Les lésions de la moelle épinière déclenchent une importante réponse inflammatoire orchestrée par les cytokines. Afin d'élucider leur rôle dans la régénération et dégénérescence du système nerveux central lésé, nous avons dressé les profils spatiotemporels des ARN messagers codant pour IL-ip, TNF, IL-6, LIF et MCP-1 suite à une LME chez la souris. Nos résultats indiquent que l'IL-ip, TNF et MCP-1 sont exprimés presque immédiatement suite à la lésion, suivi par l'IL-6 et LIF. Contrairement à MCP-1, dont l'expression est maintenue dans le temps, celle d'IL-ip, TNF, LIF et IL-6 est transitoire. Toutefois, l'analyse temporelle révèle une seconde vague d'expression de l'IL1P et du TNF entre 14 et 28 jours post-lésion, qui coïncide avec l'entrée des lymphocytes et la formation de la cicatrice gliale. La distribution spatiale des cytokines change également selon la phase du traumatisme. Ainsi, bien que l'on retrouve l'ARNm d'IL-ip, TNF et MCP-1 sur toute la longueur de la moelle épinière très tôt post-lésion, l'expression de l'ARN messager de ces trois cytokines est confinée au site de dommage et donc absente dans les régions où la matière blanche dégénère à des temps tardifs. La mise au point d'une méthode combinant l'hybridation in situ et 1'immunofluorescence a permis de déterminer que les cellules neurales contribuent initialement à l'organisation de la réponse inflammatoire en synthétisant rapidement les cytokines à l'étude, alors que les cellules immunitaires recrutées participent plutôt à son maintien à des temps tardifs. Dans le SNC, l'IL-ip est un médiateur clé de l'inflammation. L'expression rapide d'IL-ip suite à une LME suggère son implication dans l'initiation de la synthèse des autres cytokines. En effet, nos résultats indiquent que l'IL-ip module l'expression de MCP-1 lors de la phase précoce (3h) et tardive (28j) post-lésion. Toutefois, au temps 4 jours, la voie de signalisation IL-1/IL-1R n'est pas impliquée dans l'induction de MCP-1. Les mécanismes de transduction menant à la régulation de MCP-1 semblent donc différer selon le type cellulaire retrouvé au site de lésion et dans les régions qui lui sont adjacentes. / Spinal cord injuries (SCI) trigger an important inflammatory response orchestrated by cytokines. In order to elucidate the role of cytokines in regeneration and degeneration of the central nervous system (CNS), we have studied the spatial and temporal distribution of IL-lp, TNF, IL-6, LIF and MCP-1 after SCI in mice. Our findings show that IL-lp, TNF, and MCP1 are almost immediately expressed following injury, followed by IL-6 and LIF. Unlike MCP-1, whose expression is maintained at high levels over time, the expression of IL-ip, TNF, LIF and IL-6 is transitory. Notably, our time-course study also revealed another wave of expression of IL-ip and TNF mRNAs between 14 and 28 days post-SCI. This delayed cytokine response coincided with the entry of lymphocytes and glial scar formation. Another interesting finding that we made with this time course study is that the spatial distribution of cytokine expression changed in function of time after trauma. For example, although cells expressing IL-ip, TNF, and MCP-1 mRNAs were widely distributed throughout the entire spinal cord segment analyzed at early times post-lesion, the expression of these three cytokines/chemokines was restricted to the lesion site, and therefore absent from spinal cord white matter tracts undergoing Wallerian degeneration, at later time points. The development of new method combining in situ hybridization with multiple immunofluorescence labeling has allowed us to determine that following SCI, all classes of neural cells initially contribute to the organization of inflammation by rapidly synthesizing cytokines, whereas recruited immune cells mostly contribute to its maintenance at later time points. The rapid expression of IL-lp after SCI suggests that this particular cytokine is at the top of the hierarchical cytokine/chemokine signaling cascade and perhaps responsible for the initiation of inflammatory responses after CNS injury. This was confirmed by studies performed in SCI IL-1 receptor deficient mice which showed that IL-1 p is a key regulator of MCP-1 expression during acute (i.e., 3h) and chronic (i.e., 28d) post-traumatic phases . However, we found that the IL-1/IL-1R signaling pathway was not implicated in MCP-1 induction at 4 days post-SCI. These results suggest that the signaling pathways involved in MCP-1 expression may be cell-dependent.

