Stroke increases neurogenesis (birth of new neurons) through upregulation of ciliary neurotrophic factor (CNTF), a potent neurogenic cytokine made almost exclusively in the central nervous system. Previous study found that CNTF is induced and needed to stimulate neurogenesis in the subventricular zone (SVZ) of mouse brain in a stroke model. CNTF also has a neuroprotective function. Focal adhesion kinase (FAK), protein tyrosine kinase 2, is ubiquitously expressed in various cell types and mediates cell adhesion and migration. We previously discovered that systemic inhibition of FAK upregulates CNTF expression in the SVZ, making FAK a pharmacological target to increase CNTF to promote neurogenesis and neuroprotection after stroke. This study examined whether systemic FAK inhibitor treatment after stroke regulates SVZ neurogenesis and neuroprotection using a middle cerebral artery occlusion (MCAO) to induce a stroke in adult male C57BL/6 mice. A filament was inserted in the external carotid artery and then fed through the carotid bifurcation into the internal carotid artery to the base of the middle cerebral artery. After 30 minutes of occlusion, the filament was removed to restore blood flow. Mice were randomly assigned to receive 3 daily doses of saline or FAK inhibitor (FAK14, i.p., 3 mg/kg) and treatment started at 6 hours, 12 days, or 58 days after MCAO. Because CNTF has a neuroprotective function, the amount of tissue damage was analyzed to compare treatment groups. The neuroprotective role of FAK14 was examined by measuring MCAO-induced infarction. The infarct size was measured using the absence of NeuN (neuronal cell marker) and GFAP (activated astrocytes) and presence of CD68 (activated microglia). FAK14 given at 6 hours post-stroke reduced the infarct size to 38% of the uninjured side of the brain compared to 46% with saline. Proliferating cells were labeled by injecting bromodeoxyuridine (BrdU, 50 mg/kg), the mice were processed 2 h after the last BrdU injection, and proliferated cells in the SVZ were counted with unbiased stereology. There were no significant differences in the total numbers of BrdU+ cells between saline and FAK14 at 3, 14 and 60 days. Future studies are needed to confirm the levels of CNTF at the various times of treatment. If there is no difference in CNTF expression or increased expression of counteracting cytokines, no difference in neurogenesis between groups would be expected. The neuroprotective effect of FAK14 during the acute phase following injury could provide novel pharmacological options to stroke patients extending the current therapeutic treatment window.

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Le maintien de l’homéostasie énergétique est placé sous le contrôle de cytokines qui agissent dans le système nerveux central, notamment au niveau de l’hypothalamus. En particulier, la leptine, cytokine produite par le tissu adipeux, diminue la prise alimentaire et stimule la perte de poids. L’obésité est une épidémie mondiale qui progresse de façon alarmante, notamment chez les enfants et souvent associée à des pathologies sévères et des désordres endocriniens comme la résistance à la leptine ou à l’insuline. Le CNTF (Ciliary Neurotrophic Factor) est une neurocytokine de la même famille que la leptine dont l’un des principaux avantages est qu’il stimule la perte de poids dans les cas de leptino-résistance en activant les mêmes voies de signalisation que la leptine (Benomar et al., 2009). Face à l’épidémie mondiale d’obésité,chez la population adulte comme enfantine, il apparaît nécessaire de décrypter les mécanismes impliqués dans la genèse de la maladie ainsi que les potentiels agents thérapeutiques.L’objectif premier de ce travail de thèse a été de caractériser l’impact d’une alimentation maternelle hyperlipidique (HF) sur les capacités de contrôle de l’homéostasie énergétique chez la descendance. En effet, le concept de « programmation métabolique » propose que des pertubations de l’environnement périnatal puissent influencer durablement la descendance, la rendant plus susceptible de développer une obésité dans un contexte nutrionnellement riche.Des études menées au sein du laboratoire ont montré qu’un régime maternel HF pouvait programmer l’acquisition de la leptino-résistance chez la descendance à l’âge adulte (Ferezou-Viala et al., 2007b). Nous avons donc testé la prédispostion de ces animaux à prendre du poids lorsqu’ils étaient nourris avec un régime hypercalorique (P). Nos données ont montréqu’étonnamment, le régime maternel HF protégeait la descendance contre le gain de poids induite par le régime P, induisait des modifications d’expression des marqueurs de l’homéostasie énergétique