Les récepteurs AMPAR sont les principaux responsables de la transmission excitatrice rapide dans le système nerveux central, y compris dans les neurones d’hippocampe étudiés ici. Ils sont très dynamiques dans la membrane. Au sein des épines dendritiques, ils peuvent se déplacer par traffic membranaire entre les compartiments intracellulaires et la membrane plasmique. Une fois à la surface, ils se déplacent par diffusion latérale et peuvent s'ancrer réversiblement avec des protéines de la densité postsynaptique ou retourner dans des compartiments endocytaires. Les oligomères Aß augmentent l'endocytose des récepteurs AMPAR, diminuent la densité des épines dendritique et provoquent des défaillances globales dans la transmission synaptique excitatrice. Ces effets, sont englobés dans le terme "synaptotoxicité des oligomères Aß" et sont un domaine principal d'étude de l'étiologie de la maladie d'Alzheimer. Wnt5a un ligand Wnt endogène connu pour activer la voie non-canonique dans les neurones d'hippocampe, génère une augmentation des courants excitateurs et des aggrégats de PSD95 et protége les neurones contre la synaptotoxicité des oligomères Aβ. Compte tenu du fait que Wnt5a semble contrecarrer les effets nocifs causés par les oligomères Aß, nous avons procédé à l'étude du mécanisme par lequel Wnt5a protège de la synaptotoxicité des oligomères Aβ. Cela nous a conduit à évaluer l'effet de Wnt5a sur l'un des facteurs dans la transmission glutamatergique, la dynamique des récepteurs AMPAR. En utilisant la microscopie à super-résolution dans les neurones d'hippocampe vivants et fixés, nous avons trouvé que Wnt5a module la dynamique et la localisation des récepteurs AMPAR. Plus précisément, Wnt5a stabilise les récepteurs AMPAR dans les sites synaptiques et extrasynaptiques. Ceci est corrélé avec une augmentation de la co-localisation et de l'interaction entre GluA2 et PSD95. Ces effets ne sont exercés que par l'activation non-canonique de la signalisation Wnt, à travers le ligand Wnt5a et non par les effets canoniques de Wnt7a. De manière intéressante, la pré-incubation de Wnt5a prévient la toxicité des oligomères Aß et maintient la dynamique basale des récepteurs AMPAR. Nos données suggèrent que Wnt5a empêche les effets des oligomères Aβ en favorisant leur stabilisation dans les sites synaptiques. / AMPARs (AMPARs) are responsible for most fast excitatory synaptic transmission in the central nervous system, including hippocampal neurons studied here. AMPARs are highly dynamic in the plasma membrane. Within dendritic spines, they move by membrane trafficking between intracellular compartments and the plasma membrane. Once at the surface, they move through lateral brownian diffusion and can reversibly anchor to postsynaptic density proteins or return to endocytic compartments. Aβ oligomers increase endocytosis of AMPARs, diminish dendritic spine density and cause overall failures in excitatory transmission. These effects, among others, are englobed in the term “Aβ oligomers synaptotoxicity” and are a main focus on the study of Alzheimers disease ethiology. On the contrary, Wnt5a - an endogenous Wnt ligand known to activate the non-canonical pathway in hippocampal neurons - generates an increase in excitatory currents and in clusters of PSD95 and protects neurons against Aβ oligomers synaptotoxicity. Given the fact that Wnt5a seems to counteract the distresses caused by Aβ oligomers, we proceeded to study the mechanism through which Wnt5a protects from Aβ oligomers synaptotoxicity. This led us to evaluate the effect of Wnt5a on one of the important factors in glutamatergic transmission, i.e. AMPAR receptor dynamics. By using super-resolution microscopy in live and fixed hippocampal neurons, we found that Wnt5a modulates the dynamic and localization of AMPARs. Specifically, Wnt5a stabilizes AMPARs in synaptic and extrasynaptic sites. This correlates with an increase in co-localization and interaction between GluA2 and PSD95. These effects are exerted only by non-canonical activation of Wnt signaling, through Wnt5a ligand and not by the canonical effects of Wnt7a. Interestingly, pre-incubation of Wnt5a prevents toxicity of Aβ oligomers and maintains basal AMPARs dynamics. Our data suggest that Wnt5a prevents Aβ oligomers effects by promoting their stabilization in synaptic sites. / Los receptores AMPA (AMPARs) son los principales responsables de la respuesta excitatoria rápida en el sistema nervioso central, incluyendo neuronas hipocampales, estudiadas en esta tesis. A diferencia de otros receptores glutamatérgicos, los