La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative d’origine génétique entrainant la mutation de la protéine huntingtine (HTT). Cette protéine essentielle, sous sa forme mutée (mHTT) s’agrège, lui conférant ainsi sa toxicité. Au niveau cérébral, la MH se caractérise par une mort neuronale accrue entrainant des troubles moteurs, cognitifs et psychiatriques. Notre projet de recherche porte sur la caractérisation de certaines particularités de la MH, en particulier sur les facultés de cette pathologie à se propager entre espèces. Cette particularité s’inscrit dans une hypothèse proposant que la MH soit incluse dans la catégorie des maladies à prions, bien que cette théorie ne fasse pas encore l’unanimité au sein de la communauté scientifique. A travers celui-ci, nous avons cherché à déterminer si la mHTT présente dans les homogénats cérébraux des patients MH, peut induire une pathologie chez différents modèles animaux. Pour cela, nous avons effectué trois protocoles distincts où des homogénats ont été injectés dans le cerveau de souris adultes a) de type sauvage et b) de type BACHD ou c) de primates non-humains. Les résultats obtenus de cette étude semblent indiquer que la mHTT dérivée du cerveau humain a une capacité limitée à se propager entre les cellules et ne représente pas des caractéristiques de type prion. Ces observations contrastent avec de précédents travaux démontrant que d'autres formes de mHTT (fibrilles, fibroblastes ou cellules souches pluripotentes induites dérivées de cas de MH) peuvent en effet disséminer la maladie dans le cerveau à la manière d'un prion. / Huntington's disease (HD) is a neurodegenerative disease caused by a mutation of the gene coding for the huntingtin protein (HTT). In its mutated form (mHTT), this essential protein forms into cellular aggregates, conferring toxicity to the new entity. HD is also characterized by marked neuronal death which underlies the motor, cognitive and psychiatric symptoms known to the pathology. The research project presented herein focused on investigating the ability of the mHTT to spread between cellular elements. This is part of a larger research program which proposes that HD may be, as other neurodegenerative diseases, a prion-like disorder. We therefore sought to determine whether the mHTT found in homogenates derived from postmortem brain tissue of HD patients can induce pathology after injection in different animal models. For this, we carried out three separate protocols: homogenates were injected into the brains of adult a) wild type and b) BACHD mice or c) non-human primates. The results of this study indicate that mHTT derived from post-mortem brain tissue of HD patients has a limited ability to spread between cells and does not represent prionlike characteristics. These observations contrast with previous work demonstrating that other forms of mHTT (fibrils, fibroblasts or induced pluripotent stem cells derived from HD cases) can indeed disseminate disease in a prion-like fashion as shown in various in vitro and in vivo models.

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Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La maladie de Huntington (MH) est un désordre neurodégénératif très complexe, caractérisé par un éventail de troubles moteurs, cognitifs et psychiatriques. La maladie origine d'une mutation du gène de la *huntingtine* (*HTT*), laquelle mène à la production de la protéine HTT mutée (mHTT) qui s'agrège et interfère avec les fonctions cellulaires. Bien que la mHTT soit au cœur de la pathologie, de plus en plus d'évidences suggèrent que des formes anormales de la protéine Tau se retrouvent dans les structures cérébrales touchées par la MH. Cependant, ses mécanismes de toxicité sont peu connus. Mon projet de thèse avait donc pour but d'élucider la fonction de Tau dans le contexte de la MH. Nous avons choisi d'étudier l'administration de formes fibrillaires de Tau à des modèles murin et cellulaire de la maladie. L'injection intracérébrale de fibrilles a eu pour effet de précipiter et d'exacerber les déficits cognitifs ainsi que les comportements de type anxieux des souris traitées, lesquels étaient accompagnés par une augmentation des niveaux de protéines insolubles et du nombre d'agrégats de mHTT dans les régions du cerveau ciblées par la maladie. Les observations post-mortem ont de surcroit indiqué que les formes fibrillaires de Tau affectent d'autres éléments clés de la MH, tels que la neuroinflammation microgliale et l'atrophie cérébrale. L'exposition de formes pathologiques de Tau à une lignée striatale immortalisée modélisant la MH a également démasqué une altération de la fonctionnalité de la cellule, dépeinte par une augmentation des niveaux de calcium cytosolique. De là, nous avons émis l'hypothèse que l'accumulation d'inclusions de mHTT, suite à l'administration *in vivo* et *in vitro* de Tau, serait causée, entre autres, par un dysfonctionnement des voies de clairance protéique. