Dissertations / Theses on the topic 'Maladie d'Alzheimer – Modèles animaux'

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016
Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016
La barrière hématoencéphalique (BHE) est une barrière biologique qui protège le cerveau de molécules potentiellement toxiques pour le SNC. Plusieurs études laissent penser que des modifications de la BHE ont lieu au cours de la maladie d’Alzheimer (MA). Ainsi, la BHE demeure un grand défi dans le développement de médicaments pour les maladies cérébrales. Cependant, des systèmes de transport biologique au niveau de la BHE pourraient être ciblés par des anticorps afin d’améliorer la disponibilité cérébrale de différents médicaments. Notre objectif était d’évaluer la BHE dans la MA et de quantifier l’accumulation cérébrale d’un anticorps monoclonal ciblant le récepteur de la transferrine (RTf). Dans la première partie du projet, nous avons évalué la BHE chez deux modèles de souris de la MA, des souris doubles (APP/PS1) et triples (3xTg-AD) transgéniques. Une diminution du volume vasculaire a été observée dans l’hippocampe des souris 3xTg-AD âgées de 6 à 18 mois par rapport aux souris témoins. Ces souris ont démontré une diminution du transport cérébral du glucose et de l'expression de GLUT1 à l’âge de 18 mois. En revanche, aucune différence n’a été observée chez les souris APP/PS1. Dans la deuxième partie du projet, nous avons étudié l’effet de l’allèle ε4 de l’apolipoprotéine E, un facteur de risque génétique majeur de la MA, sur la BHE. Les souris APOE4 ont démontré une réduction de la vascularisation cérébrale et du transport cérébral du glucose de manière dépendante de l’âge. De plus, une réduction de l’épaisseur de la lame basale, une augmentation de l’expression de RAGE et une diminution du passage cérébral du DHA ont été observées chez les souris APOE4 par rapport aux souris APOE2 et APOE3. Finalement, nous avons développé la technique de la perfusion cérébrale in situ pour quantifier l’accumulation cérébrale d’un anticorps fluorescent (Ri7) ciblant le RTf. Ainsi, nous avons confirmé l’accumulation cérébrale de Ri7 au niveau des cellules endothéliales en utilisant un mécanisme saturable et sans affecter l’intégrité physique de la BHE. Cet anticorps pourrait donc être utilisé pour modifier l’expression capillaire de différents récepteurs/transporteurs, ce qui pourrait être efficace dans le traitement de la MA.
La barrière hématoencéphalique (BHE) est une barrière biologique qui protège le cerveau de molécules potentiellement toxiques pour le SNC. Plusieurs études laissent penser que des modifications de la BHE ont lieu au cours de la maladie d’Alzheimer (MA). Ainsi, la BHE demeure un grand défi dans le développement de médicaments pour les maladies cérébrales. Cependant, des systèmes de transport biologique au niveau de la BHE pourraient être ciblés par des anticorps afin d’améliorer la disponibilité cérébrale de différents médicaments. Notre objectif était d’évaluer la BHE dans la MA et de quantifier l’accumulation cérébrale d’un anticorps monoclonal ciblant le récepteur de la transferrine (RTf). Dans la première partie du projet, nous avons évalué la BHE chez deux modèles de souris de la MA, des souris doubles (APP/PS1) et triples (3xTg-AD) transgéniques. Une diminution du volume vasculaire a été observée dans l’hippocampe des souris 3xTg-AD âgées de 6 à 18 mois par rapport aux souris témoins. Ces souris ont démontré une diminution du transport cérébral du glucose et de l'expression de GLUT1 à l’âge de 18 mois. En revanche, aucune différence n’a été observée chez les souris APP/PS1. Dans la deuxième partie du projet, nous avons étudié l’effet de l’allèle ε4 de l’apolipoprotéine E, un facteur de risque génétique majeur de la MA, sur la BHE. Les souris APOE4 ont démontré une réduction de la vascularisation cérébrale et du transport cérébral du glucose de manière dépendante de l’âge. De plus, une réduction de l’épaisseur de la lame basale, une augmentation de l’expression de RAGE et une diminution du passage cérébral du DHA ont été observées chez les souris APOE4 par rapport aux souris APOE2 et APOE3. Finalement, nous avons développé la technique de la perfusion cérébrale in situ pour quantifier l’accumulation cérébrale d’un anticorps fluorescent (Ri7) ciblant le RTf. Ainsi, nous avons confirmé l’accumulation cérébrale de Ri7 au niveau des cellules endothéliales en utilisant un mécanisme saturable et sans affecter l’intégrité physique de la BHE. Cet anticorps pourrait donc être utilisé pour modifier l’expression capillaire de différents récepteurs/transporteurs, ce qui pourrait être efficace dans le traitement de la MA.
The blood-brain barrier (BBB) is a biological barrier which protects the brain from potential toxic molecules. Several studies suggest that changes in the BBB occur in Alzheimer's disease (AD). On the other hand, the BBB is a major challenge in the development of drugs for cerebral diseases. However, biological transport systems at the BBB, such as the transferrin receptor (TfR), could be targeted with monoclonal antibodies to develop the technology of Trojan horse and improve the brain availability of different drugs. The aim of my PhD project was to assess the BBB in AD and quantify the brain uptake of a monoclonal antibody targeting the TfR. In the first part of the project, we evaluated the BBB in two mouse models of AD, doubles (APP / PS1) and triple (3xTg-AD) transgenic mice. A reduction of the vascular volume was observed in the hippocampus of 3xTg-AD mice aged 6-18 months compared to control mice. These mice showed a decrease in glucose cerebral transport and expression of GLUT1 at the age of 18 months. However, no difference was observed in APP/PS1 mice. In the second part of the project, we studied the effect of the ε4 allele of apolipoprotein E, a major genetic risk factor of AD, on the BBB. The APOE4 mice showed a reduction of the cerebral vascularization and glucose cerebral transport in age dependent manner. Moreover, a reduction in the thickness of the basement membrane, an increase in the expression of RAGE and a decrease in cerebral passage of DHA were observed in APOE4 mice compared to APOE2 and APOE3 mice. Finally, we developed the in situ brain perfusion technique to quantify the brain uptake of a fluorescent antibody (RI7) targeting the TfR. In this section, we confirmed the cerebral accumulation of RI7 in the endothelial cells. This accumulation was made without affecting the physical integrity of the BBB and using a saturable mechanism. Hence, this antibody could be used to modify the expression of various receptors/transporters in the cerebral capillary, which may be effective in the treatment of neurodegenerative diseases such as AD.
The blood-brain barrier (BBB) is a biological barrier which protects the brain from potential toxic molecules. Several studies suggest that changes in the BBB occur in Alzheimer's disease (AD). On the other hand, the BBB is a major challenge in the development of drugs for cerebral diseases. However, biological transport systems at the BBB, such as the transferrin receptor (TfR), could be targeted with monoclonal antibodies to develop the technology of Trojan horse and improve the brain availability of different drugs. The aim of my PhD project was to assess the BBB in AD and quantify the brain uptake of a monoclonal antibody targeting the TfR. In the first part of the project, we evaluated the BBB in two mouse models of AD, doubles (APP / PS1) and triple (3xTg-AD) transgenic mice. A reduction of the vascular volume was observed in the hippocampus of 3xTg-AD mice aged 6-18 months compared to control mice. These mice showed a decrease in glucose cerebral transport and expression of GLUT1 at the age of 18 months. However, no difference was observed in APP/PS1 mice. In the second part of the project, we studied the effect of the ε4 allele of apolipoprotein E, a major genetic risk factor of AD, on the BBB. The APOE4 mice showed a reduction of the cerebral vascularization and glucose cerebral transport in age dependent manner. Moreover, a reduction in the thickness of the basement membrane, an increase in the expression of RAGE and a decrease in cerebral passage of DHA were observed in APOE4 mice compared to APOE2 and APOE3 mice. Finally, we developed the in situ brain perfusion technique to quantify the brain uptake of a fluorescent antibody (RI7) targeting the TfR. In this section, we confirmed the cerebral accumulation of RI7 in the endothelial cells. This accumulation was made without affecting the physical integrity of the BBB and using a saturable mechanism. Hence, this antibody could be used to modify the expression of various receptors/transporters in the cerebral capillary, which may be effective in the treatment of neurodegenerative diseases such as AD.

Cette étude, qui a été sollicitée par des médecins et des biologistes, examine quelques problèmes philosophiques soulevés par la maladie d'Alzheimer. Quelle est la réalité de cette affection? Que veut-on dire en affirmant qu'elle est liée au vieillissement mais qu'il ne faut pas la mettre sur le compte de l'âge? Faut-il la regarder comme une maladie psychiatrique ou comme une maladie neurologique? Notre étude examine d'abord les origines historiques de la notion, les conditions dans lesquelles elle est apparue et le sens qu'elle avait pour ses inventeurs. Puis, elle s'efforce de répondre à des questions éthiques et épistémologiques qui se posent de manière récurrente dans les soins et la recherche sur la maladie d'Alzheimer. Quelles sont les limites des modèles animaux actuels? Quelle information (diagnostique et pronostique) convient-il de donner aux malades et à leurs familles? Comment respecter l'autonomie des malades, alors que celle-ci est fragilisée par la maladie?

Aujourd’hui, malgré la description des mécanismes à l’origine du développement de la dépression et de la MA, aucun traitement curatif n’existe pour ces pathologies suggérant l’implication d’un autre phénomène. L’un des processus retrouvé communément dans ces pathologies est la neuroinflammation. Or pour le moment, les essais cliniques entrepris dans la MA afin de réduire la neuroinflammation n’ont pas permis d’aboutir à une amélioration significative des symptômes. L’une des raisons de cet échec serait une mauvaise fenêtre thérapeutique qui aurait pour conséquence d’exacerber les effets délétères de la neuroinflammation. Ceci met en lumière la méconnaissance de la cinétique de la neuroinflammation dans la MA. Ainsi notre travail de thèse avait pour but, d’une part, d’étudier l’impact d’anti-inflammatoires comparativement à celui d’antidépresseur dans la dépression chez la souris, et d’autre part, d’étudier l’impact de l’utilisation d’antidépresseur et d’anti-inflammatoires dans un modèle murin de MA
Today, despite the description of the mechanisms underlying the development of depression and AD (Alzheimer’s disease), no cure exists for these diseases suggesting the involvement of another phenomenon. One of the processes commonly found in these pathologies is neuroinflammation. However, clinical trials undertaken in the AD to reduce neuroinflammation have not led to a significant improvement of symptoms. One reason for this failure could be a bad therapeutic window which would result in the increase of deleterious effects of neuroinflammation. This highlights the lack of understanding of the kinetics of neuroinflammation in AD

Le vieillissement est un facteur clé dans la pathogenèse de la maladie d'Alzheimer (MA), forme la plus courante de démence chez la personne âgée. L'incidence de la MA est faible avant 65 ans ; celle-ci double ensuite tous les 5 à 6 ans pour dépasser 8 cas pour 100 années-personnes après 85 ans. Au cours des dernières décennies, plusieurs modèles transgéniques de la MA ont été conçus et caractérisés. Il a été observé que chez les souris qui surexprimaient les formes mutées de la protéine précurseur amyloïde-β (Aβ) humaine (hAPP) développaient des dépôts du peptide Aβ dans leur cerveau et des déficits de mémoire. Néanmoins, puisque le diagnostic de la MA repose sur la visualisation histologique de plaques Aβ et d’enchevêtrements neurofibrillaires de la protéine tau, le groupe du Dr LaFerla (Université de Californie, Irvine, É-U) a développé un modèle triple transgénique (3xTg-AD) exprimant trois transgènes : la protéine précurseur Aβ (APPSwe), préséniline-1 (PS1M146V) et tau (MAPTP301L). Cette lignée développe progressivement les pathologies Aβ et tau dans les régions cérébrales impliquées dans la MA, ainsi que des déficits de plasticité synaptique et de cognition. Toutefois, la souris 3xTg-AD ne développe pas de perte neuronale comme chez l’humain. Il est possible que les facteurs de vieillissement associés à la MA ne puissent pas s’exprimer pleinement en raison de leur courte espérance de vie. L’objectif de l’étude était de croiser la souris 3xTg-AD avec un modèle de sénescence accélérée, la souris SAMP8 (senescence-accelerated prone 8), afin de créer un modèle plus représentatif de la maladie humaine. Nos résultats montrent que les facteurs de sénescence liés au modèle SAMP8 ont accentué les déficits de mémoire et certains marqueurs neuropathologiques – en particulier la pathologie amyloïde – chez les souris 3xTg-AD femelles. Les données présentées mettent en évidence des interactions complexes entre les facteurs liés au génotype, au vieillissement et au sexe chez ce modèle.
Aging is central to the pathogenesis of Alzheimer’s disease, the most common form of dementia during the elderly. The incidence of sporadic AD is low before 65 years old; it then doubles every 5 to 6 years to surpass 8 cases per 100 personyears after 85. To model AD, numerous transgenic mice have been produced and characterized in the last decades. It was found that mice overexpressing mutated forms of the human amyloid-β (Aβ) precursor protein (hAPP) develop Aβ deposits in their brain, along with quantifiable memory deficits. Since the diagnosis of AD is dependent upon the histological visualization of both Aβ plaques and tau-laden neurofibrillary tangles, Dr LaFerla’s group (University of California, Irvine, USA) has developed the triple-transgenic model (3xTg-AD) expressing three mutant transgenes: Aβ precursor protein (APPSwe), presenilin-1 (PS1M146V), and tauP301L. This mouse line progressively develops both Aβ and tau pathologies in AD-relevant brain regions as well as deficits in synaptic plasticity and cognitive performance. However, the 3xTg-AD mouse does not develop frank neuronal loss as found in AD brain. A likely simple explanation is that, within the lifespan of a mouse, AD-relevant aging factors do not have the time to be fully expressed. To that aim, we crossed senescence-accelerated prone 8 mice (SAMP8) with 3xTgAD mice to produce senescence-accelerated 3xTg-AD mice with the hope to generate a model closer to the human disease. Our results indicate that senescence acceleration amplifies memory deficits and several AD-related neuropathological features -particularly the amyloid pathology- in female 3xTg-AD mice. Overall, the present data suggest that the SAMP8/3xTg-AD mouse is a valuable model combining aging factors and AD neuropathology, but also evidence complex interactions between genetic backgrounds, aging- and sex-related factors.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015
La maladie d’Alzheimer (MA) est la plus fréquente cause de démence mondialement et son incidence augmente en parallèle au vieillissement de la population. La pathogenèse de cette maladie neurodégénérative, actuellement sans traitement curatif, est associée à l’accumulation de bêta-amyloïde (Aβ) dans le parenchyme et la vasculature du cerveau en réponse à l’élimination déficiente de ce peptide neurotoxique. Des évidences épidémiologiques et expérimentales soulignent le rôle crucial du système immunitaire inné dans la MA. Plus précisément, plusieurs études suggèrent que les phagocytes mononucléaires (microglies, monocytes et macrophages cérébraux) constituent des cellules pivots pour combattre l’accumulation d’Aβ. Les études incluses dans cette thèse de doctorat avaient comme objectif d’accroitre les connaissances concernant le rôle des phagocytes mononucléaires dans la pathologie du modèle murin APP/PS1 de la MA. Un nombre croissant d’études indique que les Toll-like receptors (TLRs) seraient critiques pour la clairance d’Aβ par les phagocytes mononucléaires. Nous avons donc étudié le rôle de la protéine adaptatrice myeloid differentiation factor 88 (MyD88), qui permet la transduction du signal intracellulaire de la plupart des TLRs. Nous avons observé une augmentation des niveaux d’Aβ solubles et une aggravation des déficits cognitifs dans les souris APP/PS1 avec une signalisation MyD88 défectueuse, vraisemblablement suite à une réduction de la phagocytose des phagocytes mononucléaires et une coordination défaillante de la réponse immunitaire innée. La stimulation des TLRs pourrait ainsi avoir un grand potentiel thérapeutique pour la MA. Nous avons démontré que des injections systémiques répétées du ligand TLR4 monophosphoryl lipid A (MPL) dans les souris APP/PS1 ont mené à une réduction significative des niveaux d’Aβ et une amélioration des fonctions cognitives. Le MPL induit une forte réponse phagocytique des phagocytes mononucléaires tout en générant une réaction inflammatoire modérée. Finalement, en utilisant la microscopie intravitale biphotonique, nous avons dévoilé que les monocytes patrouilleurs en état basal sont attirés et rampent sur la face luminale de veines contenant de l’Aβ, capturent l’Aβ et ont la capacité de regagner à nouveau la circulation sanguine. L’ablation sélective des monocytes patrouilleurs dans les souris APP/PS1 a induit une augmentation significative des niveaux d’Aβ dans le cortex et l’hippocampe. Ensemble, ces données démontrent que les phagocytes mononucléaires sains et fonctionnels peuvent promouvoir l’élimination d’Aβ et constituent une cible thérapeutique prometteuse pour la MA.
Alzheimer’s disease (AD) is the most common cause of dementia worldwide and its incidence is rising in parallel with the aging population. The pathogenesis of this neurodegenerative disease, currently without curative treatment, is associated with the accumulation of amyloid-β (Aβ) in the brain parenchyma and cerebral vasculature in response to the impaired clearance of this neurotoxic peptide. Epidemiological and experimental evidence underline the crucial role of the innate immune system in AD. More precisely, several studies suggest that mononuclear phagocytes (microglia, monocytes and cerebral macrophages) constitute pivotal cells to fight the accumulation of Aβ. The studies enclosed in this doctoral thesis intended to better understand the role of mononuclear phagocytes on the pathology of the APP/PS1 mouse model of AD. Accumulating evidence indicates a critical role of Toll-like receptors (TLRs) in the clearance of Aβ by mononuclear phagocytes. We thus investigated the role of the myeloid differentiation factor 88 (MyD88), which is the adaptor protein for most of these innate immune receptors, transducing the intracellular signal from TLRs to the nucleus. We observed increased soluble levels of A oligomers and enhanced cognitive deficits in APP/PS1 mice with impaired MyD88 signalling, likely through reduced phagocytosis of mononuclear phagocytes and an impaired coordination of the innate immune response. Compounds that stimulate TLRs to clear Aβ may therefore have great therapeutic potential in AD patients. We demonstrated that repeated systemic injections of the TLR4 ligand monophosphoryl lipid A (MPL) in APP/PS1 mice led to a significant reduction in Aβ load and improved cognitive function. MPL induced a potent phagocytic response by mononuclear phagocytes while triggering a moderate inflammatory reaction. Finally, using live intravital two-photon microscopy, we discovered that patrolling monocytes in steady state are attracted and crawl onto the luminal walls of Aβ-positive veins, uptake Aβ and are able to circulate back into the bloodstream. Selective removal of patrolling monocytes in APP/PS1 mice induced a significant increase of Aβ load in the cortex and hippocampus. Overall, these studies demonstrate that healthy and functional mononuclear phagocytes can promote the elimination of Aβ and constitute a promising therapeutic target for AD.

