Dissertations / Theses on the topic 'Sclérose latérale amyotrophique – Aspect génétique'

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative affectant les neurones moteurs supérieurs et inférieurs menant éventuellement à une paralysie générale du patient. Le décès du patient survient généralement entre 2 à 5 ans subséquemment à l’apparition des premiers symptômes. La SLA consiste en la maladie neurologique causant le plus décès chez l’adulte et il est estimé qu’environ 10% des cas sont familiaux (fSLA) et 90% sont sporadiques (sSLA). De plus, 15% des patients souffrant de la SLA développent également une démence fronto-temporale (DFT) s’illustrant par des troubles de comportements ainsi qu’un changement de personnalité majeur. Il a été démontré que la SLA et la DFT partagent un spectre génétique commun et les patients atteints de DFT démontrent une protéinopathie caractérisée par une accumulation anormale de certaines protéines dans le cytoplasme des neurones et des cellules gliales, tout comme pour les patients souffrant de SLA. Plusieurs gènes mutés ont été identifiés au cours des dernières années pour la forme fSLA, notamment superoxide dismutase 1 (SOD1), TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43), ubiquilin-2 (UBQLN2), Fused in sarcoma (FUS), optineurin (OPTN), etc. Un des gènes le plus étudié et le mieux décrit est celui codant la protéine TDP-43. Cette protéine nucléaire, lorsque mutée, est délocalisée dans le cytoplasme, où elle forme des inclusions anormales et persistantes. Ces agrégats, lorsque formés, renferment également plusieurs autres composés, notamment d’autres protéines telles qu’UBQLN2, différentes nucléoporines, ubiquitine, etc. UBQLN2 est une protéine ayant un rôle primordial dans le système de dégradation du protéasome (UPS) ainsi que pour l’autophagie. Cette protéine est responsable de la liaison entre les protéines destinées à être dégradées avec l’UPS. Il a été démontré dernièrement in vitro et in vivo que la mutation d’UBQLN2 est liée à l’agrégation de TDP-43. Cependant, le mécanisme exact de ce phénomène reste grandement incompris et nécessite encore beaucoup d’attention et de travail. Dans ce mémoire, nous avons utilisé pour notre étude des cellules en culture afin de surexprimer les formes natives et mutantes d’UBQLN2 humain (hUBQLN2) pour étudier l’effet d’UBQLN2 sur la protéine TDP-43. Notre équipe a réussi à démontrer dernièrement dans les cellules de neuroblastome de souris (Neuro2a) que la surexpression de l’UBQLN2 entraînait une délocalisation de TDP-43 du noyau vers le cytoplasme en plus de son accumulation anormale dans des agrégats. De plus, l’effet synergique entre les formes mutées de TDP-43 et UBQLN2 a également été démontré dans un modèle murin dans notre article paru en 2018 comme quoi la mutation d’UBQLN2 influence grandement la protéinopathie de TDP-43. À la suite de ces constats, nous avons orienté nos études sur le phénomène synergique entre UBQLN2 et TDP-43 qui est encore grandement méconnu. Pour ce faire, une analyse complète et exhaustive de la littérature a été effectuée afin de bien comprendre la mutation UBQLN2 et consiste en la première revue littéraire couvrant la totalité des ouvrages publiés sur la mutation d’UBQLN2 dans la SLA. Par la suite, nous avons convenu d’étudier l’effet de la mutation d’UBQLN2P497H sur le transport nucléo-cytoplasmique dans les cellules Neuro2a ainsi que dans les tissus de souris transgéniques. Les souris utilisées sont les mêmes que pour l’article Picher-Martel et al., 2018, soit des souris simple transgénique UBQLN2P497H et TDP-43G348C ainsi que la première souris double transgénique arborant UBQLN2P497H/TDP-43G348C. Les souris doubles transgéniques se sont avérées très intéressantes. En effet, elles ont développé les caractères typiques retrouvés chez les patients SLA/DFT avec une perte motoneuronale accompagnée de dégénérescence axonale, atrophie musculaire, gliose, trouble moteur ainsi que cognitif en plus d’agrégations cytoplasmique de TDP-43 importantes. À l’aide de ce modèle unique nous avons approfondi notre compréhension des déficits observés au niveau du transport nucléo-cytoplasmique, déficit grandement observé chez les patients SLA. Nous avons observé que le transport nucléo-cytoplasmique était davantage et significativement altéré dans les cellules co-transfectées avec les gènes encodant pour les deux protéines mutées plutôt que transfectées avec une seule. Nous avons également observé pour les souris double transgéniques comparées aux souris simples pour l’une ou l’autre de ces protéines. Nos résultats suggèrent donc que la mutation d’UBQLN2 exacerbe significativement la protéinopathie de TDP-43 et engendre une perturbation importante du transport nucléo-cytoplasmique ainsi que des complexes du pore nucléaire. En conclusion, ce mémoire démontre un rôle important de la mutation d’UBQLN2 sur TDP-43 et leur grande affinité à augmenter les déficits du transport nucléo-cytoplasmique. Ceci suggère donc qu’UBQLN2 et TDP-43 sont intimement liés et peuvent jouer un rôle synergique dans la physiopathologie de la SLA. Le modèle murin double transgénique pourra indubitablement être utilisé en laboratoire afin de tester de nouvelles approches thérapeutiques.<br>La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative affectant les neurones moteurs supérieurs et inférieurs menant éventuellement à une paralysie générale du patient. Le décès du patient survient généralement entre 2 à 5 ans subséquemment à l’apparition des premiers symptômes. La SLA consiste en la maladie neurologique causant le plus décès chez l’adulte et il est estimé qu’environ 10% des cas sont familiaux (fSLA) et 90% sont sporadiques (sSLA). De plus, 15% des patients souffrant de la SLA développent également une démence fronto-temporale (DFT) s’illustrant par des troubles de comportements ainsi qu’un changement de personnalité majeur. Il a été démontré que la SLA et la DFT partagent un spectre génétique commun et les patients atteints de DFT démontrent une protéinopathie caractérisée par une accumulation anormale de certaines protéines dans le cytoplasme des neurones et des cellules gliales, tout comme pour les patients souffrant de SLA. Plusieurs gènes mutés ont été identifiés au cours des dernières années pour la forme fSLA, notamment superoxide dismutase 1 (SOD1), TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43), ubiquilin-2 (UBQLN2), Fused in sarcoma (FUS), optineurin (OPTN), etc. Un des gènes le plus étudié et le mieux décrit est celui codant la protéine TDP-43. Cette protéine nucléaire, lorsque mutée, est délocalisée dans le cytoplasme, où elle forme des inclusions anormales et persistantes. Ces agrégats, lorsque formés, renferment également plusieurs autres composés, notamment d’autres protéines telles qu’UBQLN2, différentes nucléoporines, ubiquitine, etc. UBQLN2 est une protéine ayant un rôle primordial dans le système de dégradation du protéasome (UPS) ainsi que pour l’autophagie. Cette protéine est responsable de la liaison entre les protéines destinées à être dégradées avec l’UPS. Il a été démontré dernièrement in vitro et in vivo que la mutation d’UBQLN2 est liée à l’agrégation de TDP-43. Cependant, le mécanisme exact de ce phénomène reste grandement incompris et nécessite encore beaucoup d’attention et de travail. Dans ce mémoire, nous avons utilisé pour notre étude des cellules en culture afin de surexprimer les formes natives et mutantes d’UBQLN2 humain (hUBQLN2) pour étudier l’effet d’UBQLN2 sur la protéine TDP-43. Notre équipe a réussi à démontrer dernièrement dans les cellules de neuroblastome de souris (Neuro2a) que la surexpression de l’UBQLN2 entraînait une délocalisation de TDP-43 du noyau vers le cytoplasme en plus de son accumulation anormale dans des agrégats. De plus, l’effet synergique entre les formes mutées de TDP-43 et UBQLN2 a également été démontré dans un modèle murin dans notre article paru en 2018 comme quoi la mutation d’UBQLN2 influence grandement la protéinopathie de TDP-43. À la suite de ces constats, nous avons orienté nos études sur le phénomène synergique entre UBQLN2 et TDP-43 qui est encore grandement méconnu. Pour ce faire, une analyse complète et exhaustive de la littérature a été effectuée afin de bien comprendre la mutation UBQLN2 et consiste en la première revue littéraire couvrant la totalité des ouvrages publiés sur la mutation d’UBQLN2 dans la SLA. Par la suite, nous avons convenu d’étudier l’effet de la mutation d’UBQLN2P497H sur le transport nucléo-cytoplasmique dans les cellules Neuro2a ainsi que dans les tissus de souris transgéniques. Les souris utilisées sont les mêmes que pour l’article Picher-Martel et al., 2018, soit des souris simple transgénique UBQLN2P497H et TDP-43G348C ainsi que la première souris double transgénique arborant UBQLN2P497H/TDP-43G348C. Les souris doubles transgéniques se sont avérées très intéressantes. En effet, elles ont développé les caractères typiques retrouvés chez les patients SLA/DFT avec une perte motoneuronale accompagnée de dégénérescence axonale, atrophie musculaire, gliose, trouble moteur ainsi que cognitif en plus d’agrégations cytoplasmique de TDP-43 importantes. À l’aide de ce modèle unique nous avons approfondi notre compréhension des déficits observés au niveau du transport nucléo-cytoplasmique, déficit grandement observé chez les patients SLA. Nous avons observé que le transport nucléo-cytoplasmique était davantage et significativement altéré dans les cellules co-transfectées avec les gènes encodant pour les deux protéines mutées plutôt que transfectées avec une seule. Nous avons également observé pour les souris double transgéniques comparées aux souris simples pour l’une ou l’autre de ces protéines. Nos résultats suggèrent donc que la mutation d’UBQLN2 exacerbe significativement la protéinopathie de TDP-43 et engendre une perturbation importante du transport nucléo-cytoplasmique ainsi que des complexes du pore nucléaire. En conclusion, ce mémoire démontre un rôle important de la mutation d’UBQLN2 sur TDP-43 et leur grande affinité à augmenter les déficits du transport nucléo-cytoplasmique. Ceci suggère donc qu’UBQLN2 et TDP-43 sont intimement liés et peuvent jouer un rôle synergique dans la physiopathologie de la SLA. Le modèle murin double transgénique pourra indubitablement être utilisé en laboratoire afin de tester de nouvelles approches thérapeutiques.