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux chaperonnes moléculaires, Hsp70 et Hsp90, impliquées dans la protéostase. Nous avons observé que les niveaux solubles de ces protéines étaient effectivement altérés suite à l'exposition aux fibrilles et qu'ils étaient séquestrés à même les agrégats de mHTT. Ces résultats suggèrent une altération du fonctionnement de ces chaperonnes, conduisant à des problèmes de dégradation de protéines pathologiques, et donc une augmentation du nombre d'agrégats mHTT. Nos résultats mettent en lumière les conséquences de Tau sur plusieurs aspects associés à la MH ainsi que sur l'agrégation de la mHTT via un dysfonctionnement de voies de protéostase. Ceci ouvre la voie sur de nouvelles approches thérapeutiques pour traiter la MH, soit en ciblant Tau ou encore en corrigeant/améliorant la dégradation de protéines pathologiques. / Huntington's disease (HD) is a very complex neurodegenerative disorder, characterized by a range of motor, cognitive and psychiatric impairments. The disease originates from a mutation in the *huntingtin* gene (HTT), which leads to the production of the mutated HTT protein (mHTT) that can in turn aggregate and interfere with cellular functions. Although mHTT is a core feature of the pathology, accumulating evidence suggests that abnormal forms of the Tau protein are also found in brain structures affected by HD but little is known about its mechanisms of toxicity. The aim of my thesis was to elucidate the function of Tau in the pathophysiology of HD. We therefore administered fibrillar forms of Tau to mouse and cell models of the disease. Intracerebral injection of fibrils precipitated and exacerbated cognitive deficits and anxiety-like behaviors in treated mice, which was accompanied by increased levels of insoluble proteins and mHTT aggregates in disease-targeted brain regions. Post-mortem observations further revealed that fibrillar forms of Tau affect other key elements of HD, such as microglial neuroinflammation and brain atrophy. Exposure of pathological forms of Tau to an immortalized striatal cell line also unmasked altered cell functionality, depicted by increased cytosolic calcium levels. From this, we hypothesized that the accumulation of mHTT aggregates, following *in vivo* and *in vitro* Tau exposure, would be caused, among other things, by interference of protein clearance pathways. We were particularly interested in the molecular chaperones Hsp70 and Hsp90 involved in proteostasis. We observed that soluble levels of these proteins were indeed altered following exposure to fibrils, and that they were sequestered within mHTT aggregates. These results suggest an alteration in the function of these chaperones, leading to problems with the degradation of pathological proteins, and hence an increase in the number of mHTT aggregates. Our results highlight the consequences of Tau on several aspects associated with HD, as well as on mHTT aggregation via dysfunctional proteostasis pathways. Our findings pave the way for the identification of new therapeutic approaches to treat HD, either by targeting Tau or by correcting/enhancing the degradation of pathological proteins.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative de type autosomique dominante. Ce désordre est caractérisé par un éventail de signes cliniques incluant, principalement, des mouvements involontaires de type choréiformes, mais également des atteintes cognitives et psychiatriques. La pathologie est causée par une mutation du gène codant pour la huntingtine (HTT) entrainant ainsi la production d'une protéine anormale, la huntingtine mutée (mHTT). De par son caractère ubiquitaire, la mHTT se retrouve dans chacune des cellules de l'organisme et contribue à la dégénérescence des cellules, aussi bien au niveau du système nerveux central qu'en périphérie. En effet, les patients souffrant de la MH présentent également de l'atrophie musculaire, des anomalies cardiaques et des dysfonctionnements au niveau du système immunitaire. Des travaux effectués dans le laboratoire de recherche de la Dre Cicchetti ont montré que les cerveaux de patients MH sont aussi caractérisés par des anomalies vasculaires, qui incluent des changements au niveau de la densité et du diamètre des vaisseaux sanguins ainsi qu'une augmentation de la perméabilité de la barrière hématoencéphalique (BHE). Cherchant à élucider l'origine de ces anomalies vasculaires, nous avons étudié les plaquettes qui, en plus de jouer un rôle dans l'hémostase, sont également impliquées dans le maintien de l'intégrité vasculaire. Les résultats d'immunobuvardage ont montré que les thrombocytes contiennent étonnamment la plus forte concentration en mHTT de toutes les cellules sanguines. La libération de facteurs plaquettaires a été mesurée par ELISA chez les patients MH et les contrôles. Nous avons également effectué des tests d'hémostase et de déplétion plaquettaire dans le modèle de souris R6/2 de la maladie. Nos résultats indiquent que les plaquettes huntingtoniennes sont dysfonctionnelles en ce qui concerne la libération de facteurs de thrombose et d'angiogenèse. Nos travaux chez un modèle murin de MH mettent en lumière le rôle insoupçonné des plaquettes dans l'homéostasie de la BHE. Dans le cadre de ce projet, le transcriptome plaquettaire et les vésicules extracellulaires dérivées de plaquettes (VEP) ont été également caractérisés. D'une part, nous avons montré que les plaquettes possédaient une signature