La Maladie d’Alzheimer (MA) est un des challenges sanitaires les plus importants du XXIème siècle. En effet, elle touche 35,6 millions de personnes en 2010, et en atteindra probablement quatre fois plus en 2050.Cependant, peu d’éléments sont à ce jour connus concernant les mécanismes de toxicité de cette maladie. Il semble néanmoins acquis que l’agrégation du peptide amyloïde Aβ est l’élément déclenchant une cascade d’événements cellulaires aboutissant à trois types de lésions : les dégénérescences neurofibrillaires, les plaques amyloïdes et une atrophie corticale, révélatrice d’une importante mort neuronale.Différents modèles transgéniques d’étude de la toxicité du peptide Aβ ont été créés au cours des vingt dernières années. Cependant, aucun modèle de levure n’a encore vu le jour, alors que cet organisme est utilisé depuis de nombreuses années pour l’étude des protéines amyloïdes.J’ai donc cherché à créer ce modèle de toxicité au cours de ma thèse. L’adressage d’une protéine de fusion Aβ-GFP à la voie de sécrétion permet de rendre son expression toxique chez la levure. J’ai démontré que le trafic intracellulaire était un élément important pour la génération d’espèces toxiques. Les orthologues de PICALM, facteur de prédisposition à la MA, sont impliqués dans la toxicité, montrant une conservation des mécanismes de toxicité avec l’Homme. Les constructions semblent avoir la capacité de traverser les membranes afin d’atteindre des cibles cellulaires comme la mitochondrie.Le modèle ainsi construit nous permettra de mettre en place une étude de la relation entre la structure et la toxicité du peptide Aβ et mieux comprendre les mécanismes cellulaires régissant la MA. / Alzheimer’s Disease (AD) is one of the most important sanitary challenges of the XXIst century. Indeed, 35.6 million people are affected in 2010, and there will be probably four times more in 2050. However, little is known about the mechanisms of toxicity of this disease. Nevertheless, it seems that aggregation of the Aβ peptide is the triggering factor of a cascade of cellular events that leads to three characteristic lesions: neurofibrillary tangles, amyloid plaques and a cortical atrophy, revealing an important neuronal death. Different transgenic models for the study of the Aβ peptide toxicity have been created during the past twenty years. However, no yeast model has yet seen the light of day, whereas this organism is used for several years to study amyloid proteins.Therefore I worked to create this model during my thesis. Addressing an Aβ-GFP fusion to the secretory pathway enable this construction to become toxic in yeast. I proved intracellular pathways are important for generation of toxic species. PICALM orthologs, an AD predisposing factor, are involved in toxicity, showing conservation in the mechanisms of toxicity between yeast and man. The constructions seem to be able to cross membranes and reach cytoplasmic targets as mitochondria.Thus, this model will allow us to set a study of the relationship between structure and toxicity of the Aβ peptide and better understand the cellular mechanisms governing AD

La difficulté de la plainte mnésique est son aspect subjectif et son évaluation. Le concept de Subjective Cognitive Impairment (SCI) est une réalité épidémiologique. Nous rapportons ici notre expérience, au sein du service de neurologie Comportementale des Hôpitaux sud de MARSEILLE d'une cohorte de sujets consultants sur une période de plus de 6 ans, sur le plan neurologique, neuropsychologique et de la neuroimagerie. Le SCI représente un état anatomo-clinique défini, qu'on peut séparer à la fois des Contrôles Normaux (CN) et des Mild Cognitive Impairment-Amnésiques (MCI-A), sur le plan neuropsychologique, anatomique en IRM. Un suivi, sur une relativement courte période, permet de noter le passage de SCI en MCI-A, voir beaucoup plus rarement de SCI en Maladie d'Alzheimer-Légère (MA-L). Ces sujets évolutifs peuvent être repérés dès le premier bilan, par un test de mémoire épisodique verbale, comme le RAVLT RD. Ce test permet de prédire l'évolutivité des SCI et de caractériser les sujets susceptibles d'évoluer vers un MCI-A à 1 an. Pour améliorer l'étude de la plainte cognitive, il est important d'avoir un outil adapté. Le Memory Functioning Questionnaire (MFQ) est incomparablement plus efficace et plus précis que le Subjective Cognitive Deficit (SCD), dans l'approche diagnostique CN / SCI. L'atteinte directe de l'aire 10, qui sous-tendrait la métamémoire, à ce stade n'est pas prouvée mais pourrait être dû à une dysconnexion par atteinte de la substance blanche du faisceau cingulaire, dans sa partie antérieure. A ce stade, les sujets vont donc se plaindre du fonctionnement de leur mémoire, à cause des mauvaises informations reçues et traitées par l'aire 10. / The difficulty of the memory complaint is its subjective expression and its evaluation. The concept of Subjective Cognitive Impairment (SCI) is an epidemiological reality. We report our experience in the neurology department of Behavioral Hôpitaux Sud in Marseille a cohort of subjects over a period of more than 6 years, neurologically, neuropsychological and neuroimaging. SCI is a clinicopathological state defined wich can be separated from both Normal Controls (NC) and amnestic Mild Cognitive Impairment (A-MCI). MRI does not distinguish between CN and SCI. The SCI are different from the MCI-A, in terms of cognitive-behavioral and neuropsychological tests. Anatomically, MRI, differ A-MCI from SCI, by lesions of cerebral diffuse atrophy of hippocampal atrophy, anterior cingulated and atrophy, indicating a more intense underlying neurobiological processes. We can observe on a relatively short period, allows you to note the passing of SCI in A-MCI, or more rarely in Alzheimer‟s Disease (AD). These evolutionary topics can be identified as the first assessment, a test of verbal episodic memory, as RAVLT DR. This test predicts the scalability of SCI and characterizes subjects likely to progress to A-MCI to 1 year. To improve the study of cognitive complaint, it is important to have a suitable tool. The Memory Functioning Questionnaire (MFQ) is incomparably more efficient and accurate than the Subjective Cognitive Deficit (SCD) in the diagnostic CN / SCI approach. The direct interference of area 10, wich underlies metamemory, at this point is not proven but could be due to a disconnection by reaching the white matter of the cingulated bundle in its anterior region.

