contenu en cholestérol dans les neurones de l’hippocampe, 3 semaines après l’injection. En réponse à cet excès de cholestérol, des mécanismes régulateurs permettent de diminuer, d’une part l’import et d’augmenter l’export du cholestérol de la cellule et d’autre part d’augmenter le contenu en phosphatidylcholine afin de rétablir un ratio phospholipide/cholestérol physiologique. Cependant, l'accumulation majeure de cholestérol intracellulaire conduit, 3 semaines après l’injection, à une activation de la réponse UPR (Unfolded Protein Response ou stress du réticulum endoplasmique) caractérisée par l'expression des gènes codant les facteurs XBP1s, ATF6, GRP78 associée à celles des protéines PERK phosphorylée, CHOP et caspase 12, entraînant l'activation des caspases 9 et 3. Elle est associée à la phosphorylation des protéines GSK3 (Tyr216) et Tau (Thr231). En parallèle, l’augmentation du cholestérol induit, 3 semaines après l’injection, une augmentation de l’expression de la protéine Rab5 (marqueur des endosomes précoces) et une relocalisation de la protéine APP dans les fractions de radeaux lipidiques associées à l'activation de la voie amyloïdogénique (production des fragments-CTF et des peptides A42). L’étude lipidomique met en évidence, 4 semaines après l’injection, une augmentation du contenu en céramide à longues chaînes et à une augmentation des gangliosides. Tous ces éléments aboutissent à un processus de perte neuronale associée à un recrutement des astrocytes dès la quatrième semaine après l’injection
An increasing number of arguments suggest a close and complex link between cholesterol metabolism and neurodegenerative diseases, particularly with Alzheimer’s disease. Normal ageing is associated with a decrease of brain cholesterol content. Conversly, accumulation of brain cholesterol is associated with several neurodegenerative diseases (Huntington disease, Parkinson disease, epilepsy, Niemann Pick C disease, Alzheimer’s disease). Moreover, close connections exist between molecular physiopathology of AD and that of Niemann Pick, a disease of cholesterol homeostasis. Altogether, these results suggest that cholesterol overload might play a role, as an initiating factor for the development of AD.In the brain, cholesterol metabolism is tightly controlled. In adults, cholesterol is mainly synthetized by astrocytes, then shuttles to neurons where it is used. All cholesterol excess must be eliminated. Cholesterol cannot cross freely the blood-brain-barrier. To be metabolized, brain cholesterol must be converted in 24-hydroxy-cholesterol by the cholesterol-24 hydroxylase enzyme, coded by CYP46A1 gene. The objective of my PhD project was to determine if cholesterol accumulation in vivo in hippocampal neurons, a region early involved in AD pathology, could trigger neurotoxic processes with biochemical and neuropathological modifications close to what is observed in AD. Cholesterol overload in vivo was induced by inhibiting cholesterol 24-hydroxylase enzyme activity, using an RNA interference strategy. Stereotactic injection of an AAV5- shCYP46A1 vector in the stratum lacunosum moleculare of the hippocampus led to significant and rapid (as soon as 3 weeks after injection) inhibition of the Cyp46a1 gene in the hippocampus with an absence of RNA interference off-target effect. This inhibition was associated with a decrease of 24-hydroxycholesterol content and an increase of the cholesterol content. In response to this cholesterol excess, cell control mechanisms were initiated leading to decrease import and increase export of cholesterol, accompanied with an increase of phosphatidylcholine content to restore a physiological ratio of phospholipide/cholesterol. However, major accumulation of cholesterol led to neuronal death with activation of caspases 9 et 3, suggesting an apoptotic process. The cholesterol overload drives to an endoplasmic reticulum stress, with activation of the unfolded protein response (UPR) and expression of spliced XBP1, ATF6, GRP78, phosphorylated PERK, CHOP and caspase 12. These modifications were associated with phosphorylation of GSK3 (Tyr 216) and tau (Thr 231) proteins. In parallel, cholesterol accumulation led to increased expression of Rab5 (early endosome marker) and relocalization of APP in