Au cours du développement du système nerveux, les cellules souches neurales donnent naissance à une grande variété de neurones ayant des fonctions spécialisées et participant à des processus tels que la cognition, la locomotion ou la perception des stimuli en provenance de notre environnement. Une meilleure compréhension de ces processus passe par l’étude des mécanismes moléculaires contrôlant la spécification des progéniteurs du système nerveux et en particulier l’identification des gènes contrôlant le comportement des progéniteurs neuraux. Les gènes Prdm (PR domain containing methyltransferases) codent pour des régulateurs épigénétiques jouant des fonctions essentielles au cours du développement embryonnaire. Parmi ceux-ci Prdm12, un gène non caractérisé évolutivement conservé, est remarquable par son expression restreinte à des régions spécifiques du système nerveux en développement, suggérant qu’il pourrait jouer un rôle dans la régionalisation du tissu neural. C’est ainsi que les travaux réalisés durant cette thèse ont eu à dessein d’aborder la fonction de Prdm12 dans deux territoires où il est fortement exprimé dans l’embryon en développement, la partie ventrale de la moelle épinière où sont localisé les neurones moteurs et les ganglions rachidiens contenant les corps des neurones somatosensoriels mécanorécepteurs, propriocepteurs et nocicepteurs qui innervent le corps. Dans la moelle épinière embryonnaire, Prdm12 est exprimé spécifiquement dans les progéniteurs p1 qui se différencient en interneurones V1, des interneurones inhibiteurs se connectant directement aux neurones moteurs et impliqués dans les mouvements rythmiques de la locomotion. Nos études réalisées chez le xénope, le poulet et la souris ont permis de démontrer la fonction cruciale de Prdm12 dans le maintien de l’identité cellulaire des progéniteurs p1, via la répression directe des facteurs de transcription Nkx6.1/2 et Dbx1 dirigeant les progéniteurs vers d’autres destinées, ainsi que dans la spécification de ces progéniteurs p1 en interneurones V1. Dans les ganglions rachidiens en formation, nous avons observé que Prdm12 est exprimé sélectivement dans les progéniteurs donnant naissance aux nocicepteurs, les neurones sensoriels impliqués dans la perception des stimuli nocifs, et qu’il reste exprimé dans les nocicepteurs au cours de leur différenciation. Chez la souris, nous avons montré que la perte de Prdm12 induit une hypoplasie de ces ganglions rachidiens causée par l’agénésie spécifique des nocicepteurs, due à la non-initiation de l’expression de TrkA, un récepteur neurotrophique liant le NGF (Nerve Growth Factor) indispensable à la survie de ces cellules. De plus, la délétion conditionnelle de Prdm12 au sein des neurones sensoriels somatiques indique qu’il y reste requis pour l’expression de TrkA et d’autres gènes impliqués dans l’identité et le bon fonctionnement des nocicepteurs. Prdm12 apparait donc comme un nouveau régulateur essentiel du développement des nocicepteurs, nécessaire à leur spécification mais aussi à leur maturation. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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La douleur neuropathique affecte jusqu’à 10 % de la population dans les pays développés. Lorsque les traitements conventionnels ne parviennent pas à soulager les patients qui souffrent de ce type de douleur, l’une des alternatives reconnues par les lignes directrices internationales est la stimulation spinale médullaire (SSM). La SSM est une technique de neuromodulation réversible et peu invasive qui peut être employée pour le traitement de diverses pathologies, notamment le syndrome douloureux régional complexe (SDRC) et la lombosciatalgie chronique post-chirurgicale (LCPC). La SSM utilise les impulsions électriques afin de générer des potentiels d’action sur les cellules nerveuses. Les impulsions électriques sont provoquées au moyen d’une ou plusieurs électrodes implantées chirurgicalement dans l’espace épidural. Ces électrodes sont connectées à un neurostimulateur implanté sous-cutané. Les mécanismes d’action de la SSM sont encore mal connus et reposent principalement sur la théorie du portillon, selon laquelle, il est possible de