La maladie d'Alzheimer (MA) sporadique est une maladie d'origine multifactorielle caractérisée par la perte progressive et irréversible de nombreuses fonctions cognitives. L'autopsie de cerveaux de patients atteints révèle l'accumulation de deux lésions caractéristiques : les dépôts amyloïdes et les dégénérescences neurofibrillaires. Un déficit cholinergique majeur est également associé à la pathologie et participerait aux altérations cognitives. Les dégénérescences neurofibrillaires correspondent à une agrégation intraneuronale de protéines tau hyperphosphorylées et anormalement phosphorylées. Dans la MA, elles apparaissent dans la structure hippocampique avant l'apparition des manifestations cliniques de la maladie puis s'étendent de manière stéréotypée à l'ensemble du cortex cérébral. Les travaux présentés dans cette thèse ont pour objectif de mieux comprendre les conséquences de la pathologie tau potentiellement impliquées dans les phases précoces de la MA. Les souris transgéniques THY-Tau22 surexpriment une isoforme humaine de tau comportant deux mutations et visent à modéliser la pathologie tau retrouvée dans la MA. Par une approche biochimique et immunohistochimique, nous montrons que la pathologie tau affecte différentiellement les structures cérébrales et principalement la structure hippocampique des souris transgéniques. Nous mettons de plus en évidence chez les souris transgéniques des altérations de plasticité synaptique associées à des troubles mnésiques majeurs à un stade encore dépourvu de mort neuronale hippocampique importante. Ces résultats suggèrent que la pathologie tau aurait un impact réel et délétère sur la fonctionnalité neuronale dès les stades précoces de la MA. Nous montrons également chez les souris transgéniques de douze mois un envahissement de l'axe septohippocampique par la pathologie tau et une dégénérescence des neurones cholinergiques du medial septum. De nombreuses études suggèrent que la pratique d'une activité physique préviendrait le risque de survenue de la MA. Afin d'étudier les effets de l'activité physique volontaire à long terme sur le phénotype des souris THY-Tau22, des souris transgéniques et sauvages âgées de trois mois ont été placées dans des cages avec ou sans libre accès à une roue pendant neuf mois. Les résultats présentés montrent que l'activité physique peut prévenir l'altération de mémoire spatiale à court terme causée par la pathologie tau dans notre modèle. Cette diminution de l'atteinte cognitive est associée à une diminution de la phosphorylation anormale de tau au niveau de l'hippocampe et à une prévention de la dégénérescence des neurones cholinergiques du medial septum. En conclusion, nos travaux montrent que la lignée THY-Tau22 présente un intérêt majeur dans l'étude des effets de la pathologie tau sur la fonctionnalité neuronale et les capacités mnésiques, mais également dans l'étude des liens entre la pathologie tau et d'autres facteurs possiblement impliqués dans la physiopathologie de la MA. Nos résultats confèrent également au modèle THY-Tau22 un intérêt majeur dans l'évaluation du potentiel thérapeutique d'agents pharmacologiques, notamment ceux ciblant la pathologie tau ou visant à stimuler le système cholinergique

La maladie d’Alzheimer est la forme de démence qui affecte le plus de gens mondialement. Les mécanismes associés à cette maladie neurodégénérative ne sont pas complètement connus et considérant le phénomène de vieillissement de la population, il devient impératif de développer de nouveaux outils de diagnostic et de nouvelles thérapies pour cette pathologie. Il y a de plus en plus de preuves qui associent les déficits cognitifs de l’Alzheimer à un dysfonctionnement de l’équilibre entre l’excitation et l’inhibition de l’hippocampe, mais aussi à un niveau soutenu de neuroinflammation par l’activation exagérée de la microglie. Malgré les nombreuses études sur l’interaction fonctionnelle entre les neurones principaux et la microglie, aucune étude ne s’est concentrée sur l’interaction de la microglie avec les interneurones GABAergiques de l’hippocampe. En utilisant l’immunofluorescence et la microscopie confocale, nous avons étudié l’interaction structurelle de la microglie avec deux sous-types d’interneurones inhibiteurs impliqués dans les processus de la mémoire : les cellules exprimant la somatostatine (SOM+) et celles exprimant la parvalbumine (PV+). Nos résultats ont montré que la quasi-totalité de ces interneurones interagissaient avec la microglie en conditions contrôles et que ce niveau d’interaction était maintenu chez des souris présentant les symptômes de la maladie d’Alzheimer (APP/PS1). Nous avons aussi montré que la microglie interagissait avec tous les domaines structurels des interneurones. Le soma des interneurones était contacté différemment chez les cellules SOM+ et celles PV+ suggérant un contrôle différent selon le type de neurones contacté. La microglie interagissait préférentiellement avec le domaine proximal des dendrites suggérant un rôle de ces contacts dans l’intégration synaptique. Nos résultats n’ont montré aucun changement structurel majeur chez les souris imitant la maladie d’Alzheimer indiquant que les dysfonctionnements observés pendant la maladie seraient causés par des modifications fonctionnelles de ces contacts ou que ces contacts ne sont pas impliqués dans la pathologie.
La maladie d’Alzheimer est la forme de démence qui affecte le plus de gens mondialement. Les mécanismes associés à cette maladie neurodégénérative ne sont pas complètement connus et considérant le phénomène de vieillissement de la population, il devient impératif de développer de nouveaux outils de diagnostic et de nouvelles thérapies pour cette pathologie. Il y a de plus en plus de preuves qui associent les déficits cognitifs de l’Alzheimer à un dysfonctionnement de l’équilibre entre l’excitation et l’inhibition de l’hippocampe, mais aussi à un niveau soutenu de neuroinflammation par l’activation exagérée de la microglie. Malgré les nombreuses études sur l’interaction fonctionnelle entre les neurones principaux et la microglie, aucune étude ne s’est concentrée sur l’interaction de la microglie avec les interneurones GABAergiques de l’hippocampe. En utilisant l’immunofluorescence et la microscopie confocale, nous avons étudié l’interaction structurelle de la microglie avec deux sous-types d’interneurones inhibiteurs impliqués dans les processus de la mémoire : les cellules exprimant la somatostatine (SOM+) et celles exprimant la parvalbumine (PV+). Nos résultats ont montré que la quasi-totalité de ces interneurones interagissaient avec la microglie en conditions contrôles et que ce niveau d’interaction était maintenu chez des souris présentant les symptômes de la maladie d’Alzheimer (APP/PS1). Nous avons aussi montré que la microglie interagissait avec tous les domaines structurels des interneurones. Le soma des interneurones était contacté différemment chez les cellules SOM+ et celles PV+ suggérant un contrôle différent selon le type de neurones contacté. La microglie interagissait préférentiellement avec le domaine proximal des dendrites suggérant un rôle de ces contacts dans l’intégration synaptique. Nos résultats n’ont montré aucun changement structurel majeur chez les souris imitant la maladie d’Alzheimer indiquant que les dysfonctionnements observés pendant la maladie seraient causés par des modifications fonctionnelles de ces contacts ou que ces contacts ne sont pas impliqués dans la pathologie.
Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of dementia. The mechanisms associated to this neurodegenerative disease are not completely understood and with the aging population it is now imperative to develop new diagnosis tools and therapies for this pathology. There is growing evidence associating AD cognitive deficits to a dysregulation of the excitation/inhibition balance in the hippocampus, but also to a sustained level of neuroinflammation caused by exaggerated microglia activation. While numerous studies have assessed the functional interaction between principal neurons and microglia, much less is known about the specific interaction between microglia and hippocampal GABAergic interneurons. Using immunofluorescence and confocal microscopy, we studied the structural interaction between microglia and two subtypes of inhibitory interneurons involved in memory processes: somatostatin- (SOM+) and parvalbumin-expressing interneurons (PV+). Our results showed that almost all of these interneurons were interacting with microglia in control conditions and that this high level of interaction was maintained in mice presenting AD symptoms (APP/PS1 mice). We also reported that microglia interacted with every neuronal structural domain. Interneurons somata were contacted differently in each subtype suggesting a different control depending on the type of interneuron contacted. Microglia was preferentially interacting with proximal dendrites suggesting a role of these contacts in synaptic integration. Our results showed no major structural changes in AD mice indicating that the observed functional impairments during AD may be caused by functional modifications in these contacts or that these interactions are not involved in the pathogenesis of AD.
Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of dementia. The mechanisms associated to this neurodegenerative disease are not completely understood and with the aging population it is now imperative to develop new diagnosis tools and therapies for this pathology. There is growing evidence associating AD cognitive deficits to a dysregulation of the excitation/inhibition balance in the hippocampus, but also to a sustained level of neuroinflammation caused by exaggerated microglia activation. While numerous studies have assessed the functional interaction between principal neurons and microglia, much less is known about the specific interaction between microglia and hippocampal GABAergic interneurons. Using immunofluorescence and confocal microscopy, we studied the structural interaction between microglia and two subtypes of inhibitory interneurons involved in memory processes: somatostatin- (SOM+) and parvalbumin-expressing interneurons (PV+). Our results showed that almost all of these interneurons were interacting with microglia in control conditions and that this high level of interaction was maintained in mice presenting AD symptoms (APP/PS1 mice). We also reported that microglia interacted with every neuronal structural domain. Interneurons somata were contacted differently in each subtype suggesting a different control depending on the type of interneuron contacted. Microglia was preferentially interacting with proximal dendrites suggesting a role of these contacts in synaptic integration. Our results showed no major structural changes in AD mice indicating that the observed functional impairments during AD may be caused by functional modifications in these contacts or that these interactions are not involved in the pathogenesis of AD.

La maladie d’Alzheimer (MA) est la maladie neurodégénérative la plus commune. Bien que décrite depuis plus de cent ans, les mécanismes sous-jacents l’apparition des lésions caractéristiques de cette pathologie restent encore à élucider. Les modèles animaux sont des atouts précieux pour tenter de mieux les comprendre et pour évaluer des nouvelles thérapies au niveau préclinique. Les souris transgéniques sont les modèles les plus utilisés actuellement mais ne miment qu'une partie de la pathologie et sont peu prédictives des effets de nouvelles thérapies. Les primates tels que le Microcebus murinus peuvent développer spontanément des lésions de type Alzheimer en vieillissant, mais l'initiation de la pathologie peut durer plusieurs années. Nos travaux ont cherché à moduler le vieillissement cérébral de jeunes microcèbes murins pour initier une pathologie de type Alzheimer. L'approche retenue était basée sur l'injection intracérébroventriculaire de Streptozotocine (STZ). Les effets de la STZ ont été, dans un premier temps, caractérisés chez le rat et ont permis de valider différents paramètres, nécessaires pour justifier l’étude chez le primate. L’étude d’une cohorte de jeunes microcèbes murins évaluée par IRM, tests comportementaux, immunohistochimie et autoradiographie a montré que la STZ entraine une atrophie progressive du noyau caudé, un hypométabolisme du glucose cérébral et une amyloïdose intraneuronale. Ce modèle microcèbe pourrait être utilisé pour l’évaluation de thérapies visant à moduler l’amyloïdose intraneuronale ou à ralentir un processus dégénératif impliquant atrophie ou hypométabolisme cérébral

Les maladies d'Alzheimer (MA) sont des maladies neurodégénératives caractérisées par la présence de plaques neurotoxiques. Une faible proportion des MA sont des formes familiales qui peuvent avoir pour origine des mutations des gènes de deux acteurs majeurs, la protéine précurseur du peptide p-amyloïde ou les présénilines. Ces formes génétiques sont rares mais elles ont l'intérêt de susciter la création de modèles animaux définis. Les mutations de la PSI sont responsables de la majorité des MA familiales. Mon projet de thèse est d'étudier, sur des souris transgéniques porteuses de mutation, la mutation L286V ou la mutation M146V de la PSI, les dysfonctionnements précoces de la transmission synaptique qui pourraient conduire à une désorganisation progressive des circuits neuronaux au cours du vieillissement. L'ensemble des résultats obtenus suggère que les mutations de la PSI altèrent différentes formes de plasticité synaptique de manière dépendante de l'âge, mettant en évidence les rôles multiples de la PSI dans la plasticité synaptique et montrant que la PSI jouerait un rôle important dans la pathologie et dans le vieillissement normal
Alzheimer's disease (AD) is the most common cause of dementia in the elderly characterized by amyloid plaques. Mutations in Presenilin or Amyloid Precursor Protein genes cause early-onset familial forms of AD. Familial mutations led to the creation of several transgenic mice. PS1 mutations cause the most agressive forms of Familial Alzheimer's disease. My PhD project was to study age-dependent synaptic dysfunctions on transgenic mice expressing human Presenilin 1 familial Alzheimer's disease mutations L286V or M146V. Taken together, these results support the view that PS1 mutations promote synaptic dysfunctions and underline the crucial role of PS1 during both normal and pathological aging

Les principales caractéristiques de la maladie d'Alzheimer (MA) sont le dépôt de plaques amyloïdes (Aβ) extracellulaires et les enchevêtrements neurofibrillaires intracellulaires composés de protéines tau. À mesure que la maladie progresse, la mort neuronale et une diminution de la densité synaptique sont observées, parallèlement à une augmentation de la neuroinflammation et du dysfonctionnement immunitaire. Le processus de neuroinflammation est étroitement lié à la présence de plaques Aβ et peut affecter les interactions microgliales avec les structures neuronales tout au long de la progression de la maladie. L'activation substantielle et chronique des microglies déclenchée par la présence d'Aβ est supposée affecter l'homéostasie cérébrale en raison d'une altération des actions physiologiques microgliales, notamment au niveau des synapses. Ici, nous visons à générer de nouvelles connaissances sur l'implication microgliale dans la physiopathologie de la MA en combinant la microscopie optique et électronique pour étudier l'ultrastructure microgliale et les interactions neuronales / synaptiques en relation avec le dépôt de plaques Aβ. Des souris APP-PS1 âgées de 14 mois ont été étudiées en même temps que des témoins appariés selon l'âge. En outre, des sections de la MA humaine post-mortem ont également été examinées dans notre étude. Dans nos expériences, les plaques Aβ ont été visualisées en utilisant du méthoxy-XO4 qui se lie sélectivement et irréversiblement aux feuilles d'Aβ et permet leur détection en microscopie optique. De plus, l'immunocoloration post-mortem de la microglie avec le marqueur de la molécule adaptatrice de fixation du calcium ionisée (IBA1) et un traitement supplémentaire pour la microscopie électronique à transmission ont permis d'étudier la microglie à différentes proximités des plaques. Nos analyses ultrastructurelles ont révélé des différences significatives dans les activités phagocytaires et les caractéristiques morphologiques. Les corps cellulaires microgliaux de l'APP-PS1 avaient une surface et un périmètre significativement supérieurs à ceux des témoins de type sauvage et présentaient des signes de stress et une activité phagocytaire diminuée. Ces signes de stress et de phagocytose altérée ont également été observés dans les prolongements microgliaux des échantillons APP-PS1. De plus, les microglies présentaient divers phénotypes morphologiques et réactions cellulaires physiologiques selon leur proximité des plaques. Les corps des cellules microgliales proches des plaques étaient plus larges en surface et en périmètre que les témoins de type sauvage et les autres régions APPPS1 situées plus loin des plaques. Les microglies proches des plaques étaient plus susceptibles de contenir des dépôts Aβ et moins susceptibles de contenir ou d’encercler des éléments neuronaux. En outre, elles présentaient des signes de stress caractérisés par des corps cellulaires assombris et un réticulum endoplasmique dilaté. Tous ces résultats définissent les changements radicaux qui se produisent au niveau ultrastructural dans le cerveau en réponse à la déposition Aβ
The main hallmarks of Alzheimer’s disease (AD) are the deposition of extracellular amyloid (A)β plaques and intracellular neurofibrillary tangles composed of tau protein. As the disease progresses, neuronal death and decreased synaptic density is observed, concurrent with an increase of neuroinflammation and immune dysfunction. The process of neuroinflammation is tightly linked to the presence of Aβ plaques and may affect microglial interactions with neuronal structures throughout disease progression. Substantial and chronic microglial activation triggered by the presence of Aβ is suspected to affect brain homeostasis due to an alteration of microglial physiological actions, notably at synapses. Here we aim to generate new insights regarding microglial implication in AD pathophysiology by combining light and electron microscopy to study microglial ultrastructure and neuronal/synaptic interactions with relation to Aβ plaque deposition. 14 months old APP-PS1 mice were studied alongside age-matched controls. Also, postmortem human AD sections were examined in our study. In our experiments, Aβ plaques were visualized using Methoxy-XO4 which binds selectively and irreversibly to Aβ sheets and allows their detection under light microscopy. Furthermore, post-mortem immunostaining of microglia with the ionized calcium-binding adapter molecule 1 (IBA1) marker and additional processing for transmission electron microscopy allowed the study of microglia at different proximities to the plaques. Our ultrastructural analyses revealed significant differences in phagocytic activities and morphological features. Microglial cell bodies in APP-PS1 were significantly larger in area and perimeter compared to wild-type controls and displayed signs of stress and decreased phagocytic activity. These signs of stress and impaired phagocytosis were also found in microglial processes in the APP-PS1 samples. Additionally, microglia showed diverse morphological phenotypes and physiological cell reactions dependent on their proximity to plaques. Microglial cell bodies near plaques were larger in area and perimeter compared to wild-type controls and other APP-PS1 regions located farther from plaques. Microglia near plaques were more were more likely to contain Aβ and less likely to contain or encircle neuronal elements. Also, they presented signs of stress characterized by darkened cell bodies and dilated endoplasmic reticulum. All these findings define the drastic changes that are taking place at ultrastructural level in the brain in response to Aβ deposition.

