De nombreux processus sont responsables du bon fonctionnement de l’organisme vivant. Ce dernier est entre autres muni de mécanismes de défense, de nettoyage et de régulation afin de maintenir son environnement en équilibre. Lorsque l’un ou plusieurs de ces mécanismes font défaut, à un où différents niveaux, certaines pathologies cliniques peuvent subvenir. C’est le cas notamment de la maladie d’Alzheimer (MA), la cause majeure de démence à travers le monde. Elle est caractérisée par l’enchevêtrement neurofibrillaire et/ou l’accumulation de la protéine amyloïdebêta (Aβ) dans le parenchyme du cerveau. Appelée pathologie amyloïde, cette dernière est l’hypothèse de loin la plus discutée dans la littérature scientifique tentant d’expliquer la MA et présume sa cause par la défaillance d’élimination de ce peptide neurotoxique. Un autre joueur crucial dans la progression de la maladie est l’excitotoxicité glutaminergique, défini comme une excitation excessive des récepteurs neuronaux. Pouvant être induite par l’Aβ, l’excitotoxicité cause une partie de la neurodégénérescence. L’interaction entre ces deux phénomènes pourrait contribuer aux déficits cognitifs associés à la MA, tels que la perte de mémoire, les défaillances émotionnelles et les troubles comportementaux. L’étude présentée dans ce mémoire investigue les effets de la mort neuronale à la suite d’un dommage excitotoxique sur la progression de la maladie, s’attardant aux troubles cognitifs et moteurs, à la progression de la pathologie amyloïde de même que les fonctions des cellules immunitaires (monocytes et microglies). L’acide kainique (KA), un analogue conformationnel du glutamate, fut utilisé chez des souris au génotype « wild type » (WT) ou transgénique reproduisant la MA (APP/PS1swe) de par la surproduction d’Aβ. L’injection unilatérale dans le striatum cause une détérioration de la santé générale de l’animal, de même que des troubles cognitifs et comportementaux, exacerbée chez la souris APP/PS1 comparativement au groupe contrôle. Après une lésion au KA, une diminution du nombre total de monocytes chez les souris MA en comparaison aux souris WT est aussi observée, entraînant conjointement un nombre de plaques et niveaux soluble d’Aβ augmenté. Conséquemment avec la diminution des microglies, un nombre moins important de ces cellules immunitaires furent associées aux plaques. Ensemble, ces résultats suggèrent que les dommages excitotoxiques chez le modèle de souris Alzheimer déclenchent une accélération de la maladie, des déficits comportementaux et cognitifs plus importants, de même que des niveaux de la protéine toxique Aβ plus élevé. Ceci serait probablement dû à l’impact de l’excitotoxine sur le système immunitaire et particulièrement sur l’appauvrissement de la quantité de microglies et monocytes. Par conséquent, l’élimination de l’Aβ semble être affectée par les neurones en dégénérescence provoque l’aggravation de la pathologie amyloïde. / A large number of processes are responsible for the proper functioning of living organisms. These are provided among others by mechanisms for self defence, cleaning and regulation in order to maintain the environment stable. When one or more of these mechanisms are lacking, some clinical pathology can occurs. This is the case of Alzheimer’s disease (AD), the major cause of dementia worldwide. It is characterized by neurofibrillary tangles and/or the accumulation of amyloid beta (Aβ) in the brain. The amyloid pathology hypothesis is by far the most talked about in scientific literature trying to explain AD and presumed it to be caused by a defective elimination of this neurotoxic peptide. Another substantial player for disease progression is glutamate excitotoxicity, defined as over excitation of neuronal receptor. Being exarcebated by Aβ, excitotoxicity causes a part of the neurodegeneration. The interplay of these two phenomena might contribute to cognitive deficits in AD, such as memory loss, emotional failures and behavioural disorders. The study presented in this memoir investigates the effects of neuronal death following an excitotoxic insult the progression of the illness, focusing on cognitive and motor deficits, the progression of the amyloid pathology as well as the immune cells functions (microglia and monocyte). Kainic acid (KA), a conformational analog of glutamate, was unilaterally injected in the striatum of wild type or transgenic AD mice (APP/PS1) overproducing Aβ. The injections caused a general deterioration of the health of the mice as well as behavioural and cognitive deficits that were exacerbated in APP/PS1 mice compared to their control. We observed a decrease in the total number of monocytes in AD mice, leading to an increase of the number of Aβ plaques and soluble Aβ in KA-lesioned APP/PS1 mice compared to their sham. Consistently with the decrease of microglia, a smaller number of immune cells was associated with the plaques. Taken together, these results suggest that excitotoxic insult in an AD mouse model triggers an acceleration of the disease with the behavioural and cognitive impairments as well as an increment in the levels of the toxic protein Aβ. Likely, these is due to the impact of the excitotoxin on the immune system and in particular on the decreased levels of microglial cells as well as monocytes Thus, the clearance of Aβ seems affected by dying neurones resulting in the worsening of the amyloid pathology.

