La maladie de Parkinson (MP) est une maladie du mouvement caractérisée par une neurodégénérescence de la substance noire et la présence d’inclusions d’α- synucléine (α-syn), les corps de Lewy, dans les neurones survivants. Elle se manifeste aussi par des symptômes non moteurs, dont certains, comme la constipation, surviennent précocement. La découverte que le système nerveux entérique (SNE) est fréquemment touché par la pathologie de Lewy a conduit à envisager que le tissu digestif puisse être source d'un biomarqueur précoce de la MP et que le processus pathologique de la maladie puisse s’initier dans le tube digestif pour gagner ensuite le système nerveux central par un mécanisme de type prion. L’objectif de mon travail de thèse a donc été d’optimiser la détection de l’α-syn dans le tube digestif et de comparer les propriétés de l’α-syn entérique et cérébrale. Nous avons montré que les méthodes immunohistochimiques (IHC) visant à détecter l’α-syn dans le tissu gastro-intestinal inclus en paraffine étaient limitées par des aspects techniques, mais qu’elles permettaient sur des coupes coliques avec paroi entière de détecter l’α-syn pathologique de façon performante. Puis, en utilisant une approche biochimique, nous avons montré que l’α-syn entérique native n’avait probablement pas la même tendance à s’assembler que dans le cerveau et que son niveau d’expression n’était pas modifié dans la MP. Nos travaux sont prometteurs pour la mise au point de marqueurs histologiques entériques de la MP et suggèrent une propension différente entre l’α-syn entérique et celle du cerveau à devenir pathogène. / Parkinson's disease (PD) is a movement disorder characterized by neurodegeneration in the substantia nigra and the presence of inclusions of α-synuclein (α- syn) aggregates, termed Lewy bodies, in surviving neurons. Patients may also exhibit various non-motor symptoms, such as constipation, which occur several years before the onset of motor symptoms. The discovery that the enteric nervous system (ENS) is frequently affected by Lewy pathology has led to consider the digestive tissue as a potential source for a specific PD biomarker and even to suggest that the pathological process (pathogenic α-syn) could be initiated in the gut and be propagated to central nervous system by a prion-like mechanism. The aim of my thesis was therefore (i) to optimize the detection of α-syn in the digestive tract in both physiological and pathological conditions and (ii) to compare the properties of α-syn enteric and nervous system central. In the first part, we showed that immunohistochemical methods (IHC) to detect α-syn in paraffin embedded gastrointestinal tissue were limited by some technical challenges, but when using full thickness colonic sample they allow to detect with high accuracy pathological α-syn. In the second part, using biochemical approach, we have shown that α-syn native enteric may not have the same tendency to assemble itself as in brain and its expression level was not changed in Parkinson's disease. Our results are promising for the development of enteric histological biomarkers of PD and suggest a different propensity between the enteric and brain α-syn to become pathological. Key

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La maladie de Parkinson (MP) se caractérise par une vulnérabilité sélective des cellules nerveuses, associée à la présence dans le cerveau d'agrégats de protéines mal repliées. Ces inclusions appelées corps de Lewy (CL) ont comme composant majoritaire une protéine appelée alpha-synucléine (α-syn). Pendant la dernière décennie, plusieurs études ont démontré que l'α-syn joue un rôle central dans l'initiation de la MP. Cependant, l'impact de ces agrégats sur l'homéostasie neuronale menant à la neurodégénérescence reste encore méconnu, en partie causé par l'absence d'outils appropriés. Dans ce but, notre équipe a créé une technologie novatrice qui nous permettra d'obtenir une meilleure compréhension des mécanismes conduisant à la formation de ces souches pathologiques. Cet outil basé sur l'optobiologie permet de contrôler l'agrégation de l'α-syn sous le contrôle de la lumière (le système LIPA : Light-Inducible Protein Aggregation). Notre système a permis d'induire la formation d'inclusions stables d'α-syn avec un contrôle spatial et temporel dans des cellules vivantes. Conduisant pour la première fois, à la formation in vivo d'inclusions mimant plusieurs des caractéristiques biochimiques et neuropathologiques des corps de Lewy. In vivo, les agrégats LIPA-α-syn ont compromis la transmission nigrostriatale, induit une perte neuronale dopaminergique