transcriptomique unique pouvant, si validée, être utilisée comme potentiel biomarqueur de la maladie. D'autre part, les VEP provenant de patients atteints de MH et leur contenu en mHTT restent inchangés. L'ensemble des données que nous avons obtenues sur les plaquettes MH témoignent de l'impact de la mHTT en périphérie. Afin de diminuer la charge en protéines pathologiques, l'une des voies de dégradation serait la production d'anticorps par les cellules immunitaires. Cet aspect a déjà été mis en lumière dans d'autres maladies neurodégénératives, mais à ce jour, les mécanismes de dégradation de la mHTT dans la MH n'ont pas été élucidés. Nos travaux ont toutefois montré la présence d'auto-anticorps contre la mHTT/HTT dans le plasma humain à l'aide de deux méthodes complémentaires que nous avons développées à cet effet : des ELISA et des immunobuvardages. Plus précisément, nous avons observé que : 1) les patients présentant des caractéristiques cliniques sévères de la MH développent une réponse immunitaire plus importante contre HTT/mHTT que les témoins appariés, 2) le sexe influence le nombre d'anticorps anti-mHTT dans la MH et 3) les anticorps reconnaissant la structure 3D de mHTT pleine longueur corrèlent avec les scores du test de capacité fonctionnelle totale chez les patients à des stades avancés de la maladie. Ces données ouvrent la voie à l'utilisation potentielle d'anticorps pour, par exemple, neutraliser la mHTT périphérique et ainsi ralentir le développement de la pathologie. En résumé, mes travaux de recherche se sont donc consacrés à l'étude des composantes sanguines - plus particulièrement des plaquettes et des auto-anticorps - par l'utilisation d'un modèle murin MH et d'échantillons de sang provenant de patients atteints de la MH. Les données obtenues permettent (1) de confirmer l'impact de la pathologie huntingtonienne sur le système sanguin et vice-versa, (2) d'améliorer notre compréhension des mécanismes physiopathologiques qui sous-tendent la MH, et (3) d'aider à identifier et développer de nouvelles cibles thérapeutiques. / Huntington's disease (HD) is an autosomal dominant neurodegenerative disorder characterized by a whole spectrum of clinical signs including early involuntary movements, such as chorea, cognitive impairments and psychiatric disturbances. The pathology is caused by a mutation in the gene coding for huntingtin (HTT), which results in the production of an abnormal form of this protein: mutant huntingtin (mHTT). Due to the ubiquitous expression of HTT, mHTT is found in every cell of the body and contributes to the cellular dysfunction in the central nervous system as well as various other peripheral organs. Accordingly, HD patients present with muscular atrophy, cardiac abnormalities and dysfunctions of the immune system, among other things. Work conducted in Dr. Cicchetti's laboratory has extended these findings to include brain vascular abnormalities, such as changes in blood vessel density and diameter, and increased permeability of the blood-brain barrier (BBB). Seeking to elucidate the origin of these vascular anomalies, we studied platelets which, in addition to playing a role in hemostasis, are also involved in maintaining vascular integrity. Immunoblot results indicated that thrombocytes contain the highest concentration of mHTT of all blood cells. Following platelet function assessment, we reported that platelets derived from HD patients are dysfunctional with respect to the release of thrombosis and angiogenesis factors. Further investigation of the functional role of platelets in HD was performed using platelet depletion assays in a commonly used transgenic mouse model of HD (R6/2). These experiments supported the clinical findings and further highlighted an unsuspected role of platelets in BBB homeostasis. As part of this project, the platelet transcriptome and the platelet derived extracellular vesicles (PEV) were also characterized. These experiments revealed a unique transcriptomic signature that can, if validated, be used as a potential biomarker of the disease while assessment of PEV derived from HD patients uncovered no differences in number or mHTT content from those derived from controls. All the data we obtained on HD platelets testify to the impact of mHTT on the periphery. In order to reduce the pathological protein load, one of the degradation pathways would be the production of antibodies by immune cells. This aspect has already been highlighted in other neurodegenerative diseases, but to date, the mechanisms of mHTT degradation in HD have not been elucidated. However, our work has now shown the presence of autoantibodies against mHTT/HTT in human plasma using two complementary methods that we have developed for this purpose: ELISA and immunoblot assays. Specifically, we observed that: 1) patients with severe clinical features of HD develop a stronger immune response against HTT/mHTT than matched controls, 2) gender influences the number of anti-mHTT antibodies in the plasma of HD patients and 3) antibodies recognizing the 3D structure of full-length mHTT correlate with total functional capacity test scores in patients at advanced stages of the disease. These data highlight the potential use of antibodies to neutralize peripheral mHTT which may, if confirmed, slow down the development of the pathology. My research work has focused on the study of blood components - in particular platelets and autoantibodies - using a mouse model of HD and blood samples from HD patients. Taken together, the data I have generated has the potential (1) to confirm the impact of HD-related pathology on the blood system and vice-versa, (2) to improve our understanding of the pathophysiological mechanisms that underlie HD and (3) to help identify and develop new therapeutic targets.