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) et la Démence FrontoTemporale (DFT) sont deux maladies neurodégénératives fatales pour lesquelles il n’existe aucun traitement curatif. Ces deux maladies sont liées par un continuum clinique que corroborent des arguments génétiques et histologiques. Aujourd’hui, environ 15% des patients atteints de SLA développent par la suite une DFT et inversement. En 2006, des mutations dans le gène CHMP2B ont été découvertes chez des patients atteints de SLA et de DFT. Douze ans plus tard, les mécanismes pathologiques associés aux mutations de ce gène dans le syndrome SLA-DFT sont encore peu compris. Pour pallier cela, nous avons étudié par plusieurs approches l’impact du mutant CHMP2Bintron5 dans un modèle murin. Les analyses transcriptomiques réalisées au niveau de la moelle épinière lombaire ont mis en lumière une dérégulation de plusieurs processus cellulaires, notamment la réponse inflammatoire et le métabolisme lipidique. De plus, nous avons mis en évidence au niveau neuronal une perturbation très précoce de la macroautophagie, avec un blocage dans l’étape finale de dégradation lysosomale associé à une répression de l’initiation de l’autophagie. Enfin, nous avons montré que l’expression neuronale du mutant CHMP2Bintron5 entraine au niveau périphérique une atrophie musculaire et une altération structurale et fonctionnelle de la jonction neuromusculaire<br>Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) and FrontoTemporal Dementia (FTD) are two fatal and incurable neurodegenerative diseases. These two diseases share a clinical continuum supported by genetic and histological arguments. Today, about 15% of ALS patients develop later FTD symptoms and reversely. In 2006, mutations in the CHMP2B gene were discovered in ALS-FTD patients. Twelve years later, pathological mechanisms associated with mutations of this gene in the ALS-FTD syndrome are poorly understood. For a better understanding of CHMP2Bintron5-related pathological mechanisms, we studied by different approaches the impact of this mutation in a mouse model. Transcriptomic analysis on lumbar spinal cord highlighted a panel of deregulated cellular pathways, including the inflammatory response and the lipid metabolism. In addition, we showed an early disturbance of macroautophagy, with a blockage of final degradation step associated with a repression of autophagy initiation. Finally, our results show that neuron specific expression of CHMP2Bintron5 leads to muscular atrophy and structural and functional alterations of neuromuscular junctions

Les dégénérescences lobaires frontotemporales (DLFT) sont des maladies neurodégénératives rares de l’adulte se manifestant par des troubles comportementaux et du langage. Elles sont associées à une sclérose latérale amyotrophique dans 15% des cas (DFT-SLA). Comme la plupart des pathologies neurodégénératives, les DLFT sont dues à l’agrégation de protéines insolubles dans les neurones. On distingue ainsi les tauopathies, caractérisées par l’agrégation de protéine tau dans le cerveau, et les DLFT avec inclusions ubiquitine-positives. Trente à 50 % des DLFT sont autosomiques dominantes, cependant les gènes actuellement identifiés n’expliquent que 20 à 30 % des formes monogéniques de DLFT, et aucun gène n’est connu dans les DFT-SLA. Récemment, trois découvertes majeures ont permis des progrès importants dans ce domaine : l’identification de mutations du gène PGRN dans des formes autosomiques dominantes de DLFT ; la découverte de la protéine TDP-43 qui s’agrége dans les inclusions ubiquitine-positives des DLFT ; et l’identification d’un nouveau locus dans la région 9p21 dans une forme autosomique dominante de DFT-SLA. Les caractéristiques cliniques et évolutives de ces pathologies et leurs bases génétiques ne sont cependant pas encore complètement connues. Nous avons étudié les caractéristiques phénotypiques et le profil de perfusion cérébrale dans les DLFT et les DFT-SLA, ainsi que les formes génétiques de la maladie. Ainsi, l’étude du gène PGRN a permis d’évaluer sa contribution dans les DLFT, d’élargir le spectre mutationnel et de décrire les phénotypes associés. L’étude du gène TARDBP, qui code pour la protéine TDP-43, a montré qu’il peut contribuer directement à la pathogénie des DFT-SLA. Nous avons également étudié la région 9p21 dans des familles avec DFT-SLA, et avons analysé les principaux gènes candidats et recherché des variations du nombre de copies (CNV) dans cette région. La recherche de CNVs a également été menée dans une population plus large de patients atteints de DFT-SLA ou de formes pures de DLFT familiale dans le but d’identifier le gène responsable. L’identification de ce gène, qui semble impliqué de façon importante dans les DFT-SLA, représente un objectif majeur car, outre les possibilités de diagnostic qu’elle apportera aux familles, la découverte de ce gène permettra de mieux comprendre les liens physiopathologiques unissant les DLFT et les SLA<br>Frontotemporal lobar degenerations (FTLD) are rare neurodegenerative dementias characterized by behavioural and language disorders beginning in the sixth decade. In rare cases, FTLD is associated with motor symptoms of amyotrophic lateral sclerosis (ALS), in the same patient or within a family (FTD-ALS). The major pathological hallmarks of FTLD and FTD-ALS are neuronal cytoplasmic ubiquitin-positive inclusions (UBI+). Autosomal dominant transmission is observed in 20-50% of the patients with FTLD and FTD-ALS. However, the genes identified so far probably represent less than 20-30% of all FTLD families. No genes have been identified in FTD-ALS. Recently, three major advances were performed in this domain with the identification of PGRN mutations in FTLD, the discovery of TDP-4 as the major protein aggregated in UBI+ inclusions in FTLD and in FTD-ALS, and the identification of a novel locus on the 9p21-13 region in FTD-ALS families. We have studied the PGRN gene in pure FTLD and FTD-ALS and we have evaluated the frequency of mutations, enlarged the mutational spectrum and described the associated phenotypes. We have shown that TARDBP may be causally linked to the spectrum of FTLD disorders. We have studied the 9p region in FTD-ALS families and the main genes located in the interval by direct sequencing and by search of copy number variants (CNV) in 6 possibly 9p-linked families. The CNVs were also searched in a larger population of patients with FTLD and FTD-ALS. The identification of new genes implicated these disorders represent a major objective of research that will provide important insight into the pathophysiology of both FTLD and ALS disorders

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA), caractérisée par la mort des motoneurones, est une maladie soumise à l'influence de facteurs génétiques et environnementaux. Ce travail de thèse a porté sur l'amélioration des connaissances de la composante génétique de la SLA et sur l'implication d'une modification post-traductionnelle, la SUMOylation, dans la formation des agrégats TDP-43 positifs intracytoplasmiques observés chez une majorité des patients SLA. Nous avons participé à une étude européenne d'association pangénomique (GWAS) qui a permis d'associer de nouveaux loci génétiques dont celui du gène C21ORF2, au risque de SLA. En parallèle, nous avons identifié une nouvelle mutation dans un gène causal de SLA, TARBBP codant la protéine TDP-43. Cette mutation, p.N259S, identifiée chez un patient SLA présentant une évolution rapide de la maladie, est la première décrite dans le domaine RRM2 de TDP-43. La surexpression de la protéine mutée in vitro était associée à la présence d'agrégats TDP-43/ubiquitine positifs cytoplasmiques. Nous avons suspecté la voie de la SUMOylation d'être impliquée dans la formation des agrégats via une modification post-traductionnelle de TDP-43. Nous avons tout d'abord montré que l'inhibition de la SUMOylation globale des protéines par l'ajout d'acide anacardique diminue la formation d'agrégats TDP-43 positifs, améliore la neuritogénèse et la viabilité cellulaire. Nous avons ensuite montré pour la première fois que la mutation de l'unique site potentiel de SUMOylation de TDP-43, modifie la localisation intracellulaire des agrégats TDP-43 positifs qui deviennent nucléaires, et est associée à une amélioration globale des fonctions cellulaires. Nos résultats permettent de considérer la voie de la SUMOylation comme un mécanisme régulant l'export de TDP-43 du noyau vers le cytoplasme. Bloquer cet export pourrait constituer une nouvelle piste thérapeutique via une réduction de formation d'agrégats protéiques TDP-43 positifs dans le cytoplasme des motoneurones<br>Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS), characterized by motor neuron degeneration, is influenced by genetic and environmental factors. The objective of this work was to improve knowledge on the genetic of ALS and to study the implication of a post-translationnal modification (PTM), SUMOylation, in the formation of cytoplasmic TDP-43 positive aggregates observed in a majority of ALS patients. We participated in an European genome-wide association study (GWAS) which described an association between new genetic loci, including the locus of the gene C21ORF2, and ALS risk. We also identified a novel mutation in a causal gene of ALS, TARBBP encoding TDP-43 protein. This mutation, p.N259S, present in an ALS patient with rapid progression, is the first described in the RRM2 domain of TDP-43. The surexpression of this mutant protein in vitro was associated with cytoplasmic aggregates positive for TDP-43 and ubiquitin. We suspected the SUMOylation pathway to be implicated in aggregates formation via a PTM of TDP-43. First, we observed that a global inhibition of protein SUMOylation by anacardic acid reduces TDP-43 positive aggregates, improves neuritogenesis and cell viability. We next showed, for the first time, that the mutation of the unique potential SUMOylation site of TDP-43, modifies the intracellular localization of TDP-43 positives aggregates, which become nuclear, and is associated in improvement in global cellular functions. Based on our results, we propose that the SUMOylation pathway is a mechanism regulating TDP-43 export from the nucleus to the cytoplasm. Blocking this export might represent a new therapeutic target by reducing the formation of TDP-43 positive aggregates in the cytoplasm of motor neurons

Pour analyser les mécanismes pathogéniques de la mutation de SQSTM1 dans la SLA, nous avons développé un modèle d’haploinsuffisance de sqstm1 chez le poisson zèbre. La perte de fonction de ce gène induit un phénotype moteur caractéristique de la SLA. Pour élucider les mécanismes entraînant la dégénérescence des motoneurones dans cette maladie, nous avons étudié les interactions épistatiques de c9orf72 et de sqstm1 chez le poisson zèbre et nous avons observé que les deux protéines appartiennent à une voie cellulaire commune, avec c9orf72 agissant en aval de sqstm1. Dans des cultures primaires de motoneurones de souris, nous avons démontré que la perte de ces gènes entraîne la mort des motoneurones associée à des défauts de l’autophagie. Afin de développer un modèle qui récapitulerait les différents mécanismes de la mutation de C9ORF72 dans la SLA, nous avons combiné l’inhibition partielle de ce gène avec l’expression des DPRs chez le poisson zèbre. Cela induit un phénotype moteur caractérisé par des défauts locomoteurs et une paralysie. En particulier, nous avons observé que les répétitions de GP s’accumulent lorsque c9orf72 est inhibé. Ceci est associé à une accumulation de SQSTM1/p62 ainsi qu’à la perte des motoneurones. Ces phénotypes sont limités lors de l’inhibition de la caspase 9, un régulateur essentiel de l’apoptose. De plus, en activant l’autophagie avec la rapamycine, nous avons amélioré la clairance des GP et de p62, restaurant ainsi les paramètres moteurs. Ces résultats montrent que la toxicité des DPRs est relative au niveau de de l’expression de C9ORF72, suggérant que le gain et la perte de fonction synergisent dans la pathogénicité de C9ORF72<br>To investigate the pathogenic mechanisms induced by SQSTM1 mutations in ALS, we developed a zebrafish model of sqstm1 haploinsufficiency. We observed that loss of function of sqstm1 leads to a specific motor phenotype. To elucidate the common cellular mechanisms underlying motor neuron degeneration in ALS, we analyzedc9orf72 and sqstm1 epistatic interactions inzebrafish. C9orf72 and sqstm1 partial inhibitions have an additive effect and C9ORF72 rescues the phenotype induced by sqstm1 knockdown. Thus, both proteins belong to the same pathway and c9orf72 acts downstream of sqstm1. Also, we observed that depletion of these genes in mouse motor neurons primary cultures leads to the early death of motor neurons associated with autophagy impairment. To develop a vertebrate model that recapitulates the different mechanisms associated withthe C9ORF72 HRE pathogenicity in ALS, we combined the partial inhibition of c9orf72 with the expression of the DPRs in zebrafish. This induces a robust motor phenotype characterized by locomotor defects and paralysis. Focusing on GP repeats, we observed that the loss of function of c9orf72 is essential to inhibitpoly(GP) clearance.This is associated with SQSTM1/p62 accumulation, severe motor neurons abnormalities and loss. These phenotypes are rescued by the inhibition of caspase 9, a regulator of apoptosis. Also, rapamycinis able to improve the clearance of poly(GP) and p62, with restored swim and motor neurons features, thus confirming the role of C9ORF72 in autophagy.These results show that DPR toxicity is related to lowered expression of C9ORF72, suggesting that both gain and loss of function synergize in the C9ORF72 HRE pathogenicity