et une altération du comportement de type parkinsonien. Ce système constitue un outil novateur permettant de générer, visualiser et disséquer le rôle de ces agrégats protéiques dans la MP et éventuellement d'autres troubles neurodégénératifs. Ce projet de thèse consiste en la création de nouveaux modèles cellulaires et animaux de la formation des CL afin obtenir de précieuses informations sur le processus d'agrégation et de propagation de l'α-syn et leur rôle dans la pathogenèse de la MP : cette compréhension permettra de développer de nouveaux traitements curatifs efficaces dans cette maladie. / Parkinson's disease (PD) is characterized by a selective vulnerability of nerve cells associated with the presence of aggregates of misfolded proteins in the brain. These inclusions called Lewy bodies (LBs) have as a major component a protein called alpha-synuclein (α-syn). During the last decade, several studies have demonstrated that α-syn plays a central role in the pathogenesis of PD. However, the impact of these aggregates on neuronal homeostasis leading to neurodegeneration remains poorly understood, partly caused by the lack of appropriate tools. To this end, our team has created a novel technology that will allow us to gain a better understanding of the mechanisms leading to the formation of these pathological strains. This tool based on optobiology allows to control the aggregation of α-syn under the control of light (the LIPA system: Light-Inducible Protein Aggregation). Our system allowed to induce the formation of stable α-syn inclusions with spatial and temporal control in living cells. Leading for the first time, to the in vivo formation of inclusions mimicking many of the biochemical and neuropathological features of Lewy bodies. In vivo, LIPA-α-syn aggregates compromised nigrostriatal transmission, induced dopaminergic neuronal loss and altered PD-like behavior. This system provides a novel tool to generate, visualize and dissect the role of these protein aggregates in PD and possibly other neurodegenerative disorders. This thesis project consists in the creation of new cellular and animal models of LBs formation in order to obtain valuable information on the aggregation and propagation process of α-syn and their role in the pathogenesis of PD: This understanding will allow the development of new effective curative treatments in this disease.

Face au vieillissement accru de la population, les maladies neurodégénératives sont désormais un problème de santé publique majeur. Dans plusieurs cas, les dépôts amyloïdes sont constitués de fibres d’IDP (« intrinsically disordered protein »), comme par exemple le peptide Aβ dans les plaques séniles et TAU dans les PHF retrouvés dans la maladie d’Alzheimer, ou encore l’Alpha synucléine dans les corps de Lewy retrouvés dans la maladie de Parkinson. Dans ces maladies, l’accumulation de fibres amyloïdes est au cœur des mécanismes de neurodégénérescence. Ainsi, comprendre les mécanismes biologiques qui mènent à la formation des fibres peut permettre d’envisager de nouveaux traitements et/ou des molécules capables de ralentir ou arrêter la progression de ces pathologies. Ces travaux de thèse vont, dans une première partie, développer les nouvelles méthodologies appliquées à l’étude des IDPs par RMN. Dans une deuxième partie, ils s’attacheront à mieux comprendre les mécanismes d’agrégation de deux IDPs très impliquées dans des maladies neurodégénératives. Le premier cas étudié sera celui de la protéine TAU, impliquée dans la maladie d’Alzheimer, et le deuxième cas sera celui d’Alpha synucléine, impliquée dans la maladie de Parkinson. / Due to population aging, neurodegenerative diseases have become a major public health problem. In many cases, the amyloid deposits are composed of IDP (Intrinsically disordered protein) fibers, as Aß peptide in senile plaques and TAU in the PHF found in Alzheimer's disease, or Alpha synuclein in Lewy bodies found in Parkinson's disease. The accumulation of amyloid fibers is at the heart of the mechanisms of neurodegeneration. The understanding of the biological mechanisms that lead to the formation of the fibers may allow novel treatments and / or molecules that slow or stop the progression of these diseases. Firstly, in this thesis, we will develop new methodologies to study IDPs by NMR. In the second part, we will seek to better understand the mechanisms of aggregation of two IDPs involved in neurodegenerative diseases. The first case will be the aggregation of TAU protein in Alzheimer's disease and the second case will be the aggregation of Alpha synuclein in Parkinson's disease.

