Dissertations / Theses on the topic 'Sclérose latérale amyotrophique – Pathogenèse'

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative qui cause la mort des neurones moteurs, induisant une paralysie progressive et menant à la mort quelques années après l'apparition des premiers symptômes. Comme dans toutes les maladies neurodégénératives, l'inflammation est une composante principale de la pathogénèse de la SLA. Une des cellules effectrices de cette inflammation, la cellule microgliale est le sujet central de cette thèse. Avec l'apparition des symptômes, la microglie passe d'un phénotype anti-inflammatoire et neuroprotecteur à un phénotype aberrant et neurotoxique. Il est nécessaire d'élucider les mécanismes cellulaires responsable du changement de phénotype et l'identification des facteurs maintenant ces phénotypes pour permettre le développement de thérapies efficaces ciblant l'inflammation. Ainsi dans cette thèse, nous tâchons d'identifier, en utilisant divers outils moléculaires et modèles animaux, la signature microgliale à différents stades de la SLA. Durant le stade présymptomatique, nous identifions, par l'étude du sécrétome microglial, la cytokine immunosuppressive interleukine-10 comme responsable du maintien du phénotype anti-inflammatoire. Cette cytokine est à la fois produite par les cellules microgliales et reconnue par celles-ci, grâce au récepteur IL-10R. Le blocage d'IL-10R a pour conséquence d'accélérer la progression de la maladie et de diminuer la survie dans un modèle murin. Aussi, l'augmentation de l'expression de cette cytokine à l'aide d'un vecteur viral mène à une diminution de la vitesse de la progression de la maladie et allonge la durée de vie chez ce même modèle murin. Dans le but de comprendre les mécanismes cellulaires impliqués dans le changement phénotypique de la microglie avec l'apparition des symptômes de la SLA, nous utilisons un système-modèle pour le profilage moléculaire spécifique à la microglie. Cet outil, EDTA TRAP, consiste en l'immunopurification des ribosomes microgliaux et l'identification subséquente des ARNm et des protéines séquestrés sur ces ribosomes. Il a été possible d'identifier une forte disparité dans la nature des ARNm et des protéines les plus régulés. Le profil transcriptomique de la microglie symptomatique dénote une fonction phagocytaire et possiblement neuroprotectrice pour la microglie alors que son profil protéomique est proliférateur et potentiellement neurotoxique. La disparité de ces deux profils s'explique par la répression de la traduction d'ARNm issus de gènes immunitaires par un mécanisme impliquant l'interaction de leur 3'UTR et de la protéine liant l'ARN SRSF3. La forme phosphorylée de cette protéine s'accumule spécifiquement du cytoplasme des cellules microgliales proportionnellement avec la progression de la maladie. La diminution de l'expression de SRSF3 à l'aide d'un oligonucléotide interférent rétablit la traduction des ARNm immunitaires et la fonction phagocytaire de la microglie associée à ces ARNm. Cela mène à une progression plus lente de la maladie et une plus longue survie dans un modèle murin. Ainsi, l'utilisation d'un oligonucléotide interférant contre SRSF3 pourrait être une nouvelle avenue thérapeutique dans le traitement de la SLA. La compréhension des divers mécanismes cellulaires impliquant la protéine SRSF3 est importante pour comprendre son dynamisme dans la SLA. SRSF3 est la plus petite protéine de la famille SR. Cette famille se distingue par leur structure soit un ou deux motifs de reconnaissance de l'ARN en N-terminus et un domaine riche en arginine et en sérine hautement phosphorylable en C-terminus. SRSF3 peut être phosphorylé dans le noyau par la kinase CLK1 ou dans le noyau et dans le cytoplasme par les kinases SRPK. SRSF3 est impliqué dans l'épissage, le transport nucléo-cytoplasmique et la traduction, entre autres. La dérégulation du niveau d'expression ou de la phosphorylation de SRSF3 peut drastiquement changer son rôle dans la cellule. Ainsi, SRSF3 est impliqué dans diverses maladies comme le cancer, les infections virales ou la SLA. Les mécanismes cellulaires régissant le dynamisme de SRSF3 doivent ainsi être bien compris dans le but de faire de l'oligonucléotide interférent contre SRSF3 une thérapie efficace contre la SLA
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder that leads to motoneuron loss, progressive paralysis and death a few years after the first symptoms. As every other neurodegenerative disorder, inflammation is a main component of ALS pathogenesis. One of the cell type implicated in this inflammation, the microglia, is the central subject of this thesis. With the emergence of the symptoms, microglia transforms from an anti-inflammatory and neuroprotective phenotype to an aberrant and neurotoxic phenotype. It is necessary to elucidate the cellular mechanisms underlying this phenotypic change and the factors maintaining these phenotypes to allow the development of effective inflammation-targeting therapies. In this thesis we seek to identify, using multiple molecular tools and animal models, the microglial signature at the different stage of the disease. During the symptomatic stage, we identified the immunosuppressive cytokine IL-10 to be responsible for maintaining the anti-inflammatory phenotype. This cytokine is at the same time produced and recognized by microglial cells. Blocking IL-10 receptor accelerated disease progression and shortened survival in a mouse model. Moreover, the augmentation of the expression of IL-10, using a viral vector, slowed disease progression and lengthened lifespan in the same mouse model. In order to understand the cellular mechanisms implicated in the microglial phenotypic change in ALS, we used a system-model for the microglia-specific molecular profiling. This tool, EDTA-TRAP, consists in the microglial poly-ribosome immunopurification and the subsequent identification of in-translation mRNAs and proteins sequestered on these ribosomes. It was possible to identify a strong mismatch in the nature of the most regulated mRNAs and proteins. The transcriptomic profile of symptomatic microglia denotes a phagocytic and possible neuroprotective function for microglia while its proteomic profile is proliferative and potentially neurotoxic. The discrepancy between these two profiles is explained by the repression of immune gene mRNA translation by a mechanism implicating the interaction of their 3'UTR and the RNA-binding protein SRSF3. The phosphorylated form of SRSF3 specifically accumulates in microglia cytoplasm proportionally with disease progression. The decrease of SRSF3 expression by an interfering oligonucleotide restores immune mRNA translation and the microglial phagocytic function. This leads to and slower disease progression and a longer survival in a mouse model. Hence, the use of an interfering oligonucleotide against SRSF3 could be a new therapeutic avenue in ALS treatment. The understanding of the diverse cellular mechanisms implicating SRSF3 is important in elucidating its dynamic function in ALS. SRSF3 is the shortest protein from the SR family. This family can be distinguished by their structure : one or two N-terminal RNA recognition motif and a C-terminal highly phosphorylatable arginine and serine rich domain. SRSF3 can be phosphorylated in the nucleus by the CLK1 kinase or in the nucleus and the cytoplasm by the SRPK kinases. SRSF3 is implicated in splicing, nucleocytoplasmic transport and translation, among others. The deregulation of the expression level or the phosphorylation of SRSF3 can drastically change its role in the cell. Hence, SRSF3 is implicated in many diseases such as cancer, viral infection and ALS. The cellular mechanisms governing SRSF3 dynamism should then by well understood in order to make the interfering oligonucleotide against SRSF3 an efficient therapy to treat ALS.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative incurable. Environ 10% des cas de SLA sont familiaux (SLAF) et 90% sont sporadiques (SLAS). À l'heure actuelle, des mutations dans les gènes SOD1 et TARDBP demeurent parmi les principales causes de SLAF. Plusieurs évidences tendent à attribuer aux facteurs environnementaux une place de plus en plus importante dans l'identification de causes probables de la SLAS. Cependant, notre compréhension des mécanismes menant à des anomalies dans ces gènes ou à l’exposition à divers facteurs environnementaux et à la mort des neurones moteurs reste limitée. À ce jour, aucun traitement efficace n’a encore été décrit pour la SLA. C’est pourquoi le développement d’une immunothérapie avec des anticorps anti-SOD1 mal repliée spécifiques nous permettra de mieux comprendre les mécanismes et les causes environnementales susceptibles d’être impliqués dans la SLAS. Ceci ouvrira de nouvelles perspectives diagnostiques et thérapeutiques pour le traitement de cette maladie encore incurable.
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease. About 10% of cases are familial (FALS) and 90% are sporadic (SALS). Currently, mutations in SOD1 and TARDBP genes are among the main causes of FALS. Many evidences suggest that environmental factors can be an important element in the identification of probable SALS causes. However, our comprehension of mechanisms leading to mutations in these genes or exposure to different environmental factors, to the death of motor neurons is still limited. Currently, there is not efficient cure for ALS. The development of an immunotherapy with specific anti-misfolded SOD1 antibodies will therefore help us to understand the mechanisms and environmental factors that may be involved. This can lead to new perspectives for early diagnosis and prognosis, and new therapeutic approaches for this yet incurable disease.