La tomographie par émission de positons au 18F-Fluorodésoxyglucose (TEP au 18F-FDG) est une technique d’imagerie permettant de quantifier le métabolisme glycolytique cérébral. L’objectif de nos travaux de thèse était d’essayer de caractériser au mieux les modifications cérébrales liées au vieillissement, y compris la partie possiblement liée à des dysfonctions vasculaires, grâce à une analyse quantitative tridimensionnelle voxel-à-voxel des images de TEP au 18F-FDG. Nos travaux montrent, tout d’abord, qu’il existe un intérêt pratique à utiliser un logiciel de normalisation spatial particulier (BM : Block Matching) pour l’analyse quantitative cérébrale, au moins pour la fabrication de modèles anatomiques (« template ») adaptés à chaque population étudiée. Cet intérêt a été tout d’abord montré pour localiser des foyers épileptiques temporaux, puis pour quantifier l’impact de l’âge sur le métabolisme cérébral (détermination plus précise des aires cérébrales affectées). Avec cette méthode, il est possible d’observer une diminution du métabolisme cérébral tout au long de la vie, en particulier dans certaines aires frontales. Nous avons essayé de déterminer la composante du vieillissement cérébral qui est possiblement liée à une dysfonction vasculaire et qui serait donc susceptible d’être traitée ou prévenue par des thérapeutiques vasculaires appropriées. Dans ce domaine de recherche, nous avons pu montrer que les anomalies micro-vasculaires de la substance blanche, appelées leucoaraïose, étaient associées à une diminution du métabolisme de la substance grise, en particulier au niveau frontal. Cet effet était indépendant de l’effet spécifique de l’âge et du phénomène d’atrophie corticale. Enfin, dans une population de patients âgés et à forte prévalence d’hypertension artérielle, nous avons montré que la pression artérielle était étroitement corrélée au remodelage métabolique cérébral, en particulier lorsque cette pression est mesurée au niveau central et lorsque l’on tient compte de la pression différentielle, avec alors une valeur seuil de 50 mmHg. Le vieillissement cérébral global et l’accélération qui peut être liée à des facteurs vasculaires sont des données qui peuvent être estimées en TEP au 18F-FDG, avec une méthode d’analyse quantitative voxel-à-voxel adaptée. Cette identification pourrait peut-être guider la prescription de traitements vasculaires appropriés et aussi, aider à différencier ces atteintes liées à l’âge ou d’origine vasculaire des autres maladies cérébrales. / 18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography (18F-FDG PET) is a brain-imaging technique allowing brain glycolytic metabolism to be quantified. The aim of this doctoral thesis work was to try to better characterize the aging-related changes in brain metabolism, including the part with a possible vascular origin, thanks to a three-dimensional voxel-based quantitative analysis of 18F-FDG PET images. Our work shows firstly that there is a clear advantage to use a particular spatial normalization software (BM: Block Matching) for the brain quantitative analysis, at least for the providing of templates adapted to each study population. This advantage was shown, initially, for the localization of temporal epileptic foci and thereafter, for quantifying the age-related changes in brain metabolism (enhanced determination of the involved brain areas). With this method, a decrease in brain metabolism could be documented throughout the life especially within certain frontal areas. In addition, we tried to determine the component of cerebral aging, which might be of a vascular origin and thus, susceptible to be treated or prevented by vascular treatments. In this research field, we have shown that microvascular abnormalities, setting within white-matter and called leukoaraiosis, were associated with a decrease in the grey-matter metabolism, in particular within certain frontal areas. This effect was independent of the inherent effect of age and of cortical atrophy. Finally, in a population of older patients with a high prevalence of hypertension, we showed that the blood pressure level was correlated to a brain metabolic remodeling, especially when this pressure was measured at central level and when considering the pulse pressure and a threshold value of 50 mmHg. The global cerebral aging and its acceleration in relation to vascular factors may be assessed by 18F-FDG PET when using an adapted voxel-based quantitative method. This assessment could potentially be useful for the monitoring of vascular treatments and for differentiating the aging- and vascular-related metabolic changes to those corresponding to brain diseases of other origins.