dans le foie et l’hypothalamus, ainsi que de profondes réorganisations cytoarchitectoniques dans le noyau arqué. Plus précisément, le régime maternel HF était associé à une réorganisation de la couverture astrocytaire périvasculaire dans le noyau arqué de la descendance qui persistait à l’âge adulte.Dans une seconde partie de la thèse, nous avons étudié les mécanismes d’action du CNTF. En effet, notre équipe a récemment mis en évidence que le CNTF endogène pourrait jouer un rôle dans la régulation de l’homéostasie énergétique. Les niveaux hypothalamiques de cette cytokine, présente dans les astrocytes et les neurones du noyau arqué, augmentent chez les animaux résistant à une alimentation hypercalorique. Cela pourrait suggérer un rôle protecteur du CNTF contre la prise de poids chez certains individus (Vacher et al., 2008). A ce jour, les mécanismes d’action du CNTF restent cependant mal compris car ce dernier ne possède pas de peptide signal et n’est donc pas sécrété selon des mécanismes d’exocytose classiques. Partant du constat que le CNTF et ses sous-unités réceptrices étaient distribuées de façon similaire dans les cellules du noyau arqué, nous avons émis l’hypothèse que le CNTF pourrait exercer une action intracellulaire sur les cellules de cette structure. Dans cette étude nous démontrons que le CNTF peut interagir directement avec ses récepteurs dans le noyau des neurones anorexigènes du noyau arqué, pour réguler leur activité transcriptionnelle. Ces données proposent ainsi un nouveau mécanisme à l’action anorexigène du CNTF / Obesity is a major health disease which involves numerous metabolic disorders. Increasing evidence suggests that the risk of developing the pathology in adulthood may be influenced through inappropriate perinatal nutrition. In our study, we first investigated the impact of a maternal high-fat (HF) diet, which is known to induce hypothalamic leptin resistance in adult offspring (Férézou-Viala et al., 2007), to develop obesity in a rich diet environment (P diet). Our results showed that surprisingly, HF maternal diet protected offspring against body weight gain induced by P diet. In a second part of the thesis, we studied mechanisms of action of CNTF, a neurocytokine which could protect some people against body weight gain induced by a P diet (Vacher et al., 2008). Results of this study showed that CNTF ant its subunits receptors could translocate to the hypothalamic cell nucleus to induced POMC transcription.

Les astrocytes participent activement au fonctionnement cérébral. Ils réalisent des échanges métaboliques et trophiques avec les neurones et exercent un contrôle sur l'entrée des substrats énergétiques dans le parenchyme cérébral. Ils sont aussi res ponsables -par le biais de leurs transporteurs GLAST et GLT-1- de la recapture et du recyclage du glutamate, le principal neurotransmetteur excitateur qui a aussi un potentiel neurotoxique. Les astrocytes répondent à des situations pathologiques variées en devenant réactifs. Ils apparaissent hypertrophiques et surexpriment certaines protéines comme les filaments intermédiaires. Bien que cette modification du phénotype astrocytaire soit connue depuis longtemps, ses conséquences fonctionnelles sont toujours débattues. S'agit-il d'un mécanisme de protection et d'adaptation à des conditions pathologiques ou, au contraire, d'un processus délétère participant à la dégénérescence neuronale ? Nous avons développé un modèle in vivo d'activation astrocytaire en utilisant un lentivirus (lenti-CNTF) pour induire une surexpression dans le striatum de rat du Ciliary Neurotrophic Factor (CNTF), un activateur endogène des astrocytes. Grâce à ce modèle d'activation stable et reproductible des astrocytes, nous avons pu mettre en évidence des modifications profondes du métabolisme énergétique cérébral avec une augmentation de l'utilisation des corps cétoniques au dépend du glucose. Par ailleurs, l'activation astrocytaire par le CNTF induit de nombreux changements dans la machinerie de recapture du glutamate. Les transporteurs astrocytaires sont hyperglycosylés et sont enrichis dans les microdomaines membranaires rafts. En conditions excitotoxiques, la gestion du glutamate, l'apport énergétique et la survie neuronale sont significativement améliorés dans le groupe lenti-CNTF. Ces résultats soulignent le rôle bénéfique des astrocytes activés qui présentent un phénotype et un fonctionnement favorables à la survie des neurones. Cette étude permet à la fois de mieux cerner le rôle et l'intérêt de la réponse astrocytaire dans les processus pathologiques et également de caractériser les effets du CNTF , qui est un candidat thérapeutique pour différentes maladies neurodégénératives.

