Le système endocannabinoïde est un important modulateur des fonctions physiologiques. Il est composé des récepteurs aux cannabinoïdes, de ses ligands lipides endogènes (les endocannabinoïdes) et de la machinerie enzymatique pour leur synthèse et leur dégradation. Les récepteurs aux cannabinoïdes de type 1 (CB1) sont exprimés dans différents types cellulaires dans le cerveau et sont connus pour être impliqués dans les processus mnésiques. Les endocannabinoïdes sont mobilisés dépendamment de l’activité notamment dans les régions cérébrales impliquées dans la mémoire telle que l’hippocampe. Dans cette région, les récepteurs CB1 sont exprimés au niveau des terminaisons neuronales présynaptiques où leur stimulation inhibe la libération de neurotransmetteurs, modulant ainsi différentes formes d’activité synaptique. Outre leur expression sur les neurones, les récepteurs CB1 sont également exprimés par les astrocytes. Avec l’élément pré- et post-synaptique, les astrocytes font partis de la « synapse tripartite » où ils participent à la plasticité synaptique et les processus mnésiques associés. De manière intéressante, la stimulation des récepteurs CB1 astrocytaires facilite la transmission glutamatergique dans l’hippocampe. Dans cette région, les astrocytes régulent l’activité des N-methyl-Daspartate receptors (NMDARs) à travers le contrôle des niveaux synaptiques de leur co-agoniste, la D-serine, modulant ainsi la plasticité synaptique à long terme. Cependant, le mécanisme entrainant la libération de D-serine par les astrocytes n’est pas identifié. De manière intéressante, notre laboratoire a montré que les effets délétères des cannabinoïdes exogènes sur la mémoire de travail spatial sont médiés par les récepteurs CB1 astrocytaires à travers un mécanisme dépendant des NMDARs dans l’hippocampe. Cependant, le rôle physiologique des récepteurs CB1 astrocytaires restent méconnus. Une des formes de mémoire impliquant le récepteurs CB1 est la mémoire de reconnaissance d’objet (NOR). La stimulation exogène des récepteurs CB1 hippocampique inhibe la consolidation de la NOR mais la délétion constitutive des récepteurs CB1 n’affecte pas la NOR, suggérant que la signalisation des récepteurs CB1 endogènes n’est pas nécessaire. Cependant, de récentes études soulignent que la délétion globale du gène CB1 pourrait masquer le rôle des récepteurs CB1 des différents types cellulaires. Ceci indique la nécessité de nouveaux outils plus sophistiqués afin de totalement comprendre le rôle physiologique du système endocannabinoïde dans des comportements complexes. Dans cette étude, nous avons étudié le rôle physiologique des récepteurs CB1 astrocytaires dans la formation de la NOR et la plasticité synaptique. En utilisant une combinaison d’approches génétiques, comportementales, électro-physiologiques, d’imagerie et de biochimie, nous avons montré que l’activation endogène des récepteurs CB1 astrocytaires est nécessaire pour la consolidation de la NOR à long terme, et ceci à travers un mécanisme impliquant l’apport en D-sérine, afin de stimuler l’activité des NMDARs synaptiques de l’hippocampe dorsal. Cette étude révèle un mécanisme inattendu à la base de la libération de D-sérine, entrainant l’activité des NMDARs et la formation de la mémoire à long terme. / The endocannabinoid system is an important modulator of physiological functions. It is composed of cannabinoid receptors, their endogenous lipid ligands (the endocannabinoids) and the enzymatic machinery for endocannabinoid synthesis and degradation. The type-1 cannabinoid receptors (CB1) are expressed in different cell types of the brain and are known to be involved in memory processes. Endocannabinoids are mobilized in an activity-dependent manner in brain areas involved in the modulation of memory such as the hippocampus. In this brain region, CB1 receptors are mainly expressed at neuronal pre-synaptic terminals where their stimulation inhibits the release of neurotransmitters, thereby modulating several forms of synaptic activity. Besides their expression in neurons, CB1 receptors are also expressed in astrocytes. Along with the pre- and post-synaptic neurons, astrocytes