rafts domains associated to activation of amyloid pathway (production of -CTF fragments and A42 peptides). Lipidomic analysis showed an increase of ceramides and gangliosides content. All these modifications were associated with neuronal death 4 weeks after injection and astrocytosis, leading to an EEG theta rhythm accelerated to beta frequencies, memory deficits and hippocampal atrophy. In a mouse model of Alzheimer disease, the APP23 mouse, cholesterol accumulation led to major aggravation of the phenotype, with increased production of A peptides, occurring of tau phosphorylation and UPR response, leading to accelerated neuronal death. Altogether, these results suggest a direct link between cholesterol accumulation in the brain and Alzheimer’s disease. Brain cholesterol accumulation could seed the sows to the development of Alzheimer’s pathology. Reducing cerebral cholesterol could thus be a relevant therapeutic strategy to prevent the development, or at least slow down the evolution of the pathology in Alzheimer’s disease

Les pathologies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer ou de Parkinson sont caractérisées par un dysfonctionnement neuronal lent conduisant à des altérations synaptiques et de manière ultime à la mort neuronale. De récentes études suggèrent qu’au cours du temps, les stigmates pathologiques et la dégénérescence qui affectent initialement des aires restreintes, pourraient s’amplifier et se disperser au sein d’aires voisines via un chemin préférentiel. Plusieurs possibilités non exclusives pourraient expliquer cette progression: la perte de facteur neurotrophique, une neurotransmission aberrante, la dispersion de protéines aggrégées… Dans ma thèse j’ai développé un système de culture microfluidique permettant d’orienter la croissance axonale afin de reconstruire des réseaux neuronaux orientés modélisant des voies neuroanatomiques. J’ai ensuite modélisé une dégénérescence locale aigüe (axotomie corticale) ou une lésion agrégative locale (dépôt focal d’A somatique cortical). Ces paradigmes induisent une déconnexion présynaptique précoce au niveau des connexions pré/post-synaptiques (à distance du stress) et m’a permis d’évaluer le potentiel synapto-protecteur de molécules pharmacologiques. Cette dégénérescence présynaptique induit des perturbations dans les neurones distants connectés non exposés au stress avant la dégénérescence globale du neurone directement ciblé. La genèse d’une neurotransmission glutamatergique aberrante pourrait médier ce phénomène via l’altération des patrons d’activation des récepteurs extrasynaptiques mais aussi synaptiques

Les interfaces cerveau/machine consistent en l’interfaçage direct d’un tissu nerveux avec unsystème électronique. Dans le cas des interfaces in vitro, il s’agit de tirer parti du traitement de l’information parallélisé au sein de ces réseaux neuronaux pour atteindre des performances de calcul supérieures à celles des processeurs classiques. In vivo, les interfaces cerveau/machine ont pour objectif d’introduire de nouvelles informations dans le circuit neuronal par stimulation électrique du tissu afin de compenser ou réhabiliter des fonctions cognitives ou sensori-motrices perdues. Qu’il soit question de recueil de données ou de transfert d’information, le défi majeur de ces interfaces se trouve au niveau des interactions cellules/matériaux. C’est notamment le cas des prothèses rétiniennes pour lesquelles la résolution actuelle est insuffisante pour permettre aux patients de lire des textes complexes, de se mouvoir dans un environnement complexe et de reconnaître des visages. Cependant, les premiers essais cliniques ont apporté des résultats encourageants chez des patients non-voyants, même si l’acuité visuelle retrouvée reste inférieure à la limite légale de cécité. Au cours de ce doctorat, nous avons travaillé sur la biocompatibilité de nouveaux matériaux semi-conducteurs, la fonctionnalisation et la distribution des électrodes pour des interfaces rétine-machine in vitro et in vivo. La première partie de mon travail a porté sur la reconstruction d’un réseau neuronal rétinien sur une matrice de multi-électrodes. Nous proposons une nouvelle technique pour sélectionner spécifiquement des populations neuronales sur des électrodes