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est la maladie du motoneurone la plus fréquente chez les adultes. Elle se caractérise par une perte progressive des motoneurones supérieurs et inférieurs menant à une paralysie et au décès entre deux à cinq ans après le début des symptômes. Environ 10% des patients ont une forme familiale (fSLA). Jusqu’à 15% des patients atteints de la SLA peuvent également présenter une démence fronto-temporale (DFT). La DFT se présente par des troubles de comportement et un changement de personnalité. Plusieurs gènes sont identifiés dans fSLA, incluant superoxide dismutase 1 (SOD1), TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43), Fused in sarcoma (FUS), optineurin (OPTN), Tank-binding kinase 1 (TBK1) et ubiquiline-2 (UBQLN2). Ces mutations ont mené à la compréhension de plusieurs mécanismes pathologiques. L’un des mécanismes les mieux décrit est la formation d’inclusions cytoplasmiques de TDP-43. Ces inclusions contiennent d’autres protéines telles qu’UBQLN2 et ubiquitine et représentent le marqueur neuropathologique classique de la maladie. UBQLN2 est une protéine impliquée dans le système de dégradation du protéasome (UPS) et l’autophagie. Des mutations dans le gène UBQLN2 ont été lié à l’agrégation de TDP-43 dans des cellules en culture. En revanche, nous possédons très peu de connaissances sur les mécanismes pathologiques impliquant UBQLN2. Dans cette thèse, nous avons utilisé des neurones en culture pour surexprimer les formes native et mutante d’UBQLN2 humain et pour étudier l’effet sur la délocalisation cytoplasmique et l’agrégation de TDP-43. La surexpression d’UBQLN2WT ou d’UBQLN2P497H entraînait une accumulation cytoplasmique et une agrégation de TDP-43. Puisque notre groupe a déjà démontré une interaction entre la sous-unité p65 de NF-κB et TDP-43, nous avons analysé l’activation du facteur NF-κB par la surexpression d’UBQLN2 WT ou P497H. Nous avons observé une activation du facteur avec l’expression des deux formes d’UBQLN2. Cette activation était dépendante de la MAPK p38 en réponse à un stress cellulaire et une accumulation cytoplasmique d’UBQLN2/TDP- 43. L’augmentation de l’activité de NF-κB causait une mort neuronale et celle-ci était réversible par le traitement des cellules avec la Withaferine A, un inhibiteur de NF-κB. Puisque nous avons déterminé qu’il y avait un effet synergique important sur l’agrégation de TDP- 43 par la surexpression d’UBQLN2, nous avons décidé de générer un nouveau modèle de souris transgénique avec mutation dans UBQLN2 et dans TDP-43. Les souris ont été générées par l’introduction du gène UBQLN2P497H sous le contrôle du promoteur du gène neurofilament lourd (NFH). Les souris simples transgéniques UBQLN2P497H étaient ensuite croisées avec nos souris TDP-43G348C précédemment décrites pour produire des souris double transgénique UBQLN2P497H; TDP-43G348C. Bien que les souris simples transgéniques UBQLN2P497H développaient seulement un trouble cognitif léger, les souris doubles transgéniques développaient les caractéristiques classiques de la SLA/DFT avec agrégation cytoplasmique de TDP-43, perte de motoneurones, dégénérescence axonale et atrophie musculaire, troubles moteurs et cognitifs et une gliose entourant les motoneurones. Nous avons ensuite utilisé ce modèle pour approfondir notre compréhension des mécanismes d’agrégation d’UBQLN2 et de TDP-43 et de leur rôle dans l’inflammation. Nous avons observé que les microglies provenant des souris doubles transgéniques étaient plus sensibles à la stimulation aux lipopolysaccharides (LPS) et que l’activité NF-κB était plus importante dans les cerveaux provenant des souris doubles transgéniques. Nos résultats ont également suggéré que l’agrégation d’UBQLN2 entraînait une séquestration d’ubiquitine, réduisant ainsi l’efficacité du protéasome et la clairance de TDP-43. D’ailleurs, l’augmentation du pool d’ubiquitine a permis d’améliorer l’efficacité du protéasome et favoriser le retrait de TDP-43 des agrégats et d’augmenter sa dégradation. En conclusion, cette thèse démontre un rôle important de la protéine UBQLN2 dans la délocalisation de TDP-43 sous formes d’agrégats en culture cellulaire et en modèle animaux. Cela suggère qu’UBQLN2 et TDP-43 possède un rôle synergique dans la physiopathologie de la SLA et dans la neuroinflammation qui leur est associée. Notre modèle double transgénique pourra certainement être utilisé pour tester des possibilités thérapeutiques. De plus, l’interaction entre UBQLN2 et TDP-43 pourrait être ciblé pour traiter la SLA/DFT.
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is the most common motor neuron disease in adults. It is characterized by progressive lost of upper and lower motor neurons leading to paralysis and eventually death from 2 to 5 years after the onset of the symptoms. Approximately 10% of the patients have a family history and the remaining patients have a sporadic form of the disease. Up to 15% also have fronto-temporal dementia (FTD) with prominent behavioral and personality changes. Numerous genes are known to be mutated in the familial form of the disease. This includes mutation in superoxide dismutase 1 (SOD1), TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43), Fused in sarcoma (FUS), optineurin (OPTN), Tank-binding kinase 1 (TBK1) and ubqiquilin-2 (UBQLN2). These mutations lead to various pathological mechanisms. One of the most defined mechanism is the formation of cytoplasmic aggregates of TDP-43. These inclusions are positive for other proteins such as UBQLN2 and ubiquitin and are the pathological hallmark of the disease. UBQLN2 plays a central role in the ubiquitin proteasome system (UPS). Mutations in UBQLN2 have been link to TDP-43 pathology in vitro. However, the mechanisms underlying TDP-43 pathology induced by UBQLN2 are still unknown. In this thesis, we used neurons in culture and overexpressed human UBQLN2WT and human UBQLN2P497H to study the interaction between TDP-43 and UBQLN2. We demonstrated that the overexpression of UBQLN2 species enhanced TDP-43 cytoplasmic accumulation and aggregation. Since TDP-43 is known to interact with the p65 subunit of the NF-κB transcriptional factor, we analyzed the effect of UBQLN2 overexpression on the p65 activation. We observed an increase in NF-κB activation in cells transfected with either UBQLN2WT or UBQLN2P497H. We observed that the hyperactivation of NF-κB was caused by the action of the p38 MAPK in response to cellular stress and UBQLN2/TDP-43 cytoplasmic accumulation. This increase in NF-κB activity enhanced motor neuron death which was reversible by treatment with Withaferin A, a known NF-κB inhibitor. Because we observed an important synergistic effect in TDP-43 aggregation with UBQLN2 overexpression, we decided to generate a new transgenic mouse model with mutations in both UBQLN2 and TDP-43. Mice were generated with the expression of UBQLN2P497H gene under the control of the neurofilament heavy (NFH) promoter. The single transgenic UBQLN2P497H were then bred with our previously described TDP-43G348C transgenic mice. Whereas the single UBQLN2P497H transgenic mice developed only mild cognitive impairment, the double transgenic UBQLN2P497H; TDP-43G348C mice developed typical features of ALS/FTD with important TDP- 43 cytoplasmic aggregation, motor neurons loss, axonal degeneration, muscle atrophy, as well as motor and cognitive symptoms and gliosis. We took advantage of our new generated double transgenic mice to analyze the interaction between UBQLN2 and TDP-43 and to study the effect of aggregation of both proteins on inflammatory pathways. We observed that microglia from double transgenic mice were hyperresponsive to intraperitoneal injection of lipopolysaccharide (LPS) and that NF-κB activity was increased in double transgenic mice. Our results also suggested that UBQLN2 up-regulation induced TDP-43 aggregation by the sequestering of ubiquitin proteins into aggregates and the reduction of the UPS efficacy. Thus, increasing the pool of ubiquitin promoted the UPS function with ensuing reduction of TDP-43 cytosolic accumulation. In conclusion, this thesis demonstrates an important role of UBQLN2 species in TDP-43 mislocalization and aggregation in vitro and in vivo. It also suggests that UBQLN2 and TDP-43 possess a synergic role in neuroinflammation. Certainly, our double transgenic mice could be used to study future therapeutic avenues and these mechanisms could be targeted to treat TDP-43- associated ALS/FTD pathology.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie mortelle caractérisée par une dégénérescence des neurones moteurs supérieurs et inférieurs. La présence d’inclusions ubiquitinylées de la protéine TDP-43 (Transactive response DNA-binding protein 43) est une caractéristique de la SLA. Afin de comprendre le mécanisme pathogène impliquant cette protéine, nous avons généré et étudié des souris transgéniques en utilisant des fragments génomiques codant pour la TDP-43 humain, de type sauvage ou mutant, associés aux cas familiaux de la SLA. Ces souris développent de nombreux changements liés au processus pathologique et biochimique de la SLA chez l’homme : présence d’inclusions de la protéine TDP-43 ubiquitinylées, anomalies au niveau des filaments intermédiaires, axonopathie et neuroinflammation. Pour mieux comprendre le rôle de la protéine TDP-43 dans la régénération des axones, nous avons utilisé des souris pré-symptomatiques et effectué une lésion du nerf sciatique sur celles-ci. Suite à cette intervention, les souris transgéniques ont eu une paralysie marquée du membre lésé, ont démontré une redistribution altéré de TDP-43 et une regénération plus lente des axones distaux par rapport aux souris non transgéniques. De plus, nous avons constaté que la protéine TDP-43 interagit et colocalise avec la sous-unité p65 du facteur nucléaire [symbol]. Cette interaction se produit dans les cellules gliales et les neurones des souris transgéniques TDP-43 et aussi chez les patients atteints de la SLA. Nous avons démontré que les niveaux d’ARNm des protéines TDP-43 et [symbol] p65, sont plus élevés dans la moelle épinière des patients atteints de SLA que chez les individus sains et que la protéine TDP-43 agit comme un coactivateur de p65. Finalement, le traitement des souris transgéniques TDP-43 avec la Withaférine A, un inhibiteur de l’activité [symbol] , réduit le niveau de dénervation des jonctions neuromusculaires et des symptômes liés à la SLA. Nous suggérons donc que le dérèglement de la protéine TDP-43 contribue à la pathogenèse de la SLA en partie par l'augmentation de l'activation de [symbol] , et que [symbol] pourrait constituer une cible thérapeutique pour la maladie.
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a lethal disease characterized by degeneration of lower and upper motor neurons. Transactive response DNA-binding protein 43 (TDP-43) ubiquitinated inclusions are a hallmark of ALS. In order to understand the pathogenic mechanism caused by TDP-43, we generated transgenic mice with genomic fragments encoding human TDP-43 wild-type or FALS-linked mutants TDP-43G348C and TDP-43A315T. These novel TDP-43 transgenic mice develop many age-related pathological and biochemical changes reminiscent of human ALS including ubiquitinated TDP-43 positive inclusions, intermediate filament abnormalities, axonopathy and neuroinflammation. In order to understand the role of TDP-43 in axon regeneration, we used pre-symptomatic 3-months old mice and performed sciatic nerve crush on them. After axonal crush, TDP-43 transgenic mice were noticeably paralyzed at the injured limb, have altered TDP-43 redistribution and the distal axons regenerated slowly as compared to non-transgenic mice. Moreover, we found that TDP-43 interacts with and colocalizes with p65, a [symbol] subunit, in glial and neuronal cells from TDP-43 transgenic mice and also from ALS patients. We report that TDP-43 and [symbol] p65 mRNA and protein expression is higher in spinal cords of ALS patients than healthy individuals. TDP-43 acted as a co-activator of p65, and glial cells expressing higher amounts of TDP-43 produced more proinflammatory cytokines and neurotoxic mediators after stimulation with lipopolysaccharide or reactive oxygen species. TDP-43 overexpression in neurons also increased their vulnerability to toxic mediators. Treatment of TDP-43 mice with Withaferin A, an inhibitor of [symbol] activity, reduced denervation in the neuromuscular junction and ALS disease symptoms. We propose that TDP-43 deregulation contributes to ALS pathogenesis in part by enhancing [symbol] activation, and that [symbol] may constitute a therapeutic target for the disease.
Tableau d'honneur de la FÉSP