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative autosomique dominante qui affecte environ 3 à 8 personnes sur 100 000 dans le monde. La MH est causée par une mutation du gène HTT, lequel code pour la protéine huntingtine (HTT). Cette mutation consiste en une expansion de 35 répétitions CAG à même l'exon 1 du gène et aboutit à une répétition de la séquence polyglutamine (polyQ) au sein du segment N-terminal de la protéine HTT. Les personnes atteintes de MH développent des troubles moteurs, cognitifs et psychiatriques sévères, principalement à l'âge adulte. L'âge d’apparition des symptômes est généralement inversement proportionnel au nombre de répétitions CAG bien que la symptomatologie varie considérablement d'un patient à l'autre. L'origine de la MH est associée à l'expression de la protéine HTT mutée (mHTT) qui, en raison de son expansion polyQ, adopte une conformation pathogène et s'accumule en petits et/ou gros agrégats cytotoxiques. Bien que l'on suppose que ces événements soient responsables de la neurodégénérescence, le mécanisme sous-jacent aux voies physiopathologiques menant à l'apparition de la maladie et à la mort neuronale est toujours à l'étude. Un nombre croissant d'observations suggère que la mHTT possède des capacités de type prion, c’est-à-dire une aptitude à recruter des protéines endogènes normales et les corrompre afin de créer des agrégats toxiques; capacités qui sont également connues pour d'autres protéines, notamment l'amyloïde, la tau et la a-synucléine, associées à diverses maladies neurodégénératives. Nous avons émis l'hypothèse que le mHTT se propage de cellule en cellule et qu'elle se comporter tel un prion, contribuant à influencer le développement de la MH. Afin de tester cette hypothèse, des fibrilles synthétiques de mHTT ont été administrées à plusieurs lignées cellulaires ainsi qu'à des souris de différentes souches génétiques. Suite à une période d'incubation, les effets des fibrilles de mHTT sur la viabilité cellulaire, le comportement animal et les caractéristiques neuropathologiques ont été examiné. Nous avons ainsi observé que les fibrilles de mHTT provoquaient la mort cellulaire et des changements morphologiques des cellules cultivées, tandis qu’elles induisaient un phénotype comportemental transitoire de la maladie chez des souris saines. Les fibrilles de mHTT pouvaient également exacerber les déficits moteurs, anxieux et cognitifs de type MH dans un modèle de souris huntingtonien. Ainsi, notre étude suggère que la mHTT extracellulaire peut se propager de cellule à cellule et, une fois recrutée au sein de la cellule, provoquer des changements pathologiques. À la lumière de ces observations, nous croyons que la mHTT extracellulaire pourrait représenter une cible attrayante pour le développement de futures stratégies thérapeutiques. De surcroît, la plupart des traitements en études cliniques sont conçus pour cibler le gène HTT dans le but de diminuer l'expression de la protéine, ignorant la quantité importante de mHTT déjà présente dans le système à l'âge adulte. Par conséquent, une thérapie combinatoire ciblant, à la fois l'expression de mHTT et la mHTT extracellulaire préexistante, pourrait se révéler une voie prometteuse pour le traitement de la MH. / Huntington’s disease (HD) is an autosomal dominant neurodegenerative disease that affects approximately 3 - 8 people in 100,000 individuals worldwide. HD is caused by a mutation in the HTT gene, which codes for the protein huntingtin (HTT), consisting of an expansion of 35 CAG repeats in the exon 1 of the gene and resulting in the elongated polyglutamine (polyQ) stretch at the N-terminal fragment of the protein HTT. Individuals who suffer from HD develop severe motor, cognitive and psychiatric impairments, which primarily manifest in adulthood. The onset of the disease is usually inversely proportional to the CAG repeat expansion, however, HD comes with a high variability of symptoms. HD is also associated with the expression of the mutated HTT (mHTT) protein. The mHTT protein adopts a pathogenic conformation, which accumulates in small and/or large cytotoxic aggregates. Although these events are suspected to contribute to neurodegeneration, the exact mechanisms underlying the pathophysiological pathways leading to disease onset and neuronal death are still under investigation. A growing body of evidence suggests that mHTT possesses prion-like capacities – the capacity to spread between cells and seed disease – a phenomenon associated with other proteins such as amyloid, tau and a-synuclein, all involved in various neurodegenerative diseases. We hypothesized that mHTT