Orientador: Benito Pereira Damasceno / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-24T09:20:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dainez_ElisangelaCordtsLongo_M.pdf: 10128952 bytes, checksum: 5fac09888d865514f18ba1aad9694863 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O Comprometimento Cognitivo Leve amnésico (CCLa) é um déficit cognitivo de pequena intensidade enquadrado no estágio de transição entre o envelhecimento normal e fases iniciais da doença de Alzheimer (DA). Por sua ez, a DA leve caracteriza-se como uma morbidade neurodegenerativa progressiva, na qual há perda moderada da memória para eventos recentes, dificuldade nas orientações visuo-espaciais, comprometimento para resolução de problemas e no desempenho de atividades da vida diária (AVD¿s). Diante dessas morbidades, a intervenção clínica da pesquisa foi pautada na reabilitação neuropsicológica (RN) e na terapia cognitivo-comportamental (TCC). A finalidade da RN é reduzir do comprometimento cognitivo, como também capacitar o sujeito nas diversas áreas de sua vida. Por outro lado, o foco da TCC é direcionado para o tratamento de sintomas cognitivos, emocionais e comportamentais. O objetivo do projeto foi intervir cognitiva-afetiva-comportamentalmente em indivíduos que apresentam CCLa e Demência Leve devido a DA, de modo a aperfeiçoar a cognição do sujeito, ou reduzir, ou ainda estacionar as suas deficiências cognitivas, bem como melhorar seus estados emocionais e comportamentos. O estudo caracteriza-se como experimental (ensaio clínico) de abordagem quantitativa, com duração de 12 meses, 6 meses para RN e 6 meses para TCC. A população estudada refere-se aos pacientes do Ambulatório de Neurologia do Hospital das Clínicas UNICAMP. A amostragem classifica-se como aleatória simples, composta de 15 indivíduos distribuídos de forma randomizada em amostra experimental, composta de 10 sujeitos (grupo A = 6 e grupo B = 4), e amostra controle composta de 5 participantes. Os grupos A e B da amostra experimental passaram pelo processo de cross-over de abordagem (TCC e RN) após 6 meses de intervenção. Os sujeitos da pesquisa foram submetidos a uma bateriade testes neuropsicológicos e psicológicos antes da intervenção (pré-teste), após 6 meses (pós-teste 1) e após 12 meses (pós-teste 2) de intervenção. Os instrumentos selecionados foram para avaliação cognitiva, psicológica e funcional. Desse modo, obteve-se como resultados desempenhos positivos, estáveis, bem como houve evolução da doença, pórem ritmo mais lento do que o esperado da amostra experimental comparada com a amostra controle. Ademais, a pesquisa sugere iniciar a TCC com os indivíduos CCLa seguindo com aplicação da RN. Por sua vez, os pacientes DA o estudo propõe iniciar com a RN após esta intervir com a TCC / Abstract: The amnesic Mild Cognitive Impairment (aMCI) is a cognitive deficit of low intensity is framed in the boundaries of normal aging and early stage of Alzheimer disease (mild AD). On the other hand, mild AD characterizes as a progressive neurodegenerative illness, in which there is moderate loss of memory for recent events, difficult in visuospacial orientation, impairment to problems resolution and decreases of the performance in the activities of daily life (ADL¿s). Given these morbidities, the clinical intervention of the present research was based on neuropsychological rehabilitation (NR) and behavioral-cognitive therapy (BCT). The purpose of NR is decreasing the cognitive impairment, but also capacitating the subject in several areas of his life. Whereas the focus of BCT is directed to treatment of cognitive, emotion and behavioral symptoms. The objective of project was intervened behaviorally-affective-cognitive in individuals how show aMCI and mild AD in order to improve the cognition of the subject, or to decrease, or still to stop the cognitive disabilities, as also to better the emotion statusand behavior. The study is experimental (clinical analysis) of the quantitative approach, lasting 12 months, 6 months to 6 months NR and psychotherapy BCT 6 months to TCC and 6 months to NR. The sample of population was composed of the patients of Neurology Ambulatory of the UNICAMP Clinics Hospital. The sample is described how simple random made up of 15 subjects who were randomized in the experimental sample, which was composed for 10 individual (who were shared to group A = 6 subjects and group B = 4 subjects) and 5 individual were randomized to control sample. The groups A and B of the experimental sample were changed cross-over to approach (BCT and BCT) after 6 months. The subjects were submitted to neuropsychology and psychology tests batteries before the intervention (pre-test), after 6 months (post-test 1) and after 12 months (post-test 2) intervention. The instruments were selected to evaluate cognitive, psychology and functional evaluation. Thus, it obtained positive and stable performances as results, as well as evolution of the disease, but the disease¿s evolution of the experimental sample was slower than of the control sample. Furthermore, the research suggests starting the BCT with aMCI individual, after this to apply to the NR. On the other hand, first to apply the NR after this to follow to BCT for the mild AD patients / Mestrado / Ciencias Biomedicas / Mestra em Ciências Médicas