La sclérose latérale amyotrophique est une dégénérescence des motoneurones centraux et périphériques d'étiologie inconnue. La découverte, dans certains cas de SLA héréditaire, de mutations du gène codant pour la Cu-Zn-superoxyde dismutase (SOD1) a attiré l'attention sur le rôle possible du stress oxydatif dans cette affection. Nous avons exploré cette hypothèse en mesurant d'abord chez des sujets atteints se SLA sporadique les activités sérique et érythrocytaire de plusieurs enzymes du système antioxydatif. Nous avons constaté dans le plasma une élévation de l'activité SOD, une diminution de l'activité (à concentration normale) de la glutathion peroxydase (GPX) et une augmentation du taux de malone-dialdéhyde (indice de la lipoperoxydation). Une étude de confirmation a permis de préciser que la variété de SOD impliquée était l'isoenzyme extra-cellulaire (Ec-SOD). Une troisième étude a confirmé la diminution de l'activité GPX et l'augmentation de l'activité Ec-SOD mais non la SOD1, et montré en outre une augmentation des activités xanthine oxydase (XO) et glutathion-S-transférase (GST). Les taux plasmatiques de phosphore et de manganèse, et les taux plasmatiques et érythrocytaires d'aluminium et de cadmium étaient plus élevés chez les patients que chez les témoins, avec des perturbations analogues dans le LCR [etc]

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative incurable caractérisée par la perte sélective des motoneurones du cerveau et de la moelle épinière. Elle se manifeste par une faiblesse musculaire qui évolue vers une paralysie, entrainant la mort du patient dans les 3 à 5 ans après l’apparition des symptômes. Une réponse inflammatoire associée à l'accumulation de cellules immunitaire dans le système nerveux central (SNC) est une signature de la SLA. Ce travail propose d'étudier le rôle des cellules résidentes du SNC, notamment les astrocytes, et des cellules immunitaires périphériques, notamment les lymphocytes T CD8+, dans la SLA. Nous montrons qu'une fois infiltrées dans le SNC des souris mutantes modèles de la SLA (lignée SOD1G93A) des cellules T CD8+ s'activent et subissent une expansion de type oligoclonale. In vitro, les cellules T CD8+ issues de souris SOD1G93A sont capables d'induire la mort des motoneurones spécifiquement, par un mécanisme dépendant de la liaison du TCR avec le CMH de classe I. Nous rapportons que la déplétion périphérique des cellules T CD8+ chez les souris modèles de SLA permet de protéger une partie des motoneurones des processus neurodégénératifs. Une approche génétique permettra de confirmer l'implication des lymphocytes cytotoxiques dans l'évolution de la maladie
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease that is characterized by the selective loss of upper and lower motoneurons. Symptoms appears as muscular weakness, which irrevocably leads to muscle paralysis and death of patients within 3 to 5 years after onset of symptoms. An inflammatory response, along with the accumulation of blood-derived immune cells in the central nervous system (CNS) is a hallmark of the disease. This work proposes to investigate the role of resident cells of the brain, such as astrocytes and especially peripheral immune cells such as T CD8+ lymphocytes, in ALS pathogenesis. We show that once infiltrated in the CNS of SOD1G93A mice, CD8+ T cells become activated and undergo an oligoclonal expansion. In vitro, CD8+ T cells isolated from ALS mouse model (SOD1G93A strain) can trigger motoneuron death, in a manner that is dependent on the recognition of the MHC class I by TCR. We report that peripheral immunodepletion of CD8+ T cells is not sufficient to improve lifespan of SOD1G93A mice, but still permit to protect motoneurons from neurodegeneration. A genetic approach will confirm implication of CD8+ T lymphocytes in the disease

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
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 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
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

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
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 ou SLA est une affection neurodegenerative conduisant à la mort des motoneurones, et responsable du décès des patients en moins de trois ans après la survenue des premiers symptômes. En l'absence de la découverte des causes chez la plupart des patients a considérablement pesé dans les difficultés que nous rencontrons pour découvrir un nouveau traitement. Une meilleure approche de l'épidémiologie pourrait permettre d'améliorer la connaissance de la maladie et pourrait offrir la possibilité de mieux formuler les hypothèses physio pathologiques possibles. Dans un premier temps, nous avons etudié le taux de mortalité de la SLA en France entre 1968 et 2007. Le taux brut a été de 1,74/100.000 avec un taux plus important chez l'homme que chez la femme. Le rapport standardisé de mortalité, après correction pour l'âge et le sexe, a augmenté de 0,54 (95% IC = .49-.59) en 1968 pour atteindre 1.26 (95% IC =1.20, 1.32) en 2007. Cette augmentation de mortalité est mieux expliquée par un effet dit cohorte, qui implique tous les sujets nés en même temps, plutôt que par un effet dit période. Le changement d'exposition à des toxiques environnementaux pourraient expliquer ces effets cohortes. Nous avons ensuite analysé les taux et les prédicteurs de survie au Centre SLA de la Salpêtrière en se focalisant sur la période 2002-2009 pour la survie et 1995-2009 pour les prédicteurs. Aucune variable n'est meilleure pour prédire la survie, mais une combinaison de variables (le début par les membres, la durée début des symptômes et première visite, et la force musculaire) est associée à une survie prolongée. Ce taux de survie a clairement augmenté depuis 2006.

La sclérose amyotrophique latérale (SLA) est une maladie neurodégénérative due à la dégénérescence des motoneurones supérieurs dans le cortex moteur et des motoneurones inférieurs situés dans la moelle épinière et le tronc cérébral. La perte des neurones moteurs provoque l’atrophie et la paralysie progressive des muscles. Notre laboratoire a démontré en 2013 que la dégénérescence associée à la SLA n’était pas limitée aux motoneurones mais aussi aux neurones sérotoninergiques chez les patients et les modèles animaux de SLA. L’objectif de ma thèse a été de caractériser le rôle des neurones sérotoninergiques dans la SLA. On a observé une augmentation de l’expression du gène codant pour le récepteur 2B de la sérotonine (5-HT2B) chez les modèles murins de SLA. L’analyse du rôle du récepteur 5-HT2B dans le cas de SLA a montré que ce dernier est un modulateur de la maladie. La perte du récepteur 5-HT2B accélère la progression de la maladie et modifie la régulation de la réponse inflammatoire. En plus, nos travaux ont révélé que la perte des neurones sérotoninergiques est à l’origine du développement de la spasticité, un symptôme douloureux chez les patients SLA. Ces résultats ouvrent la voie à des approches thérapeutiques qui ciblent cette population neuronale affectée lors de la maladie pour traiter la spasticité et la neuroinflammation au cours de la maladie
Amyotrophic lateral sclerosis (SLA) is a neurodegenerative disease characterize by the loss of upper motor neurons in the motor cortex and lower motor neurons in the brainstem and spinal cord. The loss of motor neurons leads to muscle atrophy and progressive paralysis. In 2013 our laboratory identified a new neuronal population affected in ALS. They observed the degeneration of serotoninergic neurons in ALS patients and animal models. For this, the aim of my PhD is to identify the role of serotoninergic neurons in case of ALS. We observed an upregulation of serotonin receptor 5-HT2B in ALS mice models. The investigation of the role of 5-HT2B receptor in case of ALS showed its role as a disease modulator. The loss of 5-HT2B receptor accelerated disease progression and modulated neuroinflammatory response. Moreover, our results showed that the loss of serotoninergic neurons is responsible of the development of spasticity, a painful symptom observed in ALS patients. All these opened the way for therapeutic strategies targeting spasticity and neuroinflammation in case of ALS