Σκοπός. Η δραστηριότητα της β-γλυκουρονιδάσης στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό (ΕΝΥ) είναι αυξημένη στην βακτηριακή μηνιγγίτιδα, αλλά η πορεία της κατά τη διάρκεια της θεραπείας είναι άγνωστη. Σκοπός της μελέτης ήταν η μέτρηση της δραστηριότητας της β-γλυκουρονιδάσης κατά τη διάρκεια της θεραπείας και η σύγκρισή της με άλλες κυτταρικές και βιοχημικές παραμέτρους του ΕΝΥ. Μέθοδος. H δραστηριότητα της β-γλυκουρονιδάσης, ο αριθμός κυττάρων, η συγκέντρωση πρωτεΐνης και ο λόγος γλυκόζης ΕΝΥ/αίματος μετρήθηκαν κατά τη διάρκεια της θεραπείας σε 47 ασθενείς με βακτηριακή μηνιγγίτιδα, από τους οποίους 4 ήταν νεογνά και 97 μάρτυρες. Οι ασθενείς υποβλήθηκαν σε 1 ή 2 επαναληπτικές οσφυονωτιαίες παρακεντήσεις. Επίσης η δραστηριότητα της β-γλυκουρονιδάσης μετρήθηκε σε 8 ασθενείς με πυελονεφρίτιδα και στείρα πλειοκυττάρωση ΕΝΥ. Αποτελέσματα. Πριν τη θεραπεία η διάμεση δραστηριότητα της β-γλυκουρονιδάσης σε ασθενείς βρεφικής μέχρι εφηβικής ηλικίας ήταν 136 moles 4-methylumbelliferone/ml/ώρα (με διακύμανση από 44 έως 826), ενώ στους μάρτυρες ήταν 14 nmoles/ml/ώρα (με διακύμανση 7 έως 23) (p<0,000001). Σε όλους τους ασθενείς με κλινική βελτίωση, η δραστηριότητα της β- γλυκουρονιδάσης ήταν χαμηλότερη σε δείγματα ΕΝΥ, τα οποία ελήφθησαν μετά πάροδο τουλάχιστον 6 ωρών από την έναρξη της θεραπείας. Έξι μέχρι 12 ώρες μετά την έναρξη της θεραπείας η διάμεση δραστηριότητα της β-γλυκουρονιδάσης είχε ήδη μειωθεί κατά 59%. Αντιθέτως, οι υπόλοιποι παράμετροι του ΕΝΥ έδειξαν μεταβλητότητα των τιμών τους, κατά τις πρώτες 24 ώρες της θεραπείας, η οποία ήταν ανεξάρτητη από την πορεία της νόσου. Σε 1 ασθενή με πνευμονιοκοκκική μηνιγγίτιδα, ο οποίος ενεμφάνισε επιδείνωση των συμπτωμάτων του 22 ώρες μετά την έναρξη της θεραπείας, η δραστηριότητα της β-γλυκουρονιδάσης αυξήθηκε κατά 89%. Στη νεογνική μηνιγγίτιδα η δραστηριότητα της β-γλυκουρονιδάσης πριν τη θεραπεία ήταν αυξημένη, αλλά η παρακολούθηση της πορείας της νόσου απαιτεί παρατεταμένη περίοδο ενζυμικών μετρήσεων, για έγκαιρη ρύθμιση της θεραπείας επί υποτροπών και αναμολύνσεων. Συμπεράσματα. Η δραστηριότητα της β-γλυκουρονιδάσης του ΕΝΥ είναι αξιόπιστος δείκτης βακτηριακής μηνιγγίτιδας, που μπορεί να προσδιορίσει, νωρίς στην πορεία της νόσου, την ανταπόκριση στην θεραπεία. / Aim: β-Glucuronidase activity is increased in the cerebrospinal fluid (CSF) of patients with bacterial meningitis. The aim of this study was to investigate the β-glucuronidase activity in the cell-free CSF of bacterial meningitis, its course during treatment and compare it to other CSF parameters. Methods: The β-glucuronidase activity, cell number, protein concentration and CSF/blood glucose ratio were measured in 47 consecutive infants and children with bacterial meningitis, and 97 control subjects. Patients had 1 or 2 follow-up lumbar punctures. Results: The β-glucuronidase activity was increased early in bacterial meningitis, even when the other CSF parameters were undisturbed. Before treatment, the median activity in affected children was 136 moles 4-methylumbelliferone/L/h (range 44-826) and in controls 14 (7-23). In all patients who improved, the activity was lower in the follow-up CSF samples. Six to 12 hours after starting treatment, the median activity was already reduced by 59%. The other CSF parameters showed a variability during the first 24 hours of treatment independently of the course of the disease. Multiple comparisons of the CSF parameters in 17 patients who had 2 follow-up punctures showed that the β-glucuronidase activity was the best prognostic index. Conclusion: β-Glucuronidase activity in the CSF is a reliable indicator of bacterial meningitis, which can identify the response to treatment early in the course of illness. The enzyme activity is increased early in the disease, even when the other laboratory parameters from the CSF remain normal.