Submitted by Rafael Santana (rafael.silvasantana@ufpe.br) on 2017-08-01T18:18:43Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) COLACAO - ANA LUISA.pdf: 1209695 bytes, checksum: 184cdc9986f800f5bdad5b9a826ae11f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-01T18:18:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) COLACAO - ANA LUISA.pdf: 1209695 bytes, checksum: 184cdc9986f800f5bdad5b9a826ae11f (MD5) Previous issue date: 2007-09-14 / OBJETIVO: Investigar uma possível associação entre nível de escolaridade e o risco de Desenvolver a Demência de Alzheimer (DA) clinicamente diagnosticada. MÉTODOS: Estudo tipo caso-controle retrospectivo. Foram obtidos dados referentes a 53 pacientes idosos (acima de 60 anos), que preencheram critérios para a DA clinicamente diagnosticada de três ambulatórios do serviço de saúde pública: Núcleo de Apoio ao Idoso (NAI)-UFPE; Ambulatório de Neurologia Cognitiva do Comportamento (ANCC) e Centro de Referência de Atendimento à Saúde do Idoso (CRASI) do hospital Universitário Osvaldo Cruz – UPE. No grupo controle foram averiguados 55 idosos (acima de 60 anos), 40 destes alunos da Universidade Aberta a Terceira Idade (UnATI)- UFPE; seis eram pacientes da policlínica Lessa de Andrade (SUS), e 9 eram pacientes dos Ambulatórios de Urologia e Oftalmologia do Hospital das Clínicas (HC) –UFPE. Os dados foram coletados através de um protocolo de pesquisa contendo Termo de Consentimento Livre e Esclarecido (TCLE), Questionário Sócio – Clínico- Demográfico e o Mini-Exame do Estado Mental (MEEM). RESULTADOS: Os grupos sob estudo foram pareados por idade e gênero. Variáveis como religião, estado civil, fumo e histórico de traumatismo crânio-encefálico (TCE) não mostraram diferenças na distribuição entre os grupos. Diferenças significativas foram observadas entre os dois grupos com relação as variáveis Profissão (P= 0,043 e OR= 1,32 [0,95-5,76]) e Escolaridade (P= 0,001 e OR= 3,00 [1,67- 10,05]). CONCLUSÃO: Na amostra estudada a baixa escolaridade e Profissões com demandas físicas mostraram-se como fatores de risco associados ao desenvolvimento da demência de Alzheimer. / OBJECTIVE: Investigating a possible association between education level and the risk to clinically develop diagnosed Alzheimer Disease (AD). METHODS: retrospective control- case type study. Some data were collected referring to 53 aged patients (over 60), that fulfilled the criteria related to clinically diagnosed DA of three ambulatories of public health services: Nucleus of Supporting to the Aged (NAI_UFPE: Ambulatory of Behavior Cognitive Neurology (ANCC) and Attendance Reference Center to the aged health. (CRASH) of Hospital Universitário Oswaldo Cruz- UPE .In the control group 55 aged (over 60) were observed, 40 of them were from Universddade Aberta (Open University) and Third Age (Un ATI /UFPE; six of them were Lessa de Adrade polyclinic patients (SUS), and nine belonged to the Ambulatory of Urology And Ophthalmology of the Hospital das Clínicas (HC) – UFPE.The. Data were collected through research protocol including a Free and Clear Consent Term (TCLE). Socio-Clinic Demographic Questionnaire and the Mini-Exam of Mental State (MEEM).RESULTS: the groups submitted to study were classified according to age and gender. Variables such as religion, civil status, smoking, and history of brain-encephalon damage (TCE) do not featured differences in the distribution between the groups. However, relevantl differences were observed between the two groups in relation to the variables Profession (P= 0,043 and OR == 1,32 [0,95-5,76] and Education (P= 0,001 and OR= 3,00 [1,67- 10,05]. CONCLUSION: Considering the sample tat was studied the low education and Professions linked to physical demands were presented as risk factors associated with the development of Alzheimer Disease.

Raça e etnia são substitutos ruins para ancestralidade genética. O uso de marcadores genéticos de ancestralidade melhoram o quadro significativamente, especialmente em populações miscigenadas como a brasileira. Nós determinamos o genótipo de 547 pessoas de São Paulo, Brasil de 90 marcadores de ancestralidade que distinguem origem semítica de européia. Ancestralidade centro-sul asiática (CSA) correspondeu a 29% do total, o segundo maior grupo. Outras análises indicam que esta contribuição genética semítica é derivada dos cristãos-novos durante o período colonial brasileiro. Nós então investigamos se ancestralidade africana geneticamente determinada está associada a alterações neuropatológicas comunmente ligada à demência, conforme sugerido por estudos de negros nos Estados Unidos. Nós estudamos 202 cérebros obtidos entre 2004 e 2009 no banco de encéfalos do Grupo de Estudos de Envelhecimento Cerebral da Faculdade de Medicina da USP, identificando a presença de placas neuríticas, emaranhados neurofibrilares, arterioloesclerose, infartos cerebrais e corpúsculos de Lewy. Nós também ajustamos os resultados para múltiplos fatores de risco e genótipo de APOE. Ao contrário de estudos prévios, indivíduos com ancestralidade africana apresentaram menor prevalência de placas neuríticas nas análises univariada e multivariadas. Os resultados são robustos e não se alteram quando restringimos a comparação aos que se auto-declaram brancos, nem quando ajustamos para genótipo de APOE4, ou quando ajustamos para idade e sexo somente. Pela primeira vez nós demonstramos com marcadores genéticos de ancestralidade, que ancestralidade africana é protetora para a neuropatologia da doença de Alzheimer. Nosso uso de ancestralidade determinada geneticamente tem implicações diretas no estudo da genética de doenças complexas / Race/ethnicity is poor surrogate for estimating ancestry. Genetic testing using ancestryinformative markers are a significant improvement, especially in admixed populations such as the Brazilian population. We have genotyped 547 inhabitants of São Paulo, Brazil for 90 