are part of the “tripartite synapse”, where they participate in synaptic plasticity and associated memory processes. Interestingly, modulation of astroglial CB1 receptors has been proposed to facilitate glutamatergic transmission in the hippocampus. In this brain area, astrocytes regulate the activity of N-methyl-D-aspartate receptors (NMDARs) through the control of the synaptic levels of their co-agonist D-serine, thereby mediating long-term synaptic plasticity. However, the mechanisms inducing D-serine release by astrocytes are still not identified. Interestingly, our laboratory showed that the negative effect of exogenous cannabinoids on spatial working memory is mediated by astroglial CB1 receptors through a NMDAR-dependent mechanism in the hippocampus, but the physiological role of astroglial CB1 remains unknown. One of the forms of memory involving CB1 receptors is novel object recognition (NOR) memory. The exogenous stimulation of hippocampal CB1 receptors inhibits the consolidation of long-term NOR formation. Constitutive global deletion of CB1 receptors in mice leaves NOR memory intact, suggesting that endogenous CB1 receptor signaling is not necessary for long-term NOR. However, recent studies pointed-out that, likely due to compensatory mechanisms, the global deletion of the CB1 gene might mask cell type-specific roles of CB1 receptors, indicating that more sophisticated tools are required to fully understand the physiological roles of the endocannabinoid system in complex behavioral functions. In this work, we investigated the physiological role of the astroglial CB1 receptors on NOR memory formation and synaptic plasticity. By using a combination of genetic, behavioral, electrophysiological, imaging and biochemical techniques, we showed that endogenous activation of astroglial CB1 receptors is necessary for the consolidation of long-term NOR memory, through a mechanism involving the supply of D-serine to enhance synaptic NMDARs-dependent plasticity in the dorsal hippocampus. This study uncovers an unforeseen mechanism underlying D-serine release, triggering NMDARs activity and long-term memory formation.ory.

La stimulation cérébrale profonde (DBS) du gyrus cingulaire subgénual est actuellement en coursd’évaluation comme nouvelle cible thérapeutique chez les patients souffrant de dépression majeure.Afin de caractériser les mécanismes sous-jacents l’action de la DBS, et plus particulièrement, lapossible implication du système glial, les effets de la stimulation du cortex préfrontal infralimbique surplusieurs marqueurs précliniques de la réponse antidépressive ont été évalués chez le rat. Ce travailde thèse, en utilisant des approches électrophysiologiques, immunohistochimiques etcomportementales, montre que la DBS aigue (130 Hz, 150 μA) induit des comportements pseudoantidépresseurs(évalués dans le test de nage forcée) qui sont associés à une augmentation del’activité des neurones 5-HT du raphé dorsal et de la neurogenèse du gyrus denté. De plus, la DBSaigue est capable de renverser les effets du stress sur la métaplasticité synaptique hippocampique.Par ailleurs, la DBS à plus faible intensité (20 μA, 130 Hz) induit des effets pro-cognitifs, i.e. unefacilitation de la plasticité synaptique au sein de l’hippocampe dorsal et une amélioration desperformances mnésiques des rats dans le test de reconnaissance d’objet. De façon importante, ceseffets neurobiologiques sont prévenus par une lésion pharmacologique gliale avec la gliotoxine Lalpha-aminoadipic acid. Ensemble, nos données in vitro et in vivo soulignent pour la première fois lerôle crucial des astrocytes dans les mécanismes d’action de la DBS. Cette étude propose donc quel’intégrité du système glial au niveau le site de stimulation est un pré-requis majeur afin d’optimiserl’efficacité de la DBS / Deep brain stimulation (DBS) of the cingulated gyrus 25 is currently evaluated as a new therapy inpatients with treatment-resistant major depressive disorder. The effects of infralimbic prefrontal cortexDBS on several pre-clinical markers of the antidepressant-like response were assessed in rats toinvestigate the mechanisms underlying