Neisseria meningitidis is the bacterium responsible for meningococcal meningitis and septicaemia in humans. Meningococcal disease is primarily a disease of young children, characterized by rapid deterioration from first symptoms to death, with an 11% fatality rate and a global distribution. Patterns of genetic diversity in meningococcal populations provide an account of their evolutionary history and structure, which can be inferred by population genetics modelling. Understanding these phenomena can inform control and prevention strategies, and provides interesting case studies in evolution. The aim of this thesis is to develop population genetics techniques for inferring the evolutionary history of meningococci. I begin by reviewing the field, and justifying the use of coalescent methods in modelling microparasite populations. Inference on carriage populations of meningococci under the standard neutral model and the neutral microepidemic model is performed using a modification to approximate Bayesian computation. AMOVA and Mantel tests are used to quantify the differentiation between carriage and disease populations, and the extent to which geography and host age structure carriage populations. The results are used to propose revised coalescent models for meningococcal evolution. The role of natural selection in shaping meningococcal diversity is investigated using a novel method that utilises an approximation to the coalescent and reversible-jump Markov chain Monte Carlo to detect sites under selection in the presence of recombination. Having performed a simulation study to assess the statistical properties of the method, I apply it to the porB antigen locus and seven housekeeping loci in N. meningitidis. There is strong evidence for selection imposed by the host immune system in the antigen locus, but not the housekeeping loci which are functionally constrained. Finally I discuss the future direction of population genetic approaches to understanding infectious disease.

Introduction et objectifs : Les méningiomes sont des tumeurs intracrâniennes pour la plupart de bas grade, dont les récidives sont cependant fréquentes. Le premier objectif de cette étude est d'évaluer la valeur pronostique de marqueurs de prolifération dans une série de 60 méningiomes. HuR (ELAV-like 1) est une protéine pro-oncogène pouvant stimuler la prolifération et la survie cellulaire. Dans la seconde partie de cette étude, nous analysons l'expression de HuR et les effets de l'inhibition de HuR sur la prolifération, l'apoptose et la résistance à l'hypoxie. Résultats : Il existe une corrélation significative entre le grade histologique et l'expression nucléaire de MCM6 (p<0,001), Ki-67 (p<0,001) et PHH3 (p<0,001), et une corrélation inverse entre ces marqueurs et la survie sans récidive (Cox ; MCM6 : p<0,001 ; Ki-67 : p=0,003 ; PHH3 : p=0,037). L'expression cytoplasmique de HuR est corrélée négativement avec la survie sans récidive (p=0,028), et positivement avec le grade (I vs II : p=0,0007), l'indice mitotique (p=0,0001), Ki-67 (p=0,0007) et MCM6 (p=0,0009). In vitro, l'inhibition de HuR (siRNA) entraîne une diminution de la croissance cellulaire (p=0,0004) et de la prolifération (Ki-67, p=0,0004), et une augmentation de l'apoptose (caspase 3 clivée, p=0,002), ces différents effets étant significativement augmentés en hypoxie. L'inhibition de HuR entraîne également une diminution de SIRT1 en normoxie (p=0,01) et en hypoxie (p=0,0006). Conclusion : MCM6 est un marqueur efficace pour identifier les méningiomes à haut risque de récidive. HuR est un marqueur de mauvais pronostic, dont l'inhibition permet de diminuer la prolifération cellulaire et d'augmenter l'apoptose / Introduction and objectives: Meningiomas are frequent and in most of cases low grade intracranial tumors, with frequent recurrences. The first objective of this study was to evaluate the prognostic value of proliferation and cell cycle markers in a series of 60 