ancestryinformative markers that have previously been shown to distinguish individuals with Semitic and European ancestry. Central-South Asian (CSA) ancestry emerged as the second largest cluster within our population (29%). Further comparisons indicated that this semitic contribution to the Brazilian gene pool is likely derived from Portuguese New Christians during colonial times. We then investigated whether genetically-determined African ancestry is associated with neuropathological changes commonly associated with dementia, as suggested by studies in African Americans. We studied 202 brains obtained in the brain bank of the Brazilian Aging Brain Study Group of the University of Sao Paulo between 2004 and 2009 for presence of neuritic plaques, neurofibrillary tangles, small vessel disease, brain infarcts, and Lewy bodies. We also adjusted the results for multiple environmental risk factors and APOE genotype. Contrary to previous studies, subjects with African ancestry showed lower prevalence of neuritic plaques in the univariate and multivariate analysis. The results are robust and are not altered when studying only those who self-defined themselves as Whites, when adjusting for APOE4 status only, or when adjusting for age and sex only. We therfore showed for the first time, using geneticallydetermined ancestry markers, that African ancestry is highly protective of Alzheimer\'s disease neuropathology. Our use of genetically-determined ancestry has led to results that have direct implications on the study of the genetics of complex diseases

A expressão aumentada de GSK3b em pacientes da doença de Alzheimer (DA), aparentemente está relacionada com a formação de placas senis e emaranhados neurofibrilares. Utilizamos qPCR para avaliar os efeitos do lítio sobre os níveis do mRNA de GSK3a e GSK3b em culturas primárias de neurônios corticais e hipocampais de rato tratados com lítio. Nossos resultados, sugeriram que lítio é capaz de reduzir os níveis de mRNA de Gsk3b hipocampal de modo específico e dose-dependente. Estes dados foram subsequentemente comprovados in vivo em amostras cerebrais de ratos tratados com LiCl. Utilizamos hibridização subtrativa de cDNA e eletroforese bidimensional de culturas de neurônios hipocampais tratados com o lítio. Nossos estudos sugeriram a expressão diferencial de 88 genes, além de oito proteínas com cerca de 50% de alteração de expressão. Estas observações sugerem novos efeitos regulatórios do lítio sobre GSK3b e fornecem potenciais alvos da ação do lítio. / The increased systemic expression of active GSK3b in Alzheimers disease (AD) patients apparently is associated with the formation of senile plaques and neurofibrillary tangles, the hallmarks of this disease. In this study we used qPCR to evaluate the transcriptional regulation of GSK3a and GSK3b in lithium-treated primary cultures of rat cortical and hippocampal neurons. We found a significant and dose-dependent reduction in the mRNA levels of GSK3b, which was specific to hippocampus. This same effect was further confirmed in vivo by measuring GSK3 expression in different brain regions of adult rats treated with lithium. We used subtractive hybridizations and two-dimensional electrophoresis patterns of culture of hippocampus neurons treated with lithium. Our study suggested 88 genes differently expressed besides 8 proteins identified with variation expression. These observations suggest new regulatory effects of lithium over GSK3b and suggesting new potential lithium action targets.

La tétrahydrobioptérine (BH4) est le cofacteur requis pour l’activité des enzymes responsables de la synthèse de la dopamine, la sérotonine et l’oxyde nitrique. Par conséquent, la BH4 est nécessaire au bon déroulement de nombreux processus physiologiques centraux et périphériques dont la neurotransmission, la réponse inflammatoire, la régulation du stress oxydatif, la fonction vasculaire et endothéliale et le métabolisme. Or, de par sa structure chimique, la BH4 est une molécule facilement oxydable et dégradable, et des diminutions des niveaux centraux de BH4 ont été observées dans de nombreuses maladies neuropsychiatriques à composante inflammatoire dont la maladie d’Alzheimer et la dépression majeure. Le déficit de BH4 apparait donc comme un mécanisme pouvant participer à l’étiologie de ces pathologies et en aggraver les symptômes. Malgré ces observations, les effets d’une administration de BH4 sur la neurophysiologie et les comportements en s’y rapportant restent largement inexplorés. L’objectif de cette thèse a donc été de caractériser les effets d’une administration périphérique de BH4 sur la fonction cérébrale et le comportement chez la souris. Nous nous sommes intéressés aux effets de BH4 sur le système dopaminergique mésolimbique et la motivation en condition physiologique puis en situation d’inflammation aigue. Dans un second temps, nous avons exploré le potentiel thérapeutique de la BH4 dans le traitement de la maladie d’Alzheimer. Nous avons tout d’abord démontré que la BH4 traversait la barrière hémato-encéphalique et qu'une injection périphérique permettait d’augmenter les niveaux centraux de BH4. Nos travaux ont montré qu’en condition physiologique, l’administration de BH4 potentialise la libération de dopamine dans le nucleus accumbens et les comportements motivés. En condition de neuroinflammation aiguë induite par le LPS, l’administration de BH4 permet d’atténuer la neuroinflammation. Ces données suggèrent un potentiel bénéfique de la BH4 sur les troubles motivationnels induits par l’inflammation. Dans notre deuxième étude, nous avons démontré que l’administration