Les démences frontotemporales (DFT) et la sclérose latérale amyotrophique (SLA) sont deux maladies neurodégénératives dévastatrices. La mutation du gène C9ORF72 a été identifiée comme la cause commune la plus fréquente de ces deux pathologies (c9FTD/ALS). Plusieurs hypothèses pourraient expliquer les mécanismes conférant un effet toxique à la mutation et amenant à une neurodégénérescence. Nous nous sommes intéressés à l'effet de la perte de fonction du gène C9ORF72. Pour étudier sa relation avec la DFT et la SLA, nous avons développé un modèle murin en utilisant un micro ARN interférence de synthèse pour diminuer les transcrits du gène C9orf72 murin et ainsi obtenir des souris avec un knockdown ubiquitaire de C9orf72. Nous avons montré que les souris miR-C9orf72 développent une atteinte de type DFT tout en présentant une motricité normale, ce qui exclut une atteinte de type SLA. Les souris miR-C9orf72 ne présentent pas d'agrégation cytoplasmique de protéine TDP43, un trait de DFT-SLA. Cependant, nous avons observé une augmentation du nombre de cellules corticales contenant une accumulation de p62 chez ces souris. Ces structures sont aussi positives pour le marqueur de lysosomes Lamp1 dans les neurones et les microglies suggérant un stress cellulaire. De ce fait, nous émettons l'hypothèse que la perte de fonction de C9ORF72 est un élément requis pour causer le déséquilibre cellulaire qui mènera à une sensibilité accrue aux produits toxiques produits par l'expansion GGGGCC. Ainsi, ce nouveau modèle pourra servir comme outil pour déchiffrer les mécanismes moléculaires de la pathologie et identifier des cibles thérapeutiques spécifiques aux c9FTD/ALS<br>The GGGGCC intronic repeat expansion within C9ORF72 is the most common genetic cause of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD). The precise mechanisms through which the C9ORF72 mutation causes “c9FTD/ALS” have not yet been elucidated, but several hypotheses have been proposed. For my PhD project, in order I investigated the role of a partial loss of function of C9orf72 in ALS and FTD disease pathogenesis. For this, we have generated C9orf72 knock-down mice by targeting the RNA mouse orthologue of C9ORF72. We found that by knocking down C9orf72 intrinsically, mice develop social interaction deficits and depression like behavior, which relate to FTD-like anomalies. When looking for ALS-like abnormalities, we found that C9ORF72 knock-down mice have conserved spatial memory and normal motility through all their lifespan. However, they develop a lessening of strength that appears late and is maintained without aggravation. They do not present axonal loss or signs of muscle atrophy and/or wasting. Further analysis showed that C9orf72 knock-down mice present neuromuscular junction deficits at an old age that aggravate with further aging. These findings suggest that C9ORF72 partial loss of function leads disease pathogenicity course to a more likely FTD-like phenotype, and that gain of function toxicities caused by the expansion may be needed to trigger motor neuron disease and massive neurodegeneration

Une expansion de répétitions G4C2 dans le gène C9ORF72 est la cause génétique la plus commune de la sclérose latérale amyotrophique (SLA). Afin d’étudier les conséquences de la perte d’expression de C9ORF72, nous avons généré un modèle murin knockout pour ce gène. Ces souris ne développent pas d’altérations locomotrices, mais présentent des dysfonctions immunitaires (splénomégalie et lymphadénopathie). Nos analyses révèlent un niveau élevé d’autoanticorps et une glomérulonéphropathie conduisant à la mort des animaux. Nous avons alors généré des modèles murins avec un knockout tissu spécifique de C9orf72 dans les principales populations cellulaires immunitaires. De façon intéressante, la perte de C9orf72 dans les cellules dendritiques reproduit les altérations immunitaires. Des études d’immunophénotypage révèlent une fonction importante de C9orf72 dans les cellules dendritiques plasmacytoïdes. En conclusion, mes données suggèrent qu’une activation de ces cellules pourrait être le point de départ des dysfonctions immunitaires observées dans les souris C9orf72 KO<br>An expansion of G4C2 repeats in C9ORF72 gene is the most common genetic cause of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). These repeats lead to DNA epigenetic changes resulting in a decrease expression of C9ORF72. To better understand the functions of this protein, we generated a C9orf72 KO mouse model. These mice do not develop an ALSphenotype, but present immune dysfunctions characterized by a splenomegaly and a lymphadenopathy. Sera and immunohistochemistry analysis also revealed elevated autoantibodies and a glomerulonephropathy, leading to mice death. To further investigate this phenotype, we generated different mice models with a tissue specific KO of C9orf72 in the main immune cell populations. Interestingly, the loss of C9orf72 in dendritic cells reproduce the splenomegaly and lymphadenopathy. Immunophenotyping of the dendritic cell lineage of KO mice revealed specific alteration of the plasmacytoid dendritic cells(pDCs). Overall, these results suggest that pDC could be the starting point of the inflammatory dysfunctions observed in C9orf72 KO mice

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative d’évolution toujours fatale. Dans les formes sporadiques (SLAS), l’étiologie demeure inconnue et l’hypothèse d’une participation génétique dans le cadre d’un modèle de maladie complexe est envisagée. Notre travail porte sur deux gènes de susceptibilité dans la SLAS : le gène de l’Apolipoprotéine E (APOE) et le gène impliqué dans l’hémochromatose familiale de type 1 (HFE). Notre première étude confirme sur une population de 1482 patients atteints de SLA sporadique le lien entre allèle ε4 et la forme bulbaire de la maladie mais uniquement chez les hommes. Nous proposons une explication physiopathologique faisant intervenir le récepteur aux androgènes, particulièrement exprimé au niveau des motoneurones bulbaires. Notre deuxième étude sur 244 patients et 302 contrôles ne retrouve pas l’association entre le polymorphisme H63D et le risque de SLA sporadique notée dans d’autres populations. En revanche, l’allèle Y du polymorphisme C282Y semble exercer un effet protecteur vis-à-vis de la SLA. Ces données sont discutées dans le contexte de l’hypothèse physiopathologique du stress oxydant<br>Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease. The cause of sporadic cases (SALS) remains unknown but a genetic participation in a model of complex disease is suspected. Our work concerns two susceptibility genes for SALS: Apolipoprotein E gene (APOE) and the gene involved in familial hemochromatosis (HFE). Our first study including 1482 patients with SALS confirms a link between ε4 allele and bulbar-onset of the disease, only in men. We suggest a pathophysiological explanation with a role for the androgen receptor which is particularly abundant in motor neurons of the brainstem. Our second study about 244 patients and 302 controls did not find any association between the H63D polymorphism and SLAS, which has previously been showed. However, the Y allele of the C282Y polymorphism seems to exert a protective effect against SALS. We discuss these data within the pathophysiological hypothesis of oxidative stress in ALS

L'atrophie musculaire de la cachexie provient du déséquilibre entre la synthèse et la dégradation des protéines. La littérature suggère que les membres de la famille p53 (p53, p63, p73) jouent un rôle dans le contrôle des processus de prolifération, différenciation et mort des précurseurs et des fibres musculaires. Ici nous avons caractérisé le profil d'expression de ces membres dans l'atrophie musculaire de la SLA (Sclérose Latérale Amyotrophique) et dans un modèle de cachexie induite par la doxorubicine. Nous avons montré une augmentation de l'expression des membres de la famille p53 et des atrogènes de manière corrélée sur ces deux modèles ainsi qu’une activation transcriptionnelle de Trim63 par p53, p63 et p73. Aussi, nous avons voulu savoir si les composés de tocophérol possédant une activité antioxydante pouvait réduire l'atrophie musculaire et avons montré que ce composé neutralise l'induction de la voie Notch, importante pour le développement musculaire et la régénération<br>Muscle atrophy in cachexia results from the imbalance between protein synthesis and degradation due to activation of the ubiquitin-proteasome pathway. Literature suggests that p53 family members play a role in controlling proliferation, differentiation and death of precursors and muscle fibers. Here we characterize the expression profile of the p53 family members in muscle atrophy in ALS (Amyotrophic Lateral Sclerosis) and in doxorubicin induced cachexia model. We revealed an increased expression of the p53 family members and atrogenes in a correlated manner on both models and a transcriptional activation of Trim63 by p53, p63 and p73. Importantly, we also show that ROS and ceramide accumulation are important for Trim63 induction by doxorubicin. In addition, we tested whether compounds of tocopherol harboring antioxidant activity might reduce muscle atrophy. We showed that this compound counteracts the induction of the Notch pathway, important to muscle development and regeneration