Les cellules microgliales/macrophages périphériques participent à la dégénérescence des motoneurones au cours de la SLA. Cependant, l’implication et le site d’action des macrophages périphériques entourant l’axone du motoneurone n’étaient pas connus. Bien que ces deux populations partagent des caractéristiques communes, elles ont des origines développementales différentes, et évoluent dans des environnements différents ce qui pourrait induire une implication différente dans la SLA. Le but de cette étude était donc de caractériser l’implication des macrophages périphériques au cours de la SLA. Nous avons dans un premier temps confirmé l’activation des macrophages au cours de la maladie dans deux modèles murins de SLA (exprimant la SOD1 mutée) présentant une évolution différente de la maladie, et nous avons pour la première fois montré la présence de macrophages autour des axones des motoneurones dans la racine ventrale de la moelle épinière d’un patient atteint de SLA. Nous avons montré que l’infiltration des macrophages dans la moelle épinière était minimale et semblait dépendre de l’évolution de la maladie. Notre étude transcriptomique a montré que la microglie et les macrophages périphériques avaient des profils inflammatoires complexes et très différents. Enfin le remplacement des macrophages mutés, à la périphérie par des macrophages plus trophiques ou moins toxiques a permis d’améliorer différents signes pathologiques associés à la maladie et de ralentir sa phase symptomatique. Ainsi, nous avons montré qu’il est possible d’utiliser les macrophages périphériques pour moduler la progression de la maladie, et qu’ils constituent donc une cible à potentiel thérapeutique
Microglial cells and peripheral macrophages participate to motor neuron degeneration in ALS. However, the precise role of the peripheral macrophages surrounding motor neuron axons had not been discriminated from the role of CNS microglia. Although microglia and peripheral macrophages share common characteristics both populations have different developmental origins and are located in different cellular environments, which could lead to specific implications in the disease. In this study, we aimed to characterize the implication and the site of action of peripheral macrophages in ALS. We first confirmed the activation of peripheral macrophages in the sciatic nerve of two different mouse lines (expressing mutant SOD1) with different disease progression. We also showed for the first time the presence of macrophages surrounding motor neuron axons in the ventral root of a human ALS case. We showed that infiltration of macrophages in the spinal cord was minimal during the disease and was dependent on disease progression. Our transcriptional analyses showed major differences between microglia and peripheral macrophages even though both populations displayed a complex inflammatory profile. Finally, replacement of mutated macrophages by cells more neurotrophic or less neurotoxic led to an improvement of several pathophysiological markers and delayed symptomatic stage of the disease in ALS mice. In conclusion, we provide new evidence suggesting an active role of peripheral macrophages in ALS, supporting future therapeutic strategies by targeting peripheral macrophages

La Sclérose Latérale Amyotrophique est une maladie neurodégénérative de l'adulte caractérisée par la perte des neurones moteurs. Considérée comme une maladie affectant uniquement les voies motrices, des études ont apporté des preuves de l'atteinte précoce et parallèle des voies sensitives mais également des interneurones, pouvant précéder et mener à l'hyperexcitation des neurones moteurs. Bien que l'activité des motoneurones soit étroitement associée à celle des afférences sensitives et des interneurones, l'effet de ces derniers sur l'excitation des motoneurones et leur participation à la propagation des atteintes n'ont jamais été étudiées dans la maladie. Le but de cette thèse était d'une part, de confirmer et de caractériser anatomiquement et fonctionnellement les atteintes sensitives au niveau spinal et cortical chez les patients au stade précoce de la maladie et, d'autre part, d'évaluer l'effet induit par de tels influx sur l'activité des motoneurones mais également à travers des interneurones de la moelle cervicale et lombaire. L'originalité du projet de recherche était de se focaliser sur des muscles proximaux cliniquement non-atteints dont les motoneurones " pré-symptomatiques " reçoivent des influx sensitifs provenant de muscles distaux cliniquement atteints. Nous avons montré que : 1) malgré leur réduction, les afférences sensitives induisent l'hyperexcitation des motoneurones ; 2) l'état et l'excitabilité de ces noyaux moteurs sont inchangés à travers les afférences corticospinales alors qu'ils sont hyperexcités par les afférences périphériques ; 3) l'activité du système propriospinal cervical et lombaire, ainsi que l'inhibition récurrente sont renforcées
Amyotrophic Lateral Sclerosis is an adulthood neurodegenerative disease characterized by loss of motor neurons. Considered as a purely motor pathways disease, some investigations brought evidences for early and parallel sensory pathway impairments and for interneuron impairments that could precede and lead to motor neuron hyperexcitation. Although motoneuron activity is closely associated to sensory afferents and interneurons, their effects onto motoneuron excitation and their involvement in impairment spreading have not been studied yet. The aim of this thesis was on one hand, to confirm and characterize anatomically and functionally sensory impairment at spinal and cortical level in patients at the early stage of the disease and, on the other hand, to assess effects induced by these inputs onto motoneuron activity and through cervical and lumbar interneurons. Research project originality was to focus on proximal muscles clinically unaffected of which « presymptomatic » motoneurons receive sensory inputs from distal muscles clinically affected. We showed that: 1) despite their reduction, sensory inputs induce an hyperexcitation of motoneurons; 2) excitability and state of these motoneuron pools are normal through corticospinal afferents but are hyperexcited by peripheral afferents; 3) activity of cervical and lumbar propriospinal system and recurrent inhibition are reinforced

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est la plus fréquente des maladies du motoneurone chez l'adulte. Cette affection neurodégénérative touche à la fois les motoneurones périphériques localisés dans la corne antérieure de la moëlle épinière ou des noyaux moteurs du bulbe et les neurones moteurs centraux du cortex cérébrale. Sa physiopathologie est imparfaitement élucidée. L'existence de formes familiales dans 5 à 10 % des cas a permis de réaliser des modèles animaux sur lesquels sont évalués les molécules neuroprotectrices potentielles avant le passage à l'homme. Sur le plan clinique, l'évolution est progressive marquée par des paralysies extensives qui conduisent au décés dans des délais variables entre 2 et 5 ans. Le profil évolutif est hétérogène et il possible de déterminer schématiquement trois profils différents : des patients déclineurs rapides (environ 25 %) dont la médiane de survie est inférieure à 12 mois, des patients déclineurs lents avec une durée d'évolution supérieure à 5 ans (25 %) voire 10 ans (10 %) et enfin des patients avec un profil classique mais hétérogène avec une durée d'évolution moyenne de 36 mois. Cette variabilité évolutive ne permet pas en pratique clinique de prédire le pronostic à long terme même si des facteurs pronostiques sont bien identifiés. Ce travail de thèse, a été réalisé dans le cadre d'une cotutelle entre l'Université de Limoges et l'Université de la Républica en Uruguay. L'objectif majeur était de débuter des travaux collaboratifs de neuroépidémiologie comparée dans deux régions du globe distinctes : une région située dans les zones tempérées de l'hémisphère Nord et un pays localisé en zone subtropicale de l'hémisphère Sud. La recherche s'est déroulée sur une période de 3 ans avec un séjour pendant 1 an en France puis des séjours de 3 mois. Ce travail de recherche épidémiologique comporte 4 études publiées pour 2 d'entre elles et 2 en soumission dans les revues internationales. Le premier travail de recherche est focalisé sur l'étude de l'incidence de la SLA en Limousin depuis 10 ans. Le deuxième travail a comparé les données épidémiologiques de la SLA en Uruguay avec le centre de référence SLA situé au CHU de Limoges sur 2000-2004. Le troisième travail multicentrique a analysé les circonstances et les causes de décès de 302 patients suivis en France dans 16 centres experts en 2006-2007. Le quatrième travail a permis de compendre par un modèle multi-états le poids de certains facteurs pronostiques.

La SLA est une maladie neurodégénérative se caractérisant par la perte progressive et sélective des neurones moteurs. une mutation dans le gène codant pour VAPB a été associée avec la SLA. VAPB est une protéine du réticulum endoplasmique (RE) qui jouerait un rôle dans le transport de protéines et dans la réponse du RE aux protéines mal repliées. J'ai utilisé la technique de transfert viral de gène pour induire l'expression de VAPB humaine (hVAP-Bwt et hVAP-BP56S) dans les neurones moteurs in vitro. Nous avons observé que hVAPBP56S forme des agrégats cytoplasmiques et que la surexpression de hVAPBwt et hVAPBp56s induit la mort des neurones via un mécanisme dépendant du RE et du calcium. Dans les cellules Cos-7, l'expression de hVAP-Bwt et hVAP-Bp(-s bloque l'activité du protéasome via l'activation d'un stress du RE et la séquestration de la sous-unité 20S. Enfin, nous avons développé des souris transgéniques hVAPBp56s mais elles ne développent aucun phénotype moteur
ALS is a neurodegenerative disease characterized by a selective loss of motor neurons. A mutation in VAPB protein has been associated with ALS. VAPB, an endoplamic reticulum (ER) resident protein is proposed to play a role in protein transport and in the unfolded protein response. To manipulate VAPB (hVAPBwt and hVAPBp56s) expression in motor neurons in vitro, I used the viral gene transfer technology. hVAPBp56s induces selective motor neuron death which involved an ER-related pathway dependent on calcium signals. Studies on Cos-7 cells showed that hVAPBwt and hVAPBp56s impair the proteasome activity through the activation of ER stress and the sequestration of the 20S subnit. Moreover, we developed transgenic mice overxpressing hVAPBp56s which do not display any motor disorder