chronique de BH4 permet de corriger les déficits mnésiques observés dans le modèle murin triple transgénique de la maladie d’Alzheimer. La supplémentation en BH4 induit également une diminution de la neuroinflammation ainsi qu’une amélioration de la tolérance au glucose. Cependant, ces améliorations mnésiques, métaboliques et inflammatoires ne s’accompagnent pas d’une diminution des pathologies amyloïde et tau.Ainsi, l’ensemble de ces travaux a permis une meilleure caractérisation des effets neurobiologiques et comportementaux de la BH4 et renforce son potentiel thérapeutique. / Tetrahydrobiopterin (BH4) is the required cofactor for the activity of the enzymes involved in the synthesis of dopamine, serotonin and nitric oxide. BH4 is therefore necessary for many central and peripheral physiological processes including neurotransmission, inflammatory response, oxidative stress regulation, vascular and endothelial function, and metabolism. However, BH4 can be easily oxidized and degraded and decreased BH4 brain levels has been observed in many neuropsychiatric diseases including Alzheimer's disease and major depression. Consequently, the decrease in BH4 levels in these pathologies could contribute to the onset and aggravation of symptoms. Despite these observations, the effects of BH4 administration on brain function and related behavior remain largely unexplored. The aim of this thesis was to characterize the effects of peripheral BH4 administration on brain function and behavior in mice. We investigated the effects of BH4 on the mesolimbic dopaminergic system and motivation in physiological condition and during acute inflammation. Then, we explored the therapeutic potential of BH4 in the treatment of Alzheimer's disease. We first demonstrated that BH4 crossed the blood-brain barrier and that a peripheral injection of BH4 increased its cerebral levels. Our results also showed that under physiological condition, BH4 administration potentiates dopamine release into the nucleus accumbens and motivated behaviors. In condition of acute LPS-induced neuroinflammation, BH4 administration helps to reduce neuroinflammation. Therefore, BH4 may have beneficial effects on dopaminergic and motivational disturbances induced by inflammation. In our second study, we demonstrated that chronic administration of BH4 reversed memory deficits observed in the transgenic triple murine model of Alzheimer's disease. We also observed a decrease in neuroinflammation and an improvement in glucose tolerance. However, these memory, metabolic and inflammatory improvements are not accompanied by a decrease in amyloid and tau pathologies. This work had contributed to a better characterization of the neurobiological and behavioral effects of the BH4 and reinforces its therapeutic potential.

Les principales maladies neurodégénératives humaines, qui reposent toutes sur des mécanismes de type prion (auto-propagation d’agrégats protéiques pathogéniques), représentent un risque sociétal majeur avec une augmentation de leur prévalence directement corrélée avec l’augmentation de la longévité de la population mondiale. Il n’existe à ce jour aucun traitement curatif ni aucun modèle expérimental suffisamment pertinent pour ces maladies.L'objectif de ce travail a été d'utiliser le potentiel des mini-cerveaux humains comme modèle in vitro auto-assemblé en trois dimensions (3D) capable de restituer la complexité du cortex cérébral et d’étudier les mécanismes de type prion en développant une méthodologie de validation basée sur la microscopie 3D. Ces nouvelles structures 3D qui peuvent être obtenues à partir de cellules adultes reprogrammées de patients en cellules souches pluripotentes induites (iPSC), offrent des possibilités uniques pour accéder, observer et perturber les processus biologiques dans le cerveau humain sans les biais ni les complications des modèles animaux ou des échantillons de cerveau humain ex vivo. Ce modèle permet notamment d’observer l’apparition d’agrégats d’Aß et de Tau phosphorylée, deux protéines qui s’accumulent et se propagent de cellule en cellule dans la maladie d’Alzheimer.Nous avons été en mesure de rendre le modèle des mini-cerveaux compatible avec une future approche de criblage de molécules thérapeutiques en modifiant la méthodologie de différenciation pour augmenter leur rendement de production. D’autre part, nous avons pu tester différentes modalités de modélisation pour la Maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson, la Démence Fronto-Temporale et la maladie de Creutzfeldt-Jakob : à l’aide de molécules d’induction chimique, à l’aide de cellules issues de patients, par modification génétique et par mise en contact de matériel infectieux. Ces différentes approches nous ont permis d’établir que le modèle d’organoïde cérébral permet de reproduire des aspects-clés retrouvés dans l’apparition de la pathologie chez les patients. Pour compenser l’hétérogénéité de notre modèle, nous avons réalisé une analyse in toto par imagerie, c’est-à-dire dans sa totalité sans coupes préalables. La modalité retenue pour cette acquisition est la microscopie à feuillet de lumière utilisée après marquage et clarification des mini-cerveaux. Pour ce faire, nous avons évalué et développé différentes stratégies en vue d’obtenir une plateforme d’analyse à haut contenu pour nos organoïdes cérébraux.Cette plateforme centrée autour de l’organoïde cérébral, sous-tendue par l’analyse en microscopie 3D, a été développée dans le cadre du projet « Investissements d’Avenir » 3DNeuroSecure. Ce projet a pour ambition d’apporter des solutions de calcul haute performance