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La maladie de Parkinson est une maladie neurologique chronique caractérisée par la dégénérescence progressive des neurones dopaminergiques de la substance noire pars compacta. Une deuxième caractéristique neuropathologique de cette maladie est l’accumulation des agrégats intracellulaires appelés les corps de Lewy (CLs). Ces agrégats sont majoritairement formés par une protéine pré-synaptique, α-synucléine (α-syn). Cette accumulation pathologique interfère avec les voies métaboliques vitales des neurones telles que la transmission synaptique et l’activité mitochondriale, ce qui engendre la mort cellulaire. Par conséquence, éliminer les formes toxiques, diminuer l’expression de la forme native et réduire ainsi la probabilité de la formation d’agrégats pourrait être une stratégie thérapeutique d’intérêt pour le traitement de la maladie de Parkinson et d’autres désordres qui y sont reliés. Dans ce contexte, notre équipe a récemment décrit une nouvelle voie d’élimination de l’α-syn qui est catalysée par l’activité enzymatique de la kinase Polo-like kinase 2 (PLK2). Cependant, les mécanismes cellulaires ainsi que l’identité des molécules impliquées sont encore méconnus. Donc, mes travaux se sont concentrés sur l’étude de cette voie et ses différentes étapes qui mènent à enlever l’effet toxique de l’α-syn. Dans ce mémoire nous montrons que, en plus de la PLK2, la PLK3, un autre membre de la famille des PLKs, est capable de phosphoryler l’α-syn au niveau du résidu S129 et induire son élimination. En plus, nous déclarons que cette action exige une interaction physique entre les 2 protéines (α-syn et PLK2) impliquant le domaine N-terminal et qu’une étape de poly-ubiquitination est essentielle pour que ce complexe protéique se dirige vers la voie de dégradation autophagique. Cette action de la PLK2 est observée également sur des formes mutées de l’α-syn tels que α-syn A30P, α-syn A53T et d’une manière plus accentuée sur la forme mutante α-syn E46K. La caractérisation de cette voie d’élimination offre de nouvelles opportunités pour le développement des traitements qui favorisent, d’une façon spécifique et sélective, la dégradation de l’α-syn et par conséquent la réduction des formes toxiques de cette dernière. / Parkinson's disease is a chronic neurological disease characterized by the progressive degeneration of the dopaminergic neurons of the substantia nigra pars compacta. A second neuropathological feature of this disease is the accumulation of intracellular aggregates called Lewy bodies. These aggregates are formed by a pre-synaptic protein, α-synuclein (α-syn). This pathological accumulation interferes with the vital metabolic pathways of neurons such as synaptic transmission and mitochondrial activity, leading to cell death. Consequently, promoting the elimination of the toxic forms, reducing the expression of the native form and decreasing the probability of aggregate formation could be a therapeutic strategy of interest for the treatment of Parkinson's disease and other related disorders. Recently, we have described a novel α-syn degradation pathway that is catalyzed by the enzymatic activity of Polo-like kinase 2 (PLK2). However, the cellular mechanism and the identity of the molecules involved are still unknown. So, my work has focused on studying this pathway and its various steps that lead to remove the toxic effect of α-syn. In this thesis we show that, in addition to PLK2, PLK3, another member of the PLK family, is able to phosphorylate α-syn at S129 and induce its elimination. In addition, we declare that this action requires a physical interaction between the 2 proteins (α-syn and PLK2) involving the N-terminal domain and that a poly-ubiquitination step is essential for the autophagic degradation of the α-syn and PLK2 complex. This effect of PLK2 is also observed on mutated forms of α-syn such as α-syn A30P, α-syn A53T and is more pronounced in the case of the α-syn E46K mutant. The characterization of this elimination pathway offers new opportunities for the development of treatments that allow, in a specific and selective manner, the degradation of α-syn and thus the reduction of its toxic forms.