La Sclérose Latérale Amyotrophique est une pathologie neuro-dégénérative dont il n'existe que peu de données d'incidence en France. Sur le plan clinique, l'évolution de la maladie est marquée par une altération nutritionnelle progressive. La description de l'histoire naturelle du statut nutritionnel et du lien entre le statut nutritionnel initial des patients et leur pronostic est encore parcellaire. Afin d'améliorer les connaissances dans ces différents domaines nous avons réaliséune étude épidémiologique descriptive, une étude géo-épidémiologique, deux revues de littérature et deux études pronostiques dans le cadre de notre Thèse. Nos travaux ont confirméune incidence de la SLA en Limousin égale à 2/100 000 PA (donnée âge-standardisée sur la population Française de 1999) pour la période 1997-2007. Nous avons, en outre, mis en évidence trois zones d'agrégats spatio-temporels. Concernant les aspects nutritionnels, nos travaux ont identifié: (i) une réduction de l'angle de phase ainsi qu'un potentiel intérêt pronostique de cette donnée, (ii) une perte de poids significative lors du diagnostic de la maladie, (iii) des valeurs pronostiques significatives et indépendantes de la perte de poids mesurée lors du diagnostic (par rapport au poids usuel) en tant que facteur péjoratif et de la quantitéde masse grasse au cours de la maladie en tant que facteur favorable. L'une de nos perspectives est de mettre en place un registre de la SLA en Limousin. Une deuxième perspective est d'examiner le lien éventuel entre la SLA et la cyanotoxine L-BMAA en considérant les agrégats spatio­temporels de la maladie comme une opportunitépour ce faire. Enfin, concernant les aspects nutritionnels, nos résultats plaident (i) pour une prise en compte précoce du poids du patient dans le suivi clinique et (ii) pour la mise en place d'études expérimentales cherchant àmodifier rapidement après le diagnostic le facteur perte de poids<br>To date, few data have been published on the incidence of Amyotrophic lateral sclerosis in France. Clinically, progression of ALS is marked by a progressive deterioration in nutritional status. However, the value of new nutritional markers (such as the phase angle) should be considered, and our understanding of changes in nutritional status during the course of the disease remains fragmentary- During our PhD Thesis we performed an epidemiological descriptive study, a geoepiemiological study, two reviews and two prognostic studies. When age-standardized for the 1999 French population, the mean annual incidence was 2. 0/100,000 inhabitants (95% confidence interval (CI): 1. 8-2. 3). We also identified three clusters of ALS in Limousin. Phase angle is altered in ALS patients as compared to healthy controls and is independently associated with survival. We also demonstrated a significant weight loss at diagnosis, a progressive worsening of this parameter during the course and a significant and independent prognostic value of weight loss measured at diagnosis with a 30% increased risk of death for a 5% decrease from usual weight. One of our perspectives is to establish a registry of ALS in Limousin. A second perspective involves, using the ALS clusters we identified, to examine the possible link between ALS and L-BMAA cyanotoxin. Finally, concerning nutritional aspects of ALS our results support (i) early consideration of making assessment of the patient's weight and weight loss part of daily routine, and (ii) the establishment of experimental studies aiming to reverse weight loss and alter body composition of patients as quickly as possible after diagnosis

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative due à la dégénérescence des motoneurones supérieurs et inférieurs. La perte des neurones moteurs entraine une atrophie puis une paralysie progressive des muscles. En plus de la perte musculaire, une perte de poids est importante chez les patients SLA. Ce symptôme apparaît avant les premiers symptômes moteurs et est corrélé avec la survie. Ce défaut du métabolisme énergétique est en partie dû à un hypermétabolisme associé à des problèmes de prise alimentaire. L’hypothalamus est la partie du cerveau contrôlant l’ensemble du métabolisme énergétique. L’objectif de ma thèse a été de caractériser les altérations hypothalamiques dans la SLA. Nous avons tout d’abord mis en évidence une anomalie du système mélanocortine de l’hypothalamus, et montré que cette anomalie était associée à des modifications du comportement alimentaire. Ensuite, nos travaux ont mis en évidence une atrophie de la partie postérieure de l’hypothalamus, comprenant l’aire hypothalamique latérale (LHA), des patients SLA, corrélée à la perte de poids. Finalement, nous démontré que les neurones produisant le MCH, situés dans le LHA, sont atteints dans la SLA et qu’une complémentation en MCH empêche la perte de poids dans un modèle animal de SLA<br>Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a major neurodegenerative disease characterised by a loss of upper and lower motor neurons. The loss of motor neurons leads to muscle atrophy and paralysis. Besides motor loss, weight loss is important in ALS patients. This symptom appears before first muscular symptoms and is correlated with survival. This defect of energetic metabolism is partially due to hypermetabolism associated with food intake problems. Hypothalamus is the part of brain controlling the energetic metabolism. The aim of my Ph.D. was to characterise hypothalamic alterations in ALS. First, we have shown a default in the melanocortin system of hypothalamus, and shown that this melanocortin defect correlates with alterations in food intake behaviour. Second, we demonstrated the existence of hypothalamic atrophy in ALS patients in the posterior part of the hypothalamus, including the lateral hypothalamic area (LHA). This atrophy was correlated with weight loss. Finally, we observed that hypothalamic MCH neurons, located in the LHA, are affected in ALS, and that MCH complementation rescues weight loss in a mouse model of ALS

La sclerose laterale amyotrophique est une maladie neurodegenerative responsable d'une atteinte lentement progressive des motoneurones central et peripherique. L'etiologie de cette pathologie est inconnue mais multifactorielle. Nous avons recherche une association entre les genes smn1 et smn2 et la sla dans trois situations : par une analyse quantitaive dans les formes sporadiques et dans les trois familles ou la sla co-existait avec des cas d'amyotrophie spinale infantile, et dans les formes familiales ou nous avons pour le moment simplement etudie la frequence de la deletion homozygote smn2. Nous avons montre qu'il existait une augmentation de la frequence des deletions heterozygotes et des duplications smn1 dans la sla, que l'exon 7 de smn1 n'expliquait pas l'existence de ces co-occurrences dans nos 3 familles et que la deletion smn2 pourrait etre un facteur protecteur dans les familles recessives. Nous rapportons en annexe, une nouvelle mutation sod1 dans la sla sporadique qui pose la question du depsitage des sujets sla dans les familles. Enfin, nous rapportons 9 couples ou les deux conjoints ont ete atteints de sla. Cette agregation etaye l'hypothese environnementale dans la sla.

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative létale caractérisée par la mort des motoneurones et une atrophie musculaire. La majorité des cas sont sporadiques, mais il existe aussi des formes familiales dues à des mutations du gène de la superoxyde dismutase 1 (SOD1), qui ont permis la création de modèles animaux développant une forme expérimentale de SLA. Plusieurs équipes ont impliqué le muscle dans le processus pathologique. Nous avons donc entrepris une étude afin d’explorer les modifications du transcriptôme musculaire lors de la SLA. Cette étude a généré une «signature transcriptionnelle» pouvant servir de base à un test clinique et une liste de gènes d’intérêt. En premier lieu, Rad en raison de la précocité de son expression et de l’intensité de sa régulation comparée aux animaux sains. Nous avons pour la première fois décrit des mécanismes de régulation de ce gène et les phénomènes responsables de son induction. (observations confirmées chez les patients). Par ailleurs, la SLA est associée à un hypermétabolisme qui, une fois compensé, augmente la survie des animaux. Pour mieux comprendre cet hypermétabolisme, nous avons étudié un second gène : la stéaroyl-coenzyme-A désaturase 1 (SCD1), enzyme clé de la biosynthèse des acides gras. La SCD1 est spécifiquement réprimée dans le muscle SLA et son invalidation est connue pour déclencher un hypermétabolisme. Ainsi, on peut espérer avoir identifié une des causes de l’hypermétabolisme associé à la SLA. Mon travail a donc permis de déchiffrer la «signature» du transcriptôme musculaire lors de la SLA et d’en dégager des cibles d’intérêt pour la compréhension fondamentale de la pathologie<br>Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a lethal neurodegenerative disease characterized by motorneuron death and muscular atrophy. Most cases are sporadic, however familial forms also exist, as a result of a dominant mutation in the superoxide dismutase 1 (SOD1) gene, which enabled the generation of animal models developing an experimental form of ALS. Several teams, including our lab, involve the muscle in the pathological process. We thus undertook a global study to investigate muscular transcriptome modifications during ALS pathology. This study generated a transcriptional "signature" of the disease, which could be used as basis to develop diagnostic tests, and revealed genes of interest in this pathology. First, we studied Rad because of its precocity and the intensity of its regulation in SOD1 mice, compared to wild type animals. We described the mechanisms regulating rad expression as well as the pathological phenomenon responsible for its induction. (Confirmed in human patients). Furhthermore, ALS is associated with hypermetabolism which, once compensated, increases animal’s survival. To better understand this hypermetabolism, we studied the implication of a second gene: the stearoyl-coenzyme-A desaturase 1 (SCD1) a key enzyme in mono unsatured fatty acids biosynthesis. SCD1 mRNA is specifically repressed in ALS muscle and its invalidation is known to trigger hypermetabolism in wild type animals. We thus hope to have identified one of the genes responsible for ALS-associated hypermetabolism. My work has therefore provided a muscular transcriptom "signature" in ALS and allowed us to identify target genes crucial for the fundamental understanding of the pathology

La sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neuro-dégénérative rare. Il n’existe aucune donnée d’incidence française en population générale. Le profil phénotypique des patients français atteints de SLA, n’a pas été étudié. En outre, aucun facteur de risque confirmé n’existe pour cette pathologie bien que l’activité physique (AP) soit souvent rapportée comme possible facteur étiologique. Dans ce contexte, pour améliorer les connaissances dans ces domaines, nos travaux ont consisté en trois études : (1) une étude sur l’incidence de la SLA dans la région du Limousin sur la base de données issues du premier registre français de SLA, (2) une étude des phénotypes des patients issus de 11 centres SLA français et (3) une revue de littérature des études épidémiologiques originales sur le lien entre PA et SLA. Nos travaux ont mis en évidence une incidence brute et standardisée sur la population européenne de 2010, élevée : 3,19/100 000 personnes-année (P-A) et 2,58/100 000 P-A respectivement. Concernant les aspects phénotypiques, nos travaux ont identifié huit phénotypes de SLA : (1) bulbaire, (2) spinal cervical, (3) spinal lombaire (4) flail leg, (5) flail arm, (6) respiratoire, (7) SLA-DFT et (8) Tête tombante (« Dropped head »). Nous avons conclu notre revue de littérature que l’AP en elle-même n’est probablement pas un facteur de risque de SLA. Comme perspective, (i) nous espérons étendre le registre de la SLA à d’autres régions françaises. En outre (ii) il serait très important de confirmer nos travaux sur les phénotypes sur un échantillon plus représentative Enfin, (iii) concernant le lien entre AP et SLA, d’autres travaux de niveau de preuve élevé sont souhaitables pour asseoir le résultat synthétique que nous avons apporté<br>Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a rare neurodegenerative disease. Currently in France, there is no population-based incidence data. The phenotypic profile of French patients with ALS, has not been studied. Lastly, no risk factors are confirmed for this pathology. In this context, to improve knowledge in these fields, our work consisted of three studies: (1) a study on the incidence of ALS in the Limousin region based on the database from the first French ALS register (2) a study of the phenotypes of patients from 11 French ALS centers and (3) a literature review of original epidemiological studies focusing on physical activity (PA) and ALS risk. Our work has highlighted a high crude and standardized incidence (on Europe population): 3.19 / 100 000 person-years (PY) and 2.58 / 100,000 PY respectively. Regarding phenotypic aspects, our work identified eight ALS phenotypes: (1) bulbar, (2) cervical spinal (3) lumbar spinal (4) flail leg, (5) flail arm, (6) respiratory, (7) ALS-FTD and (8) dropped head. We demonstrated that the PA itself is probably not a risk factor for ALS. As a first perspective we hope to expand the ALS Register to other French regions. In a second perspective, it would be very important to confirm our work on phenotypes on a larger and representative sample of ALS patients. Finally, regarding the relationship between PA and ALS, other work of high level of evidence are desirable to confirm the synthetic result we brought in this thesis work