au domaine de la biologie, notamment avec la possibilité de traiter des informations de très grand volume, dit « exascale », telles que celles que nous obtenons avec la microscopie 3D. Le développement de cet aspect nous permettrait à terme de pouvoir établir les bases d’un outil de criblage thérapeutique par les organoïdes cérébraux pour les maladies neurodégénératives. Nous avons démontré que les mécanismes de type prion pouvaient être étudiés dans ce modèle de mini-cerveaux humains et de multiples voies de recherche fondamentale et appliquée sont désormais possibles. A plus long terme, une telle plateforme pourrait accueillir tout type d’organoïdes pour modéliser l’ensemble du corps humain et s’inscrire comme un compagnon biologique dans le cadre des futurs développements de la médecine personnalisée. / Human neurodegenerative diseases, which are all based on prion-like mechanisms (self-propagation of pathogenic protein aggregates), represent a major societal risk with the increase of their prevalence directly correlated to the increasing longevity of the world population. There is to date neither any cure nor any pertinent experimental model for their study.The objective of this work was to use the potential of human mini-brains, a self-assembled three-dimensional in vitro model able to restitute the complexity of the cerebral cortex. This model will allow us to study prion-like mechanism by developing a validation methodology based on 3D microscopy. These novel 3D structures can be obtained from reprogrammed adult cells into induced pluripotent stem cells (iPSCs) and offer unique possibilities to access, observe and disrupt biological processes in the human brain without bias nor complications as in animal models and ex vivo human brain samples. This model makes it possible to observe the development of aggregates of Aβ and hyper-phosphorylated Tau, two proteins that accumulate and propagate from cell to cell during Alzheimer’s disease.We have been to able to adapt the cerebral organoid model for a future screening approach by modifying the differentiation methodology to enhance its production ratio. We also have been able to test different modalities for disease modeling for Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, Fronto-Temporal Dementia and Creutzfeldt-Jakob disease: with chemical induction, with patient specific cells, through genetic modification and through contact with infectious material. These different approaches allowed us to validate that the cerebral organoid can indeed reproduce key aspects found during pathological development within patients. To compensate for the heterogeneity of the cerebral organoid, we performed an in toto analysis through microscopy, meaning in its totality without prior slicing. The chosen method of acquisition is fluorescence light-sheet microscopy used after staining and optical clearing of cerebral organoids. To do so, we have evaluated and established different strategies in order to obtain a high content screening platform for our cerebral organoid model.This platform centered around the cerebral organoid model, underpinned by 3D microscopy analysis, was developed during the “Investissements d’Avenir” project 3DNeuroSecure. This project has for ambition to bring high performance computing to the biological sciences, notably with the possibility to deal with large scale data, also called “exascale”, like the ones obtained with 3D microscopy. The development of this aspect would allow us to establish the basis for a therapeutic screening tool based on cerebral organoids for neurodegenerative diseases. We have demonstrated that prion-like mechanisms can be studied in a human mini-brain model and multiple research avenues are now opened for both fundamental and applied research. This platform could in turn become the basis for any kind of organoids derived from patients to model the whole human body and become a biological companion for personalized medicine.

La maladie d'Alzheimer est une pathologie neurodégénérative progressive liée à l'âge qui détériore premièrement les fonctions liées aux mémoires de travail et épisodiques, avant de s'étendre à l'ensemble des procédures mémorielles dans les stades plus avancés. L'ensemble des traitements existant à ce jour sont palliatifs. Au niveau histologique, la maladie d'Alzheimer est caractérisée par l'accumulation extra- et intracellulaire de différentes protéines agrégées (appelées amyloïde) dans les tissus cérébraux, entrainant des dysfonctions importantes du circuit neuronal. De fait, la majorité des approches thérapeutiques en développement consistent à tenter de réduire ou supprimer ces agrégats protéiques. Cependant, la maladie d'Alzheimer étant étroitement corrélée au vieillissement, certaines de ses caractéristiques biologiques sont parfois confondues avec celles du vieillissement non pathologique. L'une de ces caractéristiques est la diminution des différents mécanismes liés à l'homéostasie protéique (protéostasie). L'hypothèse réalisée au cours de mes travaux est que le rétablissement de ces mécanismes diminués par l'âge constituerait une approche thérapeutique crédible, complémentaire aux approches actuelles, à la pathologie complexe qu'est la maladie d'Alzheimer. C'est en suivant cette optique que je me suis intéressé au rôle et à la régulation de l'un des systèmes majeusr du contrôle de la protéostasie : l'UPR (unfolded protein response), et en particulier au facteur de transcription XBP-1s, considéré comme l'une des pièces maîtresses de ce réseau de signalisation cellulaire / Alzheimer's disease is a neurodegenerative