Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 60-73. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

La maladie de Parkinson est caractérisée par une dégénérescence des cellules dopaminergiques, laquelle est soupçonnée d'être, en partie, l'aboutissement de phénomènes d'oxydation. Des traitements véhiculés par des anti-oxydants pourraient donc avoir des effets neuroprotecteurs sur cette population neuronale. Nous avons exploré cette hypothèse par l'intermédiaire de la cystamine - un anti-oxydant aux propriétés neuroprotectrices chez un modèle animal de la maladie de Huntington - chez des souris parkinsoniennes générées par la toxine l-méthyl-4-phényl-l,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP), une molécule qui reproduit la plupart des symptômes parkinsonniens. Nous avons ici soumis des souris âgées de 16 mois à un traitement de 10 ou 50 mg/kg/jour de cystamine commençant 2 jours avant (pré-traitement) ou pendant (traitement) les injections de MPTP et se poursuivant durant 14 jours. Les résultats obtenus ont démontré que le pré-traitement d'une faible dose de cystamine (10 mg/kg) permet de protéger, de façon significative, le système dopaminergique. Ces travaux suggèrent que la cystamine possède des propriétés neuroprotectrices chez un modèle animal de la maladie de Parkinson.

Les traitements actuels de la maladie de Parkinson (MP) sont des traitements dits symptomatiques, c'est-à-dire qu'ils soulagent les symptômes de la maladie sans intervenir sur ses troubles fonctionnels sous-jacents et ne peuvent donc pas empêcher la progression neurodégénérative de la MP. L'intérêt est donc grand de pouvoir développer des moyens pour prévenir la perte des neurones qui caractérise cette maladie ou encore modifier le cours évolutif de la pathologie lorsque celle-ci est déjà initiée. De cet intérêt, nous est venu le choix d’axer nos recherches sur un composé soupçonné de posséder des propriétés neuroprotectrices chez des modèles animaux atteints de désordres neurodégénératifs. Ce composé est la cystamine. Cette molécule a déjà été reconnue comme agent neuroprotecteur dans des modèles animaux de la maladie de Huntington (MH), une autre maladie neurodégénérative se traduisant par des troubles moteurs. C’est dans ce contexte que s’est inscrit mon sujet de thèse qui vise à aborder la question des effets et mécanismes thérapeutiques de la cystamine pour la MP. Mon travail s’est tout d’abord focalisé sur l’étude des propriétés neuroprotectrices et l’identification de certains mécanismes d’action à l’origine des effets bénéfiques observés dans un modèle murin pré-symptomatique de parkinsonisme induit par la toxine 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP). Par la suite nous avons étudié l’impact d’un traitement de cystamine, initié pendant le processus de dégénérescence, sur les changements comportementaux, biochimiques et pathologiques observés dans deux modèles neurotoxiques murins de la MP. Enfin, nous avons précisé les doses optimales d’efficacité de la cystamine, abordé l’identification de molécules intermédiaires impliquées dans l’action de la cystamine et vérifié leur transport au cerveau. Brièvement, nos investigations confirment non seulement le pouvoir neuroprotecteur de la cystamine lorsqu’administrée avant l’induction de la pathologie mais démontrent également ses capacités à stopper un processus neurodégénératif en cours (neurorescue) et même à renverser partiellement des déficiences motrices. Nous avons montré que ces effets bénéfiques sont associés, notamment, à une fine régulation du facteur neurotrophique brain-derived neurotrophic factor (BDNF) ainsi qu’à une modulation de certains facteurs apoptotiques et composés cytotoxiques pro-inflammatoires. Ces approches nous ont également permis d’identifier les cellules gliales comme médiateurs importants des effets bénéfiques de la cystamine et l’étendue des doses testées a permis l’identification des doses optimales d’efficacité de ce composé. Nos travaux pointent enfin la cystéamine comme l’intermédiaire majeur impliqué dans l’action thérapeutique de la cystamine et démontrent sa capacité à traverser la barrière hémato-encéphalique (BHE) in vivo. Nos dernières publications ainsi que nos résultats préliminaires sur le pouvoir thérapeutique de la cystamine démontrent la pertinence des études proposées et offrent une base solide pour la poursuite de la recherche translationnelle sur cette molécule. / Current treatments for Parkinson disease (PD) are only symptomatic, that means that they relieve symptoms of the disease without intervening in its underlying functional disorders and therefore cannot prevent the neurodegenerative progression of PD. There is therefore a huge interest in developing ways to prevent the loss of neurons that characterizes this disease or otherwise change the pathology’s evolutionary course when it is already initiated. From this interest, we have chosen to focus our research on a compound suspected to possess neuroprotective properties in animal models of neurodegenerative disorders. This compound is the cystamine. This molecule has already been recognized as a neuroprotective agent in animal models of Huntington disease (HD), another neurodegenerative disease resulting in motor problems. It is in this context that fits my thesis, which aims to address the issue of cystamine’s therapeutic effects and mechanisms for PD. First, my work focused on the study of neuroprotective properties of cystamine and the identification of some mechanisms of action responsible for the beneficial effects observed in an MPTP-induced presymptomatic murine model of parkinsonism. Subsequently we studied the impact of cystamine, when the treatment was administered during an ongoing DA-neuronal degeneration, on behavioural, biochemical and pathological changes observed in two distinct neurotoxic mouse models of PD. Finally we stated the optimal efficient doses of cystamine, addressed the identification of intermediate molecules involved in the cystamine’s action and checked their transport to the brain. Briefly, our investigations confirm not only the neuroprotective aptitudes of cystamine when administered before the induction of the pathology but also demonstrate its capacity to stop an ongoing neurodegenerative process (neurorescue) and even partly reverse motor deficiencies. We have shown that these beneficial effects are associated, in particular, to a fine regulation of the brain-derived neurotrophic factor (BDNF) as well as a modulation of apoptotic factors and pro-inflammatory cytotoxic compounds. These approaches have also enabled us to highlight the glial cells as important mediators of the cystamine’s beneficial effects and the extent of the doses tested allowed the identification of the optimal doses for this compound’s efficiency. Our work finally points the cysteamine as the major intermediate involved in the cystamine’s therapeutic action and demonstrates its ability to cross the blood-brain-barrier (BBB) in vivo. Our latest publications as well as our preliminary results on the therapeutic power of cystamine demonstrate the relevance of the proposed studies and offer a sound basis for the continuation on the translational research on this molecule.