propagates in a non-autonomous manner and behaves in a prion-like fashion to influence the onset and severity of HD. To address this, exogenous synthetic mHTT fibrils were administered to several cell lines and to mice of different genetic backgrounds. Following an incubation period, the effects of mHTT fibrils on cellular viability, animal behavior and neuropathological features were examined. We observed that mHTT fibrils provoked cell death and morphological changes in cultured cells, induced transient HD-related behavioral phenotypes in healthy mice and exacerbated motor, anxiety-like and cognitive deficits in an HD mouse model. Our study suggests that extracellular mHTT can propagate between cellular elements and once uptaken, trigger pathological changes. In light of these observations, we believe that extracellular mHTT could represent an appealing target for future therapeutic strategies. Current disease-modifying treatments tested in the clinic are designed to target the HTT gene to decrease the expression of the protein, overlooking the mHTT load outside of the cell boundaries and/or which has accumulated in the system prior to the application of gene silencing/editing. Hence, a combinational therapy addressing both the intracellular and extracellular expression of mHTT could serve as a more global treatment of HD.

Le but de cette étude était d'isoler l'impact de la chorée sur les mouvements volontaires, pour mieux évaluer le rôle des mouvements involontaires sur les perturbations motrices observées chez les patients ayant la maladie de Huntington. Les mouvements involontaires du corps ainsi que les actions motrices volontaires furent enregistrés simultanément, à l'aide d'un système de pistage magnétique, chez quinze patients choréiques ayant la maladie de Huntington ainsi que chez quinze sujets contrôle en bonne santé de même âge et sexe. Il a été demandé aux participants d'accomplir deux tâches distinctes; une de mouvements alternés rapides (RAM) qui permettra de quantifier l'hypokinésie et la bradykinésie, et une tâche de poursuite manuelle (MT) qui fournira une mesure quant à l'intrusion des chorées lors de mouvements précis. Les patients ayant la maladie de Huntington ont obtenu de meilleurs résultats comparativement aux sujets contrôles lors de la tâche RAM, démontrant ainsi l'absence de bradykinésie chez ces sujets. Lors de la tâche MT, les patients ayant la maladie de Huntington ont démontré une déviation par rapport à l'emplacement de la cible réduisant ainsi leur habileté à reproduire sa vitesse. De plus, une corrélation fût établie entre l'erreur au niveau des performances et l'amplitude des chorées du corps, illustrant l'effet néfaste des chorées lors de mouvements précis. Ces résultats démontrent clairement que la bradykinésie n'est pas un symptôme de la maladie de Huntington lorsque des chorées sont présentes, mais que les chorées sont la principale cause d'erreur de performance lors de mouvements précis. Donc, les patients atteints de la maladie de Huntington bénéficieraient grandement de traitements visant à réduire les chorées tout en maintenant une fonction motrice adéquate. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Huntington, Bradykinesia, Chorée, Quantification, Parkinson.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative causée par la mutation du gène codant la protéine huntingtine (HTT). Cette protéine, exprimée par toutes les cellules de l'organisme, peut adopter une forme mutée qui lui confère un aspect toxique. Dans les cellules, la mHTT va s'agréger et former di érentes structures dont des agrégats, marqueurs distinctifs de la maladie, ou des brilles. Dans le cerveau, la présence de la mHTT va causer une mort neuronale dramatique entraînant, à l'échelle de l'individu, une panoplie de troubles moteurs, cognitifs et psychiatriques. Depuis plusieurs années des études tendent à démontrent que la mHTT peut se propager de cellules à cellules et corrompre la HTT non mutée tel un prion. Pour mon projet de recherche, j'ai ainsi investigué les propriétés prioniques de la mHTT sous sa forme fibrillaire particulièrement toxique. Des fibrilles synthétiques contenant la mutation pathologique ont été utilisées pour infecter des cellules en culture et des souris. De cette manière, nous avons démontré la capacité des fibrilles à se propager et à provoquer des dommages divers dans 3 types de cellules humaines. La présence des fibrilles a également induit l'agrégation de la forme non mutée de la HTT endogène, normalement présente dans les cellules. Chez la souris, ces résultats ont été confirmés suite à l'injection des fibrilles dans le cerveau des animaux. La présence des fibrilles dans le système nerveux central des souris sauvages a provoqué la manifestation de signes caractéristiques de la MH (troubles cognitifs et moteurs). De plus, une apparition de déficits moteurs et cognitifs qui s'apparentent à la maladie a été observée chez des souris R6/2, modèle transgénique de la MH, suite à l'injection des fibrilles. Les résultats de mon projet de recherche renforcent ainsi l'hypothèse prionique de la mHTT et appuient l'hypothèse que ces propriétés pourraient être impliquées dans la physiopathologie de la MH.