Les membranes cellulaires sont constamment remodelées par le bourgeonnement et la fusion de vésicules assurant le transport entre les différentes organelles. De nombreuses protéines périmembranaires orchestrent ce trafic vésiculaire. Les hélices amphipathiques jouent un rôle important dans le mécanisme d'interaction de certaines de ces protéines avec les membranes. A la différence de domaines protéiques reconnaissant spécifiquement un lipide, les hélices amphipathiques reconnaissent plus globalement la physicochimie d'une membrane (forme, charge...). GMAP-210 est une très longue protéine golgienne qui agit comme corde moléculaire grâce à sa structure en coiled-coil. Le laboratoire avait montré que l'extrémité N-terminale de GMAP-210 possède un motif ALPS, une hélice amphipathique singulière sensible à la courbure membranaire. Les motifs ALPS sont caractérisés par l'absence de résidus basiques, l‘interaction avec les membranes ne repose donc que sur l'hydrophobicité. Pour compenser ce déficit, la liaison des motifs ALPS n'a lieu qu'au contact de membranes fortement courbées. Dans le cas de GMAP-210, le motif ALPS permettrait de capturer des vésicules de transport. J'ai démontré que l'autre extrémité de la corde interagit avec Arf1GTP sur des membranes. Cette interaction est conditionnée par le contact avec la surface membranaire d'une petite hélice amphipathique située en aval du domaine d'interaction avec Arf1. De façon remarquable, l'interaction entre Arf1GTP et le domaine C-terminal de GMAP-210 est régulée indirectement par la courbure membranaire. En effet, ArfGAP1, identifiée comme la première protéine possédant un motif ALPS, est capable de dissocier rapidement le complexe de membranes courbées. Par conséquent, GMAP-210 connecte des membranes courbées, par exemple des vésicules, à des membranes planes recouvertes d'Arf1, par exemple des citernes golgiennes. Le mécanisme vectoriel d'attachement de membranes par GMAP-210 repose donc sur de nombreuses hélices amphipathiques (deux dans GMAP-210, une dans Arf1 et une dans ArfGAP1) et permettrait d'expliquer le confinement des vésicules de transport autour de l'appareil de Golgi. Des mesures de vitesse spontanée de désorption membranaire des extrémités de GMAP-210 suggèrent que l'attachement des membranes est très dynamique et a lieu sur des échelles de temps de la seconde à la minute. Le motif ALPS n'est pas le seul motif amphipathique sensible à la courbure. L'alpha-synucléine, une protéine synaptique célèbre pour son implication dans la maladie de Parkinson, contient également une hélice amphipathique senseur de courbure. Curieusement, la physicochimie du motif ALPS et de l'alpha-synucléine est opposée tant pour la face polaire que pour la face hydrophobe. L'alpha-synucléine a une périodicité atypique (3/11), une face polaire zwittérionique et une face hydrophobe présentant de petits résidus et des thréonines. En utilisant des liposomes de composition et de rayon définis, j'ai montré que la charge négative des membranes est un paramètre discriminant dans la liaison aux membranes des deux protéines. En effet, à la différence de GMAP-210, l'alpha-synucléine est strictement dépendante d'un taux élevé de phospholipides anioniques. Par contre, ces protéines sont toutes les deux très sensibles à la nature des chaînes insaturées des phospholipides. Les premiers résultats montrent néanmoins des subtilités intéressantes : l'alpha-synucléine semble mieux adaptée que GMAP-210 à une membrane polyinsaturée comme l'est celle des vésicules synaptiques. En conclusion, de nombreuses hélices amphipathiques sont impliquées dans le trafic vésiculaire. Elles présentent de nettes différences dans leur physicochimie suggérant une adaptation à des membranes cellulaires (de composition lipidique et de rayon définis) par des mécanismes qui restent largement à explorer.