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) et la Démence Frontotemporale (DFT) sont deux maladies neurodégénératives formant un continuum clinique, génétique et histopathologique. Des mutations dans le gène CHMP2B sont associées à la fois à des cas de SLA et de DFT. Le but de cette thèse a été de caractériser un nouveau modèle de souris transgéniques basé sur l'expression neuronale de la mutation humaine CHMP2Bintron5.Ces souris présentent une faiblesse musculaire progressive et des défauts de coordination motrice. Les motoneurones présentent des altérations au niveau distal. Les souris transgéniques développent des modifications du comportement alimentaire, un désintérêt social et des stéréotypies, tandis que les fonctions mnésiques sont préservées. Nous avons observé une accumulation d'agrégats protéiques dans les neurones ainsi qu'une astrocytose, reflétant le profil histopathologique des patients.Ainsi, l'expression neuronale de CHMP2Bintron5 induit chez les souris des symptômes caractéristiques de la SLA et de la DFT ainsi que l'apparition des marqueurs histopathologiques de ce syndrome. Cette lignée permettra l'étude des mécanismes communs impliqués dans le syndrome SLA-DFT<br>The neurodegenerative diseases Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) and Frontotemporal Dementia (FTD) form a clinical, genetic and histopathological continuum. Mutations in CHMP2B can cause ALS or DFT. The aim of this study was to characterize a new transgenic mouse model based on the neuronal expression of the human mutation CHMP2Bintron5.The mice develop a progressive muscle weakness and motor coordination defects, associated with a distal alteration of the motoneurons. Moreover, their feeding behavior is altered and they develop social disinterest and stereotypies, while mnesic functions are spared. We observed protein aggregates in neurons and an astrocytosis, mirroring the histopathological profile of patients.The neuronal expression of the mutant CHMP2Bintron5 triggers a motor phenotype associated with dementia symptoms and histopathological hallmarks of ALS and FTD. This transgenic line willallow the study of the common mechanisms implicated in the ALS-FTD syndrom

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative caractérisée par une atteinte des neurones moteurs et une paralysie progressive des muscles du squelette. Tandis que le muscle est un tissu assez peu étudié, de nombreux travaux font de lui une cible prometteuse dans la recherche sur la maladie. L'objectif de ce travail de thèse était d'explorer les modifications d'expression génétique dans le muscle squelettique affecté par la SLA en conduisant deux approches indépendantes. Dans un premier temps, nos études d'expression génique ont ciblé la protéine Nogo-A et l'isoforme 3 de la protéine découplante (UCP3). Nous avons montré qu'au cours de la maladie, Nogo-A présente un profil d'expression specifique dans le muscle. L'immunoréactivité de Nogo-A corrèlant par ailleurs avec le degré d'atteinte motrice, l'expression de Nogo-A pourrait être utilisée comme marqueur de progression de la maladie. En ce qui concerne UCP3, nous avons montré qu'elle est induite dans le muscle au cours de la maladie, et stable dans d'autres syndromes mimant la SLA, suggérant qu'UCP3 est un marqueur potentiel pour le diagnostic de la SLA. Dans un deuxième temps, nous avons exploré le transcriptôme du muscle de patients atteints de SLA par la technologie des puces à ADN. Cette approche nous a permis d'identifier deux groupes de gènes présentant un intérêt clinique particulier. Un groupe contient des candidats intéressants pour le suivi de la progression de la maladie, l'auutre groupe contient des candidats intéressants pour le diagnostic précoce de la SLA. De plus, plusieurs gènes issus de notre filtrage interviennent dans le métabolisme de l'acide rétinoique et nous explorons actuellement leur rôle dans l'étiologie de la SLA. Enfin, nous avons généré une carte d'identité moléculaire du muscle squelettique affecté par la SLA, concrétisée par une base de données potentiellement source de cibles moléculaires pour des stratégies thérapeutiques efficaces<br>Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive neurodegenerative disease that attacks nerve cells in the brain and spinal cord, and produces muscle weakness and atrophy. ALS is emerging as a “multi-system” disease in which the alteration in muscle, motor neuron and glia cells may act synergistically to induce the disease. Although skeletal muscle is quite an untested tissue, many findings establish muscle as a promising primary target in ALS research. The aim of the present PhD work was to explore gene expression modifications in ALS skeletal muscle by conducting two independent approaches. First, our gene expression studies targeted Nogo-A and uncoupling protein 3 (UCP3). We showed that Nogo-A exhibits a specific pattern of expression in ALS skeletal muscle. This result, together with the observation that Nogo-A immunoreactivity correlates with the severity of motor impairment in ALS patients, suggest that Nogo-A expression in muscle could be used as a marker of ALS functional disability. As far as UCP3 is concerned, we showed that UCP3 is increased in ALS skeletal muscle, and stable in other ALS-like syndromes, suggesting that UCP3 is a potential marker for ALS diagnosis. Second, we extensively explored the transcriptome of human ALS muscle using a DNA microarray approach. This strategy enabled us to identify two groups of genes of particular interest from a clinical point of view. One group contain interesting candidates to measure disease progression and the other group contain interesting candidates for early diagnosis of ALS. In addition, several hits emerging from our data analysis are linked to retinoic acid (RA) metabolism and we currently explore the role of these alterations in ALS pathogenesis. Finally, we generated a molecular identity card of skeletal muscle affected by ALS, concretized by a database that might be a source to fill the gap in molecular targets for efficient therapeutic strategies

Des mutations dans plusieurs gènes ont été liés à la sclérose latérale amyotrophique (SLA),en particulier dans celui codant pour la protéine Fused in Sarcoma (FUS). Les mutations sont retrouvées dans la partie codant pour le signal de localisation nucléaire, rendant la protéine anormalement abondante dans le cytoplasme. Combiné à d’autres observations, ça suggère qu’un gain de fonction toxique de FUS dans le cytoplasme serait à l’origine de la neurodégénérescence. La SLA est une maladie neurodégénérative qui affecte les neurones moteurs et cause une paralysie progressive. Les mécanismes moléculaires causant la maladies ont toujours inconnus. Une des pistes serait la perturbation de la traduction locale desARNm, qui permet aux synapses de répondre rapidement et indépendamment du corps cellulaire. Une traduction locale insuffisante pour soutenir l’activité synaptique à long terme mènerait à la perte des synapses et à la neurodégénérescence. Mon objectif est donc de déterminer le rôle de FUS dans régulation de la traduction des ARNm en caractérisant son interaction avec les composantes traductionnelles et d’évaluer sa fonction dans une condition reproduisant les caractéristiques de la SLA. J’ai montré que FUS s’associe aux polyribosomes inactifs, ce qui suggère que FUS jouerait un rôle dans la régulation de la traduction des ARNm en interagissant avec le cœur de la traduction. Il est également possible d’observer une augmentation de la présence de FUS dans le cytoplasme et de son interaction avec les polyribosomes suite à une inhibition de la traduction par mTOR, suggérant son rôle de régulateur négatif. De plus, les mutations liées à la SLA amplifient la fonction inhibitrice de FUS en rendant FUS cytoplasmique et en réduisant la synthèse des protéines. Mes résultats montrent que la protéine FUS aurait un rôle d’inhibiteur de la traduction quand celle-ci est cytoplasmique. Par conséquent, l’augmentation de la présence de FUS dans le cytoplasme dans la SLA entrainerait une inhibition de la traduction importante, à un niveau insuffisant pour soutenir l’activité synaptique.<br>Mutations in several genes have been linked to amyotrophic lateral sclerosis (ALS),particularly in the gene coding for the Fused in Sarcoma protein (FUS). Those mutations are found in the part encoding for the nuclear localization signal, making the protein abnormallyabundant in the cytoplasm. Combined with other observations, it suggests that a toxic gainof function of FUS in the cytoplasm would be the cause of the neurodegeneration. ALS is a neurodegenerative disease that affects motor neurons and causes progressive paralysis. The molecular mechanisms causing the disease are still unknown. One of the hypotheses is the disruption of local translation of mRNAs, which allows synapses to respond quickly and independently from the cell body. Insufficient local translation to support long-term synapticactivity would lead to synaptic loss and neurodegeneration. Thereby, the objective of mystudy is to determine the role of FUS in the regulation of mRNA translation by characterizing its interaction with translational components and evaluate its function in an ALS-linked condition. I have shown that FUS is associated with stalled polyribosomes, which suggests that it plays a role in regulating mRNA translation by interacting with the core of translation.There is also an increase in the presence of FUS in the cytoplasm and in its interaction with polyribosomes following inhibition of translation through mTOR, suggesting its role as anegative regulator. In addition, ALS-related mutations amplify FUS inhibitory function bymaking FUS cytoplasmic and reducing protein synthesis. My results show that the FUSprotein would have a role as a translation inhibitor when it is cytoplasmic. There fore, increasing the presence of FUS in the cytoplasm in ALS would result in significant translation inhibition, at a level insufficient to support synaptic activity.

Les facteurs de transcription de la famille p53 dans l’atrophie musculaire - Implications dans la Sclérose Latérale Amyotrophique et la cachéxie. L’atrophie musculaire est un symptôme dangereux retrouvé dans plusieurs maladies. Dans la sclérose latérale amyotrophique (SLA), une maladie neuromusculaire rare, ainsi que dans le cancer (phénomène de cachexie), l’atrophie musculaire cause le décès des patients. Les facteurs de transcription de la famille p53 sont impliqués dans de nombreux processus cellulaires, faisant face à des situations de « stress » pour les cellules. Notamment, ils peuvent induire la mort cellulaire ou promouvoir la différentiation.Nous avons constaté, à partir de modèles cellulaire et animaux de SLA et cachéxie cancéreuse, que des membres de la famille p53 sont activés dans les muscles atrophiques. Cette activation entraine l’expression de gènes cibles impliqués dans la mort cellulaire. De manière intéressante, TAp73, mais surtout TAp63, sont capables d’activer la transcription d’un effecteur de l’atrophie musculaire appelé MuRF1, démontrant que la famille p53 peut participer activement à l’atrophie en induisant la dégradation des fibres musculaires.De plus, nous avons utilisé nos modèles animaux pour identifier une nouvelle approche contre l’atrophie musculaire. Ainsi, nous avons identifié un dérivé de tocophérol avec des propriétés thérapeutiques intéressantes<br>The p53 family of transcription factors in muscular atrophy - Involvements in Amyotrophic Lateral Sclerosis and cachexia Muscular atrophy is a dangerous condition found in several diseases. In amyotrophic lateral sclerosis (ALS), a rare neuromuscular disease, as well as in cancer (phenomenon of cachexia), muscular atrophy can be fatal to patients.The transcription factors from the p53 family are involved in several cellular processes, facing cellular “stress” situations. Most notably, they can induce dell death or promote differentiation.We found, using cellular and mouse models of ALS and cachexia, that members of the p53 family are induced during muscular atrophy. This induction leads to the expression of canonnic target genes involved in cell death. Interestingly, TAp73, but especially TAp63, are able to activate the transcription of an effector or muscular atrophy called MuRF1. This proves that the p53 family cand participate in muscular atrophy by promoting the breakdown of muscle fibres.In addition, we used our mouse models to identifiy a new approach agains muscular atrophy.Indeed, we identified a derivative of tocopherol with interesting therapeutical proprieties