Cystinosis is a metabolic disorder characterised by the abnormal accumulation of the amino acid cystine in cells leading to a slow destruction of all major organs. If patients diagnosed with cystinosis are untreated, death due to kidney failure ensues in the second decade of life. A number of studies have shown the ability of the drug cysteamine (Cystagon®) to lower cystine accumulation within cells resulting in reduced organ and tissue damage. Cysteamine therapy however, is associated with a number of side effects involving the gastrointestinal tract and the central nervous system. Most of these arise due to the large amount of cysteamine present in the stomach and gut following administration. In addition, cysteamine possesses an unpleasant taste and smell, resulting in poor patient compliance. In an attempt to overcome these problems, a number of pro-drug derivatives of cysteamine and cystamine, the disulfide analogue of cysteamine, have been synthesised and evaluated. Pro-drugs were synthesised using a route established in our laboratories. Briefly, cystamine dihydrochloride was basified and allowed to react with a number of cyclic anhydrides under basic conditions. The resulting di-acids were reacted with carbonyldiimidazole and monoBoc-cystamine to yield the desired pro-drugs. Removal of the tBoc-protecting group was achieved in a facile manner by use of trifluoroacetic acid to yield product. The efficacy of the synthesised pro-drugs was determined by incubation of 50μM compound in a suspension of cultured cystinotic fibroblasts, with 50μM cysteamine as control. Cell growth was measured at 72 h and the level of thiol determined. All except one of the pro-drugs tested were significantly more effective than the control at lowering the cystine burden of the cells. Further work will concentrate on repeating these studies and evaluating a more robust Structure Activity Relationship for these compounds. The overall aim of all this work remains the production of an odourless, tasteless and orally active treatment for cystinosis and, if possible, improve on the current dosing regimen of every 6h. By using pro-drugs, cysteamine will be chemically camouflaged and hence, the side effects associated with its administration will be minimised or even entirely abolished.