DBS action, and particularly, the putative involvement of glialsystem. The present study, using electrophysiological, immunohistochemical and behavioralapproaches, shows that acute DBS (130 Hz, 150 μA) induced an antidepressant-like behavior(evaluated in the forced-swim test) that was associated with an increase of dorsal raphe 5-HTneuronal activity and of dentate gyrus neurogenesis. Moreover, acute DBS was able to reverse theeffects of stress on hippocampal synaptic metaplasticity. Besides, DBS at lower intensity (20 μA, 130Hz) induced pro-cognitive effects, i.e. facilitated the hippocampal synaptic metaplasticity and improvedlearning performance in the novel object recognition task. Importantly, these neurobiological effects ofDBS were prevented by local pharmacological glial lesions with the L-alpha-aminoadipic acid gliotoxin.Taken together, our in and ex vivo findings highlights for the first time the crucial role of glial cells inthe mechanism of action of DBS. The present study, therefore, proposes that an unaltered glial systemwithin stimulation areas may constitute a major prerequisite to optimize DBS efficacy

La rigidité artérielle est considérée comme un facteur de risque important pour le développement du déclin cognitif. Toutefois, les effets précis de la rigidité artérielle sur le cerveau sont peu connus et, à ce jour, aucun modèle animal ne permet d’étudier l’effet isolé de ce facteur sur l’homéostasie cérébrale. Dans cette étude, nous avons développé un nouveau modèle de rigidité artérielle qui se base sur la calcification de l’artère carotide chez la souris. Au niveau artériel, ce modèle présente une fragmentation de l’élastine, une augmentation de la distribution du collagène et de l’épaisseur intima-média ainsi qu’une diminution de la compliance et de la distensibilité artérielles démontrant la rigidité artérielle. De plus, le modèle ne présente pas d’augmentation de pression artérielle ni de changement de rayon du lumen indiquant une absence d’hypoperfusion globale et d’anévrisme. Au niveau cérébral, les résultats montrent que la rigidité artérielle induit une augmentation de la pulsatilité du flux sanguin cérébral menant ainsi à une augmentation du stress oxydatif. Ce dernier induit une inflammation cérébrale, détectée par l’activation de la microglie et des astrocytes, induisant ultimement une neurodégénérescence. Ces effets sont surtout observés au niveau de l’hippocampe, la région cruciale pour la mémoire et la cognition. Ainsi, cette étude montre que la rigidité artérielle altère l’homéostasie cérébrale et mérite d’être considérée comme une cible potentielle dans la prévention et le traitement des dysfonctions cognitives chez les personnes âgées. / Arterial stiffness is considered as an important risk factor for the development of cognitive decline in the elderly population. However, its precise effects on the brain are unknown and, to date, no animal model allows to study the precise outcome of arterial stiffness on the brain homeostasis. In this study, we developed a new animal model of arterial stiffness based on the calcification of the carotid artery in mice. On the arterial level, this model shows a fragmentation of elastin, increased collagen distribution and intima-media thickness as well as decreased arterial compliance and distensibility, thus fulfilling the major arterial stiffness properties. In addition, this model does not a show an increase in blood pressure or change in arterial lumen radius indicating a lack of global hypoperfusion and aneurysm. Regarding the brain, the results show that arterial stiffness induces an increase in cerebral blood flow pulsatility leading to increased oxidative stress. Oxidative stress induces brain inflammation, detected by the activation of microglia and astrocytes, ultimately leading to neurodegeneration. These effects are particularly observed in the hippocampus, a crucial area for memory and cognition. Thus, this study shows that arterial stiffness alters brain homeostasis and therefore should be considered as a potential therapeutical target for the prevention and treatment of cognitive dysfunction in the elderly.