La mémoire est une fonction cognitive permettant l’encodage, le stockage et la restitution des informations que nous percevons. Elle est essentielle à la construction d’une histoire personnelle et à une interaction adéquate de l’individu avec son environnement. Ces phénomènes nécessitent une plasticité cellulaire importante au niveau des structures cérébrales que sont la région hippocampique et le cortex. Au niveau moléculaire, les neurotrophines ont été montrées comme étant des médiateurs importants de la plasticité structurale et fonctionnelle. La neurotrophine BDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor) et son récepteur de haute affinité TrkB (Tropomyosine-related kinase B) sont fortement exprimés dans ces régions cérébrales à haut degré de plasticité, où, au delà du simple rôle de support trophique nécessaire à la survie des neurones, ils régulent la transmission synaptique et la synaptogenèse. Leur implication dans les phénomènes de mémoire a été montrée dans de nombreuses études. Dans des situations pathologiques où la mémoire est altérée, comme c’est le cas dans la maladie d’Alzheimer (MA), les patients perdent la capacité de se rappeler leur passé et par conséquent d’échanger avec eux-mêmes et avec les autres. Par là même, cette maladie neurodégénérative dont le principal facteur de risque est l’âge, est l’un des plus grands fléaux de notre société de par le vieillissement de la population. Au niveau histopathologique, le cerveau des patients présente deux lésions caractéristiques : les dépôts amyloïdes, composés de peptides β-amyloïdes (Aβ) accumulés sous forme de plaques extracellulaires, et la dégénérescence neurofibrillaire (DNF), correspondant à l’inclusion intraneuronale de protéines Tau hyper- et anormalement phosphorylées. De nombreuses études ont également montré une dérégulation du système neurotrophique BDNF/TrkB dans l’hippocampe et le cortex des patients atteints de MA, suggérant un rôle dans la physiopathologie de cette maladie. L’étude de modèles animaux modélisant le versant amyloïde de la MA a permis de mettre en évidence un effet de l’accumulation du peptide Aβ sur la diminution des niveaux de BDNF dans le cortex. Cependant, l’impact de la pathologie Tau sur le système BDNF/TrkB est actuellement inconnu. Or, l’atteinte progressive des structures cérébrales par la pathologie Tau chez les patients atteints de MA s’opère de manière stéréotypée et est corrélée au développement des altérations mnésiques. La région hippocampique est la première touchée, avant même l’apparition des premiers signes cliniques, puis la pathologie Tau va s’étendre à l’ensemble du cortex dans des stades plus avancés de MA. Pour ces raisons, nous portons au sein du laboratoire un intérêt particulier pour la pathologie Tau, les mécanismes conduisant à son accumulation et ses conséquences sur la physiologie cellulaire. Afin de répondre à ces questions, nous disposons d’un modèle murin transgénique de pathologie Tau, la souris THYTau22, surexprimant une isoforme de Tau humaine mutée sur deux sites et sous contrôle d’un promoteur neuronal. Ce modèle présente dès l’âge de trois mois des altérations progressives de l’apprentissage et de la mémoire en parallèle d’une accumulation de protéine Tau principalement au niveau hippocampique, sans perte neuronale majeure, ce qui lui confère les caractéristiques d’un stade précoce de MA. Il s’agit par conséquent d’un modèle tout à fait pertinent pour étudier l’impact de la pathologie Tau sur le système BDNF/TrkB dans l’hippocampe. Par un ensemble de techniques biochimiques, nous avons mis en évidence le fait que les niveaux de transcrits et de protéines BDNF et TrkB n’étaient pas diminués dans l’hippocampe des souris THY-Tau22 avant l’âge de douze mois, suggérant l’absence d’impact majeur de la pathologie Tau sur leur expression. En revanche, des expériences électrophysiologiques menées sur des tranches d’hippocampe ont permis de mettre en évidence le fait que l’effet facilitateur du BDNF sur la transmission synaptique, appelé facilitation synaptique, est retrouvé aboli dans la région CA1 de l’hippocampe des souris THYTau22, et ce dès l’âge de 3 mois. Cette forme de plasticité synaptique requiert le couplage TrkB/récepteur glutamatergique NMDA. En accord avec les données biochimiques montrant une diminution de l’expression des différentes sous-unités du récepteur NMDA dans l’hippocampe, nos données électrophysiologiques mettent en évidence un défaut de la réponse des récepteurs NMDA lors de l’application de leur agoniste spécifique, le NMDA, sur des tranches hippocampiques de souris THY-Tau22. L’ensemble de ces données suggère qu’une forme de plasticité synaptique médiée par le BDNF est altérée de manière précoce par la pathologie Tau, et ce via une altération fonctionnelle des récepteurs NMDA, contribuant potentiellement aux altérations mnésiques observées dans la MA. Après avoir mis en évidence une altération de la fonctionnalité du système neurotrophique BDNF par la pathologie Tau, nous avons voulu investiguer si, en retour, une modulation du système BDNF pouvait avoir un impact sur la pathologie Tau. De nombreuses études suggèrent que la pratique d'une activité physique préviendrait le risque de survenue de la MA. Or, l’un des effets majeurs de l’exercice physique au niveau central est d’induire une augmentation chronique du BDNF hippocampique. Afin d'étudier les effets à long terme de l’exercice physique volontaire sur la pathologie Tau, des roues ont été mises à disposition de souris THY-Tau22 de trois mois et de leurs contrôles, et ce durant neuf mois. Nos résultats mettent en évidence une diminution de la pathologie Tau chez les souris THY-Tau22 ayant pratiqué une activité physique, en parallèle d’une amélioration de la mémoire spatiale et d’une augmentation des niveaux de BDNF hippocampique, suggérant les effets bénéfiques d’une modulation endogène et à long terme du système BDNF/TrkB sur la pathologie Tau et ses conséquences physiopathologiques. L’ensemble des résultats de cette thèse suggère par conséquent la présence d’un « dialogue » entre la pathologie Tau et le système neurotrophique du BDNF, mettant en exergue l’importance d’une modulation des neurotrophines dans le traitement de la maladie d’Alzheimer
Memory is the ability of our brain to encode, store and recall our experiences. It holds our personal history and is required for an appropriate interaction with the environment. Such events require a high level of plasticity in the hippocampus and the cortex. At the molecular level, neurotrophins are important modulators of structural and functional plasticity. Among them, Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) and its high-affinity receptor TrkB (Tropomyosine-related kinase B) are highly expressed in these cerebral regions, where beyond their role in trophic supply they can modulate synaptic transmission and synaptogenesis. Their role in memory processes has been shown in various studies. When memory is lost, as in Alzheimer’s disease (AD), people lose the ability to comprehend the world and as a result, they lose connections with themselves and with others. The main risk factor of AD being age, this neurodegenerative disease is becoming a major public health problem due to population ageing. AD patients brain exhibit two pathological hallmarks : extracellular amyloid deposits made of β-amyloid peptides (Aβ) and intraneuronal neurofibrillary tangles (NFT) made of aggregated hyper- and abnormally phosphorylated Tau proteins. In addition, BDNF/TrkB neurotrophic system has been shown to be impaired in AD patients’ cortex and hippocampus, suggesting a role in the disease physiopathology. In vivo studies using amyloid models of AD have pointed out a correlation between Aβ accumulation and BDNF decreased expression. However, whether Tau pathology impacts on BDNF/TrkB system signaling is unknown. Yet, in AD, Tau pathology follows a stereotyped and sequential pathway correlated with ognitive deficits. The lesions first appear in the hippocampal region, even before the first symptoms, and then reach the whole cortex at later stages. Therefore, in the laboratory we are most interested in Tau pathology, the mechanisms leading to its aggregation and the consequences on cellular physiology. We have developed the THY-Tau22 transgenic mouse model overexpressing a double-mutated human Tau transgene, which is under the control of a neuronal promoter. This model exhibits progressive learning and memory deficits, starting from the age of 3 months, in parallel to hippocampal Tau pathology, without major neuronal loss thereby mimicking early stages of AD. These characteristics make it a relevant model to study Tau pathology effects on hippocampal BDNF/TrkB system. Using biochemical techniques we have shown that BDNF/TrkB mRNA and protein levels were not decreased in THY-Tau22 mice hippocampus until the age of 12 months, suggesting no major influence of Tau pathology on BDNF/TrkB expression. However, electrophysiological experiments performed on hippocampal slices pointed out the fact that BDNF facilitating effects on synaptic transmission, known as synaptic facilitation, were abolished in hippocampal CA1 region of THYTau22 mice, as early as 3 months of age. This form of synaptic plasticity requires coupling of TrkB with NMDA glutamate receptor (NMDAR). In agreement with biochemical experiments showing a decreased expression of hippocampal NMDAR subunits, electrophysiological assessments on hippocampal slices uncovered impairment of NMDAR-mediated response. Overall, these data suggest that a form of BDNF-mediated synaptic plasticity is impaired in an early manner by Tau pathology, through functional alterations of NMDAR, thereby potentially contributing to memory alterations observed in AD. To further evaluate relationships between BDNF/TrkB signaling and Tau pathology, we investigated whether BDNF modulation had an impact on Tau pathology. Several studies suggest that physical activity prevents cognitive decline in AD. Yet, one major central effect of exercise is to induce a chronic increase of hippocampal BDNF. To study long-term effects of voluntary exercise on Tau pathology, 3 month-old THY-Tau22 mice and controls were given free access to a running wheel during 9 months. Our results show a decrease of Tau pathology in running THY-Tau22 mice hippocampus, together with prevention of spatial memory deficits and increase of hippocampal BDNF levels, suggesting beneficial effects of long-lasting modulation of BDNF/TrkB system on Tau pathology and its physiopathological consequences. Overall, results gathered during this thesis suggest a bilateral relationship between Tau pathology and BDNF/TrkB neurotrophic system, thereby highlighting the importance of neurotrophin modulation for AD treatment

La maladie d’Alzheimer (MA) est caractérisée par l’accumulation de protéines β-amyloïde (Aβ) et Tau malconformées. L’hypothèse que la MA soit transmissible de manière similaire à celles des maladies à prion est un sujet d’intense recherche. L’objectif de cette thèse est d’étudier la transmission des endophénotypes de la maladie d’Alzheimer par l’inoculation intracérébral d’homogénats de patients souffrant de MA.Tout d’abord, nous avons montré que la transmission expérimentale de la MA accélère l’amyloïdose dans des modèles murins d’amyloïdose génétique précoce et tardive. Ensuite, nous avons observé le développement d’altérations fonctionnelles et morphologiques semblables à celles observées dans la MA chez le primate microcèbe (Microcebus murinus) et accompagnées d’une amyloïdose subtile sans pathologie Tau. Une telle transmission en l’absence de sévères lésions neuropathologiques a été rapportée dans les maladies à prions mais jamais dans le contexte de la MA. Nos résultats suggèrent que les agents responsables des altérations observées puissent être des formes d’Aβ et/ou Tau non détectées en immunohistochimie et pouvant être transmises expérimentalement. En conclusion, nos résultats supportent l’hypothèse de type prion de la MA et le consensus actuel sur la toxicité des formes solubles d’Aβ et Tau. Pour finir, ils soutiennent la possibilité que l’amyloïdose soit transmissible chez l’Homme sous certaines conditions et appellent à l’évaluation des impacts fonctionnels chez les sujets à risque de contamination
Alzheimer's disease (AD) is characterized by the accumulation of misfolded β-amyloid (Aβ) and Tau proteins. There has been longstanding interest as to whether AD might be transmissible similarly to prion diseases. Our objective was to study the transmissibility of AD endophenotypes after AD brain intracerebral inoculation in mice and primates.First, we showed that AD experimental transmission accelerated Aβ pathology in two rodent models of early or late genetic β-amyloidosis. Then, we focused on a primate model of sporadic AD, the mouse lemur (Microcebus murinus). AD-inoculated adult lemurs progressively developed cognitive impairments, neuronal activity alterations and cerebral atrophy. AD-inoculated mouse lemurs also developed subtle β-amyloidosis in the absence of Tau pathology, 18 months after inoculation. The transmission of an AD-like pathology in the absence of severe neuropathological lesions is striking. Such observations have already been reported for prion diseases but never in the context of AD. Our results suggest that agents leading to AD-like alterations may be not immunohistopathological-detectable forms of Aβ or Tau proteins and transmitted experimentally.In conclusion, our results support the “prion-like” hypothesis of AD and provide further arguments for a dichotomy between the toxicity of deposited and soluble assemblies of Aβ or Tau proteins. Finally, they complement recent evidence supporting iatrogenic β-amyloidosis in humans and provide strong arguments to evaluate functional outcomes in potentially contaminated individuals

Les interactions réciproques entre les systèmes immunitaires innés central et périphérique s’avèrent essentielles au maintien de l’homéostasie du CNS en conditions basales. En contexte neuropathologique, les actions concertées de ces deux systèmes connexes sont déterminantes pour instaurer les changements adaptatifs nécessaires au maintien de l’activité neuronale et un retour éventuel à l’équilibre homéostatique. Au cours de la dernière décennie, il fut établi que des anomalies dans les fonctions des cellules myéloïdes sont inhérentes à l’apparition et à la progression de pathologies neurodégénératives et psychiatriques. Plusieurs allèles de susceptibilité associées aux monocytes furent identifiées comme importants facteurs de risques, mais les fonctions exactes exercées par ces cellules en contextes neuropathologiques demeurent relativement obscures. Les deux études présentées dans cette thèse leur attribuent un rôle crucial dans la neuroprotection en contexte d’excitotoxicité ainsi que dans l’élimination de l’Ab cérébrovasculaire et parenchymale chez un modèle murin transgénique de la maladie d’Alzheimer. Dans un premier temps, nous rapportons chez la souris C57BL/6J que des macrophages dérivés des monocytes circulants envahissent transitoirement le parenchyme cérébral à la suite d’une insulte excitotoxique locale induite par le kaïnate. L’administration de cette excitotoxine réduit considérablement les niveaux des monocytes patrouilleurs dans le sang, et la délétion sélective de ces cellules amenuise significativement la survie neuronale. En fait, l’ampleur des lésions neuronales corrèle inversement avec l’abondance des monocytes patrouilleurs en circulation. Dans la seconde étude, nous avons observé que les monocytes patrouilleurs sont sélectivement mobilisés dans la cavité luminale des veines corticales truffées d’Ab, chez la souris APP/PS1. Ces monocytes ingèrent les dépôts vasculaires d’Ab depuis le côté luminal et rampent momentanément sur les parois avant de rejoindre la circulation sanguine avec leur cargo amyloïde. L’abrogation de ce phénomène, via la délétion spécifique des monocytes patrouilleurs, provoque une augmentation significative de la densité cérébrale des plaques amyloïdes. Par conséquent, ces études positionnent les monocytes patrouilleurs comme régulateurs clés de la survie neuronale et des niveaux d’Ab dans l’encéphale. L’élucidation de ces fonctions inédites introduit de nouvelles pistes de recherche et de thérapie pour la maladie d’Alzheimer et autres pathologies du CNS comportant des processus excitotoxiques.
The functional interplay between the central and peripheral immune systems is instrumental for preserving the CNS homeostasis. In neuropathological contexts, the reciprocal actions of peripheral and central immune cells orchestrate adaptive changes allowing the CNS to cope with the encountered stress, and eventually restore the homeostatic state. During the last decade, myeloid cells have emerged as key therapeutic targets for many autoimmune, neurodegenerative and even psychiatric diseases. Many disease susceptibility variants associated to myeloid cells were identified, but the precise functions assumed by monocytes have remained mostly elusive. The two studies described herein report on the pivotal role of patrolling monocytes in supporting neuronal surival during excitotoxicity, as well as eliminating Ab peptides from the CNS in a transgenic murine model of Alzheimer’s disease. In the first study, we show in mice that monocytes temporarily engraft the brain following a local excitotoxic insult induced by the glutamate analog kainate. Circulating levels of patrolling monocytes are also profoundly altered following the administration of the excitotoxin, and the targeted deletion of patrolling monocytes significantly compromised neuronal survival. Moreover, the extent of neuronal death negatively correlated with levels of patrolling monocytes in the blood. In the second study, we demonstrate that patrolling monocytes are selectively attracted to Ab-laden veins in the cerebral cortex of adult APP/PS1 mice. These monocytes do not crawl on the luminal side of Ab-positive arteries or Ab-free blood vessels. Interestingly, patrolling monocytes carry intracellular loads of Ab in veins, and eventually circulate back to the bloodstream. The selective removal of patrolling monocytes significantly increased Ab load in the brain. Therefore, our results indicate that patrolling monocytes are strategically positionned to promote neuronal survival following kainate administration and abate cerebral levels of Ab in APP/PS1 mice. These findings open new research and therapeutic avenues for Alzheimer’s disease as well as neuropathological disorders implicating excitotoxicity.