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie dégénérative neuromusculaire fatale. Elle est accompagnée par des altérations métaboliques, se manifestant précocement dans des modèles murins. L’objectif de cette thèse a été d’identifier les cibles moléculaires impliquées dans ces changements. Pour ce faire, nous avons étudié le muscle glycolytique, le premier touché par la dénervation au cours de la maladie dans un modèle de SLA, la souris SOD1G86R. Nous avons montré un déséquilibre entre les voies métaboliques glucidiques et lipidiques à un stade présymptômatique, avec une préférence pour la voie catabolique des lipides. Cette altération peut expliquer notre observation sur le changement des capacités à l’exercice des souris SOD1G86R présymptômatiques. Dans ce contexte, nous avons montré que l’inhibition pharmacologique de PDK4, un des principaux inhibiteurs de la glycolyse, est bénéfique, retardant l’apparition des symptômes. En prenant compte des spécificités métaboliques des différents éléments de l’axe neuromusculaire, ce travail ouvre des nouvelles pistes thérapeutiques pour le traitement de la SLA<br>Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal degenerative disease characterized by loss of upper and lower motor neurons, denervation and skeletal muscle atrophy. ALS is accompanied by metabolic alterations that are early events in mouse models for ALS. The main objective was to identify molecular targets responsible for these alterations. For this, we analyzed several metabolic regulators localized in presymptomatic glycolytic muscle tissue of an ALS mouse model, the SOD1G86R. We identified a pre-symptomatic alteration of metabolic equilibrium, showing an inhibition of glycolysis accompanied by an upregulation of lipid catabolic pathway. This alteration has functional significance, being reflected in a modified capacity of SOD1G86R mice to adapt to different types of exercise. Pharmacological inhibition of PDK4, one of the main inhibitors of glycolysis, delayed disease onset, underpinning the importance of metabolic equilibrium in disease progression. Taking into consideration the metabolic specificity of the different elements on the neuromuscular axis, this work opens towards new therapeutic approaches for ALS

Les maladies du motoneurone (MN) telles que la sclérose latérale amyotrophique (SLA) sont des affections qui se traduisent par une perte progressive des MNs au niveau du cortex moteur, du bulbe rachidien et/ou de la moelle épinière. A ce jour, il n'existe aucun traitement efficace pour ces maladies. Le développement de stratégies de transfert de gène ciblant efficacement les MNs reste donc une démarche cruciale pour le traitement de ces maladies. Ce travail de thèse a consisté à améliorer le transfert de gènes véhiculés par des vecteurs AAV au sein des MNs. Dans une première approche, nous avons injecté des vecteurs AAV dans certains noyaux cérébraux connectés à la moelle épinière. Notre hypothèse était que les protéines produites au niveau des neurones de ces noyaux cérébraux seraient transportées le long des axones connectés à la moelle épinière par transport axonal antérograde et sécrétées dans la région des MNs spinaux. Dans une seconde étude, nous avons analysé le potentiel d'une injection systémique d'un nouveau sérotype d'AAV (l'AAV9) arborant un génome non conventionnel double brin pour transduire les cellules du système nerveux central (SNC) dont les MNs. Nous avons démontré qu'il était possible d'obtenir une transduction efficace et à long terme des MNs chez la souris adulte à la suite d'une seule injection intraveineuse de vecteur. Cette stratégie non-invasive de transfert de gène dans le SNC représente une avancée significative pour le traitement par thérapie génique des maladies du MN et ouvre de nouvelles perspectives pour de nombreuses autres maladies touchant le SNC<br>Motor neuron diseases (MND) such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS), are incurable degenerative disorders characterised by the selective loss of motor neurons (MNs) localised in the motor cortex, the brainstem and/or the spinal cord. To date, there is no treatment for these disorders because of the blood brain barrier (BBB) which hindered the crossing of the therapeutic molecules from the circulation flow to the central nervous System (CNS) parenchyma. New therapeutic strategies, based on gene transfer using viral vectors have thus been developed. This study aimed to evaluate new strategies for increasing the efficiency of MNs transduction using AAV vectors. The fîrst approach bypasses the problem of the BBB by injecting the viral vectors directly into brain areas at the origin of the descending spinal pathways. The injection of AAV vectors expressing therapeutic transgenes into these specific brain structures could indeed lead to the production and traffîcking of therapeutic proteins through descending pathways to the spinal cord by anterograde axonal transport mechanisms. The subsequent secretion of these proteins could thus influence the survival and the activity of the spinal cord MNs. The second approach is based on the systemic administration of a new serotype and genome AAV vectors, the self-complementary AAV9 vector. We identifîed the remarkable ability of AAV9 vectors to transduce cells of the CNS, including MNs, after a single intravenous injection in adult mice. This gene transfer strategy represents an efficient and non-invasive procedure to reach the CNS. This result raises thus great hopes for the treatment of MN disease and other neurological disorders

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) se définit cliniquement par la dégénérescence combinée des neurones moteurs cortico-spinaux (NMCS) et des motoneurones bulbaires et spinaux (MnB et MnS). Quoique l’idée d’une origine corticale de la SLA soit de plus en plus considérée, la pathologie corticale, la dynamique spatio-temporelle de la dégénérescence des NMCS et les voies moléculaires impliquées restent peu connues. Ce travail de thèse a essentiellement cherché à pallier ce manque. Nous avons montré que chez les souris Sod1G86R, la perte des NMCS, qui semble se produire en l’absence de gliose réactionnelle majeure, se manifeste de manière somatotopique et précède l'apparition des symptômes moteurs et la dégénérescence des MnS. Nous avons purifié, grâce au développement d'un nouveau protocole, les NMCS adultes du cortex cérébral de souris saines ou malades à quatre stades de la maladie. L’analyse RNA-seq a permis d’identifier de nouveaux acteurs moléculaires précoces pouvant fournir une base pour le développement d'approches thérapeutiques fondées sur le maintien de NMCS sains et fonctionnels, et à long terme, à initier des stratégies thérapeutiques alternatives pour la SLA<br>Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is clinically defined as the combined degeneration of the corticospinal motor neurons (CSMN) along with the bulbar and spinal motor neurons (BMN and SMN). While a growing body of evidence points to the cerebral cortex as the potential initiation site of ALS, little is known about the cortical pathology, the spatio-temporal dynamics of CSMN degeneration, and the molecular pathways involved. This thesis work aimed at filling this knowledge gap. In Sod1G86R, we showed that CSMN loss seems to take place without major gliosis, occurs in a somatotopic manner and precedes motor symptom appearance and SMN degeneration. We purified, thanks to the development of a novel protocol, adult CSMN from the cerebral cortex of healthy or diseased mice from early presymptomatic ages to the end stage of the disease. The RNA-seq analysis has made it possible to identify new and early molecular players in ALS. This would provide a foundation for the development of therapeutic approaches based on the maintenance of healthy and functional CSMN, and, on the long run, may in turn inform the development of alternative therapeutic strategies for ALS

Les mitochondries sont la principale source d’énergie dans les neurones. Les défauts mitochondriaux participent à l’apparition de maladies neurodégénératives, cependant ils peuvent être contrés par un système de contrôle qualité. Le but de ma thèse a été de déterminer si ce système est dérégulé dans la maladie de Huntington (MH) et la sclérose latérale amyotrophique (SLA) et si sa restauration est neuroprotectrice, en utilisant principalement des modèles drosophile. La MH, caractérisée par une atteinte des neurones du striatum, est due à la protéine Huntingtin mutée (mHtt). Nous avons montré que la mHtt induit une accumulation des mitochondries dans la rétine. Ceci pourrait être dû à un défaut de la mitophagie, un mécanisme qui permet l’élimination des mitochondries défectueuses et qui est orchestré par la protéine PINK1. De manière intéressante, la surexpression de PINK1 corrige le phénotype pathologique des drosophiles exprimant la mHtt. Je me suis aussi intéressé à la SLA, chez laquelle les motoneurones dégénèrent, plus exactement au gène TDP-43 qui est un contributeur majeur à la maladie. Nous avons montré que la surexpression de TDP-43 dans les neurones de drosophiles entraîne une fragmentation des mitochondries liée à une sous-expression du gène mitofusin. Ce dernier contrôle le processus de fusion entre les mitochondries saines et endommagées et donc l’intégrité de cet organite. La surexpression de Mitofusin améliore les défauts locomoteurs et l’activité neuronale altérée chez les drosophiles exprimant TDP-43. Nos résultats montrent l’importance du contrôle qualité mitochondrial dans la pathogenèse de ces maladies, et que de le renforcer pourrait être bénéfique<br>Mitochondria are the main energy source in neurons. Mitochondrial defects contribute to the development of neurodegenerative diseases, however they can be countered by a quality control system. The purpose of my thesis has been to determine if this system is dysregulated in Huntington’s disease (HD) and in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and if restoring it can be neuroprotective, by mainly using Drosophila models. HD, which is characterized by loss of striatal neurons, is caused by the mutant Huntingtin protein (mHtt). We showed that mHtt induces the accumulation of mitochondria in the retina. This could be due to a defect in mitophagy, a mechanism which allows the elimination of defective mitochondria and which is orchestrated by the protein PINK1. Interestingly, PINK1 overexpression ameliorates the abnormal phenotype of flies expressing mHtt. I also got interested in ALS, in which motor neurons degenerate, and mainly in the TDP-43 gene which is a major contributor to the disease. We showed that TDP-43 overexpression in Drosophila neurons leads to fragmentation of mitochondria due to decreased expression levels of the mitofusin gene. The latter controls the fusion process between healthy and damaged mitochondria and therefore the organelle integrity. We show that Mitofusin overexpression ameliorates locomotor defects and abnormal neuronal activity in flies expressing TDP-43. Our results show the importance of mitochondrial quality control in the pathogenesis of these diseases, and that reinforcing it can be beneficial