bloquer la transmission du message nociceptif au niveau de la corne dorsale de la moelle épinière par une stimulation électrique en surface de la dure-mère. Cette stimulation en mode tonique (ou conventionnel) induit des paresthésies (sensations de picotement, fourmillement) dans le membre affecté qui altèrent la perception de la douleur et soulagent le patient. L’objectif principal de cette thèse était d’identifier les modifications de perception sensorielle entraînées par la stimulation spinale médullaire chez des patients atteints de douleur chronique en utilisant une batterie de tests sensoriels quantitatifs (TSQ). Selon la théorie du portillon, la SSM devrait modifier la perception des signaux nociceptifs. De plus, la présence de paresthésies devrait également contribuer à l’altération des perceptions sensorielles. Une revue de littérature systématique a été effectuée en suivant les lignes directrices Cochrane. La recherche d’articles et de résumés pertinents a été réalisée dans toutes les langues à partir des bases de données Cochrane, CINAHL, Embase, MEDLINE et Web of Knowledge. En tout, 15 articles furent inclus dans les analyses, mais en raison de la grande hétérogénéité entre les procédures utilisées, les individus examinés et les mesures évaluées, nous n’avons pas été en mesure d'identifier de manière probante l’impact de la SSM tonique sur la perception sensorielle de patients souffrant de douleur chronique. Toutefois, les données disponibles suggèrent que la SSM conventionnelle n'interfère pas avec la perception sensorielle. Cette revue nous a permis d’identifier les lacunes des écrits scientifiques et nous a inspiré la conception d’une étude transversale à deux temps de mesure qui fut réalisée chez 48 patients SDRC et LCPC, présentant des douleurs d’origine neuropathique aux jambes, recrutés dans trois établissements. Deux visites furent réalisées (neurostimulateur activé vs désactivé) dans un ordre randomisé. Les TSQ comprenaient 9 tests ayant pour but l’évaluation de seuils de détection (froid, chaleur, toucher, vibration), de seuils douloureux (froid, chaleur, pression), ainsi que l’évaluation de l'allodynie mécanique et de la sommation temporelle. Les TSQ ont été répétés à chacune des visites en suivant un protocole standardisé. Trois sites ont été testés : le membre le plus douloureux couvert par les paresthésies induites par la SSM (cible), le membre contralatéral et le membre ipsilatéral au membre cible. Nos données montrent que la SSM tonique, bien qu’efficace pour soulager la douleur chronique neuropathique, ne semble pas interférer avec la perception de stimuli thermiques et mécaniques, de même qu’avec la perception de la douleur aiguë. Ces résultats suggèrent que la théorie du portillon n'est pas suffisante pour expliquer le mécanisme d'action de la SSM qui modulerait plutôt une voie neuronale différente de celle de la douleur aiguë. En plus des données quantitatives collectées lors de cette étude, 630 observations qualitatives de phénomènes sensoriels évoqués positifs et négatifs ont été recueillies de façon anecdotique (c.-à-d. qu'aucune procédure normalisée n'a été utilisée pour recueillir ces données). Nous avons classé ces observations à l'aide des définitions reconnues par l'International Association for the Study of Pain et de l'Encyclopedia of Pain. Nous avons également donné des exemples de questions qui pourraient servir à la standardisation de collecte de données qualitatives pendant les TSQ. Ces résultats sont présentés au Chapitre 4 sous forme de lettre à l’éditeur, en tant que document compagnon à l’étude TSQ présenté au Chapitre 3. En conclusion, les mécanismes d’action de la SSM tonique ne semblent pas influencer les perceptions sensorielles contrairement à ce que propose la théorie du portillon, et ce malgré la présence de paresthésies. La mise au point d’une approche de recherche mixte, comprenant des volets quantitatif et qualitatif, pourrait faciliter le suivi des anormalités sensorielles causé par la douleur chronique en fonction des différents paramètres de la SSM, tels que l’état du neurostimulateur (activé vs désactivé) et le mode de stimulation (tonique, burst, haute-fréquence, haute-densité).