Le maintien de l'homéostasie énergétique est placé sous le contrôle de cytokines qui agissent dans le système nerveux central, notamment au niveau de l'hypothalamus. En particulier, la leptine, cytokine produite par le tissu adipeux, diminue la prise alimentaire et stimule la perte de poids. L'obésité est une épidémie mondiale qui progresse de façon alarmante, notamment chez les enfants et souvent associée à des pathologies sévères et des désordres endocriniens comme la résistance à la leptine ou à l'insuline. Le CNTF (Ciliary Neurotrophic Factor) est une neurocytokine de la même famille que la leptine dont l'un des principaux avantages est qu'il stimule la perte de poids dans les cas de leptino-résistance en activant les mêmes voies de signalisation que la leptine (Benomar et al., 2009). Face à l'épidémie mondiale d'obésité,chez la population adulte comme enfantine, il apparaît nécessaire de décrypter les mécanismes impliqués dans la genèse de la maladie ainsi que les potentiels agents thérapeutiques.L'objectif premier de ce travail de thèse a été de caractériser l'impact d'une alimentation maternelle hyperlipidique (HF) sur les capacités de contrôle de l'homéostasie énergétique chez la descendance. En effet, le concept de " programmation métabolique " propose que des pertubations de l'environnement périnatal puissent influencer durablement la descendance, la rendant plus susceptible de développer une obésité dans un contexte nutrionnellement riche.Des études menées au sein du laboratoire ont montré qu'un régime maternel HF pouvait programmer l'acquisition de la leptino-résistance chez la descendance à l'âge adulte (Ferezou-Viala et al., 2007b). Nous avons donc testé la prédispostion de ces animaux à prendre du poids lorsqu'ils étaient nourris avec un régime hypercalorique (P). Nos données ont montréqu'étonnamment, le régime maternel HF protégeait la descendance contre le gain de poids induite par le régime P, induisait des modifications d'expression des marqueurs de l'homéostasie énergétique dans le foie et l'hypothalamus, ainsi que de profondes réorganisations cytoarchitectoniques dans le noyau arqué. Plus précisément, le régime maternel HF était associé à une réorganisation de la couverture astrocytaire périvasculaire dans le noyau arqué de la descendance qui persistait à l'âge adulte.Dans une seconde partie de la thèse, nous avons étudié les mécanismes d'action du CNTF. En effet, notre équipe a récemment mis en évidence que le CNTF endogène pourrait jouer un rôle dans la régulation de l'homéostasie énergétique. Les niveaux hypothalamiques de cette cytokine, présente dans les astrocytes et les neurones du noyau arqué, augmentent chez les animaux résistant à une alimentation hypercalorique. Cela pourrait suggérer un rôle protecteur du CNTF contre la prise de poids chez certains individus (Vacher et al., 2008). A ce jour, les mécanismes d'action du CNTF restent cependant mal compris car ce dernier ne possède pas de peptide signal et n'est donc pas sécrété selon des mécanismes d'exocytose classiques. Partant du constat que le CNTF et ses sous-unités réceptrices étaient distribuées de façon similaire dans les cellules du noyau arqué, nous avons émis l'hypothèse que le CNTF pourrait exercer une action intracellulaire sur les cellules de cette structure. Dans cette étude nous démontrons que le CNTF peut interagir directement avec ses récepteurs dans le noyau des neurones anorexigènes du noyau arqué, pour réguler leur activité transcriptionnelle. Ces données proposent ainsi un nouveau mécanisme à l'action anorexigène du CNTF

Axonal degeneration is a major pathological feature of the central nervous system (CNS) inflammatory demyelinating disease multiple sclerosis (MS). This axonal degeneration has major consequences, as functional axonal regeneration in the CNS is largely absent. Cumulative axonal degeneration is the likely cause of the majority of progressive MS-related disability, and therefore, the need for novel neuroprotective therapies for MS exists. Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), an animal model of MS pathology, also produces axonal injury. In particular, the optic nerve and spinal cord are key sites of neuroinflammation in mouse EAE. By utilizing this model, the short term and long term effects of the putative neuroprotective cytokine, leukaemia inhibitory factor (LIF), were investigated in the optic nerve and spinal cord utilising a number of outcome measures of axonal dysfunction. These included MRI measures of water diffusivity along (ADC ||) and across (ADC┴) the optic nerves, serum levels of phosphorylated neurofilament heavy chain subunit (pNF-H) and histological morphometric measures. LIF treatment reduced EAE grade and pNF-H plasma levels, decreased ADC┴, but had no effect on ADC ||, axon counts or inflammatory infiltration. / In contrast, genetic deletion of LIF and its sister cytokine ciliary neurotrophic factor (CNTF), not only increased EAE grade and pNF-H levels, but also decreased optic nerve ADC|| and optic nerve and spinal cord axon densities. After reviewing current literature, we hypothesize that the target cell for endogenously upregulated LIF in EAE may be the neuron or axon, whereas the target cell for exogenously administered therapeutic LIF may be another cell type, possibly infiltrating macrophages and activated microglial cells. LIF antagonist treatment did not have any affect on EAE grade, pNF-H levels or MRI parameters. This lack of effect may be due to the inability of the LIF antagonist to enter the CNS, supporting the hypothesis that endogenous LIF has a centrally acting mechanism.