Aux côtés des formes dites classiques de Sclérose en plaques (SEP), un nombre important de patients présentent des caractéristiques atypiques qui vont être responsable d’une période, parfois longue, d’errance diagnostique. Certains de ces patients, malgré les atypies, font clairement partie du spectre de la SEP tandis-que d’autres présentent probablement des maladies inflammatoires démyélinisantes idiopathiques distinctes qui sont, à ce jour, toujours en attente d’individualisation.Les objectifs principaux de ce travail de thèse étaient de mieux caractériser ces formes atypiques de SEP et autres maladies inflammatoires démyélinisantes idiopathiques.Nous avons effectué un travail rétrospectif de caractérisation clinique et radiologique (sur les données d’IRM acquises en conditions de vie réelle) afin d’aider au diagnostic et à mieux définir le pronostic évolutif de ces patients. Nous avons également effectué une analyse anatomopathologique chez les patients présentant une lésion inflammatoire nécessitant une biopsie avec pour objectif de mieux positionner ces lésions au sein du spectre de la SEP et du spectre des Neuromyélites Optiques (NMOSD). Enfin nous avons effectué une caractérisation de l’expression astrocytaire du récepteur NKp46 au sein des lésions de SEP et des lésions inflammatoires démyélinisantes atypiques.Les principaux résultats sont :1) En l’absence d’autre lésion cérébrale évocatrice de SEP, le risque de développer une SEP cliniquement définie chez un patient présentant une lésion cérébrale inflammatoire démyélinisante isolée est faible.2) La SEP, notamment dans sa forme progressive, peut avoir des caractéristiques proches de celles rencontrées dans le cadre des léucoencéphalopathies héréditaires. Dans ces situations, l’analyse des lésions de la substance grise, de la topographie des lésions de la substance blanche et le caractère nodulaire (>3mm mais non diffus) sont en faveur du diagnostic de SEP.3) Les lésions inflammatoires démyélinisantes du système nerveux central sont extrêmement hétérogènes en IRM. Néanmoins, certaines caractéristiques leurs sont communes : liseré périphérique en hypersignal en diffusion, prise de contraste périphérique ouverte, respect de la substance grise. L’analyse anatomopathologique sur tissus provenant de biopsies réalisées pour incertitude diagnostique démontre une préservation quasi systématique du marquage AQP4.4) L’expression astrocytaire de NKp46, récepteur classiquement décrit comme spécifique des lymphocytes NK, est commune à de nombreuses conditions neuroinflammatoires et neurodégénératives y compris la SEP, les NMOSD et les autres maladies inflammatoires démyélinisantes. Nous n’avons, à ce jour, pas pu déterminer l’implication du récepteur NKp46 dans la réponse astrocytaire en conditions inflammatoires.En conclusion, l’étude de notre cohorte rétrospective multicentrique a permis de mieux préciser les caractéristiques clinique (y compris de suivi), anatomopathologiques et IRM de patients présentant des formes atypiques de SEP et de maladies inflammatoires démyélinisantes.L’identification de sous-types de SEP caractérisés par une atteinte extrêmement sévère tant sur le plan clinique que radiologique nous semble pouvoir être un modèle d’étude intéressant dans la recherche de biomarqueurs d’imagerie et biologiques de la maladie. / Beside classical multiple sclerosis (MS), a significant proportion of patients can present some atypical clinical or radiological characteristics that will lead to diagnostic uncertainties. On one side, some of these patients belong to MS spectrum whereas some other probably have yet unidentified inflammatory demyelinating disorders.Our objectives were to describe those patients with atypical MS and atypical idiopathic inflammatory demyelinating disorders.We retrospectively gathered clinical and radiological (in a real-life setting) data from patient to better delineate diagnostic clues and to better assess prognosis of these patients. Moreover, a neuropathological analysis of patients’ tissue collected for diagnostic uncertainties was performed to assess AQP4 staining in patients with acute atypical inflammatory demyelinating disease. Finally, we characterized the expression of the activating receptor NKp46 within astrocytes in MS and other inflammatory neurological diseases.Our main results were the following:1) in the absence of any other lesion suggestive of MS, the overall risk of MS diagnosis and typical MS relapse is low.2) MS, notably primary progressive or bout-onset MS, can share MRI characteristics with inherited leukoencephalopathies and leukodystrophies. In this context, a thorough analysis of deep and cortical gray matter, topography of white matter lesions and size (typically nodular > 3mm but not confluent) strongly argues in favor of MS.3) In spite of a marked heterogeneity of central nervous system inflammatory demyelinating lesions, some characteristics such as a peripheral B1000 hyperintensity with open rim gadolinium enhancement (with or without central enhancement) and gray matter sparing are common to all of these conditions. Moreover, neuropathological analysis of these lesions suggests a systematic normal/increased AQP4 staining.4) NKp46 astrocytic expression, a classical NK cells marker is common to several neuroinflammatory diseases including MS, NMOSD and other inflammatory demyelinating disorders. To date, we were not able to ascertain NKp46 involvement in the context of neuroinflammation.To conclude, our analysis enabled to refine clinical, neuropathological and MRI characteristics of patients with atypical MS and atypical inflammatory demyelinating disorders.The identification of “clusters” of atypical MS with dramatic disability progression and early evidence of neurodegeneration should allow us to identify promising MRI and/or biological biomarkers of disease progression.