La maladie d’Huntington (HD) est un désordre neurodégénératif autosomal dominant qui se manifeste suite à une mutation du gène huntingtin. La maladie est caractérisée par une panoplie de signes cliniques qui incluent des problèmes psychiatriques, cognitifs ainsi que des incapacités motrices, en grande partie des mouvements choréiformes. D’un point vue neuropathologique, les cerveaux des patients touchés par la maladie présentent une atrophie majeure du cortex et du striatum où des pertes cellulaires massives sont observées. Il n’existe aucune cure ni traitements efficaces pour cette maladie, et pour ces raisons, plusieurs efforts sont actuellement déployés afin de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques telle, entre autre, la transplantation cellulaire. Ma thèse de Doctorat a donc porté, en grande partie, sur l’analyse de cerveaux de patients huntingtoniens recrutés pour l’essai clinique de l’University of South Florida. Ces patients, décédés entre 9 et 12 ans post-transplantation, ont reçus des greffes de tissu dérivé de l’éminence ganglionic latérale de fœtus humains âgés entre 8 et 9 semaines post-conception. Des travaux antérieurs menés dans le laboratoire du Dre Ciccheti ont montré que la survie des greffes est compromise à long terme chez ces patients. L’objectif de mon projet était de mieux comprendre les mécanismes responsables de la survie suboptimale des greffes. Nous avons donc formulé l’hypothèse que 1) la faible vascularisation des greffes, 2) la méthode de transplantation (des morceaux de tissu entier vs. des cellules mécaniquement dissociées) ainsi que 3) la présence de la protéine huntingtin mutée (mHtt) au sein du tissu greffé pouvaient contribuer à la dégénérescence des greffes. En effet, nous avons observé que les éléments de l’unité neurovasculaire étaient largement absents au sein des greffes. Les greffes présentaient une plus faible densité de capillaires et l’absence de larges vaisseaux sanguins, comparativement au cerveau hôte. Nous avons de plus observé un nombre réduit d’astrocytes au sein des greffes et une interaction limitée de ces cellules avec les vaisseaux sanguins, suggérant une défaillance des éléments de la barrière hémato-encéphalique. L’absence d’astrocytes était accompagnée par une carence de la sous-unité connexin 43 des gap junctions, importante pour les interactions greffe-hôte. Nous avons ensuite démontré que lorsque des cellules dissociées étaient transplantées dans le striatum de souris YAC128, un modèle murin de la maladie d’Huntington, la survie de la greffe était excellente et ni la vascularisation ou ni l’interaction entre les astrocytes et les vaisseaux était altérée. Finalement, nous avons fait l’extraordinaire découverte d’agrégats de la mHtt au sein du tissu greffé. Nous avons observé ces agrégats exclusivement dans la matrice extracellulaire de la greffe dans les tissus humains tandis qu’ils étaient présents au sein des neurones, de leurs dendrites, de la lame basale des vaisseaux sanguins et de la matrice extracellulaire dans le cerveau du patient. Dans son ensemble, cette thèse met en lumière de nouveaux mécanismes pouvant contribuer à la faible survie des greffes chez les patients souffrant de HD à long-terme. Ces résultats seront fort utiles afin d’améliorer cette approche thérapeutique et aideront à une meilleure compréhension des processus pathologiques de la maladie d’Huntington. / Huntington’s disease (HD) is a devastating autosomal dominant neurodegenerative disorder which manifests because of a mutation in the huntingtin gene. It is characterized by a variety of clinical signs which include psychiatric and cognitive problems as well as motor disabilities, in large part choreiform movements. Neuropathologically, the brains of patients afflicted with this disease present with a major atrophy of the cortex and striatum where massive cell losses are observed. To this day, cures remain unavailable and for this reason, an enormous amount of energy has been put into the development of experimental approaches, and for example into embryonic neuronal cell transplantation, which aims to replace lost cells. A few clinical trials have thus been initiated to evaluate whether such methodologies would be beneficial to patients. My PhD thesis focused, in large part, on the analysis of a number of brains from patients recruited for the University of South Florida trial and who eventually came to autopsy. These patients (4 analyzed post-mortem) received solid pieces of fetal striatal tissue and died between 9 and 12 years post-transplantation. Previous work carried out in Dr. Cicchetti’s laboratory has shown that graft survival is compromised in these patients long-term. The aim of my project was to further understand the mechanisms underlying this suboptimal graft survival. We hypothesized that 1) poor vascularization of the graft, 2) the method of transplantation (solid tissue vs. suspension cells) and 3) the potential presence of mutant huntingtin (mHtt) within the grafted tissue may all contribute to graft demise. Indeed, elements of the neurovascular unit were largely absent within the solid