Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2003. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Les neurones dopaminergiques mésodiencephaliques jouent un rôle central dans la régulation d'un large éventail de fonctions cérébrales allant des mouvements volontaires aux comportements associés. Ces fonctions sont régulées par des sous-types distincts de neurones dopaminergiques situés à la base du cerveau soit l'air tegmentaire ventrale et la substance noire compacte. Ces neurones innervent différentes régions du cerveau en formant les voies nigrostriatales, mésolimbiques et mésocorticales. Les mécanismes moléculaires qui régissent la formation de voies dopaminergiques dans le cerveau sont en grande partie inconnus. L'autophagie est la principale voie de renouvellement cytoplasmatique et s'est révélée importante pour le développement du système nerveux. Nous montrons ici que les protéines nécessaires à l'autophagie sont présentes dans les cônes de croissance des neurones dopaminergiques et qu'elles sont régulées temporellement pendant leur développement. En outre, le niveau d'autophagie change de façon dynamique dans les neurones dopaminergiques en réponse à des signaux de guidage chimio-répulsifs et chimio-attractifs. Pour caractériser le rôle de l'autophagie dans la croissance / guidage des axones dopaminergiques, nous avons utilisé la méthode d'édition du génome CRISPR-Cas9 ainsi qu'une souris knock-out conditionnelle (cKO) pour les gènes essentiels de l'autophagie (Atg12, Atg5) spécifiquement dans les neurones dopaminergiques. Les axones ATG5 cKO présentent des renflements axonaux et une diminution du nombre de ramifications in vitro et in vivo, probablement en raison de la formation de boucles de microtubules aberrantes. De manière frappante, la suppression de gènes liés à l'autophagie a complètement bloqué la réponse des neurones dopaminergiques aux signaux de guidage chimio-répulsifs et chimio-attractifs. Nos données démontrent que l'autophagie joue un rôle central dans la régulation du développement des neurones dopaminergiques et dans l'amélioration de notre compréhension des processus physiologiques régissant la croissance et le guidage axonal. / Mesodiencephalic dopamine neurons play a central role in the regulation of a wide range of brain functions ranging from voluntary movement to reward associated behaviours. These functions are regulated by distinct subtypes of dopamine neurons located in the ventral midbrain substantia nigra pars compacta and ventral tegmental area that project to different brain regions by forming the nigrostriatal, mesolimbic, and mesocortical pathways. The molecular mechanisms that drive the midbrain dopaminergic trajectory formation are largely unknown. Autophagy is the major cytoplasmatic turnover pathway and has been shown to be important to neural system development. Here we show that autophagy machinery is present in the growth cones of dopaminergic neurons and is temporally regulated during their growth and guidance. Furthermore, autophagy level changes dynamically in dopaminergic neurons in response to both chemo-repulsive and chemo-attractive guidance cues. To characterize the role of autophagy in dopaminergic axon growth/guidance, we used CRISPR-Cas9 gene editing as well as a conditional knock-out mice (cKO) for the essential autophagy genes (Atg12, Atg5) deleted in dopaminergic neurons. ATG5 cKO axons exhibit axonal swellings and decreased branching in vitro and in vivo, likely due to aberrant microtubule looping. Strikingly, deletion of autophagy-related genes blunted completely the response of dopaminergic neurons to chemo-repulsive and chemo-attractive guidance cues. Our data demonstrate that autophagy plays a central role to tightly regulate dopaminergic neurons development and improve our understanding about basic physiological processes orchestrating axonal growth and guidance.