prédéfinies d’une matrice en utilisant soit un anticorps soit une lectine spécifique. Cette sélection s’opère à partir d’une suspension cellulaire mixte dans laquelle la population d’intérêt peut être faiblement représentée. Cette possibilité de reconstruire un réseau neuronal rétinien ouvre de nouvelles perspectives dans l’étude du fonctionnement et la formation de ce réseau neuronal. La seconde partie de mon travail a porté sur le développement d’approches nouvelles pour augmenter la résolution et la stabilité à long-terme des implants rétiniens. Dans un premier temps, nous avons démontré la biocompatibilité de deux matériaux semi-conducteurs à base de carbone, le graphène et le diamant, pour les neurones rétiniens. Ces derniers peuvent en effet développer de longs prolongements directement sur ces matériaux en l’absence de tout revêtement protéique. Par contre, les cellules gliales montrent une nette préférence pour les surfaces recouvertes de peptides. Intégrant ces matériaux sur des implants in vivo, nous avons d’abord mis en évidence l’avantage d’une structure 3D pour focaliser les courants de stimulation sur des neurones s’intégrant à l’intérieur de cavités ou puits. La présence de diamant à la surface de ces prototypes 3D d’implant souples n’induit pas de réaction majeure dans la rétinede rats aveugles. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour les interfaces cerveau machine et les neuroprothèses, en particulier les implants rétiniens en confirmant l’intérêt du diamant et du graphène et en proposant de nouvelles stratégies d’interfaçage cellule/électrode ou tissu/implant
Brain-Machine Interfaces consist in the direct interfacing of a nervous tissue onto an electronic device. In vitro interfaces are expected to outperform computer calculations by achieving parallel information processing within neural networks. Applying electrical stimulations, in vivo brain-machine interfaces aim at assisting, rehabilitating or repairing cognitive or sensory-motor functions. Either for data analysis or information transfer, the main challenge of these interfaces relies in the cell/material interactions. Particularly in the case of retinal prosthetics, the current resolution remains insufficient to allow patients to read complex texts, to perform locomotion tasks in a complex environment and recognize faces. However, the first clinical trials showed encouraging results in blind patients, even though the restored visual acuity is still below legal blindness. During my PhD, we have worked on the biocompatibility of new semi-conducting materials, the functionalization and configuration of electrodes for retina-machine interfaces, both in vitro and in vivo. The first part of my work consisted in reconstructing a retinal neuronal network on a multielectrode array. We propose a novel technique to specifically address neuronal populations on pre-defined electrodes on an array, using either a specific antibody or lectine. This selection is performed from a mixed cell suspension even when selected neurons represent a minor population. This possibility to reconstruct a retinal neuronal network opens new perspectives for studying the formation and physiology of this neuronal network. The second topic of my work concerned the development of new approaches to increase the resolution and long-term stability of retinal implants. First, we demonstrated the biocompatibility of two semi-conducting carbon-based materials, graphene and diamond, with retinal neurons. These neurons could develop long neurites directly on the tested materials without any protein coating. By contrast, glial cells showed a clear preference for peptide-coated surfaces. Prior to integrating these materials on in vivo implants, we have shown the advantage of 3D structures to focalize stimulation currents onto neurons filling the implant cavities or wells. The diamond coating at the surface of these 3D soft implant prototypes does not seem to induce any major inflammation in the retina of blind rats. These works open new perspectives in the field of brain machine interfaces, neuroprostheses, with a specific emphasis on visual rehabilitation confirming the interest of diamond and graphene and proposing new strategies of cell/electrode or tissue/implant interfaces