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative qui se caractérise par la perte progressive des neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire, une structure sous-corticale des ganglions de la base. Si la majorité des cas sont sporadiques, l'exposition à des facteurs environnementaux (composés organochlorés, pesticides) ou des mutations associées à une quinzaine de gènes (dardarine, -synucléine,...) sont connues pour être à l'origine de formes de cette maladie. L'-synucléine est également le composant majoritaire des corps de Lewy, inclusions cytoplasmiques présentes dans les neurones DA des patients. Pendant mon doctorat, je me suis attachée à comprendre les mécanismes de neurotoxicité induits par le paraquat (PQ), un générateur de stress oxydatif impliqué dans la MP. Ces recherches ont mis en évidence une implication de la signalisation DA dans la toxicité du PQ dans le système nerveux central par l'activation aberrante d'un récepteur DA de type D1, impliqué dans la mémoire chez la drosophile. L'inactivation de ce récepteur dans les neurones glutamatergiques protège significativement les drosophiles contre les effets délétères du PQ. Je me suis également intéressée aux mécanismes de neurotoxicité de l'-synucléine chez la drosophile et son rapport avec le stress oxydatif. Cette étude m'a mené au développement d'une technique de mise en culture du système nerveux central entier de drosophile permettant l'étude des effets progressifs de l'-synucléine sur la dynamique vésiculaire dans les axones DA par des expériences de FRAP. Ces travaux contribuent à mieux comprendre les rapports entre dopamine et stress oxydatif dans la pathogenèse de la MP

Les protéines alpha-synucléine (α-syn) et leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) sont deux protéines ayant un rôle majeur dans la physiopathologie de la maladie de Parkinson (MP) et interviennent aussi bien dans les formes dites sporadiques que dans les formes familiales. La mutation G2019S du gène codant pour LRRK2 est la mutation la plus fréquente. Cette mutation induit une augmentation de l’activité kinase de LRRK2 qui conduit à sa toxicité. Plusieurs hypothèses convergent vers l’idée que LRRK2 et l’α-syn interagiraient pour conduire à la dysfonction et/ou la mort des neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire (SNc) dans la MP. Dans la première partie de cette étude, différentes formes sauvage (WT) ou mutée (G2019S) de LRRK2 ont été surexprimées spécifiquement dans les neurones de la SNc via l’utilisation de vecteurs lentiviraux (LV) et adéno-viraux associés (AAV). La question principale de cette étude était d’évaluer si l’expression spécifiquement neuronale de LRRK2 induisait la dégénérescence des neurones DA de la SNc. Nous avons généré des constructions comportant uniquement la partie C-terminale de LRRK2 (ΔLRRK2) en aval du domaine LRR. In vitro, le fragment ΔLRRK2G2019S présente une activité kinase supérieure au fragment ΔLRRK2WT avec une augmentation d’activité comparable à la forme entière de LRRK2. In vivo, six mois après l’injection (PI) de ΔLRRK2 WT ou G2019S dans la SNc, les mesures du nombre de neurones montrent que seul le fragment ΔLRRK2G2019S induit une mort neuronale significative (30%) comparé à la forme ΔLRRK2WT, uniquement lorsque l’expression est générée via des vecteurs AAV. Ces résultats suggèrent que l’expression purement neuronale d’un fragment contenant le domaine kinase de LRRK2 est suffisante pour induire une dégénérescence de la SN. Dans la seconde partie du projet, nous avons étudié l’hypothèse que ΔLRRK2G2019S via son activité kinase amplifiée, pourrait augmenter la toxicité le l’α-syn mutée A53T. Pour répondre à cette question, les vecteurs AAV codant pour ΔLRRK2 G2019S ou une forme inactive de la kinase (ΔLRRK2G2019S/D1994A), et celui codant pour l’α-syn A53T ont été co-injectés dans la SNc. Les analyses réalisées à 6 et 15 semaines PI montrent que ΔLRRK2G2019S augmente la mort neuronale induite par l’α-syn A53T d’une manière kinase dépendante. Tous ces résultats supportent l’hypothèse que l’existence d’une interaction fonctionnelle entre LRRK2 et l’α-syn pourrait jouer un rôle fondamental dans la physiopathologie de la MP