AMPARs son altamente dinámicos. Dentro de las espinas dendríticas, se pueden mover hacia y desde compartimentos endocíticos y hacia la membrana plasmática. Una vez en la superficie, a través de difusión lateral, se pueden anclar a proteínas de la densidad postsináptica o regresar a compartimentos endocíticos. Por otro lado, los oligómeros Aβ (oAβ) aumentan la endocitosis de AMPARs, disminuyen la densidad de espinas dendríticas y causan una falla generalizada de la transmisión sináptica excitatoria. Estos efectos, entre otros, se engloban en el término “sinaptotoxicidad por oAβ” y es uno de los principales puntos de estudio en la etiología de la enfermedad de Alzheimer. Al contrario, Wnt5a un ligando endógeno conocido por activar la vía no canónica en neuronas hipocampales, genera un aumento en corrientes excitatorias y en los clusters de PSD95 y protege a las neuronas contra la sinaptotoxicidad causada por oAβ. Debido a esto, procedimos a estudiar el mecanismo por el cual Wnt5a protege de la sinaptotoxicidad causada por Aβ. Esto nos llevó a evaluar los efectos de Wnt5a en uno de los principales factores en la transmisión glutamatérgica, la dinámica de los AMPARs. Con el uso de microscopía de super-resolución en neuronas hipocampales vivas, encontramos que Wnt5a modula la dinámica y localización de los AMPARs. Específicamente, Wnt5a estabiliza los AMPARs en espinas y dendritas. Lo cual se correlaciona con un aumento en la co-localización e interacción entre GluA2 y PSD95. Estos efectos son causados únicamente por la activación no-canónica de la vía Wnt, a través del ligando Wnt5a y no por los efectos canónicos de Wnt7a. De manera interesante, la pre-incubación de Wnt5a previene la toxicicidad de los oligómeros Aβ y mantiene la dinámica basal de los AMPARs. Esta data sugiere que Wnt5a promueve la estabilización de AMPARs, previniendo los efectos synaptotóxicos de los oAβ .

<p>Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder, neuropathologically characterized by neurofibrillay tangles and deposition of amyloid-β (Aβ) peptides. Several mutations in the gene for amyloid precursor protein (APP) cause familial AD and affect APP processing leading to increased levels of Aβ42. However, the Arctic Alzheimer mutation (APP E693G) reduces Aβ levels. Instead, the increased tendency of Arctic Aβ peptides to form Aβ protofibrils is thought to contribute to the pathogenesis. </p><p>In this thesis, the pathogenic mechanisms of the Arctic mutation were further investigated, specifically addressing if and how the mutation affects APP processing. Evidence of a shift towards β-secretase cleavage of Arctic APP was demonstrated. Arctic APP did not appear to be an inferior substrate for α-secretase, but the availability of Arctic APP for α-secretase cleavage was reduced, with diminished levels of cell surface APP in Arctic cells. Interestingly, administration of the fatty acid docosahexaenoic acid (DHA) stimulated α-secretase cleavage and partly reversed the effects of the Arctic mutation on APP processing.</p><p>In contrast to previous findings, the Arctic mutation generated enhanced total Aβ levels suggesting increased Aβ production. Importantly, this thesis illustrates and explains why measures of both Arctic and wild type Aβ levels are highly dependent upon the Aβ assay used, with enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and Western blot generating different results. It was shown that these differences were due to inefficient detection of Aβ oligomers by ELISA leading to an underestimation of total Aβ levels. </p><p>In conclusion, the Arctic APP mutation leads to AD by multiple mechanisms. It facilitates protofibril formation, but it also alters trafficking and processing of APP which leads to increased steady state levels of total Aβ, in particular at intracellular locations. Importantly, these studies highlight mechanisms, other than enhanced production of Aβ peptide monomers, which could be implicated in sporadic AD.</p>

Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder, neuropathologically characterized by neurofibrillay tangles and deposition of amyloid-β (Aβ) peptides. Several mutations in the gene for amyloid precursor protein (APP) cause familial AD and affect APP processing leading to increased levels of Aβ42. However, the Arctic Alzheimer mutation (APP E693G) reduces Aβ levels. Instead, the increased tendency of Arctic Aβ peptides to form Aβ protofibrils is thought to contribute to the pathogenesis. In this thesis, the pathogenic mechanisms of the Arctic mutation were further investigated, specifically addressing if and how the mutation affects APP processing. Evidence of a shift towards β-secretase cleavage of Arctic APP was demonstrated. Arctic APP did not appear to be an inferior substrate for α-secretase, but the availability of Arctic APP for α-secretase cleavage was reduced, with diminished levels of cell surface APP in Arctic cells. Interestingly, administration of the fatty acid docosahexaenoic acid (DHA) stimulated α-secretase cleavage and partly reversed the effects of the Arctic mutation on APP processing. In contrast to previous findings, the Arctic mutation generated enhanced total Aβ levels suggesting increased Aβ production. Importantly, this thesis illustrates and explains why measures of both Arctic and wild type Aβ levels are highly dependent upon the Aβ assay used, with enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and Western blot generating different results. It was shown that these differences were due to inefficient detection of Aβ oligomers by ELISA leading to an underestimation of total Aβ levels. In conclusion, the Arctic APP mutation leads to AD by multiple mechanisms. It facilitates protofibril formation, but it also alters trafficking and processing of APP which leads to increased steady state levels of total Aβ, in particular at intracellular locations. Importantly, these studies highlight mechanisms, other than enhanced production of Aβ peptide monomers, which could be implicated in sporadic AD.

Aucun traitement de la maladie d’Alzheimer (MA) n’existe, justifiant le développement de stratégies thérapeutiques. La toxicité des oligomères solubles du peptide amyloïde β (Aβ) est centrale dans les pertes synaptiques et cellulaires précoces dans la maladie. Dans le cadre de cette hypothèse, nous proposons qu’empêcher ces effets puisse prévenir le déclin cognitif dans la MA. Les facteurs neurotrophiques sont de bons candidats pour prévenir la mort cellulaire mais nécessitent une application ciblée et continue. Nous avons utilisé la technologie d’encapsulation cellulaire pour produire des bioréacteurs implantables contenant des cellules C2C12 sécrétant le facteur neurotrophique ciliaire (CNTF). Notre objectif était d’établir la preuve du concept que la production à long terme de CNTF in situ dans le cerveau puisse prévenir les déficits cognitifs liés à l’Aβ.Nos études prouvent que le CNTF produit par les bioréacteurs prévient la cytotoxicité et l’apoptose induites par le peptide Aβ in vitro. La neuroprotection dépend de l’activation de la PI3-Kinase et du facteur STAT3. In vivo, l’implantation des bioréacteurs dans le cerveau prévient les troubles cognitifs induits par l’injection icv d’Aβ ou retarde leur apparition chez la souris Tg2576. Dans nos deux modèles précliniques de la MA, la protection comportementale est associée au maintien des protéines synaptiques dans l’hippocampe. Aussi, la production in situ de CNTF est une approche thérapeutique préventive efficace contre la toxicité et les déficits cognitifs liés à l’Aβ. Ces résultats suggèrent également que l’implantation de cellules encapsulées est un bon procédé pour délivrer des molécules thérapeutiques au cerveau / No cure against Alzheimer’s Disease (AD) exists yet, justifying the development of therapeutic strategies. Toxicity of soluble amyloid β peptide is a key-player in early synaptic and cellular loss in AD. According to this hypothesis, we propose that preventing Aβ peptide effects could prevent cogninitive decline in AD. Neurotrophic factors are good candidates to prevent cell death but require a targeted and continuous delivery. We used the cell encapsulation technology to produce graftable bioreactors that contain C2C12 cells secreting the Ciliary Neurotrophic factor (CNTF). Our goal was to realize the proof-of-concept that CNTF long term in situ delivery could prevent Aβ-induced cognitive decline.Our studies prove that bioreactor-produced CNTF prevents Aβ-induced cytotoxicity and apoptosis in vitro. Neuroprotection relies on PI3K and STAT3 activation. In vivo, bioreactor implantation in brain prevents cognitive impairment induced by Aβ icv injection or delays their appearance in Tg2576 mice. In both of our preclinical model of AD, behavioral protection was associated with synapse maintenance in hippocampus.Therefore, in situ long term CNTF delivery is an efficient preventive therapeutic strategy against toxicity and Aβ-linked cognitive disturbances. These results also suggest that encapsulated cells graft is a good way to deliver therapeutic molecules to the brain