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une affection neurodégénérative touchant les motoneurones, habituellement mortelle en 3 à 5 ans. La cause de la maladie n'est pas connue et le seul traitement actuellement disponible ne permet qu'un allongement modeste de la survie. Des altérations fonctionnelles de la jonction neuromusculaire (JNM) ont été rapportées dans la SLA mais leur origine physiopathologique n'est pas connue. Nous avons étudié les JNM chez 11 patients atteints de SLA, en associant étude morphologique en microscopie confocale et analyse ultrastructurale. L'analyse fonctionnelle réalisée en EMG de surface retrouvait une anomalie de transmission neuromusculaire (décrément > 10%) chez 45% des patients. Des altérations morphologiques des JNM étaient visibles chez tous les patients, y compris au stade précoce de la maladie. Associé aux anomalies en rapport avec le phénomène de dénervation, nous avons observé un aspect anormal de spiculation de la gouttière primaire dans environ un tiers des cas. Une interposition marquée de la cellule de Schwann terminale entre la terminaison nerveuse et la membrane postsynaptique, pouvant altérer la transmission synaptique, était parfois visible. Nous avons objectivé une réinnervation compensatrice significativement plus importante chez les patients présentant une SLA d'évolution lente et montré que certains facteurs moléculaires musculaires comme l'histone déacétylase 4 pourraient jouer un rôle crucial dans la capacité de réinnervation. Ce travail a mis en évidence des altérations morphologiques majeures au niveau des JNM des patients atteints de SLA et a permis d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles
Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder affecting motor neurons, usually leading to death in 3 to 5 years. The only treatment currently available, riluzole, has a modest effect on survival. Functional alterations of the neuromuscular junction (NMJ) have been reported in ALS, but their pathophysiological significance remains unknown. We studied the morphology of neuromuscular junctions in muscle samples collected from 11 ALS patients, using confocal and electron microscopy. Functional analysis of the NMJs was performed using surface-recording of compound motor action potentials after repetitive nerve stimulation at slow stimulus rate. A significant decrement (>10%), suggesting impairment of the neuromuscular transmission, was present in 45% of the patients. Morphological alterations of the NMJs were present in all ALS patients even at the early-stages. Beside denervation-induced morphological changes, one third of the NMJs showed abnormal spike-like areas of the outer edge of the postsynaptic primary gutter. A marked interposition of the terminal Schwann cell between the nerve terminal and the postsynaptic membrane, which was likely to alter synaptic transmission, was sometimes present. We found a significantly greater compensatory reinnervation in muscle from patients with slowly progressive ALS. Furthermore, we identified that the muscle molecular factor histone deacetylase 4 could play a key role in muscle reinnervation and disease progression in patients with ALS. This work has highlighted the presence of major morphological changes at the NMJs of ALS patients and identified potential new targets for future treatment

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une affection mortelle caractérisée par une dégénérescence des motoneurones. Il s’agit habituellement une affection sporadique d'étiologie inconnue et pour laquelle il n'existe pas de marqueur diagnostique spécifique. Il a été récemment suggéré qu’un dysfonctionnement mitochondrial pourrait être impliqué dans la physiopathologie de la SLA. Dans ce travail, nous avons réalisé une étude temporelle du fonctionnement mitochondrial dans le muscle squelettique chez des patients avec une SLA en utilisant la technique des fibres perméabilisées à la saponine sur des fragments musculaires obtenus par biopsie. Nous avons démontré qu’il existe bien une altération progressive de la fonction mitochondriale dans le muscle squelettique dans la SLA au fur et à mesure que la maladie progresse. Néanmoins, cette altération ne semble pas être spécifique de la SLA et pourrait résulter de la dénervation musculaire. La protéine Nogo appartient à la superfamille des protéines associées à la myéline et possède dans sa région c-terminale un domaine spécifique de type réticulon. Le gène Nogo code pour plusieurs isoformes, dont Nogo-A. Des observations récentes ont permis de proposer l’utilisation de Nogo-A dans les biopsies musculaires comme marqueur diagnostique précoce de la SLA. Dans ce travail, nous avons réalisé une étude de l'expression de Nogo-A dans le muscle squelettique de patients avec une atteinte isolée du motoneurone spinal. Nos résultats suggèrent que l'expression de Nogo-A dans le muscle de ces patients est un test prédictif qui permet de déterminer lesquels d’entre eux vont développer une SLA. Nous avons également contribué à un travail qui a montré que l’expression musculaire de Nogo-A dans la SLA était corrélée avec la sévérité de l’état clinique du patient et avec le degré d’atrophie des fibres musculaires
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a lethal disease characterized by degeneration of motoneurons. ALS is usually a sporadic condition of unknown origin. No specific diagnostic marker of ALS exists. It was recently proposed that mitochondrial abnormalities may be involved in ALS pathophysiology. In this work, we performed a temporal study of mitochondrial function in skeletal muscle in patients with ALS using the skinned fiber technique. We demonstrated that mitochondrial function was progressively altered in skeletal muscle in ALS as the disease develops. However, this alteration may not be specific of ALS and may simply be the result of denervation. Nogo is a reticulon-type protein and a member of the myelin-associated proteins superfamily. The Nogo gene encodes several isoforms of the protein, including Nogo-A. Recent observations suggest that Nogo-A expression in skeletal muscle may be used as a diagnostic marker of ALS. In this work, we performed a study of Nogo-A expression in skeletal muscle of patients with lower motor neuron disease. Our results suggest that Nogo-A expression in skeletal muscle of these patients may predict which ones will eventually develop ALS. We also contributed to a study demonstrating that the expression of Nogo-A in skeletal muscle in ALS was correlated with the severity of the disease and with muscle fiber atrophy

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative incurable, qui touche les motoneurones de la moelle épinière et du cerveau. Elle se manifeste par une faiblesse musculaire qui évolue rapidement vers une paralysie générale, entrainant la mort du patient. Les principes moléculaires conduisant à la dégénérescence sélective des motoneurones demeurent encore mal connus, entravant le développement de nouvelles thérapies. Mon travail de thèse a permis l'identification d'une nouvelle voie de mort spécifique aux motoneurones, qui dépend du récepteur LT-βR et de son ligand LIGHT. De plus, cette voie de mort peut être déclenchée par une cytokine pro-inflammatoire, qui est l'interféron gamma (IFNγ). Nous avons pu montrer des signes d'activation de cette voie de mort chez des souris modèles de la SLA ainsi que dans les tissus de patients atteints de la maladie. En effet, on observe au cours de la maladie une augmentation des niveaux d'IFNγ dans les astrocytes et les motoneurones. Une approche génétique a par la suite permis de démontrer l'implication fonctionnelle de cette voie de mort dans le processus pathologique
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive, fatal neurodegenerative disease affecting primarily motoneurons in the brain and spinal cord. Symptoms of the disease include general muscle weakness, rapidly evolving in an overall paralysis, leading to the death of the patient. The precise mechanisms responsible for the selective vulnerability of motoneurons remain largely unknown, impeding therefore the development of effective therapies. My thesis work led to the discovery of a novel motoneuron selective death pathway dependent on the activation of LT-βR by LIGHT. This death pathway might also be triggered by the pro-inflammatory cytokine interferon gamma (IFNγ). Interestingly, we have documented signs of activation of this pathway in ALS mice and sporadic ALS patients, with IFNγ being upregulated in astrocytes and motoneurons. Furthermore, a genetic approach has provided evidence of the functional involvement of this death pathway in the pathogenic process

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
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

Une observation privilégiée d'association de maladie de la corne antérieure avec amylose AL nous a permis d'évoquer un mécanisme physiopathologique commun à ces deux affections rares. La fréquence accrue des proteines monoclonales au cours de la SLA, l'activité anticorps de ces paraproteines, l'activité contre certains constituants neurologiques, permettraient d'évoquer l'intervention d'une proteine monoclonale dans la génèse des lésions.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative fatale du sujet adulte caractérisée par la perte sélective des motoneurones (MN) rapides, des paralysies musculaires et un hypermétabolisme lipidique. L'exercice physique pourrait être envisagé comme traitement thérapeutique de la SLA. Sur les souris SLA, des protocoles de course différents ont des effets contradictoires en fonction de leur intensité. Dans ce contexte scientifique, nous avons comparé les adaptations neuromusculaires de souris sauvages et SLA SOD1 G93A soumises à un entraînement à la course sur tapis roulant et à la nage en piscine à courant que nous avons développée. Dans nos conditions expérimentales, la nage recrute préférentiellement les unités motrices rapides et active les MN de large surface, contrairement à la course qui recrute préférentiellement les unités motrices lentes (activation des MN de surface réduite et induction de transitions de fibres musculaires rapides vers lentes). Seule la nage retarde l'apparition des symptômes et allonge la durée de vie des souris SLA. Elle limite la mort des MN dans la moelle épinière lombaire et maintient l'intégrité des muscles squelettiques. Ces effets de la nage sont corrélés à l'adaptation du métabolisme énergique menant à une augmentation de l'utilisation du glucose et à la préservation des réserves lipidiques. Nos données mettent en évidence une relation entre l'activation et la protection des unités motrices rapides sensibles à la SLA. La détermination des mécanismes de neuroprotection induits par la nage dans les souris SLA nous permettrait de proposer de nouvelles voies thérapeutiques médicamenteuses aux patients atteints de SLA.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative dont les premiers symptômes apparaissent généralement vers 60 ans. Elle affecte sélectivement le système moteur et provoque une paralysie progressive amenant au décès du patient par défaillance respiratoire en quelques années. À ce jour, il n’existe aucun traitement curatif, d’où la nécessité de comprendre la physiopathologie de la SLA. Bien que de nombreuses altérations dans le muscle aient été mises en évidence, sa contribution dans la SLA reste à définir. Nous avons montré que FUS est enrichi dans les noyaux sous-synaptiques de façon dépendante de l’innervation. De plus, FUS se lie au promoteur des récepteurs de l’acétylcholine et induit leur transcription de façon dépendante d’ERM. Le mutant FUS, quant à lui, est enrichi dans les noyaux extra-synaptiques et entraîne une toxicité musculaire responsable de l’altération de la jonction neuromusculaire (JNM). Au-delà de la JNM, FUS active MEF2A, de façon dépendante de PRMT1 afin de réguler les fonctions mitochondriales et la différenciation musculaire. La toxicité musculaire de FUS joue donc un rôle clé dans la physiopathologie de la SLA
Amyotrophic lateral sclerosis is a neurodegenerative whose first symptoms generally appear around age 60. It is characterized by progressive motor neuron degeneration, paralysis and leading to death due to respiratory failure in a few years. Currently, there is no cure so the understanding of ALS physiopathology is necessary. Although many alterations in the muscle have been highlighted, its contribution in ALS remains to be defined. We showed that FUS is enriched in subsynaptic nuclei and this enrichment depended on innervation. Besides, FUS binds directly acetylcholine receptors (AchR) promoter and is required for Ermdependent induction of AChR expression. Conversely, mutant FUS is enriched on extra-synaptic nuclei and induce muscle intrinsic toxicity responsible for neuromuscular junction (NMJ) alteration. Beyond NMJ, FUS is required for muscle mitochondrial function and muscle differentiation through PRMT1-dependent MEF2A activation. Thus, FUS muscular toxicity plays a key role in the ALS physiopathology