Les ganglions de la base, un ensemble de noyaux sous-corticaux interconnectés, sont impliqués dans l'élaboration, le contrôle et la mémorisation de comportements cognitivo-moteurs. L'une des principales structures de sortie de ce réseau, la substance noire réticulée (SNr), intègre les différentes informations neuronales puis les transmet au cortex via un relais thalamique. Cependant, cette transmission nécessite une régulation fine de l'activité neuronale de la SNr car celle-ci exerce une inhibition constante de ces structures cibles en raison de son activité GABAergique spontanée. Parmi les acteurs de cette régulation, le glutamate et le GABA sont à l'origine d'un équilibre fin entre excitation et inhibition des neurones nigraux. De nombreuses études se sont intéressées aux mécanismes de régulation de l'activité neuronale de la SNr mais, paradoxalement, aucune ne s'est intéressée au rôle des astrocytes. L'objet de ce travail de thèse a donc été d'étudier les relations entre neurones et astrocytes au sein de la SNr, afin de définir une potentielle implication des astrocytes dans la régulation de l'activité neuronale de cette structure. Nous avons étudié les excitabilités calciques des astrocytes et électriques des neurones grâce aux techniques d'imagerie calcique et de patch-clamp, dans un modèle de tranche parasagittale de cerveau de rat préservant les connexions subthalamo-nigrales et pallido-nigrales. Nous avons ainsi montré que les astrocytes nigraux possèdent une activité calcique spontanée, à la fois autonome et dépendante des libérations toniques de glutamate et de GABA. D'autre part, nous avons mis en évidence que l'activité de ces cellules est modulée par la stimulation à haute fréquence du noyau sous-thalamique. Nous avons montré qu'en retour, ces activités calciques spontanées astrocytaires sont impliquées dans la régulation de la fréquence de décharge des neurones de la SNr. Enfin, nous avons mis en évidence que la recapture astrocytaire du glutamate, et probablement du GABA, intervient également dans la régulation de l'activité de décharge neuronale nigrale. En conclusion, ce travail met en évidence une communication bidirectionnelle entre les neurones et les astrocytes de la SNr. Cette communication semble jouer un rôle important dans la régulation de l'activité de cette structure. / Basal ganglia, a set of interconnected nuclei, are implicated in the elaboration, control and memorization of cognitive-motor behaviors. One of the main output structure of this network, the substantia nigra pars reticulata (SNr), integrates and conveys neuronal information to cortical areas via a thalamic relay. However, this transmission requires an accurate regulation of the SNr neuronal activity since this structure inhibits its targets due to its spontaneous GABAergic activity. Among the different actors of this regulation, glutamate and GABA provide a tight balance between excitation and inhibition of the SNr neuronal activity. Several studies have explored the different mechanisms involved in this regulation but paradoxically, none concerned the astrocyte functions. In this work, our aim was to study astrocyte-neuron relations in order to define a potential astrocyte implication in the regulation of the neuronal activity in the SNr. We studied calcium and electrical activities of astrocytes and neurons using calcium imaging and patch-clamp techniques in parasagittal rat brain slices, conserving subthalamo- and pallido-nigral projections. We showed that astrocytes in the SNr displayed spontaneous calcium activities, both dependent and independent of glutamatergic and GABAergic tonic neuronal transmissions. Moreover, we showed that astrocytes calcium activities were regulated by the subthalamic nucleus high frequency stimulation. Our results revealed that, in turn, astrocytes calcium activities were involved in the regulation of the neuronal firing rate. Finally, we showed that astrocyte glutamatergic, and maybe GABAergic, reuptake was involved in the regulation of the neuronal firing rate. To conclude, this study revealed a bidirectional communication between astrocytes and neurons in the SNr. This communication seems to be important in the regulation of the activity in this structure.