La maladie d'Alzheimer (MA) est un trouble neurodégénératif lié à l'âge entraînant une diminution des fonctions cognitives. Les traitements actuels ne sont que symptomatiques. Il en résulte un besoin urgent d'outils diagnostiques permettant de déceler la MA avant les premiers signes de déclin cognitif. Une étude métabolomique par RMN 1H a tout d'abord été réalisée sur cinq parties de cerveau de souris contrôles (Tg-) ou développant une démence amyloïde (Tg+) âgées de 1 à 11 mois afin de caractériser les perturbations métaboliques associées au développement de la MA. L'hippocampe (Hipp) est métaboliquement affecté précocement au cours de l'évolution de la MA. La taurine (Tau) et la créatine (Cr), métabolites neuroprotecteurs et osmorégulateurs, augmentent dans l'Hipp des Tg+ dès l'âge de 6 mois. La SRM et la RMN 1H ont ensuite été couplées pour analyser l'Hipp de jeunes souris traitées au clioquinol (CQ). Le CQ accroît la formation de Tau et Cr avant les premiers signes de déclin cognitif. Enfin, des tests comportementaux ont été réalisés sur des souris de 13 mois dans un environnement enrichi (EE) ou traitées par du CQ. Les profils métaboliques ont été analysés par RMN 1H. L'EE et le CQ ont amélioré la mémoire épisodique des Tg+ lorsqu'elles étaient dans un environnement familier. Aucune différence métabolique n'a pu être mise en évidence dans l'Hipp en fonction du génotype. Le couplage statistique des données comportementales et métabolomiques a montré que les Tg+ non traitées au CQ ou non EE développaient des troubles de la mémoire épisodique associés à une concentration de Tau et Cr plus élevée. Ainsi, un EE précoce ou un traitement tardif au CQ améliorerait les fonctions cognitives même à un âge où les plaques amyloïdes sont apparues
Alzheimer's disease (AD) is an age-dependent neurodegenerative disorder that causes a progressive decline in cognitive functions. Current treatments are only symptomatic. So, there is an urgent need for diagnostic tools able to detect AD prior to the onset of signs of cognitive impairment. A metabolomic study by 1H NMR was first carried out on five brain regions of control (Tg-) or amyloidopathy-developing mice (Tg+) aged 1 to 11 months to characterize the metabolic alterations linked to the development of AD. The hippocampus (Hipp) is metabolically affected early during the progression of AD. Taurine (Tau) and creatine (Cr), two neuroprotective and osmoregulatory metabolites, increase in the Hipp of Tg+ from the age of 6 months. 1H SRM and NMR were then coupled to analyze the Hipp of young mice treated with clioquinol (CQ). CQ increases the formation of Tau and Cr before the first signs of cognitive decline. Finally, behavioral tests were performed on 13 month-old mice in an enriched environment (EE) or treated by CQ. The metabolic profiles were analyzed by 1H NMR. The EE and CQ improved episodic memory of Tg+ when they were in a familiar environment. No metabolic difference between control and transgenic mice could be demonstrated in the Hipp. The statistical coupling of metabolomic and behavioral data showed that untreated-CQ and non-EE Tg+ mice developed disorders of episodic memory associated with higher Cr and Tau concentrations. Thus, an early EE or a late CQ treatment would improve cognitive functions even at an age when amyloid plaques have started to form

L’évaluation de biomarqueurs et de thérapies innovantes pour la maladie d’Alzheimer (MA) souffre de la mauvaise compréhension des phases initiales de la maladie mais également du manque de modèles animaux pertinents et proches de la physiopathologie humaine. La majorité des modèles rongeurs disponibles reproduisent en seulement quelques mois les lésions classiques de la MA telles que les plaques amyloïdes et les dégénérescences neurofibrillaires (DNF), alors que leur apparition prend des années chez l’Homme. L’objectif de mon travail de doctorat a été de développer une nouvelle stratégie de modélisation des phases précoces de la MA sans surexpression majeure de transgène. Pour cela, nous avons utilisé le co-transfert des gènes humains APPSL et PS1M146L à l’aide de vecteurs viraux dans l’hippocampe de souris et de rats de 8 semaines. Nous avons caractérisé ces modèles et montré une production de peptides, comme le betaCTF ou l’abeta?42 issus du clivage de l’APP, similaire à ce que l’on observe dans l’hippocampe de patients atteints de la MA. Nous avons également montré une hyperphosphorylation de Tau et une défaillance synaptique caractérisée par une diminution des niveaux de PSD-95 et GLT-1 ainsi que par une augmentation du courant tonique glutamatergique. Ces modifications ont enfin été associées à des défauts comportementaux. Mes résultats suggèrent que de nombreux évènements apparaissent bien avant la formation des plaques amyloïdes ou des DNFs et conduisent à une perturbation de la synapse et à l’apparition précoce de défauts comportementaux. Nous disposons donc d’outils relevants quant à la compréhension des premiers stades de la MA qui permettront à la fois de tester de nouveaux composés médicaments sur ces modèles à large fenêtre thérapeutique, et de découvrir de nouveaux biomarqueurs précoces dans le plasma et le liquide cérébro-spinal
Evaluation of biomarkers and new innovative therapies for Alzheimer's disease (AD) suffers from a misunderstanding of early phases and lack of appropriate animal models close to the human physiopathology. Most available rodent models reproduce hallmarks of AD such as amyloid plaques and neurofibrillary tangles in a few months, while it takes many years to be achieved in human. My PhD work consisted to develop a new modelling strategy of AD early phases without major overexpression of transgenes. To do so, we used gene transfer of human APPSL and PS1M146L using viral vectors injection in the hippocampus of 8 weeks old mice and rats. We characterized these models and showed peptides production, such as betaCTF and abeta42 from APP processing, similar to what is observed in AD patients hippocampi. We also highlighted a hyperphosphorylation of Tau followed by a synaptic failure characterized by a decrease of PSD-95 and GLT-1 levels and by an increase of the tonic current mediated by glutamate. These changes have been finally associated with behavioral deficits. My results suggest that many events appear well before the formation of amyloid plaques or tangles and lead to the disruption of the synapse and the early onset of behavioral defects. Thus, we now have relevant tools to understand the early stages of AD, which will allow us to test new drug compounds on these models with a wide therapeutic window and discover new early biomarkers in plasma and cerebrospinal fluid

Au cours de cette thèse, nous avons développé des méthodes d’IRM à très haut champ (7T) permettant de caractériser les modifications morphologiques et fonctionnelles survenant chez différents modèles animaux de la maladie d’Alzheimer. Chez le microcèbe murin, un primate non-humain de très petite taille, nous avons étudié le vieillissement cérébral par micro-IRM. Les animaux âgés présentent une réorganisation des sous-régions hippocampiques, associant une croissance du gyrus denté et une atrophie de la corne d’Ammon, même en l’absence d’atrophie hippocampique globale détectable. Des hypointensités focales T2* apparaissent progressivement dans le cerveau des animaux âgés, correspondant le plus souvent à des microhémorragies, et parfois à des dépôts amyloïdes diffus. Chez deux modèles murins transgéniques d’amyloidogenèse (lignée 5XFAD) et de tauopathie (lignée JNPL3[P301L]), nous avons développé une méthode d’estimation non invasive du transport neuronal par IRM injectée au Manganèse (Manganese-Enhanced MRI ou MEMRI). Les souris JNPL3[P301L] présentent une altération progressive du transport neuronal, qui est corrélée de façon significative avec le degré de tauopathie en histologie. Chez les souris 5XFAD, de façon surprenante, le transport neuronal semble préservé, alors qu’il décline avec l’âge chez les souris contrôles. Cette apparente préservation du transport neuronal chez les souris 5XFAD pourrait correspondre à des phénomènes d’excitotoxicité liés à l’amyloïdogenèse

Le vieillissement et la dégénérescence du cerveau, associés à des déficits cognitifs, comportementaux et neurologiques, représentent aujourd'hui un problème majeur de santé publique. L'une des principales maladies liées à l'âge est la maladie d'Alzheimer (MA). L'une des caractéristiques de la MA est l'apparition de plaques amyloïdes, résultant de l'agrégation du peptide ßA4. Physiologiquement, le précurseur de la protéine amyloïde (APP) est clivé par une alpha-sécrétase qui génère un fragment soluble de l'APP (sAPP), important pour la formation de nouvelles cellules nerveuses (neurogenèse). Ce clivage en prévient deux autres, par les béta- et gamma-sécrétases, impliqués dans la MA, et conduisant à la formation du ßA4 toxique. Une analyse du plexus choroïde (PCh) a mis en évidence la forte expression de l’APP par cette structure cérébrale. Le PCh est une structure facilement accessible et produisant le liquide cérébro-spinal : son impact peut donc être répercuté à l’ensemble du cerveau. Il pourrait être une source cérébrale importante d’APP, et contribuer fortement à la pathologie. Mon projet de thèse s'inscrivait dans la possibilité de réguler génétiquement l'expression des formes sauvages et mutées de l'APP au niveau de cette source, et suivre les conséquences sur la neurogenèse adulte et la formation des plaques amyloïdes, marqueur histopathologique de la MA. Par l’utilisation de la thérapie génique pour moduler l’expression de l’APP dans les PCh, nous avons confirmé l’importance de l’APP soluble provenant des PCh dans la neurogenèse adulte. Les PCh semble être une source importante d’APP dans le cerveau, et pourraient avoir un rôle clé dans la maladie d’Alzheimer
Aging and degeneration of the brain with cognitive decline and neurologic symptoms are major individual and societal problems. The major age-related brain degeneration disease is Alzheimer’s disease (AD) with about 40 million people affected in 2015.Physiologically, the Amyloid Precursor Protein (APP) is cleaved by an alpha-secretase, releasing soluble APP (sAPP) an important regulator of adult neurogenesis. This cleavage prevents two others in positions beta and gamma that generate the ßA4 toxic peptide, a hallmark of Alzheimer Disease.Next generation RNA-sequencing has revealed that APP is the 16th most expressed genes in the choroid plexus (CP), suggesting that it may be a major source of sAPP and ßA4 in the cerebrospinal fluid (CSF). If so, adult neurogenesis in the SVZ and hippocampus may be regulated by the choroid plexus and impeded in mutations favoring ßA4 production. My thesis project fell under the possibility to regulate App expression in the CP, and follow consequences on adult neurogenesis and plaques formation in AD. Using viral vectors to modulate App expression in the CP, we confirmed the importance of sAPP coming from CP in adult neurogenesis. With so, CP seems to be an important source of APPin the brain, and could have a key role in AD

La maladie d'Alzheimer (MA) est caractérisée par un déclin progressif des fonctions cognitives avec une détérioration de la mémoire, une atrophie cérébrale et deux lésions histologiques caractéristiques retrouvées lors d'examens post-mortem : les plaques extracellulaires de peptide β-amyloïde et les enchevêtrements intracellulaires de la protéine Tau anormalement phosphorylée. De nombreux modèles animaux de la MA ont été développés afin de comprendre et de tester différents traitements dirigés contre cette pathologie. Cependant, aucun modèle de rongeur non transgénique, développant à la fois les plaques amyloïdes et la pathologie neurofibrillaire, n'est disponible à ce jour. L'objectif de cette étude est de développer le premier modèle non transgénique, développant les deux lésions histologiques caractéristiques de la MA chez le rat. Le principe consiste à réaliser une injection concomitante et intrahippocampale d'un AAV (virus associé aux adénovirus) recombinant contenant le gène humain de la protéine Tau présentant la mutation P301L, et du peptide Aβ1-42 qui est le principal composant des plaques amyloïdes. Après plusieurs expériences, nous avons obtenu un modèle animal représentatif des stades précoces de la MA, c'est-à-dire avec des lésions focalisées dans l'une des premières structures du cerveau affectée par la MA : l'hippocampe. La présence des deux lésions histopathologiques caractéristiques de la maladie, accompagnée d'une astrocytose, a été observée par immunohistofluorescence. Une détérioration de la mémoire concernant plus particulièrement la mémoire de travail, ainsi que des anormalités de l'activité électrique cérébrale et notamment durant les phases de sommeil paradoxal, enregistrées par électroencéphalographie, ont également été mises en évidence
Alzheimer's disease (AD) is characterized by a progressive decline in cognitive function with a memory impairment, a brain atrophy, and two histological hallmarks observed from post-mortem examination: extracellular β-amyloid plaques and intracellular tangles of the Tau protein abnormally phosphorylated. Numerous animal models of AD have been developed to understand and to test drugs against this pathology. However, any non-transgenic model of rodent developing amyloid plaques and the neurofibrilary pathology is currently available. The aim of this study is to develop the first non-transgenic model producing the two histopathological features of AD in the rat. The principle is to perform a concomitant intrahippocampal injection of a recombinant AAV (Adeno-Associated Virus) containing the human transgene tau with the P301L mutation, and of Aβ1-42 peptide, the main component of the amyloid plaques. After several experiments, we have obtained an animal model representative of the early steps of AD, i.e. with lesions focalized in one of the first affected brain structures in the AD: the hippocampus. The presence of the two histopathological hallmarks has been observed by immunohistofluorescence and associated with an astrogliosis. A memory impairment concerning more particulary the working memory, and abnormalities of the electrical activity of the brain and of the rapid eye movement sleep recorded by electroencephalography, are also characterized

Tau est une protéine stabilisatrice des microtubules majoritairement exprimée au niveau neuronal qui existe en six isoformes différentes appelées isoformes 3R ou 4R en fonction de l’inclusion de 3 ou 4 séquences répétées dans leur domaine de liaison aux microtubules. Dans une vingtaine de pathologies neurodégénératives appelées tauopathies, des protéines Tau anormalement modifiées s’agrègent formant des lésions intracellulaires appelées dégénérescence neurofibrillaire (DNF). Selon les tauopathies, la morphologie des lésions, leur composition en isoformes ainsi que l’évolution spatio-temporelle de la pathologie diffèrent. Dans la plupart des cas, les tauopathies sont sporadiques mais quelques mutations du gène codant Tau (MAPT) causent des formes familiales de démences fronto-temporales. Dans certaines tauopathies sporadiques comme la maladie d’Alzheimer, la DNF est initiée dans des régions spécifiques et évolue ensuite de manière stéréotypée. Ces stades neuropathologiques sont bien définis, mais les mécanismes expliquant cette évolution restent méconnus. Récemment, certaines études ont proposé que des espèces pathologiques de la protéine Tau sont capables de se déplacer activement de région en région suivant des connections neuro-anatomiques propageant ainsi la pathologie Tau dans le cerveau.Dans ce contexte, nous avons démontré à la fois in vitro, en utilisant un système de chambre microfluidique mais également in vivo dans un nouveau modèle de rat, que la protéine Tau est activement et physiologiquement transférée de cellule en cellule. De manière intéressante, la pathologie Tau qui se développe dans l’hippocampe des rats se propage également de région en région. Ce modèle étant basé sur une technologie de vectorisation virale, nous avons pu tester différentes constructions pour montrer qu’étonnamment, la pathologie Tau induite par des espèces mutées ou des isoformes 3R est restreinte autour du site d’initiation et ne propage pas aussi loin que pour les espèces sauvages 4R. La protéine Tau ainsi que la DNF se propagent donc de cellules en cellules mais les mécanismes expliquant cette propagation restent inconnus. Pour aborder cette question, et connaissant l’importance des vésicules extracellulaires (EVs) dans les mécanismes de communication intercellulaire, nous avons analysé leur implication dans le transfert de la protéine Tau. Nous avons purifié des EVs in vitro depuis des surnageants de culture mais également in vivo depuis des échantillons de liquide céphalorachidien de primates ainsi que des échantillons de fluide interstitiel cérébral de rat. Nous avons ainsi démontré que la protéine Tau est sécrétée de manière physiologique sous forme libre mais également au sein de EVs issues du bourgeonnement de la membrane plasmique nommées ectosomes. Il apparaît aussi qu’en cas de surexpression ou de présence de DNF, la protéine Tau est retrouvée dans des exosomes, des EVs issues de la voie endosomes/lysosomes.Ces résultats nous montrent que la protéine Tau se propage de neurone en neurone physiologiquement mais aussi durant des processus pathologiques. Il semble aussi exister des espèces particulières de protéine Tau plus promptes à se propager que d’autres. Ces différences pourraient en partie expliquer les différents phénotypes observés au sein des tauopathies. Nous avons aussi démontré que la protéine Tau est sécrétée via plusieurs voies de sécrétions qui pourraient refléter différents stades physiopathologiques. Des études complémentaires sont nécessaires notamment pour 1-clairement identifier les mécanismes de sortie et d’entrée de Tau dans les neurones. 2-comprendre si certaines espèces vont spécifiquement induire la pathologie dans les neurones secondaires et s’il est possible de les bloquer grâce à des thérapies ciblées. Et 3-identifier les raisons qui expliquent les vulnérabilités de certaines populations cellulaires
Tau is a microtubule-associated protein mainly expressed in neurons. There are six different isoforms of this protein bearing either 3 or 4 microtubule-binding domains and called 3R-Tau or 4R-Tau. During the course of tauopathies, Tau proteins are abnormally modified and aggregate in specific intracellular lesions called neurofibrillary degeneration (NFD). According to tauopathies, the morphology of lesions, their isoforms’ composition and the spatiotemporal evolution of the pathology are different. Moreover, tauopathies are mostly sporadic but some mutations on Tau gene (MAPT) induce rare forms of familial fronto-temporal dementia. In some sporadic tauopathies like Alzheimer’s disease, the NFD is initiated in specific brain areas and evolves stereotypically in well-defined neuropathological stages. The mechanisms underlying such evolutions are mainly unknown but recently, different studies had proposed that some pathological species of Tau protein are able to actively move from region-to-region following neuro-anatomical connections and to spread the Tau pathology intra-cerebrally by this way.Within this context, we have demonstrated either in vitro using a microfluidic chamber system or in vivo using a new rat model, that Tau proteins are actively and physiologically transferred from cell-to-cell. Interestingly, in this model we could also follow the development of the Tau pathology inside the rats’ hippocampus but also its propagation from region-to-region. This model is based on a viral vector technology; therefore, we were able to test different construct and to show that surprisingly, Tau pathology induced by mutated or 3R-Tau species is restricted to the vicinity of the initiation site and do not propagate as far as the wild-type 4R-Tau species.Tau proteins as well as NFD are cell-to-cell propagating but the mechanisms underlying this phenomenon are still unknown. In order to address this point and knowing the significance of extracellular vesicles (EVs) in the intercellular communication mechanisms, we analysed their implication in the transfer of Tau proteins. We purified EVs in vitro from culture supernatants but also in vivo from primates’ cerebrospinal fluid samples and rats’ cerebral interstitial fluid samples. We demonstrated that Tau proteins are secreted physiologically in a free form but also within specific EVs named ectosomes and coming from a budding of the plasma membrane. Also, it seems that when Tau is overexpressed and when NFD is present, Tau proteins are retrieved within EVs named exosomes and derived from the endosomes/lysosomes pathway.These results clearly show that Tau proteins are propagating from neuron to neuron physiologically but also during pathological processes. It seems also that some specific Tau species are more prone to propagate than others. These differences could partly contribute to the different phenotypes observed among tauopathies. We have also demonstrated that Tau proteins are secreted via several pathways of secretion that could reflect different pathophysiological stages. Some complementary studies are needed particularly to 1- clearly identify the cellular mechanisms of Tau exit and entry. 2- to understand if some Tau species will specifically induce Tau pathology in secondary neurons and if it is possible to block this phenomenon thanks to targeted therapy. And 3- to identify the reasons that explain the vulnerability of some specific cell populations to Tau pathology propagation