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une affection neurodégénérative affectant sélectivement les motoneurones et conduisant au décès en 2 à 4 ans. Des facteurs génétiques, ainsi que diverses hypothèses physiopathologiques, telles que l’excitotoxicité et le stress oxydant, ont été évoqués pour expliquer la dégénérescence des motoneurones, mais aucune étiologie n’explique aujourd’hui la survenue de cette pathologie. Afin d’améliorer les connaissances des voies métaboliques impliquées dans la physiopathologie de la SLA, nous avons développé un modèle in vitro de co-Culture de motoneurones et d’astrocytes sur-Exprimant la Superoxyde Dismutase (SOD1) humaine sauvage ou mutée (SOD1G93C) et exposée au stress oxydant. Nous avons étudié les modifications de métabolisme après traitement oxydant par une approche métabolomique utilisant la chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse et une analyse statistique multivariée des résultats. Ainsi nous avons observé une modification de métabolites impliqués notamment dans le cycle de Krebs, la neurotransmission excitatrice et la synthèse du glutathion, dans un modèle in vitro de SLA exposé au stress oxydant
Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder affecting selectively motor neurons and leading to death in 2 to 4 years. Genetic factors and various pathophysiological hypotheses, such as excitotoxicity and oxidative stress, have been suggested to explain the degeneration of motor neurons, but today no etiology explains the occurrence of this disease. In order to improve the knowledge of the metabolic pathways involved in the pathogenesis of ALS, we developed an in vitro model of co-Culture of motor neurons and astrocytes over-Expressing human superoxide dismutase (SOD1), wild-Type or mutated (SOD1G93C), and exposed to oxidative stress. We studied the changes in metabolism after oxidative treatment with a metabolomics approach using gas chromatography-Mass spectrometry and multivariate statistical analysis. Thus we observed a change in metabolites involved in the citric acid cycle, the excitatory neurotransmission and the glutathione synthesis, in an in vitro model of ALS exposed to oxidative stress

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative caractérisée par une atteinte des motoneurones de la moelle épinière, du tronc cérébral et du cortex moteur. L'objectif de cette thèse a été d'identifier et d'analyser les mécanismes cellulaires et moléculaires aboutissant à la perte des motoneurones. Pour cela, nous avons poursuivi les recherches menées au laboratoire sur le gène nogo, inhibiteur reconnu de la régénérescence axonale, et identifié comme marqueur potentiel de la SLA. Les différentes isoformes de Nogo présentent un profil d'expression caractéristique dans le muscle des patients atteints de SLA. Nous avons montré que les niveaux protéiques de Nogo-A et Nogo-B sont corrélés à l'état fonctionnel du patient ainsi qu'à la surface des fibres oxydatives. Nos études immunohistochimiques montrent une localisation quasi exclusive de Nogo-A dans les fibres oxydatives atrophiques de patients atteints de SLA. Ceci suggère que le niveau d'expression de Nogo-A et Nogo-B constitue un marqueur moléculaire de la sévérité de la maladie. Afin de caractériser la fonction de Nogo-A au cours de la pathologie, nous avons croisé les souris G86R (modèle transgenique de la SLA) avec des souris invalidées pour le gène Nogo-A (Nogo-A-/-). Les souris G86R/Nogo-A-/- ont présenté une augmentation significative de la durée de vie par rapport aux souris G86R/NogoA+/+. Afin de déterminer si la seule expression musculaire de Nogo-A, telle que nous la détectons chez les patients atteints de SLA et les souris G86R, est suffisante pour provoquer une déstabilisation de la jonction neuromusculaire, nous avons réalisé des expériences de transfection in vivo en injectant un vecteur d'expression Nogo-A dans le muscle. Les résultats de ces études montrent que la morphologie de la jonction neuromusculaire est affectée par l'expression ectopique de Nogo-A. En conclusion, ce travail de thèse suggère que le muscle participe activement au développement d'une SLA
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease characterized by the loss of motor neurons in the spinal cord, brain stem and motor cortex. The objective of my PhD was to analyse the cellular and molecular mechanisms implicated in the loss of motor neurons. In this context, we carried out the studies conducted in our laboratory on the neurite outgrowth inhibitor Nogo identified as potential marker of ALS disease. Different isoforms of Nogo exhibit a specific pattern of expression in the muscle biopsies of ALS patients. Our studies showed that the protein levels of Nogo-A and Nogo-B correlated with the severity of clinical disability and with the mean area of oxidative fibres. In addition, the Nogo-A immunoreactivity was observed selectively in atrophic oxidative muscle fibres of ALS patients. These results suggest that Nogo-A and Nogo-B are the markers of disease severity. In order to characterise the function of Nogo-A in the pathology we crossbred the G86R ALS transgenic mice with the Nogo-A (Nogo-A-/-) knock-out mice. The life span G86R/ Nogo-A-/-was significantly increased. In order to determine if the muscular expression of Nogo-A as we observed in the muscle biopsies of ALS patients and in the muscle of G86R mice was sufficient to provoke destabilisation of neuromuscular junction (NMJ), we performed electrotransfer of a plasmid carrying Nogo-A gene into the soleus muscle of wild type mice. We observed that the morphology of the NMJ was affected by ectopic expression of Nogo-A. In conclusion, our results suggest that the muscle participates to the development of ALS

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative fatale de l'âge adulte, caractérisée par une perte de motoneurones, conduisant à une atrophie et une faiblesse musculaires. Des mutations de la superoxyde dismutase-1 (SOD1) provoquent une forme génétique de SLA. Comme chez les patients atteints de SLA, le modèle animal de SLA, SOD1 mutant, révèle que tous les motoneurones sont inégalement sensibles à l'évolution de la maladie. Les mitochondries, centrales énergétiques des cellules, sont des organelles précocement touchées dans la pathologie de la SLA. Un mécanisme attrayant qui sous-tend la susceptibilité différentielle est la nécessité bioénergétique variable de sous-ensembles distincts de motoneurones. Cela implique que dans le système nerveux central, la demande bioénergétique pourrait moduler le seuil pathologique. Même en l'absence de perte bioénergétique, on peut imaginer une situation dans laquelle une contrainte pathologique modifie le niveau à partir duquel la production ou la livraison de l'ATP devient insuffisant, précipitant la chute des neurones les plus vulnérables. Dans les neurones, la majorité de l'ATP est produite par les mitochondries et l'homéostasie des gradients d'ions est le procédé le plus énergivore. La fonction mitochondriale est moindre pour modifier les propriétés électriques des motoneurones si la disponibilité en ATP devient insuffisante pour permettre aux pompes ioniques de maintenir des gradients appropriés. Nous avons démontré que la concentration intracellulaire basale d’ATP dans des cultures de neurones moteurs est diminuée dans les cellules mutées SOD1 par rapport au type sauvage. Paradoxalement à ce résultat, le taux de consommation d'oxygène des mitochondries est augmenté dans les motoneurones SOD1m et il n'existe aucune preuve d'une augmentation de la consommation. Nos résultats appuient l'hypothèse intéressante qu'il y a un découplage entre la chaîne respiratoire et la production d'ATP. Ce découplage peut être utilisé comme une stratégie pour minimiser les propriétés toxiques des mitochondries hyper stimulées
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal adult-onset neurodegenerative disorder characterized by a loss of motor neurons, leading to muscle wasting and weakness. Mutations in superoxide dismutase-1 (SOD1) cause a form of ALS. As in ALS patients, the mutant SOD1 animal model of ALS reveals that not all motor neurons are equally susceptible to the disease process. An attractive mechanism underlying differential susceptibility is the variable bioenergetics need of distinct subsets of motor neurons. This implies that within the CNS, bioenergetics can modulate the pathological threshold. Even in the absence of loss in bioenergetics, one can envision a situation in which a pathological stress alters the level at which either the production or delivery of ATP becomes insufficient, precipitating the demise of the most vulnerable neuron types. In neurons, majority of ATP is produced by mitochondria and the homeostasis of ion gradients is the most energy-consuming process. Reduced mitochondrial function will modify the electrical properties of motor neurons if ATP availability becomes insufficient to allow ion pumps to maintain appropriate gradients. We demonstrated that the basal ATP intra-cellular concentration in motor neuron cultures lower in SOD1 mutated cells compared to wild type. Paradoxically to this result, the oxygen consumption rate of mitochondria is increase in mSOD1 cells and there is no evidence for an increase of consumption. Our results support the interesting hypothesis that there is an uncoupling between the respiratory chain and the ATP production. This uncoupling might be used as a strategy to minor the toxic properties of hyper stimulated mitochondrion