pathology strongly correlated to aging. Its symptoms are characterized by an impaired short term memory process in the early stages of the disease and later on by a loss of all type of memory process. There is actually no cure for this pathology. At the histo-pathological levels, the disease show an accumulation of aggregated proteins in the brain (called amyloid protein) in the intra or extra cellular space, which act as a disruptor of the normal neuronal function and activity. Thus, most of the therapeutic approach to treat the disease aim at removing those proteins aggregates from the brain. However, some of the Alzheimer's disease characteristics could be melded with normal aging : One such case is the global decrease of the proteostasis mechanism in the cell which normally happen in normal brain. The assumption made during this work is that the recovery of these mechanisms impaired by age would constitute a credible therapeutic approach, complementary to the other existing approaches to the complex disease that is Alzheimer's disease. Following this hypothesis I was interested in the role and regulation of one of the major system controlling proteostasis: the UPR (unfolded protein response), and particulary to the XBP-1s transcription factor , considered one of the master regulator of this cellular network

Die biologischen Grundlagen und sozioökonomischen Auswirkungen der Alzheimerschen Erkrankung (Alzheimer‘s Disease; AD) sind ein aktuelles Thema unserer immer älter werdenden Gesellschaft. Doch bis heute sind nicht alle pathophysiologischen Vorgänge erforscht, um diese Erkrankung in ihrer Ursache zu verstehen und damit Ansätze für eine adäquate Therapie zu ermöglichen. Eine weit verbreitete Theorie zur Krankheitsentstehung ist die Amyloid-Kaskaden-Hypothese, die ß-Amyloid (Aß)-Peptiden eine zentrale Rolle bei der Alzheimer-Pathogenese zuspricht. Diese Aß-Peptide entstehen durch proteolytische Prozessierung des Amyloidvorläuferproteins (amyloid precursor protein; APP) und sind auch im Gehirn von nicht-dementen älteren Menschen nachweisbar. Neue Forschungsergebnisse legen nahe, dass bestimmte posttranslationale Modifikationen des Aß-Peptids zu verringertem Abbau, erhöhter Aggregation und gesteigerter Neurotoxizität beitragen. Eine solche besonders pathogene Aß-Variante ist Pyroglutamat-Aß (pE-Aß). Es entsteht durch N-terminale Verkürzung von Aß um zwei Aminosäuren und folgende Zyklisierung des N-terminalen Glutamats zu Pyroglutamat (pE). Eine Möglichkeit die Bildung, den Transport und die Ablagerung von pE-Aß im Gehirn verstorbener Alzheimer-Patienten und im Gehirn von Versuchstieren mit Amyloid-Pathologie zu untersuchen, ist die Verwendung spezifischer Antikörper. Ziel dieser Arbeit war es, vier neue monoklonale Antikörper hinsichtlich ihrer Eignung zur immunhistochemischen Darstellung von pE-Aβ im Gehirn transgener Mäuse mit Aß-Pathologie zu untersuchen. Für diese Untersuchungen wurden transgene Mäuse des Stammes Tg2576 verwendet. Diese exprimieren humanes APP der neuronalen Isoform mit 695 Aminosäuren mit der sogenannten schwedischen Doppelmutation KM670/671NL. Diese Mutation sorgt dafür, dass APP ein besseres Substrat für die amyloidogene Prozessierung ist und verstärkt Aß gebildet wird. Tg2576-Mäuse entwickeln ab einem Alter von 11 bis 13 Monaten Alzheimer-typische Amyloidablagerungen im Neokortex und im Hippocampus. In der vorgelegten Arbeit wurden Mäuse im Alter von 16, 18 und 21 Monaten untersucht, um zu prüfen ob mit den neuen pE-Aß-Antikörpern die in anderen Arbeiten beschriebene Zunahme der Aß-Pathologie im Alterungsprozess dargestellt werden kann. Als Kontrollen wurden gleichaltrige Wurfgeschwister, die das Transgen nicht exprimieren, verwendet. Pro Altersstufe wurden zwei transgene Mäuse und ein Wildtyp-Tier untersucht. Die vier neuen zu charakterisierenden monoklonalen pE-Aß-Antikörper wurden von der Firma Probiodrug AG, Halle/Saale zur Verfügung gestellt. Sie wurden durch Immunisierung von C57Bl6-Mäusen mit einem Hexapeptid aus dem N-Terminus von pE-Aß (Sequenz pEFRHDS) generiert. Diese vier monoklonalen Antikörper besaßen verschiedene IgG-Subtypen: Klon K6 (IgG1), Klon K17 (IgG2b), Klon K24 (IgG1), Klon F8 (IgG3). Vergleichend wurde ein pE-Aß-Antikörper der Firma Synaptic Systems (Klon 2-48) vom Subtyp IgG1 verwendet. Auswahl der untersuchten Gehirne – „Gefäßhintergrund“. Durch ungleichmäßige Perfusion und Fixierung der Gehirne kann es zu einer unerwünschten Färbung von Blutgefäßen kommen, wodurch die Quantifizierung von Plaques erschwert wird. Um dies zu vermeiden wurden die Gehirne von 13 Mäusen hinsichtlich dieses Kriteriums mittels Immunhistochemie mit dem pE-Aß-Antikörper von Synaptic Systems untersucht und anschließend ausschließlich Tiere ohne oder mit sehr geringem Gefäßhintergrund verwendet. Eignung der neuen monoklonalen primären pE-Aß-Antikörper. Es wurde eine Versuchsreihe angefertigt, um die immunhistochemischen Färbungen der vier neuen monoklonalen pE-Aß-Antikörper an Mäusegewebe zu testen und diese mit dem etablierten Synaptic Systems Antikörper zu vergleichen. Die Testreihe zeigte erwartungsgemäß, dass der Synaptic Systems pE-Aß-Antikörper, aber auch die neuen Antikörper K6, K17 und F8 eine gute, jedoch auch unterschiedlich intensive Plaquefärbung erbrachten. Der Antikörper K24 wurde aus den weiteren Versuchsreihen ausgeschlossen, da keine Plaquefärbung nachweisbar war. Verdünnungsreihen der primären pE-Aß-Antikörper. Die verwendete Konzentration eines Antikörpers kann die Intensität der spezifischen Färbung, aber auch die Hintergrundfärbung stark beeinflussen. Deshalb galt es festzulegen, in welchen