La degenerescence neuronale est un processus commun aux maladies neurodegeneratives (mnd) et a l'ischemie cerebrale. Dans de nombreuses mnd, les proteines tau anormalement phosphorylees s'agregent en filaments intracellulaires insolubles. Ces proteines font partie de la famille des proteines associees aux microtubules. Elles sont principalement exprimees dans le tissu nerveux et interviennent dans la stabilite et le maintien de l'architecture neuronale. Leur etat de phosphorylation regule leur liaison aux microtubules. Recemment, des mutations du gene codant les proteines tau ont ete identifiees dans certaines formes de demences frontotemporales (dftp-17), dont plusieurs ont pour consequence d'augmenter la quantite intracellulaire de certaines isoformes de proteines tau. Dans le cadre de notre these, nous avons etudie l'etat de phosphorylation des proteines tau dans differents modeles in vitro et in vivo
Nos resultats suggerent que les sous-populations neuronales vulnerables des differentes mnd peuvent etre caracterisees par l'expression d'isoformes specifiques de proteines tau associee a un contenu particulier en kinases. Dans le modele canin d'ischemie cerebrale globale, apres l'ischemie, les sites critiques impliques dans l'interaction tau/microtubules ne retrouvent jamais leur niveau de phosphorylation, meme apres 24 heures de reperfusion, ce qui suggere un role des proteines tau dans le retablissement d'un cytosquelette neuronal intact et d'un transport axonal fonctionnel. Enfin, dans les cellules de neuroblastome humain, nous avons reproduit les consequences physiologiques de certaines mutations des dftp-17 : la surexpression de certaines isoformes de proteines tau sensibilise les cellules a la mort par apoptose. En conclusion, notre travail de these nous amene a proposer les proteines tau, et en particulier leur etat de phosphorylation, comme des marqueurs fiables de l'integrite/vulnerabilite neuronale dans differentes conditions pathologiques

La paralysie cérébrale (PC) regroupe un ensemble varié de troubles moteurs, sensoriels et cognitifs, liés à des lésions de la substance blanche (i.e. leucomalacie périventriculaire, PVL) survenant, le plus souvent, après un épisode hypoxo-ischémique autour de la naissance. Afin de reproduire la PVL chez l'animal, nous utilisons une ischémie prénatale (PI) qui induit des lésions des substances blanche et grise. Les rats ischémiés développent des déficits cognitifs visuo-spatiaux et une hyperactivité, également observés chez les patients atteints de PC, liés à des lésions du cortex entorhinal, préfrontal et cingulaire. La PI n'induit que des troubles locomoteurs modérés associés à des signes de spasticité, et une atteinte anatomique et fonctionnelle du cortex somesthésique primaire (S1), tandis que le cortex moteur (M1) reste intact. Ainsi, la PI reproduit les symptômes observés chez les enfants et adultes nés prématurément. La présence de mouvements spontanés anormaux au cours de la 1ère année conduisant à la PC suggère une implication de l'expérience sensorimotrice anormale dans le développement de cette pathologie. La combinaison d'une restriction sensorimotrice (SMR) durant le développement et de la PI induit des troubles cognitifs atténués mais une hyperactivité importante. Les rats combinant PI et SMR présentent des déficits posturo-moteurs drastiques et une spasticité, associés à une dégradation des tissus musculo-squelettiques, comparables à ceux observés chez les patients. Ces troubles moteurs, associés à une désorganisation importante des cartes corticales dans S1 et M1, suggèrent un dysfonctionnement important des boucles d'intégration sensorimotrice