Les lésions de la moelle épinière (LME) entraînent l’activation de mécanismes inflammatoires impliquant les cellules gliales et les cytokines. Les travaux présentés dans cette thèse avaient pour but d’identifier les cellules et molécules responsables de l’initiation de ces mécanismes pouvant entraîner des dommages tissulaires ou stimuler la réparation. Nous avons donc examiné le rôle du récepteur purinergique P2X4R et des cytokines IL-1α et IL-1β dans le recrutement des cellules immunitaires innées, l’étendue de la lésion et la récupération locomotrice suite à une LME. Dans un premier temps, nous avons démontré que P2X4R est exprimé par les neurones de la moelle épinière et que l’activation de ce récepteur suite à une LME entraîne le clivage de la caspase-1 en sa forme active et la production de la forme mature de l’IL-1β. Ainsi, l’absence de P2X4R chez la souris a provoqué une diminution des niveaux d’IL-1β, réduisant par le fait même le nombre de neutrophiles et monocytes pro-inflammatoires, dits M1, au site de lésion. Les souris P2X4R-KO ont aussi présenté une meilleure récupération locomotrice lors des tests comportementaux effectués, suggérant que P2X4R joue un rôle essentiel dans la neurodégénérescence suite à une LME. De plus, nous avons démontré que l’IL-1α est exprimée rapidement chez la microglie suite à la lésion et qu’il s’en suit l’expression de l’IL-1β par les neutrophiles et les monocytes M1 infiltrants. Malgré le fait que ces 2 cytokines semblent déclencher des effets inflammatoires similaires, les souris IL-1α-KO ont présenté de meilleures fonctions locomotrices aussitôt qu’à 1 jour post-lésion comparativement aux souris sauvages et IL-1β-KO. L’analyse du transcriptome par micropuces à ADN a permis d’identifier plusieurs gènes régulés significativement chez les souris IL-1α-KO tel que le facteur de survie neuronale TOX3. Nous avons confirmé par immunofluorescence que TOX3 est surexprimé chez les oligodendrocytes CC1+ des souris IL-1α-KO. Ces résultats suggèrent que les oligodendrocytes de ces souris seraient moins sensibles à la mort cellulaire suite à la lésion, entraînant ainsi une meilleure récupération locomotrice ainsi que la préservation de la matière blanche de la moelle épinière. / Spinal cord injury (SCI) leads to neuroinflammation-mediated damage and repair. The work presented in this thesis studied the cells and molecules initiating the inflammatory response in the injured spinal cord, in particular glial cells and cytokines. We investigated the role of purinergic receptor P2X4R and cytokines of the IL-1 family, IL-1α and IL-1β, in neutrophil and proinflammatory (M1) monocyte recruitment, tissue damage and locomotor function recovery after SCI. First, we showed that P2X4R is expressed in neurons of the normal spinal cord, and that activation of this receptor after SCI induces caspase-1 cleavage and production of mature IL-1β. We provided evidence that P2X4R-KO mice have impaired caspase-1 activation, resulting in decreased IL-1β levels and reduced neutrophil and M1 monocyte infiltration. Importantly, P2X4R-KO mice exhibited significant improvements in tissue sparing and locomotor behavior. These results suggest that P2X4R plays an essentiel role in neurodegeneration after SCI. Next, we showed that IL-1α is rapidly produced by microglia after SCI, and that this is followed by production of IL-1β by infiltrating neutrophils and monocyte-derived M1 macrophages. Despite the fact that the infiltration of these immune cell types was equally reduced in IL-1α-KO, IL-1β-KO and WT mice, IL-1α-KO mice exhibited significantly better locomotor recovery as early as day 1 post-SCI compared to the other two mouse lines. Transcriptome analysis of SCI tissue identifed transcripts that were specifically regulated in IL-1α-KO mice exclusively, including the neuronal survival factor TOX3. We confirmed by immunofluorescence that TOX3 is overexpressed by CC1+ oligodendrocytes from IL-1α-KO mice. These results suggest that oligodendrocytes from these mice would be less sensitive to cell death after injury, thus leading to sparing of spinal cord white matter and better functional recovery.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Encore aujourd'hui, les lésions de la moelle épinière représentent un défi colossal pour la science et la médecine. La découverte d'un traitement efficace nécessitera un approfondissement des connaissances sur les processus cellulaires et moléculaires qui sont déclenchés à la suite de la lésion, notamment concernant la réponse inflammatoire et la dégénérescence wallérienne puisque ces deux réponses pourraient influencer la régénérescence d'axones lésés. À ce sujet, nous avons récemment démontré qu'il est possible d'induire une déplétion importante des cellules myéloïdes CD Il b + chez des souris transgéniques exprimant une forme mutée du gène suicide HSV -TKmt 30 sous le contrôle du promoteur CD Il b, un promoteur spécifique aux macrophages et aux granulocytes. Nos résultats indiquent que les cellules CD Il b + sont essentielles à la régénérescence d'axones périphériques et centraux en favorisant l'élimination des débris de myéline et des inhibiteurs de croissance axonale associés à ceux-ci de même que via la synthèse de facteurs neurotrophiques et pro-angiogéniques.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Cette étude a pour but de mieux comprendre la contribution des faisceaux descendants des quadrants ventraux et ventrolatéraux de la moelle épinière, telles que les voies réticulo- et vestibulospinales, dans le contrôle de la locomotion chez le chat adulte. Des études antérieures (Eidelberg 1981 et Afelt 1974) suggéraient que ces faisceaux étaient "essentiels et nécessaires" à la locomotion. Leur conclusion était cependant basée principalement sur des lésions spinales ne laissant que de petites parties de tissus intacts dans les portions ventrales et ventrolatérales. Ce protocole ne permettait donc pas de déterminer l'habilité et la capacité de marcher en l'absence de ces voies descendantes. La première phase de cette étude a pour but de clarifier l'apport de ces voies descendantes en utilisant une nouvelle approche qui consiste à pratiquer des lésions des quadrants ventraux et ventrolatéraux au niveau thoracique en laissant intactes les voies dorsolatérales, telles que les voies rubrospinales et corticospinales. Ce type de lésion a permis de cerner l'apport des voies ventrales et ventrolatérales dans le contrôle de la locomotion. De plus, il a été possible d'évaluer si les voies descendantes encore présentes dans les quadrants dorsolatéraux étaient suffisantes pour maintenir un rythme locomoteur en l'absence de ces voies ventrales et ventrolatérales si importantes dans le contrôle de la locomotion.