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative fatale caractérisée par la dégénérescence des motoneurones centraux et périphériques. Elle est le plus souvent sporadique (SALS, 90% des cas), tandis que les formes familiales (FALS) représentent 10% des patients. Une vingtaine de gènes liés à la SLA ont été identifiés et sont responsables de 70% des FALS et 10% des SALS. Le but de ce projet était d’étudier la contribution de 6 gènes rares dans une large cohorte de patients français atteints de SLA et d’étudier les conséquences fonctionnelles de certains variants identifiés. La première partie de ce projet a consisté à réaliser l’analyse génétique des gènes MATR3, CHCHD10, SS18L1, SQSTM1, UBQLN2 et PFN1. Aucun variant causal ne fut identifié pour les 2 premiers gènes alors que 2 nouveaux variants possiblement pathogènes ont été identifiés dans le gène SS18L1, 4 mutations pour SQSTM1, 5 dans UBQLN2 et 2 mutations déjà répertoriées dans le gène PFN1. Cette analyse génétique a permis de souligner un chevauchement génétique entre SLA et maladie de Paget pour SQSTM1 et entre SLA et Paraplégie Spastique pour UBQLN2. La deuxième partie de ce projet a consisté en l’étude de la pathogénicité de certains variants que nous avons identifiés dans les gènes SQSTM1, UBQLN2 et PFN1, par l’analyse (i) des inclusions dans les tissus post mortem de patients, (ii) de l’expression et de la dégradation protéique dans des lymphoblastes issus de patients SLA et/ou (iii) des conséquences cellulaires après surexpression in vitro et in vivo. Ces analyses ont montré, concernant SQSTM1, qui est impliquée dans la formation des autophagosomes, que les mutations perturbaient l’agrégation protéique, que les mutations dans le gène UBQLN2 altéraient la dégradation lysosomale et la liaison de la protéine avec HSP70 et que celles dans PFN1 dérégulaient la voie de l’autophagie alternative et la mitophagie. Notre travail a permis (i) d’évaluer la contribution chez les patients français atteints de SLA de plusieurs gènes incriminés dans la SLA, (i) d’élargir le spectre génétique commun à la SLA et à d’autres pathologies et (iii) de mettre en avant la pertinence de l’implication des voies de dégradation protéique, notamment l’autophagie, dans la pathogénèse de la maladie<br>The fatal Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) motor neuron disease is characterized by the degeneration of upper and lower motor neurons. Most ALS cases are sporadic (SALS) whereas ~10% are familial (FALS). A growing number of genes has been identified in ALS and represent 70% of FALS and 10% of SALS. The aims of this project were to analyze the contribution of 6 rare genes in a large population of French ALS patients and to study the pathogenic impact of some identified variants.The first part of this work was dedicated to the genetic analysis of MATR3, CHCHD10, SS18L1, SQSTM1, UBQLN2 and PFN1 genes. No causing variants were identified for MATR3 and CHCHD10 while 2 new variants, probably pathogenic, were identified for SS18L1, as well as 4 mutations for SQSTM1, 5 for UBQLN2 and 2 already reported mutations for PFN1. These analyses also highlighted a genetic overlap between ALS and other diseases: the Paget disease of bone for SQSTM1 and spastic paraplegia for UBQLN2. The second part of this work was to study the pathogenicity of some of the mutations identified in SQSTM1, UBQLN2 and PFN1 genes using analyses of (i) inclusions in ALS patient post-mortem tissue, (ii) protein expression and degradation pathways in patient lymphoblasts and/or (iii) cellular consequences after in vitro and in vivo overexpression. Our results showed prominent aggregation of mutant SQSTM1 (involved in autophagosomes formation), impaired lysosomal degradation and disrupted protein binding to HSP70 for mutant UBQLN2 and deregulated alternative autophagy and mitophagy pathways for mutant PFN1. Our results (i) precised the contribution of several genes in French ALS patients, (i) documented the genetic overlap between ALS and other diseases and (iii) highlighted the role of protein degradation pathways, especially autophagy, in the pathogenesis of ALS

La sclérose latérale amyotrophique est une maladie neurodégénérative associée à un dysfonctionnement métabolique. Des altérations du métabolisme des lipides, décrites chez les patients SLA et les animaux modèles, pourraient participer à la mise en place des premières étapes de la maladie. L’objectif de cette thèse était d’étudier le rôle de la stéaroyl-coenzyme A désaturase 1 (SCD1), une enzyme clé du métabolisme des lipides, dans la SLA. En étudiant le profil d’acides gras périphériques dans un modèle de souris SLA, les souris SOD1m, nous avons vu une diminution de l’activité de la SCD1 dès les stades précoces (subcliniques) de la maladie. Cette diminution pourrait expliquer, à elle seule, les altérations du métabolisme des lipides caractéristiques de la SLA. La répercussion de la perte de l’activité de la SCD1 sur l’axe moteur a été étudiée. Une délétion du gène ou une inhibition pharmacologique de la SCD1 améliore la récupération fonctionnelle après lésion du nerf sciatique chez la souris sauvage. Nous avons cherché à voir si la perte d’activité de la SCD1 trouvée chez les souris SOD1m est un mécanisme de protection mis en place pour lutter contre l’évolution de la SLA. Nous avons traité des souris SOD1m avec un inhibiteur de l’activité de la SCD1. Le traitement a conduit à une augmentation du métabolisme oxydatif, une préservation de l’intégrité neuromusculaire ainsi qu’une amélioration de la survie des motoneurones. Nousconcluons que l’inhibition de la SCD1 représente une cible thérapeutique prometteuse dans la SLA<br>Amyotrophic lateral sclerosis is a neurodegenerative disease, associated with metabolic dysfunction. Alteration of lipid metabolism has been documented in ALS patients and animal models, and could participate to the first pathological steps of the disease. The objective of this thesis was to study the role of stearoyl-CoA desaturase 1 (SCD1), a key enzyme of lipid metabolism, in ALS. By studying the profile of peripheral fatty acids in an animal model of ALS, the SOD1 mice, we found that SCD1 activity was strongly reduced at early (sub-clinical) disease stage, and that this reduction could explain in itself the alteration of lipid metabolism characteristic of ALS. The impact of loss of SCD1 activity for the motor axis was then studied. Genetic deletion or pharmacological inhibition of SCD1 enhanced functional recovery after sciatic nerve injury in mice. Wefurther explored if the loss of SCD1 activity found in SOD1 mice is a protective mechanism elicited in response to ALS. We treated SOD1 mice with an inhibitor of SCD1 activity. The treatment resulted in exacerbated muscular oxidative metabolism,preservation of neuromuscular integrity and enhanced motor neuron survival. We conclude that inhibition of SCD1 represents a promising therapeutic target for ALS

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative dévastatrice causée par la dégénérescence progressive des motoneurones (MNs) supérieurs et inférieurs menant à une faiblesse et une atrophie musculaire qui progresse jusqu’à la paralysie. Deux gènes majeurs identifiés chez les patients SLA sont le gène FUS (FUSed in sarcoma), impliqué dans le métabolisme de l’ARN, et CHCHD10, qui joue un rôle dans la stabilité des mitochondries. Ces deux gènes ont été étudiés à travers différents modèles, de petits modèles invertébrés aux biopsies de patients. Cependant, les différents traits phénotypiques observés sont complexes et parfois controversés. L’objectif de cette thèse est de fournir de nouvelles informations sur l’implication de ces deux gènes dans la SLA à travers l’utilisation de nouveaux modèles. Pour étudier les mécanismes pathologiques induits par FUS et CHCHD10, nous avons généré et caractérisé deux nouveaux modèles de poisson-zèbres présentant une mutation non-sens des orthologues de ces gènes, et nous avons mis en évidence différents traits phénotypiques propres à la SLA. Nous avons montré, pour FUS, une espérance de vie réduite, une locomotion altérée, des axones moteurs aberrants, une jonction neuromusculaire (JNM) désorganisée, une altération des muscles et mitochondries, ainsi que des changements moléculaires. Ces résultats montrent que la perte de fonction de fus est responsable de l’apparition de signes pathologiques distaux au niveau de la JNM, indiquant une neuronopathie en « dying-back », dans laquelle les traits pathologiques de la SLA commencent au niveau de la JNM et progressent vers les corps cellulaires des MNs<br>Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a devastating neurodegenerative disorder caused by progressive degeneration of upper and lower motor neurons (MNs), with a very rapid clinical course. It leads to muscle weakness and atrophy progressing to paralysis, with respiratory failure being the major cause of death within years following clinical diagnosis. Two major genes mutated in ALS patients are the RNA-binding protein FUS (FUSed in sarcoma), implicated in RNA metabolism, and coiled-coil-helix-coiled-coil-helix domain 10 (CHCHD10), which plays a role in mitochondria stability. Both these genes have been investigated through different model systems, from small invertebrate models to patient biopsies. However, the major phenotypic features obtained in these models are complex and often controversial. The objective of this work is to provide new insights on the implication of these genes in ALS through the use of new models.To investigate the pathogenic mechanisms induced by FUS and CHCHD10, we generated and characterized two novel stable non-sense mutant zebrafish models for the orthologues of these genes and highlighted several ALS phenotypic features. We demonstrated, for the FUS model but not for CHCHD10, reduced lifespan, locomotor disabilities, aberrant motor axons, disorganized neuromuscular junction (NMJ), muscle and mitochondrial alteration, as well as molecular changes. These findings indicate that loss of fus expression is responsible for the occurrence of distal pathological signs at the NMJ, thus supporting a “dying-back” neuronopathy, in which early disease hallmarks start at the level of the NMJ and progress towards MN cell bodies