Cerebral palsy (CP) corresponds to various motor, sensory and cognitive disorders related to white matter damage (i.e. periventricular leucomalacia, PVL) often occurring after perinatal hypoxic-ischemic events. To reproduce PVL in rodents, we used a prenatal ischemia (PI) that induces white and gray matter damage. The ischemic rats exhibit visual-spatial cognitive deficits and hyperactivity, as observed in patients with CP, related to lesions of entorhinal, prefrontal and cingular cortices. Only mild locomotor disorders are induced by PI, associated to signs of spasticity, along with anatomical and functional degradation in the primary somatosensory cortex (S1), while the primary motor cortex (M1) remains unchanged. Thus, PI recapitulates the main symptoms found in children born preterm. Abnormal spontaneous movements (i.e. general movements) observed in infants who develop CP later on suggest that abnormal sensorimotor experience during maturation is key in the development of this catastrophic disease. The combination of a sensorimotor restriction (SMR) and PI in animal induces fewer cognitive deficits but still hyperactivity. Such a combination leads to severe postural and motor disorders, and spasticity, associated with musculoskeletal pathologies, as observed in patients with CP. In addition to motor disorders, drastic topographical disorganization of cortical maps in S1 and M1 suggest a major dysfunction of sensorimotor loops

Le rôle des membres de la famille p53 dans l'apoptose neuronale a été souligné par plusieurs études. Toutefois leurs mécanismes de régulation sont encore mal connus. P53 est un facteur de transcription pro-apoptotique qui est inhibé par MDM2 à l'état basal. Nous avons étudié le rôle de MDMX, un homologue à MDM2, et de p73, un membre de la famille p53, dans la régulation de la fonction p53 et de l'apoptose, et ce dans des cultures primaires de neurones. Nous avons induit l'apoptose par des agents anticancéreux (Cisplatine, Néocarzinostatine) ou par des stress spécifiques aux neurones (privation en K+ ou LK, Glutamate et la stimulation de l’APP). Sur le plan mécanistique, nous montrons que l'expression de MDMX ainsi que celle de DNp73 inhibe non seulement l'activité transcriptionnelle de p53 et bloque partiellement l’apoptose neuronale. Notre étude suggère que MDMX et DNp73 favorisent la survie neuronale en inhibant l'activité transcriptionnelle de p53 ainsi que de E2F1 (pour MDMX) et TAp73 (pour DNp73)
The role of p53 family members in neuronal apoptosis has been suggested by many studies. However, the mechanisms by which this pathway is regulated remain poorly known. We undertook to study the regulation of two components of the p53 regulatory pathway: MDMX and p73 (with its long and short isoforms, TA and DN respectively). To this aim, we cultured primary neurons in which we induced apoptosis via different pathways (DNA damage, loss of electric activity, excitotoxicity and APP stimulation). Our results show that these stresses induce loss of MDMX and DNp73. We demonstrate that those factors undergo degradation via phosphorylation at specific sites. Furthermore, overexpression of either MDMX or DNp73 partially restores neuronal viability after neurotoxic treatments. Our results show that MDMX and DNp73 are anti-apoptotic factors that inhibit not only p53, but E2F1 (for MDMX) and Tap73 (for DNp73) activity as well

L'étude de la dynamique des circuits neuronaux est primordiale pour la compréhension des troubles neurologiques et psychiatriques. Ces processus, classiquement étudiés in vivo ou ex vivo, peuvent être appréhender in vitro grâce à des micro-technologies. Les technologies microfluidiques offrent la possibilité de reconstruire des réseaux de neurones orientés et de manipuler indépendamment les deux populations neuronales ainsi connectées. Dans cette étude, une caractérisation de la mise en place et de la rythmogénèse des réseaux cortico-striataux a été entreprise par imagerie calcique. Par la suite, nous avons démontré que des modifications chroniques des rythmes pré-synaptiques corticaux conduisaient à des phénomènes d¿excitotoxicité trans-synaptique. L'avancée des recherches a montré que les maladies neurodégénératives et psychiatriques pouvaient partager des points communs, notamment des altérations de la transmission synaptique et de l'activité des réseaux de neurones. Pour évaluer ces effets, une modulation de l'expression de Disrupted-In-Schizophrenia-1 a été réalisée dans nos réseaux cortico-striataux. Une altération de la différenciation des neurones striataux a été objectivée mais sans impact sur l'activité rythmique des réseaux neuronaux. Cependant, les expériences de surexpression ont montré la capacité de DISC-1 à participer à la formation des granules de stress, et à recruter dans celles-ci des protéines impliquées dans la transmission synaptique. Au final, ce projet démontre que les réseaux reconstruits in vitro possèdent des caractéristiques similaires aux réseaux in vivo et permettent l'étude de pathologies du système nerveux central