grafts. Grafts presented a lower density of capillaries and absence of large blood vessels compared to the host brain. Moreover, we observed a reduced number of astrocytes within the grafts and a limited interaction of these cells with blood vessels, suggesting impairment in blood brain barrier elements. The absence of astrocytes was accompanied by the lack of the gap junction subunit connexin 43, important for graft-host integration. Interestingly, when dissociated cells were transplanted in the striatum of YAC128 mice, a murine model of HD graft survival was excellent and neither the graft vascularization nor the interaction between astrocytes and vessels was altered. Finally, we describe for the first time the presence of mHtt inclusions within the grafted tissue. In the HD transplanted cases, aggregates were detected only in the extracellular matrix of the graft while in the host brain they co-localized with neurons or other cellular elements, such as the basal lamina of blood vessels. Taken together, this thesis sheds new light onto potential mechanisms contributing to poor long-term graft survival in HD patients. These results will help improve such therapies as well as to better understand disease process in HD.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative caractérisée par plusieurs symptômes moteurs, cognitifs et psychiatriques, causés par une expansion du trinucléotide CAG présent dans le gène huntingtine. L’expression de la protéine correspondante mène éventuellement à un dysfonctionnement et une mort cellulaire. OBJECTIFS: À ce jour, il n’existe pas de thérapies efficaces afin de traiter ou ralentir la MH, mais les essais actuels suggèrent qu’une réduction de la quantité de protéines mutantes pourrait être bénéfique. Dans cette étude, il a été question d’utiliser le système CRISPR/Cas9. Grâce à l’utilisation de l’enzyme Cas9, cette technologie d’édition du génome bien précise permet de cibler et corriger une mutation génétique; ce qui permettrait dans le cas de la MH de réduire le gène causant la pathologie. MÉTHODE : Un modèle de souris MH et un modèle contrôle sauvage, âgés de 12 mois, ont reçu des injections stéréotaxiques intracérébrales de virus AAV9 contenant la Cas9D10A et/ou l’ARN guide (SgCTG/eGFP). Des tests cognitifs et moteurs ont été effectués pendant 3 mois après les injections virales. Des tissus et du sang ont été récoltés lors du sacrifice des animaux. Les échantillons de cerveaux ont été analysés par immunofluorescence et par western blot pour déterminer le degré de contraction ainsi que le niveau d’expression et de colocalisation de la Cas9D10A et de l’ARN guide. RÉSULTATS: Une amélioration de certains comportements est notable après 3 mois post-injection chez les souris MH traitées avec les deux constructions. Les analyses biochimiques ont permis de détecter l’expression des deux vecteurs et une réduction de la quantité de protéines mutées. CONCLUSION : CRISPR/Cas9 pourrait potentiellement être utilisé pour réduire la quantité de protéines mutées et améliorer certains comportements cognitifs et moteurs. Une optimisation de l’utilisation de cette technologie pourrait mener à une thérapie intéressante pour la MH / Huntington’s disease (HD) is a neurodegenerative disorder characterized by a triad of motor, cognitive and psychiatric symptoms which results from an expansion of the CAG tract in the huntingtin gene. This mutation encodes for a longer polyglutamine stretch in the mutant huntingtin protein. Expression of the mutant protein eventually leads to cell dysfunction and death. OBJECTIVE: To this day, there is no disease-modifying therapy available for HD, but ongoing trials suggest that reducing the amount of the mutant protein could be beneficial. In this study we used the CRISPR/Cas9 system, a precise gene editing technology which can be directly employed with its partner enzyme, Cas9, to specifically target and correct genetic mutations, to shrink the causative mutation associated with HD. METHODS: A mice model of HD and littermate controls were aged to 12 months prior to undergoing stereotaxic intracerebral injections of AAV9 viruses containing either Cas9 D10A nickase and/or guide RNA (SgCTG/eGFP) targeted to the CAG expansion. Cognitive and motor testing were performed for 3 months after viral infection. Tissues and blood were collected at the completion of the protocol. Brain samples were analysed using immunofluorescence and western blotting to determine the degree of contraction achieved and the degree of expression and colocalization of GFP (guide RNA) and HA tags (Cas9D10A). RESULTS: Mild behavioural improvements were detected 3 months after co-administration of the two viral constructs to HD mice. Importantly, biochemical studies detected expression of both the guide RNA and the Cas9 in addition to a reduction in the amount of mHTT detected in HD mice receiving both viruses. CONCLUSION: CRISPR/Cas9 can be used to reduce the amount of mHTT and this is associated with improvements in cognitive and fine motor deficits. Further optimization of this technology could lead to a clinically relevant therapy.