Les maladies neurodégénératives (MND) comprennent principalement les maladies neuromusculaires, dont la sclérose latérale amyotrophique (SLA), les démences, dont la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson, la sclérose en plaques, la maladie de Huntington. Du fait de la multiplicité des facteurs à l’origine d’une perte pondérale, les MND sont à risque de dénutrition, ce qui peut altérer l’évolution de ces pathologies et la qualité de vie des patients. Le but de ce travail était d’étudier le statut nutritionnel et/ou l’effet de la prise en charge de patients atteints de SLA et de troubles cognitifs (démence vraie et/ou Mild Cognitive Impairment [MCI]) en France dans le cadre d’un réseau de santé, mais aussi en Afrique Centrale. Le réseau de santé Limousin Nutrition (LINUT) réalise des évaluations et interventions nutritionnelles au domicile de patients atteints de SLA et pour les résidents d’Etablissements d’Hébergement pour Personnes Agées Dépendantes (EHPAD). La première évaluation par le réseau des patients à domicile atteints de SLA retrouvait plus de troubles de la déglutition qu’en consultation spécialisée (60,0% vs 47,5%) ainsi que des troubles du goût (43,8%), non encore décrits lors de la SLA. Des améliorations de pratiques étaient proposées. Le réseau évaluait également des résidents en EHPAD, déments ou non déments, à la fois initialement et après un suivi d’environ 4 mois. La dénutrition touchait plus souvent les patients déments (56,1% vs 46,4% p=0,004), et les apports énergétiques de tous les résidents (26,4 ± 8,8 kcal/kg/j) étaient inférieurs aux recommandations. L’intervention du réseau permettait d’améliorer le statut nutritionnel des patients déments (+0,29 ± 0,07 point de MNA®/mois, p=0,003) ainsi que les apports énergétiques de tous les résidents à 4 mois. Les études « Epidémiologie de la Démence en Afrique Centrale » (EDAC) et « Epidemiology of Dementia in Central Africa » (EPIDEMCA) étaient menées en République Centrafricaine (RCA) et au Congo. Dans ces deux études, les personnes âgées démentes étaient plus souvent dénutries que les non démentes (EDAC : 34,7% vs 17,7%, p&lt;0,0001 ; EPIDEMCA : 60,0% vs 31,3%, p&lt;0,001). Dans l’étude EDAC, le fait de ne consommer qu’un repas par jour constituait un risque de dénutrition chez les déments (OR=7,23 [IC95% : 1,65-31,7, p=0,003]. De plus, les déments consommaient moins de fruits que les non déments (aucune consommation : 54,0% vs 36,7%, p=0,008). Dans l’étude EPIDEMCA, en RCA, une faible consommation d’oléagineux en zone rurale était associée à la présence d’une démence (OR=2,80 [IC95% : 1,02-7,70, p=0,046]), et une consommation d’alcool (quantités non étudiées) en population générale était négativement associée (OR=0,34 [IC95% : 0,14-0,83, p=0,018]). Aucune association n’était retrouvée au Congo. Des facteurs nutritionnels associés aux troubles cognitifs étaient identifiés : un Indice de Masse Corporelle &lt;18,5kg/m2 , un périmètre brachial &lt;24cm et une circonférence musculaire brachiale &lt;5èmepercentile étaient associés en RCA à la démence (OR=2,66 [IC95% : 1,39-5,07, p=0,003] ; OR=1,97 [IC95% : 1,03-3,77, p=0,041] ; OR=2,94 [IC95% : 1,34-6,45, p=0,007], respectivement), et au Congo seule la circonférence musculaire brachiale &lt;5èmepercentile était associée aux MCI (OR=3,61 [IC95% : 1,70-7,64, p=0,001]). Ces différents travaux permettent de disposer de nouvelles données concernant les patients atteints de SLA et de troubles cognitifs dans deux régions du globe. En France, une prise en charge par un réseau de santé est possible et semble améliorer le statut nutritionnel des personnes atteintes de MND. En Afrique Centrale, plusieurs facteurs associés aux troubles cognitifs ont été identifiés. Ces premiers résultats doivent être confirmés afin de proposer des moyens de prévention ciblés<br>Neurodegenerative diseases (NDD) mainly concern neuromuscular diseases, including amyotrophic lateral sclerosis (ALS), dementia, including Alzheimer's disease, Parkinson's disease, multiple sclerosis, Huntington's disease. Due to the multiplicity of factors inducing a weight loss, the NDD are at risk of malnutrition, which can alter the evolution of these diseases and the quality of life of patients. The purpose of this work was to assess the nutritional status and / or the effect of treatment of patients with ALS and cognitive disorders (dementia and / or mild cognitive impairment [MCI]) in France with a health network, but also in Central Africa. The health network Limousin Nutrition (LINUT) realizes assessments and nutritional interventions in ALS patients at home and in residents of nursing homes (NH). The first evaluation by the network of ALS patients found more swallowing disorders than specialized consultation (60.0% vs. 47.5%) and taste disorders (43.8%), not further described in ALS. Improvements of practices were proposed. The network assessed also residents in NH, with or without dementia, initially and after a 4 months follow-up. Malnutrition affected more often demented patients (56.1% vs. 46.4% p=0.004), and energy intakes of all residents (26.4 ± 8.8 kcal/kg/d) were below the recommendations. The network intervention improved the nutritional status of patients with dementia (+0.29 ± 0.07 point of MNA®/month, p=0.003) and energy intake of all residents at 4 months. Two studies named

TDP-43 est une protéine de liaison aux acides nucléiques qui joue un rôle essentiel dans le métabolisme de l'ARN. À l'état physiologique, un contrôle strict des niveaux d’expression de cette protéine est critique pour la fonction et la survie cellulaire. Une boucle d'autorégulation négative est à la base de ce contrôle du taux intracellulaire de TDP-43. Laquelle a été identifiée comme le constituant principal des inclusions observées chez une majorité des patients atteints de Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) ou de Dégénérescence Lobaire Fronto-Temporale (DLFT). A ce jour, plus de 50 mutations faux-sensdu gène TARDBP/TDP-43 ont été décrites chez des patients DLFT/SLA, démontrant le rôle clé de TDP-43 dans ces pathologies neurodégénératives. Notons cependant que les conséquences fonctionnelles de ces mutations ne sont pas complètement déterminées. Plusieurs études suggèrent qu’une élévation des niveaux d’accumulation de TDP-43 pourraitparticiper aux mécanismes physiopathologiques. La modulation du cycle de production de TDP-43 pourrait donc constituer une nouvelle stratégie thérapeutique. Ce travail de recherche avait donc pour principal objectif d’identifier des modulateurs génétiques de la production de TDP-43 en utilisant un nouveau modèle de drosophile transgénique mimant les principales étapes d’autorégulation de TDP-43. Nous avons ainsi pu montrer que la modulation des niveaux d’expression de la protéine TCERG1 et de plusieurs facteurs d'épissage, parmi lesquels SRSF1, SRSF3 et SF3B1, influe sur les niveaux de production deTDP-43. Nous avons également montré que la présence des mutations DLFT/SLA n’altère pas la capacité de la protéine à s’autoréguler<br>TDP-43 is a DNA/RNA binding protein that plays an important role in RNA metabolism. In the physiological state, strict control of its expression levels is critical for cell function and survival. TDP-43 expression is tightly regulated through an autoregulatory negative feedback loop. This protein has been identified as the principal component of the inclusions observed in a majority of patients with Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) or FrontoTemporal Lobar Degeneration (FTLD). To date, more than 50 missense mutations of the TARDBP / TDP-43 gene have been described in FTLD / ALS patients, demonstrating the key role of TDP-43 in these neurodegenerative pathologies. However, the functional consequences of TDP-43 mutations are not completely determined. Several studies suggest that high accumulation levels of TDP-43 may participate in pathophysiological mechanisms. The modulation of the production cycle of TDP-43 may therefore provide a new therapeutic strategy. The main goal of this research project was to identify genetic modulators of TDP-43 production by using a novel transgenic Drosophila model mimicking main steps of TDP-43 the autoregulatory mechanism. We identified several splicing factors, including SF2, Rbp1 and Sf3b1, as genetic modulators of TDP-43 production. We have also shown that modulation of TCERG1 expression levels affect TDP-43 production levels in flies. Finally, we found that FTLD/ALSlinked TDP-43 mutations do not alter TDP-43’s ability to self-regulate its expression and consequently of the homeostasis of TDP-43 protein levels

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est la maladie des neurones moteurs la plus fréquente, affectant 4-6 individus par 100,000 habitants à l’échelle mondiale. La maladie se caractérise par une faiblesse et une atrophie musculaire suite à la dégénérescence des neurones du cortex moteur, tronc cérébral et moelle épinière. Les personnes atteintes développent les premiers symptômes à l’âge adulte et la maladie progresse sur une période de trois à cinq ans. Il a été répertorié qu’environ 10% des patients ont une histoire familiale de SLA; 90% des gens affectés le sont donc de façon sporadique. La découverte il y a 19 ans de mutations dans le gène zinc/copper superoxide dismutase (SOD1), présentes dans 15-20% des cas familiaux de SLA et environ 2% du total des individus affectés, a été l’événement déclencheur pour la découverte de variations génétiques responsables de la maladie. La recherche sur la génétique de la SLA a connu une progression rapide ces quatre dernières années avec l’identification de mutations dans de nouveaux gènes. Toutefois, même si certains de ces gènes ont été démontrés comme réellement liés à la maladie, la contribution d’autres gènes demeure incertaine puisque les résultats publiés de ceux-ci n’ont pas, à ce jour, été répliqués. Une portion substantielle de cas reste cependant à être génétiquement expliquée, et aucun traitement à ce jour n’a été démontré comme étant efficace pour remédier, atténuer ou prévenir la maladie. Le but du projet de recherche de doctorat était d’identifier de nouveaux gènes mutés dans la SLA, tout en évaluant la contribution de gènes nouvellement identifiés chez une importante cohorte multiethnique de cas familiaux et sporadiques. Les résultats présentés sont organisés en trois sections différentes. Dans un premier temps, la contribution de mutations présentes dans le gène FUS est évaluée chez les patients familiaux, sporadiques et juvéniles de SLA. Précisément, de nouvelles mutations sont rapportées et la proportion de mutations retrouvées chez les cas familiaux et sporadiques de SLA est évaluée. De plus, une nouvelle mutation est rapportée dans un cas juvénile de SLA; cette étude de cas est discutée. Dans un deuxième temps, de nouvelles avenues génétiques sont explorées concernant le gène SOD1. En effet, une nouvelle mutation complexe est rapportée chez une famille française de SLA. De plus, la possibilité qu’une mutation présente dans un autre gène impliqué dans la SLA ait un impact sur l’épissage du gène SOD1 est évaluée. Finalement, la dernière section explique la contribution de nouveaux gènes candidats chez les patients atteints de SLA. Spécifiquement, le rôle des gènes OPTN, SIGMAR1 et SORT1 dans le phénotype de SLA est évalué. Il est souhaité que nos résultats combinés avec les récents développements en génétique et biologie moléculaire permettent une meilleure compréhension du mécanisme pathologique responsable de cette terrible maladie tout en guidant le déploiement de thérapies suite à l’identification des cibles appropriées.<br>Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is the most common of motor neuron diseases, affecting 4-6 individuals per 100,000 individuals worldwide. ALS is characterized by muscle weakness and atrophy caused by the degeneration of neurons located in the motor cortex, brain stem and spinal cord. This fatal disease generally has an adult onset and progresses over a three to five year period. While 10% of patients affected have a family history of the disease, 90% of cases do not and are considered sporadic. The finding of mutations in the zinc/copper superoxide dismutase gene (SOD1) gene 19 years ago in about 15-20% of familial ALS (FALS) patients and approximately 2% of overall cases developed the interest of identifying rare genetics variants causing the disease. The ALS research field experienced a rapid progression during the last four years as mutations in new genes have been identified. While mutations in some of those new genes have been clearly linked to ALS, the role of others is still questionable and so far has not been positively replicated in other populations. Importantly, a significant portion of cases still need to be genetically explained and, unfortunately, there is still no effective treatment to cure, attenuate or prevent the disease. The aim of this Ph.D research project was to identify new ALS mutated genes while analysing the causative role of other newly identified genes in a large familial and sporadic ALS cohort of different origins. The results presented here are categorized into three different sections. First, the contribution of FUS mutations to familial, sporadic and juvenile ALS is analysed. Specifically, new FUS mutations are reported in ALS cases and the proportions of variants present in the tested familial and sporadic ALS cohorts are assessed. In addition, a new mutation is reported in a juvenile ALS patient, and this interesting case is discussed. Second, new genetic avenues are explored for the SOD1 gene. Precisely, a new and complex SOD1 mutation is reported in a French ALS family. Moreover, the possibility that other ALS mutated genes influence SOD1 splicing events is evaluated. Third, the contribution of new candidate genes is evaluated. Precisely, the contribution of OPTN, SIGMAR1 and SORT1 genes to the ALS phenotype is assessed. Hopefully, our different findings combined with recent developments in genetics and molecular biology will permit a better understanding of the pathological mechanisms involved in the disease and will lead to the identification of the right targets in order to develop appropriate therapeutics for ALS patients.