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative fatale. Le seul traitement ayant reçu l'AMM est le riluzole (RLZ). La minocycline (MNC) a montré être neuroprotectrice dans un modèle murin de SLA. L'objectif de ce travail a été d'explorer le passage cérébral du RLZ et de la MNC et plus particulièrement les mécanismes d'efflux médiés par les transporteurs ABC: la P-gp et la BCRP. Nous avons aussi exploré l'intéraction médicamenteuse entre RLZ et MNC. Nos essais ont montré que le RLZ et la MNC sont transportés par la P-gp et que le RLZ est aussi transporté par la BCRP. La MNC est inhibitrice de la P-gp et potentialise ainsi le passage intracérébral du RLZ qui lui a montré pouvoir induire la BCRP. Sur un modèle murin de SLA, l'expression cérébrale de la P-gp est induite et les concentrations cérébrales en RLZ sont plus faibles. Ces études devraient, être intégrées en préclinique, quand une association médicamenteuse est envisagée
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative fatal disease. Riluzole (RLZ) is the only approved drug used in ALS treatment. Minocycline (MNC) showed to be neuroprotective in a murine model of ALS. The objectif of our work was to study the cerebral transport of RLZ and MNC, emphasizing on the role played by P-gp and BCRP in this transport. We also studied the interaction between RLZ and MNC. We showed that both RLZ and MNC are substrates of P-gp and that RLZ is a substrate for BCRP. MNC inhibits P-gp and increases RLZ brain concentrations, while RLZ induces BCRP. In a murine model of ALS, P-gp was induced and RLZ brain concentrations decreased. These studies should be taken into consideration in preclinical studies, especially one two or more drugs are combined

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) 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) est une maladie fatale du motoneurone qui entraîne une paralysie progressive. Les cellules microgliales (macrophages du système nerveux central) jouent un rôle primordial dans la progression de la maladie, mais les facteurs provenant des motoneurones qui activent et attirent les cellules microgliales ne sont pas connus. Nos résultats montrent que la chimiokine CXCL12 est exprimé in vivo par les motoneurones dans un modèle de rat pour la SLA (exprimant la Cu/Zn superoxide dismutase mutée (SOD1G93A)) et que son principal récepteur,CXCR4 est exprimé in vitro et in vivo par la microglie. Notamment, l'expression motoneuronale de CXCL12 augmente au cours de la phase symptomatique de la maladie ainsi que celle de CXCR4 dans la moelle épinière lombaire des rats SOD1G93A. Au niveau fonctionnel CXCL12 induit, via CXCR4, une réponse morphologique microgliale (migration, activation) ainsi qu'une réponse chimiotactique. Cette dernière a été statistiquement plus importantes sur les cellules microgliales SOD1G93A par rapport au cellules contrôles à la concentration de 10ng/ml et fût inhibé par le bloquant de CXCR4, AMD3100. Finalement, nos études de blocage pharmacologique de CXCR4 (AMD3100) par voie intrathécale chez des souris exprimant la SOD1G93A, n'ont pas révélé une différence dans la survie. L'ensemble de ces travaux montrent une augmentation dans l'expression de CXCL12/CXCR4 au cours de la dégénérescence du motoneurone ainsi qu'un effet chimiotactique plus important de CXCL12 sur les microglies SOD1G93A, ce qui met en évidence un possible rôle de CXCL12/CXCR4 au cours de la dégénérescence des motoneurones dans des modèles de SLA
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal motor neuron disease that causes progressive paralysis. Microglial cells (macrophages of the central nervous system) play a crucial role in the progression of the disease. However the factors released by suffering motor neurons to activate and attract microglia are still largely unknown. Our results show that the chemokine CXCL12 is expressed by motor neurons in vivo and that its main receptor, CXCR4 is expressed in vitro and in vivo by microglial cells in a rat model for ALS ( expressing Cu / Zn superoxide dismutase mutant (SOD1G93A)). Notably , CXCL12 moto neuron expression and CXCR4 lumbar spinal cord expression, increases during the symptomatic phase of the disease in the SOD1G93A rats. At the functional level CXCL12 induced via CXCR4, a statistically sgnificant chemotactic response of SOD1G93A microglial cells compared with controls at a concentration of 10ng/ml cells. Finally , our study of pharmacological blockade of CXCR4 ( AMD3100 ) in mice expressing SOD1G93A , showed no difference in survival. Overall our studies show an increase in the expression of CXCL12/CXCR4 during motor neuron degeneration and a greater chemotactic effect of CXCL12 on SOD1G93A microglia, which highlights a possible role of CXCL12 / CXCR4 in motor neuron degeneration in ALS models

La SLA est la maladie du motoneurone la plus fréquente chez l’adulte conduisant à une paralysie progressive et la mort des patients. Les cellules microgliales, macrophage du SNC, sont impliquées dans la progression de la maladie. Sachant que la SLA est à caractère majoritairement sporadique, cibler la phase symptomatique et donc la microglie, semble pertinent pour la SLA. Les voies spécifiques impliquant la microglie et entraînant la dégénérescence des motoneurones sont encore largement inconnues. Nous avions donc pour objectif d'identifier les facteurs microgliaux agissant au cours de la dégénérescence des motoneurones. Etant donnée l'importance de l'excitotoxicité comme mécanisme potentiellement impliqué dans la neurodégénérescence de la SLA, ce projet a mis l'accent sur le glutamate libéré par les cellules microgliales par le biais du système xc- (sous-unité spécifique: xCT), un antiport cystine / glutamate, exprimé par la microglie. Nos résultats ont montré que les cellules microgliales exprimaient xCT et à un niveau plus élevé lorsqu’elles étaient activées. L'ARNm de xCT était également présent dans la moelle épinière de souris et son expression augmentée au cours de la maladie dans la moelle épinière de souris SLA. La délétion de xCT chez les souris SLA a entrainé une accélération du début de la maladie mais a permis de prolonger la durée de la phase symptomatique. Le système xc- microglial était responsable de la libération de glutamate et éliminer xCT a permis de renforcer le phénotype neurotrophique de la microglie. Ces résultats montrent que le système xc- pourrait être une cible pour ralentir la progression de la SLA
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is the most common adult onset motor neuron disease leading to paralysis and death of patients. Mutations in SOD1 are responsible for motor neuron degeneration through a non-cell autonomous mechanism. Microglial cells, the macrophages of the central nervous system, participate in the progression of the disease. Since ALS is mainly sporadic, targeting the symptomatic phase during which microglial cells are actively involved is relevant to ALS. Since microglial neurotoxic factors are still largely unidentified in ALS and excitotoxicity is one pathway suggested to cause motor neuron death, our hypothesis was to assess if glutamate released by microglia through system xc- (a cystine/glutamate antiporter with the specific subunit xCT) could participate to motor neuron death in ALS. We now show that primary microglial cells expressed xCT and to a higher level upon activation, that xCT transcripts were enriched in microglia compared to the whole spinal cord and absent in motor neurons. In addition, xCT mRNA levels were increased in mutant SOD1 mouse spinal cords during disease progression. Deleting xCT in mutant SOD1 mice accelerated the onset of the disease but increased the duration of the symptomatic phase. Microglial system xc- was responsible for release of glutamate by microglial cells and deleting xCT increased the neurotrophic profile of microglial cells. These results show that system xc- could be a good target to slow ALS disease progression