Ce mémoire traite de l’organisation anatomique et fonctionnelle de la voie corticosubthalamique chez le singe macaque. Cette projection neuronale, aussi connue sous le nom de voie hyperdirecte, a été étudiée grâce à une méthode de marquage neuronal unitaire. L’injection d’un traceur antérograde, la biotine dextran amine, dans la couche V du cortex moteur primaire de quatre singes cynomolgus (Macaca fascicularis) par microiontophorèse nous a permis de tracer en détails l’arborisation axonale de 28 axones corticofuges composants la voie hyperdirecte. Les principaux résultats de cette étude montrent que la projection corticosubthalamique est essentiellement ipsilatérale et que la population de neurones à l’origine de cette projection est indépendante de celle composant la voie corticostriée. Après avoir quitté le cortex, les axones de fort calibre (jusqu’à 3.7 μm de diamètre) de la voie hyperdirecte voyagent le long de la capsule interne jusqu’au tronc cérébral. À la hauteur du noyau subthalamique, ces axones émettent des collatérales de plus petit diamètre qui innervent non seulement le noyau subthalamique, mais également la zona incerta, le noyau rouge, les noyaux pontiques supérieurs et le noyau réticulaire du thalamus. Dans le noyau subthalamique, les fines collatérales de la voie hyperdirecte s’arborisent profusément au sein du territoire sensorimoteur. Les résultats obtenus dans le cadre de la présente étude par marquage neuronal unitaire révèlent, pour la toute première fois chez le singe, que la voie « hyperdirecte » est majoritairement « indirecte » puisque celle-ci provient essentiellement de collatérales d’axones principaux qui innervent les étages inférieurs du tronc cérébral. En outre, cette projection ne semble pas exclusive au noyau subthalamique puisque les axones qui la composent ciblent plusieurs autres régions motrices cérébrales. / This thesis deals with the anatomical and functional organization of the corticosubthalamic pathway in macaque monkey. This neuronal projection, which is also known as the hyperdirect pathway, was investigated with the help of a single-cell labeling method. An anterograde tracer, biotin dextran amine, was microiontophoretically delivered in layer V of the primary motor cortex in four cynomolgus monkeys (Macaca fascicularis), allowing us to trace in detail the axonal arborization of 28 corticofugal axons forming the hyperdirect pathway. The main results of this study indicate that the corticosubthalamic pathway is essentially ipsilateral and that the population of neurons at the origin of this projection is distinct from those giving rise to the corticostriatal projection. After leaving the cortex, the large caliber axons (up to 3.7 μm in diameter) that form the hyperdirect pathway travel along the internal capsule, heading toward the brainstem. At the subthalamic nucleus level, these axons emit some small-diameter collaterals that innervate the zona incerta, the red nucleus, the superior pontine nuclei, the thalamic reticular nucleus, and the subthalamic nucleus. In the latter structure, thin collaterals of the corticosubthalamic projection arborize principally within its sensorimotor territory. The results of the present single-axons tracing study reveal, for the very first time in primates, that the so called “hyperdirect” pathway is largely “indirect” since it is mainly composed of collaterals of main axons that travel downward to the brainstem. Moreover, this projection does not seem exclusive to the subthalamic nucleus since it targets several other cerebral motor nuclei.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2008. / Titre de l'écran-titre (visionné le 12 janvier 2009). Bibliogr.

Encore aujourd'hui, les lésions de la moelle épinière représentent un défi colossal pour la science et la médecine. La découverte d'un traitement efficace nécessitera un approfondissement des connaissances sur les processus cellulaires et moléculaires qui sont déclenchés à la suite de la lésion, notamment concernant la réponse inflammatoire et la dégénérescence wallérienne puisque ces deux réponses pourraient influencer la régénérescence d'axones lésés. À ce sujet, nous avons récemment démontré qu'il est possible d'induire une déplétion importante des cellules myéloïdes CD Il b + chez des souris transgéniques exprimant une forme mutée du gène suicide HSV -TKmt 30 sous le contrôle du promoteur CD Il b, un promoteur spécifique aux macrophages et aux granulocytes. Nos résultats indiquent que les cellules CD Il b + sont essentielles à la régénérescence d'axones périphériques et centraux en favorisant l'élimination des débris de myéline et des inhibiteurs de croissance axonale associés à ceux-ci de même que via la synthèse de facteurs neurotrophiques et pro-angiogéniques.