Neural circuit dynamics need to be elucidated for understanding neurological and psychiatric disorders such as Parkinson's disease and schizophrenia. While this is classically studied in vivo or ex vivo, micro-technological approaches permit “brain-on-chip” models recapitulating some intrinsic neuronal network properties. In this study, parameters of cortico-striatal connection were monitored. Glutamatergic neuronal network activity was monitored using calcium imaging. Dopamine and Dopaminergic receptor 2 agonist decreased firing frequency and disrupted striato-striatal synchrony. Then, we demonstrated that both acute and chronic alterations of cortical neurons activity led to impairment of striatal survival through trans-synaptic degeneration. In psychiatric diseases, network rhythm alterations do not lead to neuronal death but to behavior disorders. To study how those alterations appeared, we investigated the impact of DISC-1 expression modulation on the establishment of cortico-striatal network and its activity. Alteration of DISC-1 expression led to deficits in striatal differentiation processes and seemingly did not drive network rhythms variation. Interestingly, DISC-1 overexpression experiments showed its aggregation in stress granules concomitant with an ability to recruit others proteins involved in synaptic transmission and neuronal plasticity. These results seem to show that DISC-1 could be involved in degenerative processes and not only in psychiatric diseases. The present data demonstrate that cortico-striatal networks reconstructed in a microfluidic environment present characteristics similar to in vivo cortico-striatal networks

Ce travail de these s'inscrit dans une strategie de reparation du systeme nerveux lese en favorisant une approche par transplantation cellulaire. Nous avons utilise un modele cellulaire, la lignee humaine ntera2. Une partie des cellules de cette lignee se differencie irreversiblement sous l'action de l'acide retinoique en neurones postmitotiques. L'optimisation de la survie et de la differenciation de ces cellules etant important dans cette strategie, nous nous sommes interesses au role des proteines de la famille de bcl-2 et plus particulierement a la proteine bcl-x durant le developpement neuronal. Dans un premier temps, nous avons recherche la localisation de la proteine bcl-x dans le systeme nerveux central (snc) postnatal et adulte. Alors que la proteine bcl-x l est exprimee de facon ubiquitaire dans le snc postnatal, sa presence se restreint dans le snc adulte a des regions connues pour leur plasticite. Dans un second temps, dans la perspective de greffer les neurones nt2 dans le snc, nous avons caracterise les phenotypes de neurotransmission exprimes par ces cellules. Ces cellules sont multipotentes et sont capables de former des synapses, ce qui en font un outil therapeutique interessant permettant de remplacer plusieurs types de neurones disparus lors de traumatismes ou de maladies neurodegeneratives. Au cours de la differenciation des cellules nt2, nous avons montre que les proteines bcl-x, bcl-2 et bax ont des profils d'apparition et d'expression differents. Ces proteines etant connues pour leur role dans l'apoptose, nous avons recherche la presence d'une mort cellulaire durant la differenciation des cellules nt2. Dans ce modele, il existe une mort apoptotique precoce dans les premiers jours de la differenciation touchant les cellules n'exprimant pas les marqueurs de differenciation. Lors de ce pic d'apoptose, l'expression de la proteine bax ne varie pas, celle de bcl-2 est indetectable et celle de bcl-x augmente. Une strategie utilisant des oligodeoxynucleotides antisens dirige contre l'arn de bcl-x l a ete utilisee pour preciser le role de la proteine bcl-x. Il semble que la presence proteine bcl-x l soit necessaire a la survie des cellules nt2 indifferenciees. En conclusion, chacune des proteines bcl-x l, bcl-2 et bax en plus de leur role connu dans l'apoptose pourraient jouer un role distinct et specifique dans les differentes etapes du processus de differenciation des cellules nt2.