Parmi les pathologies des neurones moteurs, la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) se caractérise par une atteinte des neurones moteurs supérieurs et inférieurs alors que la Sclérose Latérale Primitive (SLP) et la Paraplégie Spastique Héréditaire (PSH) affectent principalement les neurones moteurs supérieurs. La maladie de Charcot Marie Tooth (CMT) se distingue par une atteinte démyélinisante ou axonale des neurones moteurs inférieurs et sensitifs. Mon travail de thèse a porté sur l’étude de la fonction de trois gènes mutés dans ces pathologies. 1. Des mutations autosomiques récessives du gène ALS2/alsine sont responsables de formes juvéniles de SLA, SLP et PSH. Alsine agit comme un facteur d’échange de nucléotides guanyliques pour les petites GTPases Rac1 et Rab5. Par la technique d’interférence à l’ARN, nous avons montré que la déplétion en Alsine perturbe l’endocytose des neurones moteurs inférieurs et induit de manière Rac1-dépendante un retard de croissance axonale et la mort cellulaire. Nous avons également démontré que les astrocytes sécrètent un facteur soluble capable de protéger les neurones moteurs inférieurs contre la perte d’Alsine. Cet effet protecteur pourrait expliquer la préservation relative de ce type de neurones chez les patients et les souris « knock out » pour alsine. 2. Des mutations dans frabine, un facteur d’échange de nucléotides guanyliques pour les GTPases de la famille Rho, ont été identifiées dans deux familles consanguines souffrant de CMT4H, une forme autosomique récessive démyélinisante de CMT. Nous avons montré que Frabine colocalise avec le cytosquelette d’actine dans les neurones moteurs et dans une lignée de cellules de Schwann. In vitro, l’expression des formes pathologiques de Frabine abolit la formation de filopodes révélant une perte d’activation de Cdc42. In vivo, les mutations de frabine pourraient affecter la prolifération, la différenciation ou le triage radial des cellules de Schwann. 3. Des mutations dans le gène superoxyde dismutase 1 (Sod1) représentent la cause la plus fréquente de SLA familiales. Les neurones moteurs de souris modèles hSod1 mutée présentent une hypersensibilité à une voie de mort induite par les agonistes de Fas ou l’oxyde nitrique (NO) qui peuvent être produits par la glie. Nous avons montré que cette hypersensibilité était liée à l’existence d’une boucle d’amplification NO-FasL-Fas-NO. Nos données suggèrent que l’accumulation progressive de NO ou d’autres effecteurs toxiques contribue à la cinétique lente et à la propagation de proche en proche du processus neurodégénératif. L’ensemble de ces résultats souligne l’importance de mécanismes non-cellule autonomes dans les pathologies dégénératives du système moteur
Motor neuron diseases are severe and ultimately fatal paralytic neurodegenerative disorders. Amyotrophic lateral sclerosis (ALS), the most frequent motor neuron disease in adults, is characterized by degeneration of both upper and lower motor neurons. In contrast, primary lateral sclerosis (PLS) classically involves only upper motor neurons and hereditary spastic paralysis (HSP) involves upper motor neurons and other types of neurons. Charcot-Marie-Tooth diseases (CMT) feature demyelination and/or axonal degeneration in peripheral nerves. My thesis focuses on the function of three genes mutated in these pathologies: 1. Autosomal recessive mutations in alsin have been linked to juvenile forms of ALS, HSP and also PLS. Alsine represents a guanine nucleotide exchange factor for the GTPases Rac1 and Rab5. Using RNA interference, we showed that Alsin depletion perturbs endocytosis in spinal motor neurons and leads via defective Rac1 activation to retarded axon growth and cell death. We further demonstrated that co-cultured astrocytes secrete a soluble factor capable to completely rescue alsin-depleted motor neurons. This protective effect provides a potential explanation for the relative preservation of lower (spinal) motor neurons in patients with alsin mutations and alsin knock out mice. 2. Autosomal recessive mutations in the frabin gene were identified in two large consanguineous Mediterranean families suffering from CMT4H, a demyelinating form of CMT. Similarly to Alsin, Frabin represents a GEF for GTPases of the Rho family. We demonstrated that Frabin co-localises with actin in spinal motor neurons and a Schwann cell line. The in vitro expression of mutated forms of frabin causes a dramatic reduction in the number of microspikes reflecting defective Cdc42 activation. In vivo, frabin mutations might cause disease by affecting Schwann proliferation, differentiation or radial sorting 3. Dominant mutations in superoxide dismutase 1 (Sod1) are the most frequent cause of familial ALS. Previous work has shown that mutant hSod1 motor neurons were hypersensitive to Fas agonists and nitric oxide (NO) which are potentially derived from glia. We showed that the hypersensitivity involves a feed forward amplification loop involving NO-FasL-Fas-NO. The progressive accumulation of NO or other toxic intermediates in the loop might explain the slow kinetics and particular spread of the degenerative process in ALS. Together these results highlight the important role of non cell autonomous mechanisms in motor neuron diseases and related disorders

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) 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
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

La nanobiomécanique est un domaine interdisciplinaire émergent qui apporte une contribution significative à l'étude des processus biologiques liés à des diverses maladies humaines. Dans le cadre de ces travaux, des méthodes nanomécaniques basées sur la microscopie à force atomique ont été directement appliquées pour comprendre les processus pathogènes sous-jacents de deux maladies qui sont la formation de métastases cérébrales et à la sclérose latérale amyotrophique.Une cellule tumorale maligne, pour se propager et former des métastases, doit modifier et adapter en permanence ses propriétés adhésives et élastiques. Ici, nous avons combiné la cartographie des forces avec la spectroscopie de force monocellulaire (SCFS) afin d'obtenir un aperçu direct du processus de "criblage" de surface des cellules tumorales pendant leur extravasation dans le parenchyme cérébral. Les cartes élastiques et adhésives obtenues ont montré que les propriétés adhésives ne dépendent que faiblement des caractéristiques élastiques, et souligne l'importance des liaisons à long distances de type attache pour des adhésions réussies.Afin d'étudier comment le potentiel métastatique est lié aux propriétés nanomécaniques des cellules tumorales, des mesures SCFS comparatives ont été effectuées entre trois types de cellules mélanomateuses (WM35, A2058 et A375), montrant des caractéristiques invasives altérées. Nos résultats indiquent une faible élasticité relative, une adhérence maximale élevée et un nombre de liaisons individuelles élevé, comme propriétés clés des cellules mélanomes hautement métastatiques. En conclusion nos études permettent de catégoriser les cellules suivant leur potentiel métastatique agrandissant dans l’ordre suivant : WM35, A2058 et A375.La pathogenèse de la sclérose latérale amyotrophique (SLA) est multifactorielle et ce caractérise également par la présence de processus inflammatoires. Nos études montrent des différences significatives dans l'adhésion de cellules T cytotoxiques CD8+ isolées chez des souris mutantes SOD1G93A et ce de type sauvage avec des neurones moteurs. Les cellules T dérivées de souris mutantes présentent une force d'adhésion améliorée par rapport aux souris saines dérivées. En outre, elle présente une réduction très significative après le blocage des liaisons entre pMHC-I et TCR. Ces résultats corroborent la contribution des lymphocytes T cytotoxiques au développement de la SLA, en tant qu'acteur actif de la neurodégénérescence.Les myoblastes jouent un rôle primaire dans les processus moléculaires impliqués dans le développement musculaire, le vieillissement et la réparation. Les cartes nanomécaniques à haute résolution réalisées sur des myoblastes et des myotubes multi-nucléaires, isolés à partir d'un modèle de souris SLA, ont révélé des modifications d'élasticité lors de la différenciation des myotubes. Des augmentations significatives du module d'élasticité ont été observées dans les projections des myoblastes allongés par rapport à leur corps cellulaire. Pour les myotubes, des différences ont été observées entre l'élasticité d'une population mince et épaisse de myotubes de souris sain. Cependant, chez le mutant SOD1, l'augmentation observée du module élastique de la population mince suggère un durcissement autonome accru des myotubes dérivés de souris SLA.En résumé, nos études mécaniques au niveau cellulaire ont décrypté divers aspects de deux pathologies graves, ce qui a donné lieu à de nouvelles découvertes sur leurs processus fondamentaux. Ces travaux mettent en lumière la pertinence et adéquation des méthodes d’études nanomécaniques basées sur l’AFM pour révéler des connaissances précieuses sur la physiopathologie, le développement, le diagnostic et la progression des maladies
Nano-biomechanics is an emerging field of science that opened a new horizon in scientific research by generating significant contribution in the study of human diseases. In this work, atomic force microscopy-based nanomechanical methods were directly applied in order to elucidate important questions related to brain metastasis formation and amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Better understanding of the underlying pathogenic processes of these life-threatening diseases is fundamental for the advancement of early diagnostics and improved therapeutics.A malignant tumor cell, in order to spread and form metastasis, has to vary and continuously adapt its adhesive and elastic properties. Here, we combined force mapping with single cell force spectroscopy (SCFS) in order to gain direct insight into the surface “screening” process of tumor cells during their extravasation into the brain parenchyma. Intercellular adhesive forces and works, as well as elastic properties were spatially mapped showing that adhesive properties are only slightly dependent on elastic characteristics, and highlighting the importance of long range tether-like linkages for successful adhesions.In order to examine how the metastatic potential relates to tumor cell’s autonomous and inter-cellular nanomechanical properties, comparative SCFS measurements were performed between three melanoma cell types (WM35, A2058 and A375), showing altered invasive characteristics, and blood vessel lining endothelials. Our results indicate low relative elasticity, high maximal adhesion and high number of individual linkages, as the key properties of highly metastatic melanoma cells. This enables us to suggest the following ordering of tumor cells from lower to higher metastatic potential: WM35, A2058 and A375.The pathogenesis of ALS is multifactorial, being characterized by the presence of inflammatory processes as well. In our results significant differences have been observed, by comparing the adhesion of CD8+ cytotoxic T cells isolated from wild-type as well as SOD1G93A mutant mice against wild-type motor neurons. Mutant mice derived T cells show enhanced adhesion strength, compared to the healthy mice derived ones. Moreover, we observe a significant reduction of T cell - motoneuron interactions after blocking the specific recognition bindings between pMHC-I and TCR. These results corroborate the contribution of cytotoxic T cells in the development of ALS, as an active player in neurodegeneration.Investigating primary myoblasts allow deciphering molecular processes involved in muscle development, aging and repair. Therefore, in our study high resolution nanomechanical mapping was performed on single elongated myoblasts and multinuclear myotubes, isolated from an ALS mouse model, to reveal elasticity features during early differentiation stage into myotubes. We have found that projections of the elongated myoblasts show significantly increased elastic modulus values compared to their cell body. Regarding myotubes, differences have been observed between the elasticity of a thin and thick population of wild-type myotubes, indicating the different maturity of the two populations. However, in SOD1 mutant, the observed increase in the elastic modulus of the thin population suggests an enhanced autonomous hardening of ALS derived myotubes.In summary, our cellular-level mechanical studies deciphered various aspects of two different life-threatening pathologies resulting in novel discoveries about their fundamental processes. This work highlights the high impact and the important role of AFM-based nanomechanical methods in providing valuable knowledge about disease pathophysiology, development, diagnostics and progression that could contribute to the evolvement of future therapies