Cardiotrophin-1 ist ein Zytokin der Familie Interleukin-6-Familie, zu der auch IL-11, CNTF, OSM und LIF gehören. Diese Substanzen wirken über die gemeinsame Rezeptoruntereinheit gp130. CT-1 induziert die Hypertrophie von Kardiomyozyten und inhibiert die Apoptose kardialer und Zellen. In verschiedenen Tiermodellen der Herzinsuffizienz konnte eine gesteigerte myokardiale CT-1 Expression beobachtet werden. Kardiomyopathien sind wiederum kardiale Erkrankungen, die mit einer Hypertrophie und Apoptose einhergehen und zu einer Herzinsuffizienz führen können. Man geht davon aus, dass 25-50 Prozent der familiär sind. Hierbei handelt es sich um eine monogenetische Erkrankung, die überwiegend autosomal-dominant vererbt werden. Daneben konnten aber auch modifizierende Polymorphismen in neurohumoralen Faktoren identifiziert werden. Basierend auf diesen Ergebnissen war das Ziel dieser Arbeit die Analyse der möglichen Beteiligung genetischer Varianten der kodierenden sowie der regulatorischen Region an der Pathogenese der Hypertrophen bzw. Dilatativen Kardiomyopathie. Zusätzlich sollte die mRNA-Expression von CT-1 in Myokardbiopsien von Patienten mit Herzinsuffizienz quantifiziert werden. Hierfür musste zunächst die Sequenzen der 5´-flankierenden Region identifiziert und bezüglich ihrer regulatorischen Eigenschaften analysiert werden. Es konnten 1,1 kb der 5´-flankierenden Region sequenziert werden. Die anschließende Luciferase-Reportergen-Analyse wies regulatorische Aktivitäten für den gesamten Bereich nach. Diese Region enthält zahlreiche cis-aktive DANN-Sequenzen aber keine TATA-Box. Für die Mutationssuche wurden 64 Patienten mit DCM, 53 Patienten mit HCM sowie 100 Kontrollpersonen mittels PCR-SSCP-Analyse untersucht. Es konnte eine kodierende Variante A92T bei jeweils einem DCM- bzw. HCM-Patienten identifiziert werden. Diese Substitution liegt in einem Bereich, der zwischen verschiedenen Spezies (Ratte, Maus, Mensch) konserviert ist. Diese Mutation könnte eine Veränderung der Sekundärstruktur bewirken und liegt in einem möglichen funktionellen Bereich. Die Promotorregion wies eine Basenpaarsubstitution bei -130 (G/T) sowie eine Deletion der Basen CTTT zwischen -992 und -995 auf. Der Polymorphismus an Position -130 fand sich tendenziell häufiger bei Patienten mit Dilatativer Kardiomyopathie. Die CTTT-Deletion konnte nur bei einer Patientin mit HCM nachgewiesen werden. Für die Quantifizierung der CT-1 mRNA wurden rechtsventrikuläre Endomyokardbiopsien von 6 Patienten mit eingeschränkter LVEF (CHI), 5 Patienten nach Herztransplantation (TX) sowie 3 Kontrollpatienten (KO) eingesetzt. Es konnte ein relativer Anstieg der CT-1 Expression um 82% bei den Patienten mit eingeschränkter LVEF festgestellt werden. Interessanterweise besteht eine enge Korrelation zur Schwere der eingeschränkten Herzfunktion sowie zur Zunahme der Hypertrophie. / Cardiotrophin-1 is a cytokine, which belongs to the interleukin-6 family, which includes IL-11, CNTF, OSM and LIF. These factors act via the receptor subunit gp130. CT-1 induces the hypertrophy of cardiomyocytes and inhibits the apoptosis of cardiac cells. Studies in animal models of congestive heart failure showed an enhanced expression of CT-1 in the myocardium. Cardiomyopathies are cardiac diesorders, which are charakterized by hypertrophy and apoptosis and which can terminate with congestive heart failure. About 25-50 percent of all cases are familial. It is a monogenetic mendelian disorder with an autosomal-dominant inheritance in most cases. Beside this, modifying polymorphisms in neurohunoral factors could be identified. Based on these facts, the aim of this study was to identify genetic variants within the coding and