Les principales caractéristiques de la maladie d'Alzheimer (MA) sont le dépôt de plaques amyloïdes (Aβ) extracellulaires et les enchevêtrements neurofibrillaires intracellulaires composés de protéines tau. À mesure que la maladie progresse, la mort neuronale et une diminution de la densité synaptique sont observées, parallèlement à une augmentation de la neuroinflammation et du dysfonctionnement immunitaire. Le processus de neuroinflammation est étroitement lié à la présence de plaques Aβ et peut affecter les interactions microgliales avec les structures neuronales tout au long de la progression de la maladie. L'activation substantielle et chronique des microglies déclenchée par la présence d'Aβ est supposée affecter l'homéostasie cérébrale en raison d'une altération des actions physiologiques microgliales, notamment au niveau des synapses. Ici, nous visons à générer de nouvelles connaissances sur l'implication microgliale dans la physiopathologie de la MA en combinant la microscopie optique et électronique pour étudier l'ultrastructure microgliale et les interactions neuronales / synaptiques en relation avec le dépôt de plaques Aβ. Des souris APP-PS1 âgées de 14 mois ont été étudiées en même temps que des témoins appariés selon l'âge. En outre, des sections de la MA humaine post-mortem ont également été examinées dans notre étude. Dans nos expériences, les plaques Aβ ont été visualisées en utilisant du méthoxy-XO4 qui se lie sélectivement et irréversiblement aux feuilles d'Aβ et permet leur détection en microscopie optique. De plus, l'immunocoloration post-mortem de la microglie avec le marqueur de la molécule adaptatrice de fixation du calcium ionisée (IBA1) et un traitement supplémentaire pour la microscopie électronique à transmission ont permis d'étudier la microglie à différentes proximités des plaques. Nos analyses ultrastructurelles ont révélé des différences significatives dans les activités phagocytaires et les caractéristiques morphologiques. Les corps cellulaires microgliaux de l'APP-PS1 avaient une surface et un périmètre significativement supérieurs à ceux des témoins de type sauvage et présentaient des signes de stress et une activité phagocytaire diminuée. Ces signes de stress et de phagocytose altérée ont également été observés dans les prolongements microgliaux des échantillons APP-PS1. De plus, les microglies présentaient divers phénotypes morphologiques et réactions cellulaires physiologiques selon leur proximité des plaques. Les corps des cellules microgliales proches des plaques étaient plus larges en surface et en périmètre que les témoins de type sauvage et les autres régions APPPS1 situées plus loin des plaques. Les microglies proches des plaques étaient plus susceptibles de contenir des dépôts Aβ et moins susceptibles de contenir ou d’encercler des éléments neuronaux. En outre, elles présentaient des signes de stress caractérisés par des corps cellulaires assombris et un réticulum endoplasmique dilaté. Tous ces résultats définissent les changements radicaux qui se produisent au niveau ultrastructural dans le cerveau en réponse à la déposition Aβ / The main hallmarks of Alzheimer’s disease (AD) are the deposition of extracellular amyloid (A)β plaques and intracellular neurofibrillary tangles composed of tau protein. As the disease progresses, neuronal death and decreased synaptic density is observed, concurrent with an increase of neuroinflammation and immune dysfunction. The process of neuroinflammation is tightly linked to the presence of Aβ plaques and may affect microglial interactions with neuronal structures throughout disease progression. Substantial and chronic microglial activation triggered by the presence of Aβ is suspected to affect brain homeostasis due to an alteration of microglial physiological actions, notably at synapses. Here we aim to generate new insights regarding microglial implication in AD pathophysiology by combining light and electron microscopy to study microglial ultrastructure and neuronal/synaptic interactions with relation to Aβ plaque deposition. 14 months old APP-PS1 mice were studied alongside age-matched controls. Also, postmortem human AD sections were examined in our study. In our experiments, Aβ plaques were visualized using Methoxy-XO4 which binds selectively and irreversibly to Aβ sheets and allows their detection under light microscopy. Furthermore, post-mortem immunostaining of microglia with the ionized calcium-binding adapter molecule 1 (IBA1) marker and additional processing for transmission electron microscopy allowed the study of microglia at different proximities to the plaques. Our ultrastructural analyses revealed significant differences in phagocytic activities and morphological features. Microglial cell bodies in APP-PS1 were significantly larger in area and perimeter compared to wild-type controls and displayed signs of stress and decreased phagocytic activity. These signs of stress and impaired phagocytosis were also found in microglial processes in the APP-PS1 samples. Additionally, microglia showed diverse morphological phenotypes and physiological cell reactions dependent on their proximity to plaques. Microglial cell bodies near plaques were larger in area and perimeter compared to wild-type controls and other APP-PS1 regions located farther from plaques. Microglia near plaques were more were more likely to contain Aβ and less likely to contain or encircle neuronal elements. Also, they presented signs of stress characterized by darkened cell bodies and dilated endoplasmic reticulum. All these findings define the drastic changes that are taking place at ultrastructural level in the brain in response to Aβ deposition.