Verdünnungen die neuen primären pE-Aß-Antikörper zur Quantifizierung der Plaquefläche im Gehirn transgener Tg2576-Mäuse eingesetzt werden sollten. Für jeden einzelnen Antikörper wurde eine Verdünnungsreihe (1:100; 1:250; 1:500) angefertigt und die Verdünnung bestimmt, welche die beste immunhistochemische Visualisierung der Aß-Ablagerungen ermöglicht. Dies war für den Klon K6 1:100, für Klon K17 1:250 und für Klon F8 1:250. Verwendung geeigneter Sekundär-Antikörper. Kommerziell verfügbare Sekundär-Antikörper gegen Maus-IgGs erkennen entweder alle IgG-Subytpen, oder sind gegen einzelne IgG-Subtypen gerichtet. Um geeignete Sekundär-Antikörper zum Nachweis der pE-Aß-Antikörper für die Plaque-Darstellung zu identifizieren, wurden verschiedene Verdünnungen (1:200 und 1:400) von nicht-Subtyp-spezifischen und von Subtyp-spezifischen biotinylierten Esel-anti-Maus IgGs getestet. Dabei zeigte sich, dass in jedem Fall die biotinylierten subtypspezifischen sekundären Esel anti-Maus Antikörper in einer Verdünnung von 1:200 die geringste Hintergrundfärbung und das deutlichste Signal erbrachten. Deshalb wurden nur diese für die folgenden Versuchsreihen eingesetzt. Quantifizierung der Plaque-Beladung im Gehirn transgener Tg2576-Mäuse. Um die Plaque-Beladung in definierten Hirnstrukturen APP-transgener Tg2576-Mäuse zu quantifizieren, wurden für jeden der vier untersuchten pE-Aß-Antikörper (Synaptic Systems, K6, K17 und F8) in drei Altersstufen (16, 18 und 21 Monate) in neun verschiedenen koronalen Schnittebenen immunhistologische Färbungen durchgeführt. Die Schnittebenen befanden sich auf Ebenen, die folgende Strukturen enthalten: 1 Präfrontaler Kortex, 2 Basales Vorderhirn, 3 anteriore Kommissur, 4 Nucleus basalis, 5 Hippocampus anterior, 6 Hippocampus posterior, 7 Locus coeruleus anterior, 8 Locus coeruleus posterior, 9 kaudaler Hirnstamm. Dies ermöglichte es, in verschiedenen Hirnregionen die Ablagerung von pE-Aβ während des Alterungsprozesses zu untersuchen. Es wurden für jede Hirnregion die aufeinanderfolgenden Schnitte für die vier primären Antikörper ausgewählt, sodass ein Maximalabstand von 120 µm zwischen den Färbungen der pE-Aß-Antikörper besteht, da jeder Schnitt eine Dicke von 30 µm aufwies. Da je Altersstufe zwei Tiere analysiert wurden, ergeben sich pro Antikörper und Altersstufe 18 gefärbte und quantifizierte Schnitte, demzufolge resultiert pro untersuchtem Antikörper eine Gesamtzahl von 54 Schnitten. Die Gesamtzahl der ausgewerteten Schnitte dieser Arbeit beträgt 224. Die Quantifizierung erfolgte mit Hilfe des Computerprogramms BZ-II-Analyzer, einer Analysesoftware des Digitalmikroskops Keyence. Durch eine Aufnahme des kompletten Hirnschnitts und Markierung der Plaquefläche konnte deren prozentualer Anteil an der Hirnschnittfläche bestimmt werden. Betrachtet man die vier Antikörper untereinander, wird erkennbar, dass der pE-Aß-Antikörper von Synaptic Systems in jeder Altersstufe die größte Plaquefläche darstellt. Die pE-Aß-Antikörper K17 und F8 zeigen eine geringere und untereinander ähnliche Plaquefläche. Der K6 Antikörper weist die geringste Plaquefläche nach. Im Altersgang ist für alle untersuchten pE-Aß-Antikörper eine Zunahme der markierten Plaquefläche nachweisbar. Die untersuchten Gehirnschnittebenen sind unterschiedlich stark von pE-Aß-Ablagerungen betroffen. Die am weitesten rostral gelegene Schnittebene mit präfrontalem Kortex weist besonders viele pE-Aß-Ablagerungen auf, während die darauf folgende Schnittebene deutlich weniger pE-Aß-Ablagerungen zeigt. Danach gibt es Richtung kaudal wieder eine Zunahme der pE-Aß-Ablagerungen. In den Schnittebenen 7, 8 und 9 wurden keine pE-Aß-Ablagerungen nachgewiesen. Doppelmarkierungen von pE-Aß-Antikörpern verschiedener IgG-Subtypen und mit dem pan-Aß-Antikörper 4G8. Um nachzuweisen, ob alle untersuchten pE-Aß-Antikörper dieselben Strukturen darstellen, wurde eine Versuchsreihe mit Immunfluoreszenz-Doppelmarkierungen angefertigt. Obwohl die primären monoklonalen pE-Aß-Antikörper alle in der Maus generiert wurden, erlaubten die verschiedenen IgG-Subtypen eine Doppelmarkierung mit Subtypen-spezifischen Sekundärantikörpern. Dabei zeigte sich, dass alle pE-Aß-Antikörper dieselben Anteile von Aβ-Ablagerungen erkennen. Um nachfolgend zu zeigen, welche Anteile der Aβ-Ablagerungen von den pE-Aβ-Antikörpern erkannt werden, wurden Doppelmarkierungen der verschiedenen pE-Aß-Antikörper mit dem pan-Aß-Antikörper 4G8 angefertigt. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich die pE-Aβ-Peptide im Zentrum der Aβ-Ablagerungen befinden. In dieser Arbeit konnten vier neue monoklonale Antikörper bezüglich ihrer Eignung zur immunhistochemischen Darstellung von pE-Aβ im Hirn transgener Mäuse mit Aß-Pathologie charakterisiert werden. Während der Klon K24 für die Plaquedarstellung ungeeignet ist, wurden für die Klone K17 und F8 vergleichbare, wenn auch geringere Plaqueflächen nachgewiesen als für den kommerziell verfügbaren Antikörper von Synaptic Systems. Der pE-Aß-Antikörper K6 markierte die geringste Plaquefläche. Dies könnte auf eine höhere Spezifität oder auf eine geringere Sensitivität von K17, F8 und K6 gegenüber dem Synaptic Systems Antikörper zurückzuführen sein. Mit Hilfe monoklonaler Antikörper gegen pE-Aß könnte es möglich sein, einen Impfstoff zu entwickeln, der gegen eine besonders toxische Aβ-Peptid-Variante gerichtet ist. Eine Immunisierung im Frühstadium der AD würde zwar nicht die Erkrankung in ihrem Ursprung heilen, könnte aber deren Verlauf verlangsamen. Zudem ist es denkbar, spezifische Antikörper gegen besonders neurotoxische pE-Aß-Varianten für die klinische Diagnosestellung zu etablieren.