La protéine Tau est impliquée dans la physiopathologie de nombreuses maladies neurodégénératives regroupées sous le terme de Tauopathies. Dans la maladie d’Alzheimer (MA), la Tauopathie la plus fréquente, Tau est retrouvée sous une forme agrégée dans les neurones. Ces agrégats de Tau constituent la lésion cérébrale caractéristique de la MA, appelée dégénérescence neurofibrillaire (DNF), dont l’évolution spatio-temporelle est corrélée à l’avancée et la gravité des signes cliniques. Les mécanismes qui initient ce processus pathophysiologique ne sont pas encore bien élucidés. Néanmoins, les modifications post-traductionnelles (MPT) de la protéine Tau semblent jouer un rôle important dans l'apparition de ces formes pathologiques. Par ailleurs, ces MPT peuvent représenter des marqueurs de diagnostic précoce et des cibles thérapeutiques de la MA. L’équipe a récemment identifié une nouvelle forme tronquée de la protéine Tau débutant à la méthionine 11 avec une modification qui n’a jamais été décrite pour la protéine Tau : la N-α-acétylation (AcMet11-Tau). De plus, l’équipe a développé un anticorps monoclonal, le 2H2D11, ciblant spécifiquement la forme AcMet11-Tau. Les premières études à partir de cerveaux de patient Alzheimer indiquent que la protéine AcMet11-Tau est présente dans les neurones qui dégénèrent et qu’elle ferait partie des protéines Tau anormales qui marquent la pathologie. Les travaux présentés dans cette thèse ont pour objectif d’évaluer le rôle de AcMet11-Tau dans le développement de la MA et des dysfonctionnements associés, notamment dans un modèle transgénique mimant le versant Tau de la MA (modèle THY-Tau22). Ces souris THY-Tau22 reproduisent avec l’âge plusieurs aspects de la pathologie Tau associés à une perte de mémoire. Nous avons montré que chez ces souris, la forme AcMet11-Tau apparait précocement, bien avant l’apparition des troubles de mémoire. Un de mes objectifs de thèse a consisté à évaluer une approche de modélisation in vivo, basée sur des injections stéréotaxiques, dans l’hippocampe de souris sauvages et transgéniques THY-Tau, de vecteurs lentiviraux pour exprimer la forme Met11-Tau. Les résultats montrent que cette protéine est bien exprimée sous forme N-α-acétylée, et de manière stable dans l’ensemble de l’hippocampe. AcMet11-Tau est plus particulièrement détectée dans des régions ayant un rôle important dans la plasticité synaptique et la mémoire. De plus, nos résultats préliminaires suggèrent que la forme AcMet11-Tau n’est pas capable de s’agréger toute seule en absence d’autres protéines Tau humaines, et qu’elle se comporterait plutôt comme un agent de nucléation en favorisant l’agrégation de protéines Tau entières. Ainsi, AcMet11-Tau semble être un acteur important du processus pathologique, représentant un bon candidat pour le ciblage thérapeutique. À ce jour, plusieurs stratégies thérapeutiques sont étudiées pour traiter la pathologie Tau parmi lesquelles l’immunothérapie. La seconde partie de ma thèse a pour objectif d’établir la preuve de concept pour le ciblage d’AcMet11-Tau en utilisant une approche d’immunothérapie passive. Dans ces travaux de thèse, nous montrons que l’immunisation précoce des souris THY-Tau22 contre la forme AcMet11-Tau permet de prévenir l'altération de la mémoire de travail mesurée par le test du labyrinthe en Y et améliore l’apprentissage des animaux lors de l’évaluation de la mémoire spatiale de référence par le test de Barnes. Cette diminution de l'atteinte cognitive est associée à une diminution de la phosphorylation anormale de Tau au niveau de l'hippocampe et à une réduction significative des espèces insolubles de Tau. Nous montrons également que le ciblage d’AcMet11-Tau exerce des effets anti-inflammatoires dans ce modèle de Tauopathie. L’ensemble de ce travail démontre que AcMet11-Tau serait bien instrumentale dans le développement de la pathologie ; et que son ciblage par immunothérapie est une stratégie thérapeutique à prendre en considération
Tau protein is involved in the pathophysiology of more than twenty neurodegenerative diseases referred to as Tauopathies. In Alzheimer’s disease (AD), the most common Tauopathy, Tau is found aggregated in neurons. These pathological aggregates of Tau called neurofibrillary tangles (NFT) are the hallmarks of AD brains. The progression of NFT in AD brain is correlated with cognitive impairment. The mechanisms underlying this pathophysiological process are not well understood yet. Nevertheless, post-translational modifications of Tau protein seem to play an etiopathological role. Furthermore, these post-translational modifications may provide early diagnostic markers and therapeutic targets for AD. Our team has recently identified a new truncated Tau protein starting at methionine 11 and bearing a modification that has never been described for the Tau: N-α-acetylation (AcMet11-Tau). In addition, our team has developed a monoclonal antibody, 2H2D11, which specifically targets the AcMet11-Tau form. The first studies from AD brains indicate that AcMet11-Tau protein is present in degenerating neurons and that it is part of pathological Tau proteins. The present thesis work aims to establish the role of AcMet11-Tau in the development of Tau pathology linked to AD and its associated dysfunctions, using a transgenic model mimicking the Tau side of AD (THY-Tau22 model). These THY-Tau22 mice reproduce with age several aspects of Tau pathology associated with memory loss. We have showed in these mice that AcMet11-Tau form appears early before the onset of memory impairment. One of my thesis objectives was to evaluate an in vivo modeling approach, based on stereotaxic injections of lentiviral vectors, in the hippocampus of wild and THY-Tau transgenic mice, to express the Met11-Tau protein. Our immunohistochemical analyzes show that this protein is stably expressed throughout the hippocampus as an N-α-acetylated form. More particularly, AcMet11-Tau is detected in brain regions having an important role in synaptic plasticity and memory. In addition, our preliminary results suggest that AcMet11-Tau is likely a seeding factor that promotes the aggregation of Tau proteins. Thus, AcMet11-Tau appears to be an important player in the pathological process, representing hence a good candidate for therapeutic targeting. To date, there are several therapeutic strategies aiming to treat Tau pathology, including immunotherapy. The second objective of my thesis aims to establish the proof of concept of a passive immunotherapy approach targeting AcMet11-Tau. We have showed that immunization of THY-Tau22 mice against the truncated AcMet11-Tau form prevents the alteration of working memory in the Y-maze test and improves animal learning during the evaluation of the spatial reference memory by the Barnes maze at the age of 8 months. This beneficial effect is associated with a decrease in abnormal Tau phosphorylation in the hippocampus and a significant reduction in insoluble Tau species. We have also showed that targeting AcMet11-Tau exerts anti-inflammatory effects in this model of Tauopathy. Together, our data demonstrate that the new truncated form AcMet11-Tau plays an instrumental role in Tau pathology development; its targeting by passive immunotherapy is likely a promising therapeutic strategy for AD treatment

Parmi les troubles cognitifs observés chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer (MA), l'un des plus perturbant est leur incapacité à reconnaître leurs proches. À ce jour, les mécanismes neuronaux qui sous-tendent cette forme de mémoire, la mémoire sociale, sont en partie méconnus. Cette fonction cognitive nécessite l'intégration de nombreuses informations sensorielles et des processus mnésiques élaborés, suggérant que le circuit hippocampique pourrait être impliqué. Très récemment, l'aire CA2, une sous-région hippocampique a suscité beaucoup d'intérêt notamment dans son implication majeure dans la mémoire sociale. Pour que l'hippocampe fonctionne correctement, l'équilibre entre excitation et inhibition est essentiel. L'aire CA2 a la particularité de posséder une très forte densité d'interneurones inhibiteurs à parvalbumine (PV) qui présentent des propriétés uniques. Chez les patients et des souris modèles (Tg2576) de la MA, le dysfonctionnement des interneurones PV conduit à une activité anormale du réseau neuronal hippocampique. Par ailleurs, cette altération des interneurones PV dans l'aire CA2 est associée à la réduction de leur matrice extracellulaire ou perineuronal net (PNN). Au cours de cette thèse, nous avons testé l'hypothèse selon laquelle les PNN autour des neurones PV de l'aire CA2 seraient nécessaires à la mémoire sociale et que leur disparition participerait aux déficits observés dans la MA. Dans ce travail, nous montrons que l'altération des PNN autour des neurones PV de l'aire CA2 suffit à induire des altérations spécifiques de la mémoire sociale chez des souris saines. D'autre part, une amélioration spécifique des capacités de mémoire sociale est obtenue chez les souris modèles de la MA en stimulant la formation des PNN dans l'aire CA2. Enfin, nous rapportons que les souris Tg2576 présentent une activité cérébrale aberrante lors d'une tâche sociale, et cette perturbation semble être dépendante de la disparition des PNN de l'aire CA2. Ainsi, nos résultats révèlent que l'aire CA2 de l'hippocampe joue un rôle prépondérant dans les déficits de mémoire sociale associés à la MA. Nos travaux identifient également les neurones PV et leur matrice extracellulaire, le PNN, comme des éléments cruciaux de la formation de la mémoire sociale
One of the most excruciating cognitive problems observed in patients with Alzheimer's disease (AD) is their inability to recognize others. To date, the neural mechanisms underlying this form of memory, called social memory, are partly unknown. This cognitive function requires the integration of numerous sensory information and elaborated memory processes, suggesting that the hippocampal circuit may be involved. Very recently, the area CA2 sub-region of the hippocampus, has aroused a great deal of interest, particularly in its major involvement in the processing of social memory. For the hippocampus to function properly, the balance between excitation and inhibition is essential. The area CA2 has the particularity of exhibiting a very high density of inhibitory parvalbumin (PV) interneurons which express unique properties. In patients and mouse models (Tg2576) of AD, dysfunction of PV interneurons leads to abnormal activity of the hippocampal neural network. Furthermore, this alteration of PV interneurons in the CA2 area is associated with the reduction of their extracellular matrix called perineuronal net (PNN). In this thesis, we hypothesized that PNNs around PV neurons are necessary for social memory and that their disappearance in the area CA2 is responsible for the social memory deficit observed in AD. Indeed, we show that the alteration of PNN around PV neurons in the area CA2 is sufficient to induce specific alterations in social memory in healthy mice. On the other hand, a specific improvement of social memory capacities is obtained in AD mice by stimulating the formation of PNNs in the area CA2. Finally, we report that Tg2576 mice exhibit an aberrant brain activity during a social task and this perturbation may be dependent on the disappearance of PNNs in the area CA2. Thus, our results reveal that the area CA2 of the hippocampus plays a major role in the social memory deficits associated with AD. Our work also identifies PV neurons and their extracellular matrix, the PNN, as crucial elements in the formation of social memory

La maladie d'Alzheimer (MA) est un processus multifactoriel. La dysfonction vasculaire pourrait être impliquée dans sa progression. Les microhémorragies cérébrales (MH) sont fréquentes chez les patients atteints de MA, et pourraient jouer un rôle clé dans le lien qui relie la dysfonction vasculaire à la MA. Le sexe pourrait également impacter sur la sévérité des lésions. Les statines ont été proposées en prévention de maladies neurodégénératives dont la MA. Leur intérêt est encore débattu mais ces molécules ont une action pléiotrope. Ce travail a pour objectif d'étudier l'impact des lésions microhémorragiques sur le déclin cognitif dans la MA, le rôle du sexe et la modulation pharmacologique par Atorvastatine, dans une perspective translationnelle,i.e. en considérant à la fois l'aspect expérimental chez l'animal et l'aspect clinique. Pour la partie expérimentale, nous avons étudié à partir d'un modèle original de MH chez les souris femelles saines et pathologiques. La MHC est créée par injection stéréotaxique de Collagénase (0,8|uUI/|iL). L'atorvastatine est administrée dans l'alimentation quotidienne des rongeurs(5mg/Kg/J). Le suivi était multimodal à trois temps différents : six semaines, six mois et douze mois après la chirurgie. Au plan clinique, nous avons étudié une base de données de patients atteints de la MA, suivis de façon standardisée. Notre travail a mis en évidence, dans une approche translationnelle, un impact cognitif et non cognitif des MHs, en présence ou non d'une maladie d'Alzheimer chez le sexe féminin. Nos résultats tendent à confirmer l'intérêt de l'atorvastatine dans la neuroprotection, grâce à ses effets pléiotropes. D'une manière générale,notre travail souligne, une fois de plus, l'intérêt d'une prise en charge personnalisée, et précoce de la MA
The physiopathology of Alzheimer disease (AD) is complex. Associated factors, in particular at the vascular level with damaged small blood vessels, might be involved. Cerebral microbleeds(CMB) in particular, could be one of the key contributing factor in AD. The cumulative evidence suggested a sex-specific patterns of disease. Furthermore, statins might be interesting by pleitropic effects. The objectives of this study was to evaluate the interaction between vascular and neurodegenerative lesions in Alzheimer, the influence of sex, and the pharmacological modulation by atorvastatin. This experimental model is designed in a multimodal approach to ensure its scientific relevance and to fit with clinical research. The third objective is indeed to confront theresulting experimental data to the clinical data of cohorts of Alzheimer patients. With an original model of CMB in female mice, we folio wed-up them from 1.5 months to 12 months postsurgery.For the clinical part, we studied patients with AD from a database of a tertiary memory center, with standardized framework. In a translational way, we observed a cognitive and a non cognitiveimpact of CMBs, differently in wild-type mice and in diseased mice. Different outcome was noticed for young female mice. And Atorvastatine offered a mild neuroprotection particularly in presymptomatic stage. Finally, the mechanism implied will be studied, in particular the inflammatory pathway, and will help to propose targeted pharmacological modulation in order to prevent or limit the impact of CMB on AD, by offering a personalized approach

La maladie d’Alzheimer (MA) est une pathologie neurodégénérative communément caractérisée par une perte progressive de la mémoire. L’étiologie de la MA demeure incertaine à ce jour ce qui complique l’élaboration de stratégies thérapeutiques permettant de l’éradiquer. L’accumulation des échecs thérapeutiques pourrait en partie s’expliquer par le fait que l’hypothèse amyloïde, qui met en avant l’implication prépondérante du peptide bêta-amyloïde (Aβ) dans la physiopathologie de la MA, serait incomplète. En utilisant un modèle murin transgénique de la MA, la souris TgCRND8, j’ai pu compléter l’hypothèse amyloïde en proposant l’implication, en plus de l’Aβ, du fragment carboxy-terminal bêta (β-CTF). Ces deux métabolites amyloïdogéniques de l’APP seraient responsables de l’altération de formes différentes de mémoire. Le dosage de ces métabolites dans l’hippocampe, suite au traitement chronique des souris avec un inhibiteur de β ou de γ-secrétase, a mis en évidence que le β-CTF serait responsable de l’atteinte de la mémoire impliquée dans la détection du remplacement d’un objet, alors que l’Aβ perturberait la mémoire permettant la détection du déplacement d’un objet. Ces travaux suggèrent qu’il serait judicieux de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques qui diminuent à la fois les niveaux cérébraux des deux fragments amyloïdogéniques, le β-CTF et l’Aβ
Alzheimer’s disease (AD) is a neurodegenerative pathology commonly characterized by a progressive memory loss. To these days, AD’s etiology has remained unclear which complicates the development of therapeutic strategies enabling to eradicate the pathology. The accumulation of therapeutic failures could partly be explained by the fact that the amyloid hypothesis, which highlights the leading involvement of the amyloid beta peptide (Aβ) in the physiopathology of AD, could be incomplete. Using a transgenic mouse model of AD, the TgCRND8 mice strain, I expanded the amyloid hypothesis, suggesting the involvement of the beta carboxy-terminal fragment (β-CTF), in addition to Aβ. These two amyloidogenic metabolites could be responsible for the alteration of different forms of memory. The dosage of these metabolites, after mice chronic treatment with either a β- or a γ-secretase inhibitor, highlighted the fact that β-CTF could be responsible for the deterioration of the memory involved in the detection of the replacement of an object. As for Aβ, it could disrupt the memory allowing the detection of the displacement of an object. This work suggests that it would be judicious to develop therapeutic strategies reducing brain levels of both amyloid fragments, β-CTF and Aβ

Afin comprendre les mécanismes cellulaires qui sous-tendent le développement de la maladie d'Alzheimer (MA), nous avons utilisé des souris transgéniques (Tg2576) qui développent des altérations phénotypiques mimant certains aspects de la MA. Nous avons révélé qu'au cours du développement de la MA, la neurogenèse hippocampique est altérée chez les jeunes souris Tg2576 et qu'un remodelage du réseau neuronal de l'hippocampe pourrait contribuer aux déficits de mémoire. D'autre part, il a été suggéré que les facteurs environnementaux pourraient diminuer le risque de développer la MA chez l'Homme. L'hypothèse de la "réserve cognitive" propose que les stimulations cognitives induisent des modifications durables du cerveau, le rendant plus résistant à la démence et aux atteintes cellulaires. L'exposition précoce des souris à un environnement enrichi restaure les performances de mémoire et réduit la formation de plaques amyloïdes dans le cerveau
To understand the cellular mechanisms underlying the development of Alzheimer's disease (AD), we used transgenic mice (Tg2576) that develop phenotypic alterations mimicking some aspects of AD. We found that during the development of AD, hippocampal neurogenesis is impaired in young Tg2576 mice and a remodeling of the neural network of the hippocampus may contribute to memory deficits. On the other hand, environmental factors have been suggested to impact the risk and development of AD. The "cognitive reserve" hypothesis proposes protective effects of complex experiences, such as sustained cognitive engagement, against dementia. We found that transient enriched housing of young mice to an enriched environment restores memory performance and decreases senile plaque formation in neo-cortical areas