La maladie de Huntington résulte d'une expansion de glutamines dans la protéine huntingtine. Cette mutation lui confère de nouvelles propriétés, dont celle de s'agréger et de produire une neurodégénérescence, qui malgré l'expression ubiquitaire de la huntingtine mutée, est spécifique du striatum. L'objectif de ce travail consistait à explorer le rôle de la dopamine dans cette vulnérabilité striatale. Après avoir démontré que la huntingtine mutée est capable d'activer la voie pro-apoptotique JNK/cJun dans des cultures primaires de neurones striataux (Garcia, Charvin and Caboche, 2004), nous avons étudié l'influence de la dopamine dans ce modèle neuronal. Nous avons alors montré que la dopamine i) active la voie pro-apoptotique JNK/cJun en synergie avec la huntingtine mutée via la production de radicaux libres, ii) augmente la formation d'agrégats via l'activation des récepteurs D2, iii) augmente la toxicité de la huntingtine mutée à travers ces deux effets combinés. Ainsi, nos résultats suggèrent que la dopamine concourt à la vulnérabilité des neurones striataux exprimant la huntingtine mutée (Charvin et al., 2005). Nous avons ensuite évalué in vivo l'effet thérapeutique d'un traitement précoce avec un antagoniste des récepteurs D2 dans un modèle murin de maladie de Huntington. Chez des rats infectés dans le striatum par des lentivirus exprimant la huntingtine normale ou mutée, nous avons montré que l'halopéridol décanoate retarde la formation des agrégats et protègent les neurones striataux exprimant la huntingtine mutée (Charvin et al., soumis). Ces travaux mettent en évidence un rôle potentialisateur de la dopamine dans la vulnérabilité des neurones striataux à la huntingtine mutée et ouvrent des perspectives nouvelles de thérapies pour la maladie de Huntington.

Le cholestérol est le principal stérol présent dans la rétine. Dans sa forme libre, le cholestérol est distribué dans toutes les couches cellulaires de la rétine, alors que le cholestérol estérifié s'accumule essentiellement à la base de l'épithélium pigmentaire rétinien. La capacité intrinsèque de la rétine à synthétiser le cholestérol paraît limitée, ce qui implique nécessairement que des voies extra-rétiniennes participent activement à suppléer la rétine en cholestérol. Les cellules gliales de Müller contribueraient à l'apport de cholestérol aux neurones de la rétine, en particulier pour la formation des synapses. Les conséquences délétères d'une accumulation ou à l'inverse d'un déficit en cholestérol dans les neurones sur leur survie souligne l'importance de maintenir l'équilibre entre l'apport et la néosynthèse du cholestérol d'une part et son élimination d'autre part. Pour cela, la rétine neurale a en particulier la capacité de convertir, pour l'éliminer, le cholestérol en 24S-hydroxycholestérol. En effet, le transport du 24S-hydroxycholestérol au travers des membranes est facilité par la présence d'un groupe hydroxyle supplémentaire, lui conférant une polarité plus importante par rapport au cholestérol. L'enzyme qui catalyse cette réaction est la cholestérol-24S-hydroxylase (CYP46A1). Des liens ont été établis entre CYP46A1, 24S-hydroxycholestérol et processus neurodégénératifs dans le cerveau, suggérant un rôle potentiel dans certaines pathologies comme la maladie d'Alzheimer. CYP46A1 est exprimée dans la rétine neurale, et plus particulièrement dans les cellules ganglionnaires de la rétine. Le rôle de CYP46A1 dans la rétine reste pour l'instant inconnu. Cependant, par analogie avec le cerveau, nous pouvons supposer une fonction dans le contrôle de l'homéostasie du cholestérol dans les neurones et envisager une association avec des pathologies