OBJECTIFS: La libération de dopamine par les afférences à sérotonine (5-HT) du striatum constitue un déterminant pré-synaptique important des dyskinésies induites par la L-Dopa (DILs), un effet délétère du traitement pharmacologique de la maladie de Parkinson. En effet, les axones 5-HT seraient en mesure de libérer de façon non-physiologique de la dopamine lorsque la L-Dopa est administrée au patient, contribuant ainsi à l’expression des DILs. Certaines afférences striatales 5-HT contiennent un transporteur vésiculaire du glutamate (VGluT3) et nous croyons que sa présence puisse avoir un effet synergique sur la libération de dopamine. L’objectif général de ce mémoire est donc d’évaluer la quantité de VGluT3 présent au sein des axones 5-HT et de mesurer son implication dans l’expression des DILs. MÉTHODES : Dix-huit souris C57/Bl6 ont été séparées en trois groupes expérimentaux. Douze souris ont reçu une injection intracérébrale de 6- hydroxydopamine (6-OHDA) dans le faisceau prosencéphalique médian afin de léser les afférences dopaminergiques du striatum. Six souris lésées ont reçu des injections systémiques de L-Dopa (12 jours, 1 fois/jour). Six autres souris ont reçu une injection intracérébrale du véhicule afin de servir de contrôle. La sévérité des mouvements involontaires anormaux induits par la L-Dopa (équivalent des dyskinésies) a été quantifiée selon une échelle reconnue. Un double marquage en immunofluorescence pour le transporteur membranaire de la 5-HT (SERT) et le VGluT3 a permis d’évaluer la densité des varicosités SERT+ et SERT+/VGluT3+ dans le striatum dorsal et de comparer ces données entre les trois groupes expérimentaux. RÉSULTATS: Chez les trois groupes de souris, un faible pourcentage des varicosités axonales 5-HT sont également VGluT3+. Ces varicosités doublement marquées sont souvent retrouvées sur une même branche axonale. Aucune différence significative n’a été observée entre les trois groupes expérimentaux en ce qui a trait à la proportion de varicosités SERT+ qui contiennent le VGluT3+. CONCLUSION: Nos données expérimentales ne nous permettent pas de conclure que la densité des varicosités axonales SERT+ ou SERT+/VGluT3+ au sein du striatum dorsal varie en fonction de la sévérité des mouvements involontaires anormaux induits par l’administration de L-Dopa. / Objectives: The release of dopamine by serotonin (5-HT) afferent projections of the striatum is known to be a major pre-synaptic determinant of L-Dopa-induced dyskinesia, a debilitating side effect of the pharmacological treatment of the Parkinson’s disease. The fact that 5-HT axons are able to release dopamine in a nonphysiological manner following the administration of L-Dopa might lead to the expression of dyskinesias. Some striatal 5-HT axons are known to contain VGluT3 and we hypothesize that this vesicular glutamate transporter has a synergic effect on dopamine packaging into synaptic vesicles and its release. The main goal of this research project is to measure VGluT3 in 5-HT striatal afferent projections and to evaluate its role in the expression of dyskinesias. Methods: Eighteen C57Bl6 mice were divided in 3 experimental groups. Twelve mice received intracerebral injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) in the medial forebrain bundle to lesion the striatal dopaminergic afferent projections. Systematic daily injections of L-Dopa (during 12 days) were administrated in 6 of these 6-OHDA-lesioned mice. The other 6 mice received injections of the vehicle only and served as controls. The abnormal involuntary movements (the equivalent of dyskinesias in primates) were scored using a well-known and widely used motor scale. Double immunofluorescence for the 5-HT membrane transporter (SERT) and VGluT3 was performed to evaluate the density of immunolabeled axon varicosities and assess statistical differences between the 3 experimental groups. Results: Among the 3 groups, only a small percentage of 5-HT axonal varicosities express VGluT3 and these doubly labeled varicosities often occur along the same axonal branch. There is no significant difference between the 3 experimental groups regarding the density of SERT or SERT/VGluT3 axon varicosities in the dorsal striatum. Conclusion: Our data indicate that the density of SERT or SERT/VGluT3 immunolabeled axon varicosities in the dorsal striatum is not correlated with the severity or the expression of abnormal involuntary movement following L-Dopa administration