Cette étude vise à identifier les déterminants de la qualité de vie à partir d'un cadre conceptuel reconnu dans le champ d'étude des conséquences des traumatismes ayant causé une lésion médullaire. De plus, elle a permis d'observer à long terme les changements de la participation sociale et de déterminer s'ils entraînaient des changements de la qualité de vie chez les personnes ayant une lésion. Deux-cent-vingt-sept personnes ont participé à l'étude en remplissant un cahier de collecte de donnée incluant pour la mesure de la variable dépendante, / 'Index de Qualité de Vie. Il apparaît que la qualité de vie est associée à des facteurs personnels tel que la dépression et l'optimisme mais aussi des facteurs environnementaux et aux habitudes de vie. À long terme, les résultats suggèrent que des changements, sur une période de 7 ans, au plan de la participation sociale soient associés à une amélioration ou une détérioration de la qualité de vie.

La douleur neuropathique suite à une lésion d'un nerf périphérique est une condition répandue pour laquelle aucun traitement efficace n'est disponible. Sans nier le rôle joué par les neurones au niveau du système nerveux central (SNC), des données récentes ont démontré la participation active des cellules gliales dans le développement de la douleur neuropathique. En effet, des études ont montré un rôle critique des cellules gliales dans l'initiation et la maintenance de l'hypersensibilité liée à la douleur. Cependant, les origines de ces cellules gliales activées et les déclencheurs de leur activation n'ont pas encore été élucidés. Nous avons démontré dans cette étude que suite à une blessure au nerf périphérique, causée par la ligation partielle du nerf sciatique, en plus des l'activation de microglies résidentes du SNC, les cellules hématogènes, macrophages/monocytes, infiltrent la moelle épiniere, prolifèrent et se différencient en microglies ramifiées. La signalisation entre la chimiokine "monocyte chemoattractant protein-1" (MCP-1, CCL2) et son récepteur CCR2 est critique dans l'activation des cellules microglials de la moelle épiniere. En effet, l'injection intrathécale de MCP-1 exogène entraine l'activation des microglies chez des souris sauvages, mais pas chez des souris déficientes en CCR2. De plus, un traitement avec un anticorps neutralisant dirigé contre MCP-1 a empêché l'infiltration de cellules microglials dérivées de la moelle osseuse (MDMO) dans la moelle épiniere après le dommage du nerf sciatique. En utilisant les souris CCR2 knock-out-sélectif dans la microglie résidente ou la MDMO, nous avons constaté que, bien que des souris CCR2 knock-out-total n'ont pas développé l'activation microgliale ni l'allodynie mécanique, l'expression de CCR2 soit dans les microglies résidentes ou dans les MDMO est suffisante pour le développement d'allodynie mécanique. Ainsi, pour soulager de façon efficace la douleur neuropathique, il faut viser non seulement la microglie résidente du SNC, mais aussi la microglie provenant de la circulation sanguine. Ces découvertes ouvrent la porte pour une nouvelle stratégie thérapeutique: on peut profiter de la capacité naturelle des cellules dérivées de la moelle osseuse qui s'infiltrent sélectivement des régions affectées du SNC en utilisant ces cellules comme le véhicule pour la livraison de médicaments afin de contrôler l'hypersensibilité et la douleur chronique.