meningiomas. HuR (ELAV-like 1) is a pro-oncogenic protein that stimulates cell proliferation and survival. In the second part of this study, the objective was to evaluate HuR expression, and the effects of HuR inhibition on proliferation, apoptosis and resistance to hypoxia. Results: We found a significant correlation between histological grade and nuclear staining for MCM6 (p<0.001), Ki-67 (p<0.001) and PHH3 (p<0.001), and an inverse correlation between these markers and reccurence free survival (Cox; MCM6: p<0.001; Ki-67: p=0.003; PHH3: p=0.037). Cytoplasm staining for HuR was significantly stronger in atypical meningiomas (grades I vs II: p=0.0007), inversely correlated with progression free survival (p=0.028), and was positively correlated with mitotic index (p=0.0001), Ki-67 (p=0.0007) and MCM6 (p=0.0009). In vitro, HuR inhibition (siRNA) led to a significant decrease of cell growth (p=0.0004) and proliferation (Ki-67, p=0.0004), and an increase of apoptosis (cleaved caspase 3, p=0.002). These effects were significantly increased under hypoxia, comparing with normoxia. When HuR was inhibited, SIRT1 was decreased, both under normoxia (p=0.01) and hypoxia (p=0.0006). Conclusion: In conclusion, MCM6 is an efficient marker to identify meningiomas with high risk of recurrence. HuR is correlated with a poor prognosis. Its inhibition allows to decrease cell proliferation and to increase apoptosis

Neisseria meningitidis est une bactérie diderme qui colonise le nasopharynx humain de façon commensale. Occasionnellement, elle franchit la barrière nasopharyngée et accède à la circulation sanguine où elle peut provoquer un choc septique et/ou une méningite Le pouvoir pathogène de N. meningitidis est lié à sa capacité à interagir avec les cellules endothéliales humaines. Après avoir adhéré aux cellules grâce à des organelles filamenteux, les pili de type IV, les bactéries induisent une déformation de la membrane plasmique de la cellule hôte sous la forme de protrusions riches en actine ressemblant à des filopodes. Ces protrusions permettent aux bactéries de résister aux forces de cisaillements générées par le flux sanguin et de proliférer à la surface des cellules. Contrairement à de nombreuses autres bactéries pathogènes, cette déformation de la membrane plasmique ne nécessite pas de polymérisation d’actine. Cependant, les mécanismes cellulaires et moléculaires de cette déformation sont inconnus. Dans cette étude, nous montrons que lorsque des bactéries individuelles adhèrent à la cellule hôte, la membrane plasmique se déforme en adhérant le long des fibres de pili de type IV de façon similaire au mouillage d’un liquide sur un solide. Les pili de type IV agissent donc comme un échafaudage extracellulaire qui guide les protrusions de membrane plasmique indépendamment du cytosquelette d’actine. Nous montrons également que la capacité de la membrane plasmique à se déformer le long de structures adhésives nanométriques est une propriété intrinsèque des cellules endothéliales. Ces travaux décrivent le mécanisme d’une étape importante de la pathophysiologie de N. meningitidis et mettent en évidence des propriétés nouvelles de la membrane plasmique des cellules humaines qui pourraient être impliquées dans d’autres processus fondamentaux de biologie cellulaire. / Neisseria meningitidis is a diderm bacterium that is naturally found in the human nasopharynx as a commensal. Occasionally, it can cross the mucosa and reach the underlying blood vessels where it enters the circulation. Once in the bloodstream, it can cause severe septic shock and/or meningitis. The ability of N. meningitidis to cause disease is tightly linked to its ability to interact with human endothelial cells. In particular, upon bacterial adhesion via filamentous organelles called type IV pili, bacteria remodel the host cell plasma membrane in the form of actin-rich, filopodia-like protrusions. These