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. [76]-90. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / L'accumulation anormale de neurofilaments est une caractéristique pathologique de nombreuses maladies neurodegeneratives telles que la sclérose latérale amyotrophique (SLA), la neuropathie à axones géants (NAG) et la maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT). L'étude des animaux transgéniques surexprimant ou déficients pour les sous-unités des neurofilaments a mis en évidence que les agrégats axonaux de neurofilaments semblaient plus toxiques que les périkariaux pour les neurones moteurs. Des mutations ont récemment été découvertes dans le gène codant pour la gigaxonine et le gène codant pour la sous-unité légère des neurofilaments (NEFL), respectivement associés à la NAG et la CMT, deux maladies caractérisées par la présence d'axones géants. Nous avons tiré profit de ces découvertes pour générer deux nouveaux modèles de souris transgéniques. Nous avons dans un premier temps généré un modèle souris déficiente pour la gigaxonine. Les souris GanAex1:Aex1 montrent des niveaux protéiques élevés de filaments intermédiaires dans le système nerveux central ainsi que l'agrégation d'a-intemexine et de NF-H dans le cortex cérébral, sans toutefois développer de phénotype apparent ou d'axones géants. Néanmoins une faible dénervation ainsi qu'une atrophie des muscles inférieurs a été observée parallèlement à une perte d'axones moteurs. Dans un deuxième temps, nous avons créé un modèle de souris double transgénique dans lequel l'expression du mutant hNF-Lf228 peut être contrôlée par un système tet-off grâce à l'administration de doxycycline. Les souris hNF-L^tTa montrent une posture anormale des membres inférieurs dès l'âge de 6 mois. Ce phénotype est associé à une dénervation périphérique ainsi qu'une morphologie musculaire anormale, et une diminution du transport anterograde des mitochondries. L'abolition de l'expression de hNF-LP22S grâce au traitement à la doxycycline a réussi à améliorer de façon considérable le phénotype CMT des souris double transgéniques. L'étude de ces modèles transgéniques a mis évidence que de faibles changements dans le réseau de neurofilaments provoquent une dénervation périphérique ainsi qu'une perturbation du transport axonal. Le phénotype locomoteur ainsi que la dénervation sont même réversibles dans le cas des souris hNF-L^tTa. Abolir l'expression de mutant NEFL ou le neutraliser pourrait donc s'avérer une thérapie efficace.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Chaque année, 130 000 personnes subissent une lésion de la moelle épinière, entraînant une paralysie totale ou partielle de leurs membres. Le seul traitement approuvé, un glucocorticoïde, demeure controversé puisque le rôle de la réponse inflammatoire qui se développe à la suite d'une lésion est encore mal compris. Par l'étude d'un nerf périphérique pouvant régénérer de façon autonome, il est possible d'évaluer l'importance de l'inflammation dans le processus de régénérescence axonale. Notre étude porte sur le rôle des récepteurs Toll-like (TLRs) dans l'initiation de la réponse immunitaire, la dégénérescence Wallérienne et le recouvrement locomoteur suite à une lésion nerveuse périphérique. Les expériences furent effectuées en utilisant des animaux déficients en TLR2, TLR4 et MyD88, ou en employant des agonistes ou inhibiteurs des TLRs. Nos résultats suggèrent que les TLRs seraient activés par des molécules endogènes présentes ou relâchées lors d'une blessure physique et, par l'initiation d'une réponse immune, favoriseraient l'élimination des débris de myéline et la régénérescence nerveuse. / Each year, 130 000 people suffer a spinal cord injury, inducing a total or partial paralysis of their members. The only approved treatment, a glucocorticoid, is still controversial since the role of the inflammatory response that develops after injury is still poorly understood. With the study of a peripheral nerve that can regenerate in an autonomous manner, it is possible to evaluate the importance of inflammation in the process of axonal regeneration. Our study involves the role of the toll-like receptors (TLRs) in the initiation of the immune response, Wallerian degeneration and behavioural recovery after a peripheral nerve lesions. The experiments were performed using mice deficient for TLR2, TLR4 and MyD88, or by employing agonists or inhibitors of TLR signaling. Our results indicate that TLRs could be activated by endogenous molecules present or expressed following traumatic injury and, through initiation of immune responses, could permit the elimination of myelin debris and nerve regeneration.