offrant des possibilités de stratégie de neuroprotection ciblant l’interaction LRRK2/α-syn. / Alpha-synuclein (α-syn) and leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) proteins are likely to play crucial roles both in sporadic and familial forms of Parkinson’s disease (PD). The most prevalent mutation in LRRK2 is the G2019S substitution which induces neurotoxicity through a marked increase of its kinase activity. A possible interplay between LRRK2 and α-syn may be involved in the dysfunction and/or in the death of dopaminergic (DA) neurons in the substantia nigra (SNc) in PD. In the first part of the study, we evaluated whether the overexpression of LRRK2G2019S using lentiviral vectors (LVs) and adeno-associated virus (AAV2/9), which can overexpress transgenes selectively in neurons could trigger neurodegeneration in the SNc, in other words, whether cell-autonomous mechanisms are sufficient to trigger the degeneration of DA neurons. We generated constructs corresponding to the C-terminal domain of LRRK2 (ΔLRRK2) containing the kinase domain. Results of assays performed in vitro indicated that ΔLRRK2 retains biochemical properties of full length LRRK2. Six months after the stereotaxic injection of LV-ΔLRRK2G2019S in the SNc, the number of DA neurons was unchanged, however, the infection of the SNc with AAV-ΔLRRK2G2019S but not with AAV-ΔLRRK2WT induced a significant ~30% loss of DA neurons. These results suggested that neuronal overexpression of the mutant kinase domain of LRRK2 was sufficient to trigger neurodegeneration in the SNc in the adult brain. In the second part of the study, we aimed at studying whether ΔLRRK2G2019S could increase the neurotoxicity of a mutant form of α-syn (A53T mutation) in vivo in DA neurons. We used a co-infection approach with AAV vectors encoding the α-synA53T, and ΔLRRK2 G2019S alone or with the D1994A mutation (ΔLRRK2G2019S/D1994A) that inactivates the kinase activity of LRRK2. AAVs were stereotaxically co-injected into the rat SNc and histological evaluation was performed at 6 and 15 weeks (early and late time points) post-infection. Results showed that ΔLRRK2G2019S increased the toxicity of α-synA53T in a kinase-dependent manner. Altogether, the present study supports the hypothesis that a functional interaction between LRRK2 and α-syn may play a key role in PD pathogenesis. The new “double hit” model we developed in rats may be of interest to test novel neuroprotective strategies targeting LRRK2/α-syn in vivo.

La maladie de Parkinson (MP) est la deuxième maladie neurodégénérative la plus répandue. Elle touche 0,3% de la population en général, avec un taux croissant de 1 à 2% chez les personnes de plus de 65 ans. À l’heure actuelle, le seul traitement pharmacologique disponible (L-Dopa) consiste à réduire la sévérité des symptômes moteurs. Plusieurs approches expérimentales sont actuellement à l‘étude pour tenter de ralentir la progression de la maladie, ou réduire à long terme la sévérité des symptômes, mais avec un succès limité.La transplantation cellulaire a déjà montré des effets encourageant dans les modèles animaux et en clinique, mais elle présente également plusieurs limites, notamment la faible survie des cellules greffées, une forte réponse immunitaire conduisant au rejet de la greffe.Les biomatériaux sont des matériaux utilisés et adaptés à des applications médicales. Ils sont conçus pour interagir avec différents systèmes biologiques. Parmi ceux-ci, les hydrogels à base de collagène ont attiré l'attention ces dernières années dans le domaine de la médecine régénérative et de la greffe cellulaire, largement utilisés pour la greffe de peau et la cicatrisation des plaies, la régénération de la moelle épinière, la réparation des os et des tendons. À ce jour, cette approche prometteuse n'a encore été étudiée que très rarement in vivo pour les maladies neurodégénératives telles que la MP. Dans ce travail, nous avons développé un modèle pertinent de la MP pour les rongeurs, capable de montrer une dégénérescence progressive des neurones DA dans la SNpc. En utilisant un vecteur viral adéno-associé (AAV), nous avons surexprimé le domaine C-terminal de la forme LRRK2 mutée (G2019S) avec ou sans α-synucléine