protrusions allow bacteria to resist blood flow-generated shear stress and proliferate on top of the host cells. Unlike many other bacterial pathogens, plasma membrane remodeling induced by N. meningitidis does not require actin polymerization. Yet, the cellular and molecular mechanisms of this process are unknown. Here, we show that upon adhesion of individual bacteria, the host cell plasma membrane deforms by adhering along type IV pili fibers in a wetting-like fashion. Therefore, type IV pili act as an extracellular scaffold that guide plasma membrane protrusions in an F-actin-independent manner. We further show that the ability of the plasma membrane to deform along nanoscale adhesive structures is an intrinsic property of endothelial cells. Therefore, this study uncovers the mechanism of a key step of N. meningitidis pathophysiology and reveals novel properties of human cell plasma membrane that could be at play in other fundamental cellular processes.

Comment le cerveau humain parvient-il à conceptualiser des idées abstraites ? Quelle est en particulier l’origine de l’activité mathématique lorsqu'elle est associée à un haut niveau d’abstraction ? La question de savoir si la pensée mathématique peut exister sans langage intéresse depuis longtemps les philosophes, les mathématiciens et les enseignants. Elle commence aujourd’hui à être abordée par les neurosciences cognitives. Alors que les études précédentes se sont principalement focalisées sur l’arithmétique élémentaire, mon travail de thèse privilégie l’étude de la manipulation d’idées mathématiques plus avancées et des processus cérébraux impliqués dans leur apprentissage. Les travaux présentés dans cette thèse révèlent que : (1) la réflexion sur des concepts mathématiques de haut niveau appris depuis de nombreuses années n’implique pas les aires du langage ; (2) l’activité mathématique, quels qu’en soient la difficulté et le domaine, implique systématiquement des régions classiquement associées à la manipulation des nombres et de l’espace, y compris chez des personnes non-voyantes; (3) l’apprentissage non-verbal de règles géométriques repose sur un langage de la pensée indépendant du langage parlé naturel. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles questions en neurosciences. Par exemple, l’apprentissage de concepts mathématiques enseignés à l’école par le truchement des mots se passe-t-il également du langage ? Ou enfin, que signifie réellement "faire des mathématiques" pour le cerveau humain ? / How does the human brain conceptualize abstract ideas? In particular, what is the origin of mathematical activity, especially when it is associated with high-level of abstraction? Is mathematical thought independent of language? Cognitive science has now started to investigate this question that has been of great interest to philosophers, mathematicians and educators for a long time. While studies have so far focused on basic arithmetic processing, my PhD thesis aims at further investigating the cerebral processes involved in the manipulation and learning of more advanced mathematical ideas. I have shown that (1) advanced mathematical reflection on concepts mastered for many years does not recruit the brain circuits for language; (2) mathematical activity systematically involves number- and space-related brain regions, regardless of mathematical domain, problem difficulty, and participants' visual experience; (3) non-verbal acquisition of geometrical rules relies on a language of thought that is independent of natural spoken language. Finally, altogether these results raise new questions and pave the way to further investigations in neuroscience: - is the human ability for language also irrelevant to advanced mathematical acquisition in schools where knowledge is taught verbally? - What is the operational definition of the fields of “mathematics” and “language” at the brain level?