Titre de l'écran-titre (visionné le 23 octobre 2023) / La maladie de Huntington (MH) est une pathologie neurodégénérative caractérisée par une mutation de la protéine Huntingtine (HTT). Cette maladie se caractérise par des symptômes moteurs, ainsi que des troubles cognitifs. Au niveau moléculaire, la HTT se dote d'une queue polyQ plus longue qu'en condition physiologique, et à tendance à s'agréger. Ces amas protéiques vont perturber le fonctionnement cellulaire, en particulier celui des neurones dopaminergiques du striatum. Au sein de ces cellules, des altérations transcriptionnelles de nombreux microARNs (miR) sont observées. Les miR sont de petits ARNs non codants capables de réguler à la baisse la transcription de nombreux ARNm différents. Notamment, le miR-132 est fortement impliqué dans la survie neuronale, et les processus cognitifs, deux éléments principalement altérés dans la MH. Or, il s'avère que le miR-132 se trouve être diminué chez les patients atteints de la MH. Notre hypothèse est donc que la perte du miR-132 explique, au moins en partie, les symptômes liés à la MH. Le but de cette étude est donc de comprendre comment et à quel point le miR-132 agit dans le cadre de la MH. Afin de tester l'hypothèse, nous avons généré quatre génotypes de souris à partir de lignées contrôles et des souris zQ/175, modèle de la MH. Dans ces deux lignées, nous avons effectué une délétion à l'aide du système Cre/Lox du gène du miR-132, afin d'étudier le rôle de ce miR en condition physiologique et pathologique. À cette fin, nous avons étudié l'impact de la délétion du miR-132 au niveau transcriptionnel, protéique, physiologique et comportemental. Après avoir validé notre modèle de la MH, nous avons pu constater que les symptômes comportementaux, en particulier l'anxiété mesurée en terrain ouvert, étaient aggravés significativement chez les souris sans miR-132. Par la suite, pour pouvoir réaliser des analyses biochimiques, nous avons prélevé de nombreux tissus afin de couvrir un large champ d'étude. Dans cette étude, nous nous intéresserons aux régions du striatum (épicentre de la maladie), du cortex (contrôle au sein du SNC) et du cœur (contrôle extérieur au SNC). Nous avons observé que la transcription de nombreux ARNm était altérée de manière similaire chez les souris sans le miR-132 et les souris MH. Au niveau protéique, nous avons validé l'augmentation de la forme agrégée de HTT dans nos modèles MH, avec ou sans miR-132, au sein du cortex et du striatum. Cependant, aucune différence claire n'a pu être observé pour des protéines impliquées dans la survie neuronale ou identifiées en tant que cible du miR-132. Nos résultats préliminaires laissent supposer que de multiples voies compensatoires se mettent en place lors d'une perte du miR-132. Une analyse plus poussée des voies dérégulées au niveau transcriptionnel nous permettrait d'isoler, puis de mettre en évidence le mécanisme d'interaction indirect entre le miR-132 et HTT. À partir de là, il serait possible de mieux comprendre comment le miR-132 agit sur les altérations comportementales observées chez nos souris. Une fois ces mécanismes identifiés, nous pourrions mieux comprendre cette pathologie et réussir à trouver des traitements efficaces.