mutée (α-synA53T) dans la SNpc. Nos résultats ont montré que, alors que LRRK2G2019S seule ne produisait aucune toxicité, l’α-syn co-exprimé avec LRRK2G2019S produisait une plus grande perte de neurones DA dans la SNpc par rapport à l’α-synA53T seule. La toxicité de l'a-syn est probablement facilitée par l'activité kinase du LRRK2 mutant par le biais d'un mécanisme « cell-autonomous ». Une fois que le modèle neurodégénératif de la maladie de Parkinson a été développé et prêt à tester le potentiel du bio-polymère de collagène en tant que système d'administration, nous avons procédé à la caractérisation de l'échafaud en hydrogel. En utilisant l'imagerie par résonance magnétique (IRM) à champ élevé (11,7 T) et l'analyse histologique, nous avons caractérisé notre hydrogel à base de collagène après polymérisation in vitro et, in vivo, après injection intracérébrale chez le rat. Nos résultats indiquent que les hydrogels à base de collagène peuvent être injectés dans le cerveau sans effets délétères majeurs et que l'IRM est un outil de choix pour le suivi direct et non invasif de la polymérisation et de la greffe d'hydrogel de collagène. L'hydrogel de collagène a montré une réponse immunitaire transitoire et limitée essentiellement localisée autour du site d'injection.Ces résultats suggèrent que notre hydrogel à base de collagène qui polymérise in situ pourrait être utilisé en toute sécurité comme système d'administration intracérébrale de cellules et / ou de molécules trophiques et/ou neuroprotectrices pour la MP. / Parkinson’s disease (PD) is the second most common neurodegenerative disease, affecting 0.3% of general population, with an increasing rate of 1 to 2% in persons over 65. At the moment the only available pharmacological treatment (L-Dopa) focuses on mitigating symptoms; nowadays treatments to slow down the disease’s progression, or suppress symptoms on the long term remain to be validated.Cellular transplantation had showed encouraging results, but it has some limitation, including the poor survival of the grafted cells, strong immune response and rejection of the graft. Biomaterials are materials used and adapted for medical applications and are designed to interact with different biological systems. Among them, collagen-based hydrogels recently gained attention in the field of regenerative medicine and cellular transplantation, being widely used for skin graft and wound healing, spinal cord regeneration, bones and tendon repair. To date, such promising approach has not been often investigated in vivo for neurodegenerative diseases as PD.In this work we developed a rodent relevant model of PD that is able to show a progressive neurodegeneration of DA neurons in the SNpc. Using adeno-associated viral vector (AAV), we overexpressed the C-terminal domain of mutated LRRK2 form (LRRK2G2019S) with or without mutant α-synuclein (α-synA53T) in the SNpc. Our results showed that, while LRRK2G2019S alone did not produce any toxicity, α-synA53T co-expressed with LRRK2 G2019S produced a greater loss of dopaminergic cells in the SNpc. α-synA53T toxicity is likely to be facilitated by the kinase activity of mutant LRRK2 through a cell autonomous mechanism.Once the neurodegenerative rat model of PD was developed and ready for testing the potential of the collagen scaffold as a delivery system, we proceeded with characterization of the hydrogel scaffold. Using high field (11.7T) magnetic resonance imaging (MRI), and histological analysis we characterized our collagen-based hydrogel after in vitro and, in vivo polymerization after intracerebral injection in rats.Our results indicate that collagen-based hydrogels can be safely injected into the brain without any major adverse effect and that MRI is a tool of choice for a direct and non-invasive in vivo follow-up of collagen hydrogel polymerization and grafting in the brain. The collagen scaffold showed a transitory and limited immune response localized around the site of injection.This results suggest that our in-situ polymerizing collagen-based hydrogel could be safely employed as a delivery system for cells and/or molecules during neuronal transplantation.

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