Dans les tauopathies, telle la maladie d'Alzheimer, la protéine tau devient anormalement hyperphosphorylée ce qui conduit à son accumulation et à son agrégation intracellulaire. Ce processus aboutit progressivement à une perte neuronale et un déclin cognitif. L'immunothérapie anti-tau est de plus en plus considérée comme un traitement potentiel en vue de bloquer la progression des tauopathies.Récemment, l’entreprise UCB BioPharma a montré que l’anticorps D, anticorps ciblant la protéine tau en un épitope central (aa 235 à 250), était en mesure de bloquer, in vitro, l'agrégation intracellulaire de protéines tau, induite par des PHFs purifiés au départ de cerveaux Alzheimer. L’anticorps A, de même isotype, associé à des propriétés de liaison comparables mais reconnaissant la protéine tau en son extrémité N-terminale (aa 15 à 24), n’est pas en mesure de prévenir l’agrégation dans ce même modèle, ce qui souligne l’importance du choix de l’épitope en vue de neutraliser les amorces pathologiques issues de cerveaux Alzheimer.En vue d’étudier les propriétés de l’anticorps D in vivo, nous avons développé deux modèles murins de tauopathies. Premièrement, un modèle étudiant les phénomènes de recrutement et nucléation, basé sur l'injection unilatérale d’un homogénat de cerveau Alzheimer dans l'hippocampe de jeunes souris transgéniques (Tg30tau). Deuxièmement, un modèle permettant l’étude de la propagation intercellulaire de formes pathologiques de tau, par injection unilatérale de fibrilles P301L-K18 dans l’hippocampe de souris transgéniques (hTauP301L). Les tauopathies induites par ces injections intracérébrales ont été quantifiées dans l'hippocampe ipsi et controlatéral, en présence de traitements immunothérapeutiques utilisant les anticorps anti-tau A et D ou un anticorps témoin négatif de même isotype. La quantification des formes hyperphosphorylées et agrégées de tau a été réalisée par des approches immunohistochimique ou biochimique.Dans le modèle de nucléation, l’anticorps D est en mesure de prévenir significativement l’apparition des formes hyperphosphorylées et agrégées de tau à la fois dans l’hippocampe ipsilatéral (injecté avec l’homogénat Alzheimer) et contralatéral. A l’opposé, l’anticorps A n’est pas en mesure de prévenir l’apparition de la tauopathie dans ce modèle. Dans le modèle de propagation, basé sur l'injection unilatérale hippocampique de fibrilles P301L-K18, le traitement immunothérapeutique utilisant l’anticorps D réduit significativement la propagation d’espèces pathologiques de la protéine tau dans l'hippocampe controlatéral.De par l’utilisation de ces deux modèles murins de tauopathies, nous avons pu confirmer in vivo, la capacité de l’anticorps D à neutraliser les espèces pathologiques contenues dans un homogénat de cerveau Alzheimer et avons démontré sa capacité à s’opposer à la propagation intercellulaire de la tauopathie in vivo. Dans le modèle de nucléation, l’anticorps A n’a pas été en mesure de s’opposer à l’apparition de la tauopathie. Les résultats obtenus confirment ceux décrits par l’entreprise UCB BioPharma dans leur modèle d’agrégation in vitro et confirme l’importance considérable du choix de l’épitope en vue de prévenir efficacement le développement de tauopathies in vivo
In tauopathies, such as Alzheimer's disease, tau protein becomes abnormally hyperphosphorylated which leads to its accumulation and intracellular aggregation. This process gradually leads to neuronal loss and cognitive decline. Anti-tau immunotherapy is increasingly considered as a potential treatment to block tauopathies’s progression.UCB BioPharma recently showed that antibody D, targeting an epitope in the central region of tau (aa 235-250), is able to block, in vitro, the intracellular seeding of tau proteins induced by PHFs purified from the brain of Alzheimer's patients. The antibody A, same isotype and associated with similar binding properties but recognizing the N-terminal region of tau (aa 15 to 24) is not able to prevent tau seeding in this cell based assay. This observation underlines the importance of the targeted epitope on tau protein in order to neutralize pathological species contained in Alzheimer's brains (Courade et al., 2018).In order to study the properties of antibody D in vivo, we developed two murine models of tauopathies. First, a seeding model based on a unilateral injection of Alzheimer's brain homogenate into the hippocampus of young Tg30tau mice. Secondly, a spreading model to study the propagation of pathological tau seeds, based on unilateral hippocampal injection of P301L-K18 fibrils in hTauP301L transgenic mice. Tauopathies induced in these models were quantified in the ipsi and contralateral hippocampus in the presence of immunotherapeutic treatments with anti-tau antibodies (D, A) or a negative control antibody. Quantification of hyperphosphorylated and aggregated tau was performed by immunohistochemical or biochemical analyses.In the seeding model, antibody D significantly reduces the appearance of hyperphosphorylated and aggregated tau both in the ipsi and contralateral CA1 regions of hippocampus. In contrast, antibody A is not able to prevent the appearance of pathological tau in this model. In the spreading model, immunotherapeutic treatments with antibody D significantly reduces the spread of pathological tau seeds in the contralateral hippocampus.From these two murine models of tauopathies, we confirmed in vivo the ability of antibody D to neutralize the pathological tau species contained in an Alzheimer's brains homogenate and demonstrated its capacity to reduce the intercellular propagation of tauopathies. In the seeding model, antibody A wasn’t able to affect the onset of tauopathy. These results confirm those described by UCB BioPharma based on their in vitro aggregation assay and confirm the importance of the targeted epitope in order to effectively prevent the development of tauopathies in vivo

Les difficultés actuelles du diagnostic précoce de la Maladie d'Alzheimer (MA) rendent l'exploration cérébrale par imagerie moléculaire particulièrement pertinente et performante. Les travaux effectués au cours de cette thèse ont développé les méthodologies de l'imagerie TEP (tomographie par émissions de positons) dans cette optique.
Une première partie, méthodologique, a consisté à automatiser et à optimiser la radiosynthèse du [11C]PIB, un radiotraceur pouvant détecter l'accumulation des peptides amyloïdes dans le cerveau de patients atteints de la MA.
Dans une seconde partie, nous nous sommes intéressés à l'imagerie TEP de la neurotransmission sérotoninergique. Les antagonistes des récepteurs 5-HT6 ont démontré des propriétés procognitives et des études post-mortem ont montrées leur modification dans la MA. Cependant, aucun centre ne dispose encore d'un radiotraceur spécifique. Nous rapportons l'évaluation biologique d'un radiotraceur antagoniste des 5-HT6, le [18F]12ST05. D'autre part, une étude récente en imagerie TEP au [18F]MPPF, un antagoniste des récepteurs 5-HT1A, a révélé une diminution de sa fixation chez des patients Alzheimer alors qu'une augmentation pouvait être constatée chez des patients MCI. Nous sommes parvenus à reproduire une surexpression transitoire des 5-HT1A dans un modèle animal de la MA et nous proposons différents mécanismes compensatoires à l'origine de cette augmentation. Ces résultats apportent des hypothèses sur la nature des phénomènes compensatoires précoces stimulés et pourraient avoir des conséquences sur les thérapeutiques ciblant les 5-HT1A.

Les difficultés actuelles du diagnostic précoce de la Maladie d'Alzheimer (MA) rendent l'exploration cérébrale par imagerie moléculaire particulièrement pertinente et performante. Les travaux effectués au cours de cette thèse ont développé les méthodologies de l'imagerie TEP (tomographie par émissions de positons) dans cette optique. Une première partie, méthodologique, a consisté à automatiser et à optimiser la radiosynthèse du [11C]PIB, un radiotraceur pouvant détecter l'accumulation des peptides amyloïdes dans le cerveau de patients atteints de la MA. Dans une seconde partie, nous nous sommes intéressés à l'imagerie TEP de la neurotransmission sérotoninergique. Les antagonistes des récepteurs 5-HT6 ont démontré des propriétés procognitives et des études post-mortem ont montrées leur modification dans la MA. Cependant, aucun centre ne dispose encore d'un radiotraceur spécifique. Nous rapportons l'évaluation biologique d'un radiotraceur antagoniste des 5-HT6, le [18F]12ST05. D'autre part, une étude récente en imagerie TEP au [18F]MPPF, un antagoniste des récepteurs 5-HT1A, a révélé une diminution de sa fixation chez des patients Alzheimer alors qu'une augmentation pouvait être constatée chez des patients MCI. Nous sommes parvenus à reproduire une surexpression transitoire des 5-HT1A dans un modèle animal de la MA et nous proposons différents mécanismes compensatoires à l'origine de cette augmentation. Ces résultats apportent des hypothèses sur la nature des phénomènes compensatoires précoces stimulés et pourraient avoir des conséquences sur les thérapeutiques ciblant les 5-HT1A
Early diagnostic of Alzheimer's disease (AD) is facing difficulties that PET imaging (Positron Emission Tomography) could overcome. The first part of our work was dedicate to the automation and optimization of [11C]PIB synthesis, a radioligand that allows visualizing amyloid load in patients with AD. In a second part, we studied serotoninergic neurotransmission in AD. 5-HT6 receptors antagonists display pro-cognitive properties and post-mortem studies showed their modulation in AD. However, no PET 5-HT6 receptors radioligand is available yet. We report the biological evaluation of [18F]12ST05, a 5-HT6 receptors antagonist radiotracer. A recent clinical PET study using [18F]MPPF (5-HT1A antagonist) demonstrated an increase in 5-HT1A receptors in patients with MCI whereas a decrease could be seen in patients with AD. We could reproduce such a transient up-regulation in a rat model of AD and were able to propose several mechanisms underlying these effects. Our results bring new hypothesis on early stimulated phenomenon in AD and could have potential implication in the therapeutics targeting 5-HT1A receptors

Au cours des annees 1980, de nombreux travaux ont demontre une diminution des concentrations de somatostatine dans le systeme nerveux central de patients atteints de la maladie d'alzheimer, suggerant un role potentiel de cette molecule dans l'etiologie de la maladie. Cette hypothese justifie les travaux que nous avons entrepris sur l'etude fonctionnelle des systemes somatostatinergiques centraux dans la maladie d'alzheimer. Une introduction bibliographique traite dans un premier chapitre des aspects cliniques, neuropathologiques, genetiques et biochimiques de la maladie, et dans un deuxieme chapitre de la neurobiologie de la somatostatine. Le troisieme chapitre est consacre a l'expose des travaux. Nous avons etudie les relations entre le deficit en somatostatine et les aspects cliniques et neuropathologiques de la maladie d'alzheimer. L'etude de l'integrite fonctionnelle des systemes de synthese, de maturation et de degradation de la somatostatine a egalement ete entreprise. De plus deux modeles animaux ont ete etudies: un primate lemurien, le microcebus murinus, et le rat age developpant des deficits de memorisation spatiale. Le deficit en somatostatine n'est pas dependant de la densite des lesions neuropathologiques, plaques seniles et degenerescences neurofibrillaires. Cependant, le deficit intellectuel est correle au taux de somatostatine dans le cortex frontal des patients, suggerant que l'integrite fonctionnelle du systeme somatostatinergique est necessaire dans cette structure pour l'accomplissement de taches cognitives. L'alteration des mecanismes de biosynthese de la somatostatine, plutot qu'une perte neuronale specifique, semble etre a l'origine du deficit. Une adaptation des mecanismes proteolytiques pourrait s'inscrire dans une strategie compensatrice des alterations de l'anabolisme somatostatinergique. Le rat age developpant des deficiences mnesiques peut s'averer etre un modele d'etude des mecanismes impliques dans le deficit en somatostatine. Il reste a demontrer, chez le microcebe age, que les desorganisations neurochimiques caracteristiques de la maladie sont accompagnees de lesions neuropathologiques et/ou de deficits comportementaux

La maladie d’Alzheimer (MA) est caractérisée par deux lésions neuropathologiques: les plaques séniles (composées essentiellement du peptide amyloïde Ab) et les dégénérescences neurofibrillaires (DNF, composées de formes hyperphosphorylées de protéines tau). Les mécanismes de formation des DNF sont encore mal compris et notre travail expérimental a eu pour objectifs d’étudier certaines hypothèses de formation des DNF.

1° Une hypothèse étiopathogénique de la MA est la “cascade amyloïde”, selon laquelle le peptide amyloïde Ab exercerait un effet toxique entraînant la phosphorylation de tau et la formation de DNF. Certaines formes familiales de MA sont dues à des mutations du gène du précurseur du peptide amyloïde (APP) ou des présénilines et nous avons voulu déterminer si la surexpression de ces protéines pouvait entraîner la formation de DNF. Nous avons d’abord étudié une lignée murine double transgénique surexprimant l’isoforme 0N3R de protéine tau humaine “sauvage” et une forme mutée de préseniline 1 (M146L). Nous y avons démontré une co-expression neuronale des deux protéines et une augmentation de la phosphorylation de tau mais nous n’y avons pas observé de formation de DNF, chez des animaux examinés jusqu’à 17 mois. Nous avons ensuite étudié une lignée murine triple transgénique surexprimant l’isoforme 0N3R de protéine tau “sauvage”, une forme mutée de préseniline 1 (M146L) et une forme mutée de l’APP 751 (mutations Swedish K670N, M671L et London V717I). Ces animaux ont développé précocement (2.5 mois) des dépôts extracellulaires de peptide Ab. Nous y avons observé une augmentation de la phosphorylation de tau dans les prolongements neuronaux en contact avec les dépôts amyloïdes et des anomalies de l’organisation du cytosquelette, mais pas de DNF, chez des animaux examinés jusqu’à 18 mois.

2° Certaines mutations du gène de tau sont responsables de formes familiales de démence frontotemporales dans lesquelles se développent des DNF. Ces mutations favoriseraient l’agrégation de tau où entraîneraient un déséquilibre de l’expression relative des isoformes de tau. Un tel déséquilibre pourrait également être induit dans les formes sporadiques de MA, en l’absence de mutations de tau. Afin d’investiguer cette hypothèse, nous avons étudié le profil d’expression des ARNm de tau et des isoformes de protéines tau dans plusieurs régions cérébrales de sujets contrôles ou atteints de MA. Un même profil d’expression a été observé dans les deux groupes. Une augmentation relative de l’expression de l’isoforme 0N3R de tau dans le cortex temporal pourrait être liée à la sensibilité de cette région au développement de DNF. Nous avons également étudié des lignées stables de cellules CHO exprimant des formes mutées (P301L, R406W) et non-mutées de protéines tau. Nous n’avons cependant pas observé d’augmentation de l’agrégation de tau dans les lignées exprimant les formes mutées de tau.

Nos résultats indiquent que la simple surexpression de formes mutées de l’APP et des présénilines, même en présence d’une protéine tau humaine, ne suffit pas à entraîner la formation de DNF. En outre, l’absence de différence dans le profil d’expression cérébrale des isoformes de tau entre sujets contrôles et atteints de MA suggère que les modifications post-traductionnelles de cette protéine jouent un rôle plus important dans la genèse des DNF.

Doctorat en sciences biomédicales
info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans le cadre des démences vasculaires représentant la deuxième cause de démence après la maladie d'Alzheimer dans les pays occidentaux, CADASIL est une cause héréditaire, autosomique dominante de démence vasculaire secondaire à différentes mutations du gène Notch3. CADASIL est une affection systémique des cellules musculaires lisses vasculaires dont l'expression clinique est exclusivement neurologique. L'imagerie cérébrale est essentielle dans le diagnostic et détecte des lésions de la substance blanche et des noyaux gris centraux. L'objectif principal de ce travail est de mieux comprendre la physiopathologie de cette affection. Trois axes ont été développés : i) l'évaluation des modofications morphologiques et morphométriques des parois vasculaires et leurs conséquences sur le plan de la fonction vasculaire ; ii) l'étude et la nature biochimique des dépôts pathognomoniques (GOMs) et iii) l'analyse d'un modèle animal murin de CADASIL afin d'établir l'histoire naturelle de la maladie
In the field of vascular dementia which correspond to the second cause of dementia after Alzheimer disease in occidental countries, CADASIL is an autosomal dominant hereditary vascular dementia secondary to mutations of the gene Notch3. CADASIL is a systemic alteration of the vascular smooth muscle cells leading to an exclusive neurological disease. The neuroimagery is one main point in the diagnosis and discloses lesions in the deep white matter and in the deep gray matter. The main purpuse of this study us a better understanding of the CADASIL physiopathology. Three lines were developped : i) A morphological and morphometrical evaluation of the vessel wall alterations and their functional consequences, ii) a biochemical analysis of the specific deposits (GOMs) and iii) a study of a CADASIL murin model in order to observe the time course of the disease

Nous avons conçu une nouvelle chambre opérante pour évaluer certaines des capacités cognitives altérées par la maladie d'Alzheimer et suivre l'évolution temporelle des dégradations chez les souris transgéniques. La première épreuve comportementale présentée mesure une forme de mémoire spatiale à long terme, une des premières facultés cognitives affectées par la pathologie. La seconde tâche, appelée "Differential Reinforcement of Lowrate", sonde des capacités cognitives atteintes au stade moyen de la pathologie, comme : l'inhibition comportementale, la mémoire temporelle, la mémoire de travail et l'attention soutenue. Enfin la troisième tâche, "Serial Reaction Time", permet d'évaluer la mémoire procédural, une capacité préservée chez les patients âgés. Dans le futur, cette nouvelle chambre opérante permettra de coupler l'analyse comportementale aux enregistrements électrophysiologiques. Ainsi, il sera possible de déterminer l'existence d'un lien direct entre les déficits cognitifs et les dysfonctionnements cellulaires, et peut être de proposer au niveau cellulaire un diagnostic plus précoce et une évaluation des nouvelles solutions thérpeutiques.