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative causée par une extension de répétitions du codon CAG dans le gène de la Huntingtine (Htt). Cette maladie est caractérisée par la mort des neurones striataux et la présence d’agrégats de Htt mutée (mHtt). De plus, au cours de la MH, les astrocytes, qui sont essentiels au bon fonctionnement neuronal, changent d’état et deviennent réactifs. La réactivité astrocytaire est caractérisée par des changements morphologiques et transcriptomiques mais l’impact fonctionnel de cette réactivité reste peu compris.Afin d’étudier le rôle des astrocytes réactifs dans la MH, nous avons utilisé des vecteurs viraux récemment développés par notre équipe, qui induisent ou bloquent la réactivité astrocytaire in vivo en ciblant la voie JAK2-STAT3. Nous avons montré que les astrocytes réactifs diminuent le nombre et la taille des agrégats de mHtt majoritairement présents dans les neurones. Ceci est associé à l’amélioration de plusieurs altérations neuronales observées dans ces modèles. Une analyse transcriptomique réalisée sur des astrocytes réactifs révèle des changements majeurs d’expression de gènes liés aux systèmes de protéostasie. De plus, l’activité du lysosome et du protéasome est augmentée dans les astrocytes réactifs de souris modèles de la MH. Nous montrons également que les astrocytes réactifs éliminent plus efficacement leurs propres agrégats de mHtt, suggérant qu’au cours de la MH, ces cellules pourraient dégrader plus efficacement la mHtt provenant des neurones. De plus, certaines protéines chaperonnes sont induites dans les astrocytes réactifs. En particulier, la co-chaperonne DNAJB1/Hsp40 est surexprimée dans les astrocytes réactifs et est retrouvée dans les exosomes isolés à partir de striata de souris MH. Des expériences de gain et perte de fonction suggèrent que cette chaperonne est impliquée dans les effets bénéfiques des astrocytes réactifs sur l’agrégation de la mHtt et l’état des neurones. Les astrocytes réactifs pourraient donc libérer des protéines anti-agrégantes qui favorise l’élimination de la mHtt dans les neurones.Notre étude montre que les astrocytes peuvent, en devenant réactifs au cours de la MH, acquérir des propriétés bénéfiques pour les neurones et favoriser, via un dialogue complexe avec les neurones, l’élimination des agrégats de mHtt. / Huntington’s disease (HD) is a hereditary neurodegenerative disease caused by an expansion of CAG codons in the Huntingtin gene. It is characterized by the death of striatal neurons and the presence of mutant Huntingtin (mHtt) aggregates. In pathological conditions, as in HD, astrocytes change and become reactive. Astrocyte reactivity is characterized by morphological and significant transcriptomic changes. Astrocytes are essential for the proper functioning of neurons but the functional changes associated with reactivity are still unclear.To better understand the roles played by reactive astrocytes in HD, we took advantage of our recently developed viral vectors that infect selectively astrocytes in vivo and either block or induce reactivity, through manipulation of the JAK2-STAT3 pathway. We used these vectors in two complementary mouse models of HD and found that reactive astrocytes decrease the number and the size of mHtt aggregates that mainly form in neurons. Reduced mHtt aggregation was associated with improvement of neuronal alterations observed in our mouse models of HD. A genome-wide transcriptomic analysis was performed on acutely sorted reactive astrocytes and revealed an enrichment in genes linked to proteolysis. Lysosomal and proteosomal activities were also increased in reactive astrocytes in HD mice. Moreover, we show that reactive astrocytes degrade more efficiently their own mHtt aggregates, suggesting that these cells could siphon mHtt away from neurons. Alternatively, several chaperones were induced in reactive astrocytes. In particular, the co-chaperone DNAJB1/Hsp40 was upregulated in reactive astrocytes and was present in exosomal fraction from HD mouse striatum. Loss and gain of function experiments suggest that this chaperone is involved in the beneficial effects of reactive astrocytes on mHtt aggregation and neuronal status. Therefore, reactive astrocytes could release anti-aggregation proteins that could promote mHtt clearance in neurons.Overall, our data show that astrocytes, by becoming reactive in HD, develop a protective response that involves complex bidirectional signaling with neurons to reduce mHtt aggregation.