regulatory region of the CT-1 gene, which could influence the pathogenesis of hypertrophic or dilated cardiomyopathy. Additionally, the mRNA-expression of CT-1 in myocardial biopsies of heart failure patients should be quantified. First, it was necessary to sequence the 5´-untranslated region and to analyse its regulatory function. We could sequence 1.1 kb of the 5´-UTR. The luciferase reportergene assay showed a significant promoter activity for the whole region. The region contains various cis-active DNA sequences but no TATA-box.The TRANSFAC-analysis identified different binding sites for transcription factors but no TATA-box. The genetic material of 64 DCM and 53 HCM patients and 100 controls was screened for mutaions by using a PCR-based SSCP-analysis. A coding variant A92T could be identified for a patient with DCM and for an HCM patient. This mutation lies within a region which is conserved between different species (rat, mouse, human). This variant could disturb the secondary structure and lies in a probable functional region. Within the promoter we could identify a basepair substitution at position -130 (G/T) and a 4-basepair deletion between -992 and -995 (CTTTdel). The polymorphism at -130 showed a tendency for a higher occurrence in DCM patients. One HCM patient was heterozygous for the CTTT-deletion. To quantify the CT-1 mRNA we used endomyocardial biopsies of 6 patients with reduced LVEF (CHI), 5 patients after heart transplantation (TX) and 3 controls (KO). We performed a semiquantitative analysis by using HPLC and an external standard (PDH mRNA). We found an increased expression of CT-1 by 82% for patients with heart failure. Interestingly, we saw a tight correlation with to the reduction in LV function and to the degree of hypertrophy.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ciliary neurotrophic factor (CNTF) is produced by astrocytes which have been implicated in regulating stress responses. We found that CNTF in the medial amygdala (MeA) promotes despair or passive coping, i.e., immobility in an acute forced swim stress, in female mice, while having no effect in males. Neutralizing CNTF antibody injected into the MeA of wildtype females reduced activation of downstream STAT3 (Y705) 24 and 48 h later. In concert, the antibody reduced immobility in the swim test in females and only after MeA injection, but not when injected in the central or basolateral amygdala. Antibody injected into the male MeA did not affect immobility. These data reveal a unique role of CNTF in female MeA in promoting despair or passive coping behavior. Moreover, 4 weeks of chronic unpredictable stress (CUS) increased immobility in the swim test and reduced sucrose preference in wildtype CNTF+/+, but not CNTF-/- littermate, females. Following CUS, 10 min of restraint stress increased plasma corticosterone levels only in CNTF+/+ females. In males, the CUS effects were present in both genotypes. Further, CUS increased CNTF expression in the MeA of female, but not male, mice. CUS did not alter CNTF in the female hippocampus, hypothalamus and bed nucleus of stria terminalis. This suggests that MeA CNTF has a female-specific role in promoting CUS-induced despair or passive coping, behavioral anhedonia and neuroendocrine responses. Compared to CNTF+/+ mice, CNTF-/- mice did not show differences in CUS-induced anxiety-like behavior and sensorimotor gating function as measured by elevated T-Maze, open field and pre-pulse inhibition of the acoustic startle response. Together, this study reveals a novel CNTF-mediated female-specific mechanism in stress responses and points to opportunities for developing treatments for stress-related disorders in women.