Le peptide Aβ est issu du clivage de l'APP, localisé dans des domaines spécialisés de la membrane plasmique appelés "radeaux lipidiques". Les mécanismes qui permettent son externalisation restent mal connus. Notre objectif a été de les mettre en évidence dans la maladie d'Alzheimer et ses modèles transgéniques en utilisant des marqueurs des radeaux lipidiques comme la flotiline-1 et le ganglioside GM1. Chez la souris APPxPS1 nous avons observé une production du peptide Aβ intracellulaire dans les corps multivésiculaires. L'analyse de la distribution de la flotiline-1 a révélé qu'elle s'accumulait sous forme de granules, dans les neurones qui contenaient une DNF. Le ganglioside GM1 s'accumule à la périphérie des plaques séniles dans des prolongements dystrophiques APP positifs. Dans les cellules SH-SY5Y transfectées avec l'APP muté, une colocalisation entre GM1 et Aβ mais aussi avec le fragment C99 de l4APP ont observé à la membrane. Cette interaction membranaire semble être nécessaire à l'externalisation du peptide Aβ puisque l'inhibition de la synthèse du GM1 provoquée. .
Aβ peptide results from the cleavage of the APP, localised in cholesterol enriched domains of the plasma membrane called "lipid rafts". The mechanisms which allow its externalisation remain badly known. Our objective was to highlight them in Alzheimer disease of and its transgenic models by using markers of the lipid rafts like flotillin-1 and GM1 ganglioside. In APPxPS1 mice we observed a intracellular production of Aβ peptide in multivesicular bodies. The analysis of the distribution of flotilin-1 revealed that it accumulated in granules, in the soma of neurons which contained a DNF. Ganglioside GM1 accumulates in the periphery of the senile plaques in APP dystrophic neurites. In SH-SY5Y cells transfected with mutated APP, a colocalisation between GM1 and Aβ but also with the C99 fragment of APP were observed into the membrane. This membrane interaction seems to be necessary to the externalisation of Aβ peptide since the inhibition of the GM1.

En dehors de l'hypothèse de la cascade amyloïde qui domine l'activité de recherche liée à la maladie d'Alzheimer, d'autres hypothèses ont été proposées pour expliquer la pathogénie de la maladie. Parmi celles-ci, le stress oxydant, le dysfonctionnement mitochondrial ou encore l'altération cholinergique ont été suggérés car ils sont à la base des mécanismes qui apparaissent précocement et contribuent de façon importante à la physiopathologie de la maladie. Notre projet propose d'étudier ces facteurs à travers une évaluation phénotypique histopathologique et neurochimique dans deux mutations du gène PS-1 (souris PS1/A246E et PS1/I213T) caractérisées par une surexpression du peptide Aß-42 sans amyloïdose et des troubles comportementaux peu sévères mimant des stades précoces de la maladie. Une évaluation des bases d'ADN oxydées a permis la mise en évidence d'un dommage oxydatif précoce dans des régions variées pour lesquelles le taux de peptide Aß est généralement augmenté. Des cartographies cérébrales des activités de la cytochrome oxydase et de l'acétylcholinestérase ont servi respectivement à l'étude de la fonction métabolique neuronale et de l'innervation cholinergique. Les modifications d'activité métabolique obtenues ne signent pas d'altération intrinsèque de la cytochrome oxydase mais témoignent de phénomènes compensatoires indépendants du dommage oxydatif tissulaire. Les perturbations cholinergiques sont importantes dans les deux mutations impliquant les circuits d'activation de l'attention et de la mémorisation
In addition to the amyloid cascade hypothesis, predominant in Alzheimer's disease research, other hypotheses have been proposed to explain its pathogenesis. Among those, oxidative stress, mitochondrial dysfunction, and cholinergic alterations were suggested, based on early onset signs contributing in an important way to the physiopathology. Our project studied these factors via phenotypic evaluation in the context of histopathology and neurochemistry in two PS-1 mutations: PS1/A246E transgenic and PS1/I213T knock-in mice, characterized by overexpressed Aß-42 peptide without amyloidosis, together with mild behavioral impairments mimicking early onset Alzheimer's disease. Both mutants showed oxidative damage, as measured by DNA oxidation in regions with increased Aß. Brain regional cartographies of cytochrome oxidase and acetylcholinesterase reflected respectively neuronal metabolism and cholinergic innervation. There was no intrinsic modulation of cytochrome oxidase but rather compensatory phenomena independent of oxidative damage. Cholinergic alterations were important in each mutation, particularly in circuits associated with selective attention and memory

Les traitements actuels de la maladie de Parkinson (MP) sont des traitements dits symptomatiques, c'est-à-dire qu'ils soulagent les symptômes de la maladie sans intervenir sur ses troubles fonctionnels sous-jacents et ne peuvent donc pas empêcher la progression neurodégénérative de la MP. L'intérêt est donc grand de pouvoir développer des moyens pour prévenir la perte des neurones qui caractérise cette maladie ou encore modifier le cours évolutif de la pathologie lorsque celle-ci est déjà initiée. De cet intérêt, nous est venu le choix d’axer nos recherches sur un composé soupçonné de posséder des propriétés neuroprotectrices chez des modèles animaux atteints de désordres neurodégénératifs. Ce composé est la cystamine. Cette molécule a déjà été reconnue comme agent neuroprotecteur dans des modèles animaux de la maladie de Huntington (MH), une autre maladie neurodégénérative se traduisant par des troubles moteurs. C’est dans ce contexte que s’est inscrit mon sujet de thèse qui vise à aborder la question des effets et mécanismes thérapeutiques de la cystamine pour la MP. Mon travail s’est tout d’abord focalisé sur l’étude des propriétés neuroprotectrices et l’identification de certains mécanismes d’action à l’origine des effets bénéfiques observés dans un modèle murin pré-symptomatique de parkinsonisme induit par la toxine 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP). Par la suite nous avons étudié l’impact d’un traitement de cystamine, initié pendant le processus de dégénérescence, sur les changements comportementaux, biochimiques et pathologiques observés dans deux modèles neurotoxiques murins de la MP. Enfin, nous avons précisé les doses optimales d’efficacité de la cystamine, abordé l’identification de molécules intermédiaires impliquées dans l’action de la cystamine et vérifié leur transport au cerveau. Brièvement, nos investigations confirment non seulement le pouvoir neuroprotecteur de la cystamine lorsqu’administrée avant l’induction de la pathologie mais démontrent également ses capacités à stopper un processus neurodégénératif en cours (neurorescue) et même à renverser partiellement des déficiences motrices. Nous avons montré que ces effets bénéfiques sont associés, notamment, à une fine régulation du facteur neurotrophique brain-derived neurotrophic factor (BDNF) ainsi qu’à une modulation de certains facteurs apoptotiques et composés cytotoxiques pro-inflammatoires. Ces approches nous ont également permis d’identifier les cellules gliales comme médiateurs importants des effets bénéfiques de la cystamine et l’étendue des doses testées a permis l’identification des doses optimales d’efficacité de ce composé. Nos travaux pointent enfin la cystéamine comme l’intermédiaire majeur impliqué dans l’action thérapeutique de la cystamine et démontrent sa capacité à traverser la barrière hémato-encéphalique (BHE) in vivo. Nos dernières publications ainsi que nos résultats préliminaires sur le pouvoir thérapeutique de la cystamine démontrent la pertinence des études proposées et offrent une base solide pour la poursuite de la recherche translationnelle sur cette molécule.
Current treatments for Parkinson disease (PD) are only symptomatic, that means that they relieve symptoms of the disease without intervening in its underlying functional disorders and therefore cannot prevent the neurodegenerative progression of PD. There is therefore a huge interest in developing ways to prevent the loss of neurons that characterizes this disease or otherwise change the pathology’s evolutionary course when it is already initiated. From this interest, we have chosen to focus our research on a compound suspected to possess neuroprotective properties in animal models of neurodegenerative disorders. This compound is the cystamine. This molecule has already been recognized as a neuroprotective agent in animal models of Huntington disease (HD), another neurodegenerative disease resulting in motor problems. It is in this context that fits my thesis, which aims to address the issue of cystamine’s therapeutic effects and mechanisms for PD. First, my work focused on the study of neuroprotective properties of cystamine and the identification of some mechanisms of action responsible for the beneficial effects observed in an MPTP-induced presymptomatic murine model of parkinsonism. Subsequently we studied the impact of cystamine, when the treatment was administered during an ongoing DA-neuronal degeneration, on behavioural, biochemical and pathological changes observed in two distinct neurotoxic mouse models of PD. Finally we stated the optimal efficient doses of cystamine, addressed the identification of intermediate molecules involved in the cystamine’s action and checked their transport to the brain. Briefly, our investigations confirm not only the neuroprotective aptitudes of cystamine when administered before the induction of the pathology but also demonstrate its capacity to stop an ongoing neurodegenerative process (neurorescue) and even partly reverse motor deficiencies. We have shown that these beneficial effects are associated, in particular, to a fine regulation of the brain-derived neurotrophic factor (BDNF) as well as a modulation of apoptotic factors and pro-inflammatory cytotoxic compounds. These approaches have also enabled us to highlight the glial cells as important mediators of the cystamine’s beneficial effects and the extent of the doses tested allowed the identification of the optimal doses for this compound’s efficiency. Our work finally points the cysteamine as the major intermediate involved in the cystamine’s therapeutic action and demonstrates its ability to cross the blood-brain-barrier (BBB) in vivo. Our latest publications as well as our preliminary results on the therapeutic power of cystamine demonstrate the relevance of the proposed studies and offer a sound basis for the continuation on the translational research on this molecule.

Etat des lieux : Les souris Tg2576, modèles de la maladie d'Alzheimer (MA), développent avec l'âge des troubles mnésiques, qui peuvent être réduits par l'exposition précoce à des conditions de vie cognitivement stimulantes, dite enrichissement environnemental. Hypothèse : L'effet pro-mnésique de l'enrichissement environnemental précoce provient-il d'une réduction de l'hypersynchronie neuronale, cause potentielle des troubles mnésiques chez les souris modèles de la MA ? Méthodes : Nous avons mis en évidence une hypersynchronie neuronale puis étudié l'effet de l'enrichissement environnemental sur ce phénotype chez les souris Tg2576, en utilisant des méthodes pharmacologiques, électro-encéphalographiques et immunohistochimiques. Résultats - conclusion : L'hypersynchronie neuronale apparait avant les premiers troubles mnésiques chez les souris Tg2576 mais n'est pas influencée par l'enrichissement environnemental
Alzheimer's disease (AD) is characterized by an accumulation of amyloid peptides and by a progressive memory loss. These AD features can be modeled in transgenic mouse lines that overexpress mutant forms of the amyloid precursor protein. Environmental cognitive stimulations can delay memory decline in AD patients. Our team showed that an early environmental enrichment (EE) durably improves memory performances in Tg2576 mice, a progressive model of AD. Nevertheless, the neurobiological processes underlying the maintenance of memory performances in these mice remain unknown. EE might prevent some pathological events that contribute to memory deficits in Tg2576 mice. Among them, we focused on neuronal hypersynchrony. Indeed, AD patients and related mouse models exhibit seizures and some antiepileptic treatments can improve their memory performances. In this context, the two principal aims of this work were: 1) to evidence neuronal hypersynchrony in Tg2576 mice and precise its onset relative to the onset of memory deficits in this mouse line, 2) to determine if an environmental enrichment protocol that durably improves memory performances in these mice is able to reduce neuronal hypersynchrony. To this purpose, we assessed neuronal hypersynchrony at different ages in Tg2576 males as well as in Tg2576 females housed in enriched or standard conditions. To this end, we measured seizure susceptibility to a proconvulsant agent and the frequency of spontaneous interictal spikes on electroencephalographic recordings (EEG). We also looked for a marker of chronic seizures: the expression of neuropeptide Y in mossy fibers. In this thesis, we evidenced that neuronal hypersynchrony appears as soon as 1.5 months of age in Tg2576 mice, before their first memory deficits but that environmental enrichment does not influence it. We also observed that interictal spikes preferentially occur during sleep, their rate rising to its maximum during paradoxical sleep. Finally, Tg2576 mice present an overall increase in the power of EEG oscillations between 5 and 100 Hz, which is not affected by environmental enrichment. In conclusion, my thesis work showed that neuronal hypersynchrony precedes memory decline in Tg2576 mice and that environmental enrichment would rather promote the establishment of alternative cognitive strategies than preventing some alterations of brain neuronal activity such as neuronal hypersynchrony

Ce travail de thèse porte sur le développement de modèles cellulaires murins de l'ataxie de Friedreich, maladie neurodégénérative autosomique récessive due à une perte de fonction de la frataxine. Le premier modèle reproduit le déficit partiel en frataxine observé chez la grande majorité des patients, grâce à l'utilisation d'un ribozyme. Ce modèle cellulaire a été utilisé pour cribler une chimiothèque d'un millier de composés à la recherche de molécules thérapeutiques. J'ai par la suite mis en place une stratégie d'invalidation complète du gène murin de la frataxine par utilisation d’une recombinase fluorescente et d’un allèle conditionnel. Alors que l'invalidation complète de la frataxine dans des fibroblastes immortalisés entraîne un phénotype létal, l'expression transgénique de différents variants de frataxine humaine porteurs de mutations faux-sens (G130V et I154F) permet de restaurer la viabilité des cellules totalement déficientes en frataxine murine endogène. Ces premiers modèles cellulaires porteurs de mutations faux-sens présentent un phénotype spécifique de la pathologie , corrélé à la sévérité clinique des mutations
Friedreich ataxia (FRDA) is an autosomic recessive neurodegenerative disease due to a loss of function of frataxin. My thesis project was to develop cellular models to unravel frataxin function and FRDA physiopathology and to identify new therapeutic molecules. The first model reproduced frataxin partial deficiency, as observed in a vast majority of patients, by using a ribozyme strategy targeted against murine frataxin. This cellular model has been used to screen a one-thousand compounds library for therapeutic molecules. Moreover I have set up a strategy based on complete inactivation of the murine frataxin gene by using a fluorescent recombinase associated with frataxin conditional allele. Complete frataxin deficiency in murine immortalized fibroblasts led to cell death. However this lethal phenotype could be rescued by transgenic expression of some human frataxin missense mutants (G130V and I154F). These first missense mutants cellular models displayed a spontaneous phenotype specific for Friedreich ataxia and the severity of the model was correlated with the clinical consequences of the mutations

La maladie d’Alzheimer (MA) est actuellement considérée comme la maladie neurodégénérative la plus fréquente. Son incidence est en nette augmentation, du fait du vieillissement croissant de la population et de traitements inefficaces. Elle touche aujourd’hui presque 50 millions de personnes dans le monde dont près de 1,2 millions de Français. Environ 225 000 nouveaux cas sont diagnostiqués en France chaque année, faisant de cette maladie neurodégénérative la quatrième cause de mortalité dans ce pays. Actuellement, il n’existe aucun traitement curatif de la maladie. Les polyphénols naturels, décrits comme possédant de multiples propriétés, pourraient être des molécules candidates pour le traitement de la MA. En effet, elles ont notamment des activités anti-inflammatoires, inhibitrices de l’agrégation du peptide amyloïde et sont capables de le désagréger. Ainsi, le resvératrol, polyphénol de référence, a été largement étudié dans des modèles cellulaires et animaux ainsi que chez le patient atteint de la MA. Malheureusement, il est très rapidement métabolisé et doit donc être administré à de très fortes doses pour être efficace. La viniférine, dimère naturel du resvératrol extraite à partir des sarments de vigne, pourrait ainsi, de par sa structure chimique, présenter des effets bénéfiques supérieurs à ceux du resvératrol.Dans une étude antérieure réalisée au laboratoire sur un modèle de souris transgénique de la MA, les souris APPswePS1dE9, il a été montré que la viniférine, administrée de façon hebdomadaire par voie intrapéritonéale (i.p.), conduisait à une réduction de la taille et de la densité des dépôts amyloïdes ainsi que de la neuroinflammation dans le cerveau des souris. Cependant, ces effets bénéfiques n'ont pas été comparés à ceux du resvératrol. De plus, l’effet de la viniférine sur le déclin cognitif n'a pas été évalué.L’objectif de cette thèse était donc de comparer les éventuels effets préventifs et/ou curatifs de la viniférine et du resvératrol dans ce modèle murin de la MA sur les dépôts amyloïdes et la neuroinflammation, ainsi que sur le déclin cognitif. Dans une première étude, des souris APPswePS1dE9 ou sauvages ont été traitées par une injection i.p. hebdomadaire de viniférine ou de resvératrol à la dose de 20 mg/kg ou par leur véhicule, le polyéthylène glycol 200 (PEG 200) entre 7 et 11 mois, afin d’évaluer la capacité de ces polyphénols à ralentir l’évolution de la maladie. À 7 mois, les principales lésions caractéristiques de la MA sont déjà présentes chez ces souris. Dans une seconde étude, l’effet préventif des polyphénols injectés de 3 à 12 mois chez ces souris a été recherché (aucune lésion à 3 mois). Dans ces 2 études in vivo, l’évolution du statut cognitif des souris a été évaluée grâce au test comportemental de la piscine de Morris. La charge amyloïde, les dépôts amyloïdes et la neuroinflammation ont été quantifiés par western-blot, ELISA, immunofluorescence et TEP-scan.Les résultats ont montré que la viniférine diminuait le taux des formes insolubles d’Aβ42 et d’Aβ40 et les dépôts amyloïdes hippocampiques avec une meilleure efficacité que le resvératrol à 11 mois. De plus, les deux polyphénols ont prévenu partiellement le déclin cognitif. En revanche, ces polyphénols n’ont pas corrigé la neuroinflammation. Ce dernier résultat peut s’expliquer par l’effet pro-inflammatoire du PEG 200, inconnu jusqu’à présent, dans l’hippocampe des souris sauvages traitées par celui-ci. Le traitement par la viniférine de 3 à 12 mois induit aussi une diminution des dépôts amyloïdes. Toutefois, aucun effet sur le déclin mnésique et la neuroinflammation n’est observé. L’effet secondaire du PEG 200 peut masquer l’effet de la viniférine sur les processus inflammatoires et la perte mnésique. D’autres études sont nécessaires avec un autre véhicule ainsi qu’une analyse approfondie de la signature des oligomères pour juger réellement des effets de la viniférine sur la composante amyloïde dans la MA
Alzheimer's disease (AD) is currently considered as the most common neurodegenerative disease. Its incidence is clearly increasing, due to the aging of the population and the lack of effective treatment. Nowadays, AD affects almost 50 million people worldwide, including nearly 1.2 million French people. About 225,000 new cases are diagnosed each year in France, making this neurodegenerative disease the fourth leading cause of death in this country. Currently, there is no cure against AD, but natural polyphenols found in plants seem to have multiple properties, and could be candidate molecules for the treatment of AD. Indeed, they have anti-inflammatory activities, inhibit the aggregation of the amyloid peptide and are able to disintegrate it. Thus, the resveratrol, a reference polyphenol, has been widely studied in cellular and animal models of AD and in AD patients. Unfortunately, it is very quickly metabolized and therefore must be administered in very high doses to be effective. On the contrary by its chemical structure, viniferin, a dimer of resveratrol extracted from vine shoots, could have more beneficial effects than those of resveratrol.In a previous study in the laboratory using APPswePS1dE9 transgenic mice, viniferin administered weekly intraperitoneally (i.p.) led to a decrease in the size and the density of amyloid deposits as well as a reduction of neuroinflammation. However, these beneficial effects have never been compared to those of resveratrol. In addition, the role of viniferin on memory decline has not been evaluated in these mice.Consequently, the objective of this work was to compare the potential preventive and / or curative effects of viniferin and resveratrol in these APPswePS1dE9 mice on amyloid deposits, neuroinflammation and memory decline. In a first part, APPswePS1dE9 or wild-type mice were treated with a weekly i.p. injection of viniferin or resveratrol at a dose of 20 mg / kg or by their vehicle, the polyethylene glycol 200 (PEG 200) between 7 and 11 months, in order to assess the ability of these polyphenols to slow down the progression of the disease. At 7 months of age, these mice already display amyloid deposits and inflammation. The second part of the study focused on the preventive effect of these polyphenols injected from 3 to 12 months (no lesion at 3 months).In these two in vivo studies carried out in parallel, the evolution of the memory status of mice was evaluated using the behavioral test of the Morris water maze. The overall amyloid load, amyloid deposits and neuroinflammation were quantified by western-blot, ELISA, immunofluorescence and PET-scan.Results showed that viniferin reduced the hippocampal amyloid load (insoluble forms of Aβ42 and Aβ40) and deposits with better efficiency than resveratrol at 11 months. In addition, the two polyphenols partially prevented memory decline. In contrast, these polyphenols did not rescue neuroinflammation. This last result can be explained by the PEG 200-induced neuroinflammatory effect, not previously described, in the hippocampus of treated wild type mice. In addition, the viniferin treatment from 3 to 12 months also induced a decrease in amyloid deposits. However, no effect on memory decline and neuroinflammation was observed. The side effect of vehicle could mask the response of viniferin in inflammatory process and cognitive decline. Further experiments are needed with another vehicle and an in-depth analysis of the signature of the oligomers to really judge the effect of viniferin on the amyloid component in AD