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Les réponses cellulaires et moléculaires qui sont mises en place après une lésion de la moelle épinière et des nerfs périphériques diffèrent. Les processus de réparation qui veillent à rétablir l’intégrité tissulaire favorisent la régénération axonale seulement dans le système nerveux périphérique (SNP) lésé. Des inhibiteurs associés aux débris de myéline exerceraient un blocage de la repousse axonale dans le système nerveux central (SNC) lésé. L’objectif de cette étude visait, dans un premier temps, à répertorier et à mesurer l’expression génique des récepteurs connus de ces inhibiteurs dans toutes les régions encéphaliques de la souris avant et à la suite d’une contusion de la moelle épinère. Les résultats démontrent que les expressions des récepteurs NGR1, NGR2 et LINGO-1 sont les plus importantes et disséminées dans tout le cerveau. L’expression du co-récepteur p75NTR est plus restreinte, mais détectable dans certaines voies surpra-spinales, tandis que l’expression de TROY est presque inexistante. L’expression de ces récepteurs ne varie pas suivant un traumatisme de la moelle épinière au niveau thoracique. À l’opposé, les débris de myéline sont rapidement neutralisés par les cellules immunitaires dans le SNP lésé, ouvrant la voie à la régénération axonale. Pour évaluer la corrélation possible entre la régénération axonale et le recrutement des cellules immunitaires, nous avons étudié la repousse des axones du nerf sciatique chez la souris transgénique CD11b-TKmt-30 dans laquelle des traitements au ganciclovir entraînent la mort des cellules myéloïdes, normalement recrutées au site de lésion et dans le segment nerveux distal. Les résultats indiquent qu’en diminuant l’apport en cellules immunitaires myéloïdes (CD11b+), le rétablissement des fonctions sensori-motrices est compromis et associé à une absence de régénération axonale, une accumulation des débris de myéline, une déprivation en neurotrophines et à une déstablilisation de la vasculature et/ou une inhibition de l’angiogénèse. Ainsi, les cellules immunitaires (CD11b+) sont requises pour supporter la régénération axonale par de multiples mécanismes. En contrepartie, les cellules immunitaires ont un accès restreint au SNC ce qui abrogerait la régénération des voies supra-spinales lésées par l’action des inhibiteurs associés à la myéline reconnaissant leur récepteur à la surface des cônes de à croisssance. / The cellular and molecular responses that are activated after spinal cord and peripheral nerve injuries are quite distinct. These processes help restore tissue integrity and facilitate axonal regeneration in the injured peripheral nervous system (PNS). In the injured central nervous system (CNS), axonal regrowth is believed to be prevented by several myelin-associated inhibitors. The goal of this study is to examine and measure mRNA expression for the most studied myelin-associated inhibitors in the brain before and after a spinal cord contusion. Results show that NGR1, NGR2 and LINGO-1 are widely expressed throughout the mouse brain. In contrast, the co-receptor p75NTR is more specifically expressed in neuronal descending pathways from the brainstem, whereas TROY mRNA expression is absent. Notably, expression for these receptors was not modulated after trauma. Because myelin debris are efficiently cleared by immune cells after PNS lesion, axonal regeneration can proceed. To prove the link between axonal regeneration and the recruitment of immune cells, we have studied sciatic nerve regeneration in the CD11b-TKmt-30 transgenic mouse model in which the recruitment of myeloid cells is severely impeded by ganciclovir treatments. Results demonstrate that depletion of myeloid CD11b+ cells leads to severe deficits in recovery of sensory-motor functions that are associated with axonal regeneration failure, myelin debris accumulation, decrease of neurotrophin expression, and vascular destabilization and/or angiogenesis inhibition. Thus, CD11b+ myeloid cells are required to stimulate axonal regeneration via multiple mechanims. These results also suggest that the limited access of immune cells in the injured CNS could be, at least partly, responsible for the lack of regeneration of central axons.