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Alzheimer’s disease (AD) is a neurodegenerative disorder, with extensive evidence implicating the misfolding, aggregation and deposition of the amyloid-β (Aβ) peptide as central to the pathogenesis. Heparan sulfate (HS) is an interactive glycosaminoglycan, attached to core proteins as HS proteoglycans (HSPGs). HSPGs are present on cell surfaces and in the extracellular matrix where they facilitate multiple signaling functions, but HS is also consistently present in all amyloid deposits, including those of AD. In amyloidosis HS has been studied as an aggregation template, promoting fibril formation and serving a scaffold function in the resulting deposits. The objective of this thesis was to assess how cell surface HS is potentially implicated in Aβ amyloidosis and the associated neuroinflammation of AD.   In AD brain we determined that HS predominantly accumulated in Aβ deposits with dense cores and found glial-expressed HSPGs within these deposits. Aβ elevated HSPG levels in primary glial cultures, implicating activated glia as one source of the Aβ-associated HS. Next, we determined that microglial HSPGs are critical for the upregulation of interleukin-1β and tumor necrosis factor-α following exposure to lipopolysaccharide, an established inflammatory insult. Together these results raise the possibility that Aβ-induced expression of microglial HSPGs may promote neuroinflammation.   Multiple mechanisms of Aβ toxicity have been proposed and different Aβ assemblies exert their toxicity through alternative routes. We found that three different preparations of Aβ aggregates all exhibited HS-dependent cytotoxicity, which in part correlated with Aβ internalization. Furthermore, heparin treatment attenuated Aβ cytotoxicity and uptake. In Aβ-positive AD microvasculature, HS deposited with Apolipoprotein E (ApoE) and its receptor, the low density lipoprotein receptor-related protein 1 (LRP1). In cell culture, HS and LRP1 co-operated in Aβ interactions and the addition of ApoE increased the levels of cell-associated Aβ in a HS- and LRP1-dependent manner. This ApoE-mediated increase in cell-associated Aβ may promote toxicity and vascular degeneration, but equally HS-mediated internalization of Aβ could represent a clearance route across the blood-brain-barrier. The findings presented here illustrate multiple roles for cell-surface HSPGs in interactions relevant to the pathogenesis of AD.

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is an incurable late onset neurodegenerative disorder characterised by the specific loss of motor neurones (MNs). It has been recently demonstrated that Transactive response DNA-binding protein (TDP-43) is the dominant disease protein in both ALS and a sub-group of frontotemporal lobar degeneration (FTLDTDP). Moreover, the identification of TARDBP mutations in familial ALS confirms a mechanistic link between the observed mis-accumulation of TDP-43 and neurodegeneration but also provides an opportunity to establish an in vitro platform to model these diseases, based on patient-derived induced pluripotent stem cells (iPSCs). This study presents the optimization of an iPSC-based platform to study the consequences of TDP-43 M337V mutation in human functional populations of MNs and astrocytes in isolation as well as in co-culture. To develop this platform, two protocols to differentiate patient-derived iPSCs into functional MNs and astrocytes were first optimized, and the obtained cellular populations were then used to characterize the behaviour of mutant TDP-43 and its effect on the different cell types. This study show that it is possible to use iPSC-based platforms to recapitulate in vitro key aspects of TDP-43 proteinopathies such as MN cell autonomous toxicity and TDP-43 accumulation, but they can also be used to highlight previously unrecognised disease specific mechanisms and to test novel therapeutic approaches. Moreover, by performing co-culture experiments it was possible to evaluate the effects of M337V astrocytes on the survival of wild-type and M337V TDP-43 motor neurons, showing that mutant TDP-43 astrocytes do not adversely affect survival of co-cultured neurons. This iPSC-based platform represents an in vitro model to study both the effect of somatic mutations on isolated patient-specific cultures, but also to investigate cellular autonomy and neurodegeneration in the context of TDP-43 proteinopathies.