Les deficits des capacites cognitives observes durant la senescence ou durant les demences seniles de type alzheimer sont devenus l'un des principaux problemes de la sante publique du fait de l'augmentation constante de la population des plus de 65 ans. L'ampleur de ce probleme est aggrave par le fait qu'aujourd'hui, on ne sait ni guerir la maladie d'alzheimer, ni meme ralentir son evolution. La recherche de medicaments traitant ce type de pathologie est donc aujourd'hui un objectif therapeutique important. Elle suppose des travaux prealables sur l'animal pour des raisons ethiques et techniques evidentes. Les travaux de recherche de ces quinze dernieres annees ont permis d'etablir que la maladie d'alzheimer se caracterise par une alteration predominante des systemes cholinergiques centraux, qui est correlee aux principaux symptomes observes, les perturbations mnesiques. Il en est de meme chez les personnes agees ayant des troubles cognitifs. Grace a ces donnees de la clinique humaine, de nombreux progres ont pu etre realises dans la reproduction experimentale chez l'animal des deficits neurochimiques et cognitifs associes au vieillissement et a la maladie d'alzheimer. Le but de ce travail a ete de contribuer a l'evaluation de trois modeles animaux des troubles cognitifs associes au vieillissement cerebral et/ou a la maladie d'alzheimer: 1) le rat porteur d'une lesion touchant une des composantes du systeme septo-hippocampique (fimbria, fornix, septum median); 2) le rat age; 3) un modele genetique, les rats de souches roman. La valeur de ces modeles a ete determinee par des etudes comportementales, neurochimiques et histologiques. Grace a ces modeles, l'efficacite de produits a vocation d'activateur cognitif a ete etudiee. Les resultats obtenus ont permis de discuter des avantages et des inconvenients des modeles animaux etudies et de fournir quelques indications sur la strategie de recherche de produits a vocation d'activateur cognitif

La maladie de Parkinson (MP), deuxième maladie dégénérative, concerne 800 000 européens. Son diagnostic clinique reste difficile malgré le développement de critères cliniques et de l'IRM. Ce travail a pour but de montrer que la tomographie par émission monophotonique (TEMP) utilisant des ligands spécifiques du transporteur de la dopamine ou des récepteurs D2 dopaminergiques, peut aider au diagnostic précoce de MP et au diagnostic différentiel avec les autres maladies extrapyramidales. Nous avons utilisé un modèle d'intoxication progressive par le MPTP chez le macaque et montré que la TEMP-PE2I avait une perte de neurones nigrostriés avant l'apparition des signes cliniques. Nous avons montré que la TEMP permettait un diagnostic différentiel précoce avec 2 ligands, IBZM et iodolisuride

L'objectif de ce projet est d'élaborer des composés capables d'interagir avec des processus biologiques impliquant des associations protéines-protéines, soit pour les inhiber, soit pour les marquer. Deux cibles protéiques impliquées dans la maladie d'Alzheimer et formant des fibres amylogènes sont envisagées : la protéine tau et le peptide Aβ40. Notre conception des inhibiteurs consiste à présenter de façon multimérique des composés biologiquement actifs (peptides et molécules organiques) sur un châssis moléculaire, la dicétopiperazine. L'activité biologique de nos composés est évaluée par des tests in vitro et in vivo. Un autre aspect du projet est la conception, la synthèse et la caractérisation d'un peptidomimétique des fibres de la protéine tau.

La maladie d'Alzheimer est la démence neurodégénérative la plus fréquente, en particulier chez les personnes âgées. A l'heure actuelle, aucun traitement ne permet d'arrêter efficacement le développement de la maladie. Le tetrahydro-N,N-dimethyl-2,2-diphenyl-3-furanmethanamine (ANAVEX2-73) est un composé mixte avec une affinité modérée, de l'ordre du µM pour les récepteurs muscariniques et les récepteurs sigma-1. Des données préliminaires ont montré que la molécule avait des propriétés anti-amnésiantes et neuroprotectrices dans un modèle non transgénique de la maladie d'Alzheimer. L'objectif de cette thèse est de poursuivre le développement préclinique de la molécule. Nous avons montré, d'abord dans un modèle non-transgénique de la maladie d'Alzheimer, le modèle d'injection de peptide AB(25-35) oligomérisé chez la souris, que la molécule prévient l'hyperphosphorylation de la protéine Tau ainsi que la production du peptide AB(1-42), deux éléments clés de la physiopathologie de la maladie. Nous avons utilisé ce même modèle pour montrer que l'ANAVEX2-73 prévient les déficits de la fonction mitochondriale, qui sont présents de manière constante et précoce chez les patients. Enfin, nous avons montré qu'un traitement chronique de deux mois avec le composé, dans un modèle de souris transgéniques de la maladie, permet de restaurer les capacités cognitives chez les souris, de diminuer le stress oxydant et d'augmenter les marqueurs synaptiques. Cependant le traitement n'a pas permis de réduire la charge amyloïde dans le cerveau des souris. L'ensemble de ces résultats est encourageant pour le développement futur de la molécule, puisque cette dernière, en plus d'être neuroprotectrice et anti-amnésiante semble être efficace sur les éléments clés de la physiopathologie de la maladie
Alzheimer's disease is the most common form of dementia in the elderly. There is however no efficient treatment to stop the disease progression. Tetrahydro-N,N-dimethyl-2,2-diphenyl-3-furanmetanamine (ANAVEX2-73) is a mixed compound with moderate affinity for muscarinic and sigma-1 receptors. Preliminary data showed ANAVEX2-73 had anti-amnesic and neuroprotective poperties, in a non-transgenic model of Alzheimer's disease. The aim of this thesis is to improve knowledge about preclinical data of this molecule. We first showed that, in the non-transgenic AB(25-35) mouse model, ANAVEX2-73 prevented Tau protein hyperphosphorylation and AB(1-42) peptide seeding, two key parameters involved in Alzheimer's disease physiopathology. We also used this model tho show that ANAVEX2-73 prevented mitochondrial dysfunction, consistently reported as an early event of the disease in patients. The last part of this thesis showed that a two-month chronic treatment with ANAVEX2-73 in a transgenic mouse model of Alzheimer's disease reversed cognitive dysfunction and prevented loss of synaptic markers and increased of oxidative stress. However, we could not show a decrease of amyloid load in mouse brain after chronic treatment. Altogether, these results suggest that ANAVEX2-73 treatment could be effective to treat Alzheimer's disease. In addition to its neuroprotective and anti-amnesic property, it also prevents key hallmarks involved in the physiopathology of Alzheimer's disease

L'anémie de Fanconi (AF) est une maladie génétique rare. Chez l’homme, toute mutation dans l’une des 22 protéines du complexe de Fanconi entraîne une insuffisance médullaire et une prédisposition au cancer. Cette pathologie est également caractérisée par divers défauts de développement, dont une petite taille et des malformations squelettiques des membres supérieurs et inférieurs. En effet, plus de la moitié des enfants atteints de l’AF ont des anomalies radiales (radial-ray anomalies) couplées à une tendance précoce à l’ostéoporose. Cependant, les mécanismes sous-jacents conduisant à des défauts osseux dans l’AF restent inexpliqués. Notre laboratoire a mis en évidence la surexpression de Dickkopf-1 (DKK1), un inhibiteur de la voie de Wnt, dans le plasma des souris Fanconi. Cette protéine est impliquée dans le développement des membres et l’activité ostéoblastique. De plus, sa surexpression dans le plasma corrèle avec une diminution de la densité minérale osseuse chez les humains. La surexpression de DKK1 pourrait donc refléter une altération du système squelettique chez les souris Fanconi. Ce manuscrit présente le travail que j’ai réalisé dans le laboratoire de Madeleine Carreau au cours de mon doctorat afin de caractériser le développement squelettique embryonnaire des souris Fanconi et déterminer les mécanismes responsables de l'altération du développement et du métabolisme osseux chez les souris adultes. À ces fins, une double coloration à l’alizarine et au bleu Alcian a été réalisée sur des embryons de souris FancC - / -, FancA - / - et de souris de type sauvage E15.5 à 19.5 day post conception (dpc) pour évaluer leur maturation squelettique. Chez les adultes, la structure et le contenu minéral osseux ont été évalués à l’aide d’analyses de micro-computed tomography (μ- CT) sur des tibias provenant de souris FancC - / - et de souris sauvages. Des analyses histomorphométriques ont été effectuées pour évaluer la capacité de formation osseuse des ostéoblastes et la résistance osseuse a été évaluée en utilisant un test de flexion en trois points. De plus, des cultures in vitro ont été réalisées pour évaluer la capacité de différenciation des cellules souches mésenchymateuses et des analyses des transcrits sur des cellules osseuses et de la moelle osseuse ont été réalisées pour identifier les mécanismes moléculaires conduisant à une altération de la physiologie osseuse. Nos résultats montrent que les embryons des souris FancC - / - et FancA - / - présentent une forte diminution de la minéralisation de leur squelette indiquant un développement squelettique anormal chez ces souris. Les souris FancC -/- adultes présentent une diminution de la densité minérale osseuse associée à une diminution de la résistance osseuse chez les mâles. Grâce aux études in vitro, nous avons pu constater que les cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse FancC - / - et FancA - / - ont une capacité de différenciation ostéoblastique altérée et présentent un biais de différenciation en faveur de l’adipogenèse. Ces résultats sont associés à l’altération des profils d’expression génique des cellules osseuses. Nos résultats suggèrent que la physiologie osseuse défectueuse dans l’AF survient in utero et résulte éventuellement d’une altération de la fonction des cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse. Ces résultats fournissent, pour la première fois, des informations précieuses sur les mécanismes impliqués dans les défauts de développement dans l’AF. Nos résultats renforcent le lien important entre le comportement des cellules souches hématopoïétiques et l’altération du métabolisme osseux dans cette maladie. De futures études devraient se concentrer sur ce domaine pour mieux comprendre les mécanismes des défauts osseux et espérer un traitement limitant l’altération du tissu osseux dans l’AF.
Fanconi Anemia (FA) is a rare genetic disease. In humans, any mutation in one of the 22 proteins of the Fanconi complex leads to bone marrow failure and cancer predisposition. This pathology is also characterized by various developmental defects including short stature and skeletal malformations of the upper and lower limbs. Indeed, more than half of children affected with FA have radial-ray abnormalities with a tendency to develop early osteoporosis. However, the underlying mechanisms leading to bone defects in FA remains elusive. Previous results from our laboratory showed that Fanconi mice overexpress the Wnt signaling pathway inhibitor Dickkopf-1 (DKK1) in their plasma. This protein is implicated in limb development and osteoblast activity and its overexpression in plasma correlates with a decrease in bone mineral density in humans. Therefore, DKK1 overexpression could reflect an alteration of the skeletal system in Fanconi mice. This manuscript presents the work I achieved in Madeleine Carreau’s lab to characterize the embryonic skeletal development of Fanconi mice and determine the mechanisms leading to altered bone development and metabolism in adult mice. To this aim, alizarin red and Alcian blue double staining was performed on mouse embryos (E15.5 to 19.5 dpc) to evaluate skeletal maturation. In adults, bone structure and mineral content were evaluated using μCT-scan analyses of tibias from FancC-/- and wild-type mice. Histomorphometric analyses were performed to assess bone forming abilities of osteoblasts and bone stiffness was evaluated using three points bending test. In vitro cultures were performed to assess mesenchymal stem cell differentiation ability and q-PCR analysis of bone and marrow cells were performed to identify molecular mechanisms leading to altered bone physiology. Our results show that FancC-/- and FancA-/- embryos have an abnormal skeletal development indicated by a twenty percent decrease of bone mineralization surface. In adults, FancC-/- mice present a decrease in bone mineral density associated with a decrease in male’s bone stiffness. Using in vitro studies, we found that FancC-/- and FancA-/- bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BM-MSCs) have reduced osteoblastic differentiation capabilities and favor adipogenesis. Those results were associated with the alteration of bone cells gene expression profiles. Our results suggest that defective bone physiology in FA occurs in utero and possibly results from altered BM-MSCs function. These results provide, for the first time, valuable insights into the mechanisms involved in FA developmental defects. Our results strengthen the important link between hematopoietic stem cells behavior and bone metabolism alteration in this disease. Future studies should focus on this area to better understand the mechanisms of bone defects and hope for targeted treatment for Fanconi Anemia.

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative multicentrique caractérisée par des symptômes moteurs mais aussi non-moteurs parmi lesquels les troubles digestifs sont les plus fréquents. Les fonctions digestives sont principalement régulées par le système nerveux entérique (SNE), qui semble anatomiquement et cliniquement affecté de façon précoce par la maladie. Néanmoins, les mécanismes et conséquences de la MP sur le SNE sont encore mal connus. Les objectifs de ce travail de thèse visaient à 1) caractériser les lésions du SNE et leur impact fonctionnel dans 2 modèles animaux toxiques et 2) à caractériser les lésions du plexus sous-muqueux chez les patients parkinsonien. Dans un modèle d'intoxication chronique de primate au 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine, nous avons montré une plasticité du SNE caractérisée par un augmentation du nombre de neurones et en particulier des neurones nitrergiques dans le plexus myentérique mais pas dans le plexus sous-muqueux. De plus une perte de neurones dopaminergiques a été montrée au sein de ces 2 plexus. Dans le modèle murin d’intoxication par la roténone nous n'avons pas mis en évidence les particularités précédemment décrites. En revanche, nous avons montré un transit total et une fréquence d'exonération diminués ; ainsi qu'une augmentation de l'expression d’α-synucléine. Enfin dans une étude pilote, suivie d’une étude plus complète, nous avons mis en évidence la présence d’α-synucléine phosphorylée chez 70% des patients parkinsoniens. Ce travail montre l'implication du SNE dans la physiopathologie de la MP et suggère un rôle majeur de l’α-synucléine dans le développement des symptômes digestifs
Parkinson’s disease (PD) is a multicentric neurodegenerative pathology characterized by motor and non-motor symptoms among which digestive troubles are the most frequent. Digestive functions are mainly ruled by the enteric nervous system (ENS) which seems to be primarily affected during the course of the disease. However consequences and precise action mechanism of PD on the ENS aren’t fully known. The aims of the study were 1) to characterize ENS lesions and their functional consequences in two toxic animal models and 2) to characterize sub-mucosal alterations in living patients. In a chronic monkey model of intoxication with 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine we have shown a plasticity of the ENS characterized by an increased number of neurons and in particular nitrergic neurons in the myenteric but not in the sub-mucosal plexus. Moreover we showed a decreased number of dopaminergic neurons in both plexus. In the rotenone-treated mouse model we didn’t showed neurochemical changes. However we showed a slowed total transit time, a decreased stool frequency and an increased α-synuclein expression. Finally in a pilot, followed by a more complete study, we showed phophorylated α-synuclein in 70% of the parkinsonian patients. Our data show the implication of the ENS in the physiopathology of PD and suggest a major role for α-synuclein in digestive troubles development