dégénératives de la rétine comme la Dégénérescence Maculaire Liée à l'Âge (DMLA) ou le glaucome. Dans ce contexte, l'objectif de nos travaux a consisté à évaluer le rôle de la cholestérol-24S-hydroxylase dans la rétine en conditions physiologiques et pathologiques. Par une approche clinique, nous avons trouvé qu'un polymorphisme génétique dans CYP46A1 était un facteur de risque de glaucome (Risque relatif=1,26, intervalle de confiance à 95%=1,006-1,574, p<0,05) (Fourgeux et al. 2009, Invest Ophthalmol Vis Sci 50:5712-7). Par contre, ce polymorphisme génétique n'a pas été retrouvé, en tant que tel, comme facteur de risque chez des patients DMLA, mais pourrait l'être chez les patients non porteurs d'allèles à risque dans les gènes CFH et LOC388715 (Fourgeux et al. 2012, Invest Ophthalmol Vis Sci 53:7026-33). Deux approches expérimentales nous ont permis de suggérer qu'il existe un lien entre le stress des cellules de la rétine et le 24S-hydroxycholestérol. En effet, dans une étude in vivo faite chez le rat, après avoir reproduit une caractéristique principale du glaucome par l'augmentation de la pression intraoculaire, nous avons suggéré le rôle crucial de la glie dans le maintien de l'expression de CYP46A1 au cours de la neurodégénérescence de la rétine (Fourgeux et al. 2012, Acta Ophthalmol, Sep 23 ; doi: 10.1111/j.1755-3768.2012.02490.x.). Enfin, l'inhibition pharmacologique de l'activité CYP46A1 dans la rétine par le voriconazole injecté in vivo chez le rat nous a permis de mettre en évidence que la diminution du contenu en 24S-hydroxycholestérol de la rétine était associée à une dysfonction des cellules ganglionnaires, évaluée par électrorétinographie. En parallèle, nous avons observé une activation gliale, dont l'amplitude était amplifiée par l'inhibition de l'activation microgliale induite par la minocycline [...]

Le [18F]Fluoro-éthoxybenzovesamicol ([18F]FEOBV) a été identifié comme étant un des agents radioactifs les plus prometteurs pour l'imagerie du transporteur vésiculaire de l'acétylcholine en utilisant la tomographie par émission de positrons (TEP). Nous rapportons ici que cette approche est en mesure de détecter de subtiles pertes de terminaux cholinergiques, comme celles associés avec le vieillissement ou suivant la lésion partielle du noyau basal de Meynert (NBM). Vingt-et-un rats adultes ont été distribués également en trois groupes : 1) Rats âgés (18 mois); 2) Jeunes rats (3 mois); et 3) Rats avec une lésion unilatérale du NBM induite par une infusion locale de saporine-IgG 192. Pour les rats normaux et ceux avec lésion, la plus haute valeur de liaison du [18F]FEOBV a été observée dans le striatum, suivi de valeurs similaires dans le cortex frontal et le thalamus, puis de valeurs plus faibles pour les hippocampes et le cortex temporo-pariétal. Les rats avec lésion du NBM ont démontré une liaison de [18F]FEOBV diminuée principalement dans la partie ventrale du cortex frontal. Cette perte est plus importante du côté de la lésion, mais également présente dans la région homologue de l'hémisphère controlatéral. Le vieillissement a entraîné une diminution de liaison de [18F]FEOBV localisée dans les hippocampes. Le [18F]FEOBV semble être une marqueur très prometteur pour la quantification in vivo du transporteur vésiculaire de l'acétylcholine dans le cerveau; l'imagerie TEP avec cet agent permet la détection de réductions physiologique et pathologique de la densité des terminaisons cholinergiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Tomographie par émission de positrons, transporteur vésiculaire de l'acétylcholine, neurodégénérescence, vieillissement, saporine-IgG 192, [18F]Fluoro-éthoxybenzovesamicol