La maladie d’Alzheimer (MA) est caractérisée par deux lésions neuropathologiques: les plaques séniles (composées essentiellement du peptide amyloïde Ab) et les dégénérescences neurofibrillaires (DNF, composées de formes hyperphosphorylées de protéines tau). Les mécanismes de formation des DNF sont encore mal compris et notre travail expérimental a eu pour objectifs d’étudier certaines hypothèses de formation des DNF.<p>1° Une hypothèse étiopathogénique de la MA est la “cascade amyloïde”, selon laquelle le peptide amyloïde Ab exercerait un effet toxique entraînant la phosphorylation de tau et la formation de DNF. Certaines formes familiales de MA sont dues à des mutations du gène du précurseur du peptide amyloïde (APP) ou des présénilines et nous avons voulu déterminer si la surexpression de ces protéines pouvait entraîner la formation de DNF. Nous avons d’abord étudié une lignée murine double transgénique surexprimant l’isoforme 0N3R de protéine tau humaine “sauvage” et une forme mutée de préseniline 1 (M146L). Nous y avons démontré une co-expression neuronale des deux protéines et une augmentation de la phosphorylation de tau mais nous n’y avons pas observé de formation de DNF, chez des animaux examinés jusqu’à 17 mois. Nous avons ensuite étudié une lignée murine triple transgénique surexprimant l’isoforme 0N3R de protéine tau “sauvage”, une forme mutée de préseniline 1 (M146L) et une forme mutée de l’APP 751 (mutations Swedish K670N, M671L et London V717I). Ces animaux ont développé précocement (2.5 mois) des dépôts extracellulaires de peptide Ab. Nous y avons observé une augmentation de la phosphorylation de tau dans les prolongements neuronaux en contact avec les dépôts amyloïdes et des anomalies de l’organisation du cytosquelette, mais pas de DNF, chez des animaux examinés jusqu’à 18 mois.<p>2° Certaines mutations du gène de tau sont responsables de formes familiales de démence frontotemporales dans lesquelles se développent des DNF. Ces mutations favoriseraient l’agrégation de tau où entraîneraient un déséquilibre de l’expression relative des isoformes de tau. Un tel déséquilibre pourrait également être induit dans les formes sporadiques de MA, en l’absence de mutations de tau. Afin d’investiguer cette hypothèse, nous avons étudié le profil d’expression des ARNm de tau et des isoformes de protéines tau dans plusieurs régions cérébrales de sujets contrôles ou atteints de MA. Un même profil d’expression a été observé dans les deux groupes. Une augmentation relative de l’expression de l’isoforme 0N3R de tau dans le cortex temporal pourrait être liée à la sensibilité de cette région au développement de DNF. Nous avons également étudié des lignées stables de cellules CHO exprimant des formes mutées (P301L, R406W) et non-mutées de protéines tau. Nous n’avons cependant pas observé d’augmentation de l’agrégation de tau dans les lignées exprimant les formes mutées de tau.<p>Nos résultats indiquent que la simple surexpression de formes mutées de l’APP et des présénilines, même en présence d’une protéine tau humaine, ne suffit pas à entraîner la formation de DNF. En outre, l’absence de différence dans le profil d’expression cérébrale des isoformes de tau entre sujets contrôles et atteints de MA suggère que les modifications post-traductionnelles de cette protéine jouent un rôle plus important dans la genèse des DNF.<p> / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished