Le but du travail de recherche présenté dans cette thèse était de déterminer les mécanismes impliqués dans le développement de symptômes neurologiques observés dans une lignée de souris transgénique pour l’expression de la molécule B7.2/CD86. La molécule B7.2 est un des ligands du récepteur CD28 qui transmet des signaux intracellulaires nécessaires à la prolifération des lymphocytes T et au développement de leurs fonctions effectrices. Nos travaux démontrent que ces souris développent spontanément une pathologie démyélinisante auto-immune conséquemment à l’expression transgénique de la molécule B7.2 sur les cellules de la microglie du système nerveux central. Les souris affectées présentent une infiltration de lymphocytes T au niveau du système nerveux central et périphérique proximal et cet infiltrat est prédominé par une population de lymphocytes T CD8[indice supérieur +] mémoires/effectrices. Nos études indiquent que la population de lymphocytes T CD8[indice supérieur +] joue un rôle effecteur dans le développement de la pathologie tandis que la population des lymphocytes T CD4[indice supérieur +] la régulent de façon négative. Nos résultats démontrent également que l’activation des cellules de la microglie survient très tôt lors de la pathogenèse et que cette activation des cellules de la microglie ainsi que le processus de démyélinisation sont entièrement dépendants de la signalisation par le récepteur de l’IFNy. Ce modèle de démyélinisation reflète l’émergence de cellules T autoréactives spécifiques au système nerveux à partir d’un répertoire périphérique polyclonal, un processus immunopathogénique qui se produit possiblement durant la pathogenèse de la sclérose en plaques. De plus, il présente certaines caractéristiques pathologiques similaires à celles de la sclérose en plaques tels que le développement spontané du processus de démyélinisation et de dommages aux axones ainsi qu’une connexité avec l’activité de l’IFNy. Plusieurs données de la littérature suggèrent que les lymphocytes T CD8[indice supérieur +] pourraient jouer un rôle dans les maladies auto-immunes affectant le système nerveux, mais la contribution exacte et les mécanismes pathogéniques spécifiques des lymphocytes T CD8[indice supérieur +] ne sont pas encore clairement établis. Le travail de recherche présenté dans cette thèse a donc permis d’établir que la lignée de souris transgénique qui exprime de façon constitutive le ligand de costimulation B7.2/CD86 sur les cellules de la microglie représente un nouveau modèle animal qui permettra d’étudier et de comprendre ces mécanismes pathogéniques spécifiques aux lymphocytes T CD8[indice supérieur +] ainsi que les processus qui régulent la participation des lymphocytes T CD8[indice supérieur +] dans la destruction de la gaine de myéline.

La Neuromyélite Optique (NMO) est une maladie auto-immune démyélinisante, rare et grave, du système nerveux central (SNC). Elle est caractérisée par une démyélinisation et une perte axonale ciblant principalement le nerf optique et la moelle épinière. La découverte d'un auto-anticorps (IgG-NMO) dirigé contre l'aquaporine-4 (AQP4), un canal hydrique exprimé par l'astrocyte, a été une étape clé dans la compréhension de la physiopathologie de la NMO, actuellement définie comme une astrocytopathie. La pathogénicité de l'IgG-NMO a été démontrée : il induit une internalisation d'AQP4 et des transporteurs au glutamate, provoquant une altération de la fonction astrocytaire. Cependant les mécanismes permettant de lier la dysfonction astrocytaire aux altérations caractéristiques de la NMO, notamment la démyélinisation, restent méconnus. Les astrocytes sont des cellules gliales essentielles à l'établissement et au maintien de l'homéostasie du SNC. Ils permettent la régulation des flux hydriques et ioniques, le contrôle extracellulaire des neuromédiateurs ainsi que l'apport de métabolites énergétiques aux neurones et aux oligodendrocytes. Ils sont aussi caractérisés par une très forte expression de connexines (Cx), des molécules transmembranaires s'assemblant sous une forme hexamérique : le connexon. Les connexines forment soit des hémicanaux, permettant l'échange de petites molécules entre les milieux intra- et extra-cellulaires, soit des jonctions communicantes par la juxtaposition de connexons appartenant à deux cellules, assurant le couplage intercellulaire avec le passage de petites molécules et d'ions (ATP, glutamate, lactate, calcium). Les fonctions hemicanal et jonction communicante sont fortement régulées en condition physiologique et altérées en condition pathologique, notamment en contexte neuroinflammatoire. Nous émettons l'hypothèse que les IgG-NMO altèrent l'expression et la fonction des connexines, et conduisent ainsi à la production d'un environnement toxique pour les oligodendrocytes et la myéline, et délétère pour le fonctionnement neuronal. Mon projet de thèse avait trois objectifs : i) la caractérisation du phénotype astrocytaire induit par les IgGNMO ; ii) l'identification d'altérations des connexines et leur implication dans la pathologie ; iii) la mise en évidence d'altérations de la transmission synaptique induites par les IgG-NMO et l'implication de connexines dans cet effet. Des modèles de cultures primaires gliales traitées par des IgG-NMO issue d'une cohorte de patients m'ont permis de caractériser le phénotype acquis par les astrocytes, et de proposer le concept d'un astrocyte réactif spécifique de pathologie. Les astrocytes réactifs spécifiques de la NMO induisent un milieu inflammatoire spécifique et toxique, provoquant une démyélinisation. Grâce au développement d'une coculture gliale et neuronale produisant des neurones myélinisés, et à l'utilisation de peptides inhibiteurs des Cx, j'ai pu montrer que les NMO-IgG ont un effet démyélinisant et que celui-ci implique les Cx. La démyélinisation est en effet associée à des modifications structurales et fonctionnelles des Cx astrocytaires, observées à la fois in vitro et dans notre modèle in vivo, le rat-NMO. Enfin, la mise en place d'une étude électrophysiologique en potentiel de champs local sur des tranches d'hippocampe de rats m'a permis d'étudier l'effet des IgG-NMO sur la transmission glutamatergique basale. J'ai pu mettre en évidence un effet dépresseur des IgG-NMO, partiellement bloqué par un inhibiteur de connexines, la carbenoxolone. Comme il a déjà été démontré par des études cliniques dans des pathologies neurodégénératives, l'utilisation de modulateurs de Cx semble être une voie thérapeutique prometteuse afin de prévenir la démyélinisation et les altérations du fonctionnement neuronal de la NMO / Neuromyelitis Optica (NMO) is a rare and severe auto-immune demyelinating disease of the central nervous system (CNS). It is characterized by demyelination and axonal loss targeted to the optic nerve dans the spinal cord. The identification of a specific autoantibody (NMO-IgG) directed against the astrocytic protein AQP4 was a key step in the understanding of NMO physiopathology: it is now considered as an astrocytopathy. NMO-IgG is also a biomarker of NMO, and its pathogenicity has been demonstrated. NMO-IgG induce an internalization of AQP4 together with other membrane proteins such à glutamate transport GLT1. This could alter astrocyte functions but the mechanisms connecting astrocytopathy and demyelination remain unclear. Astrocytes are abundant glial cells crucial for the establishment and the maintenance of CNS homeostasis. They regulate water flux and ion homeostasis and control extracellular volume and neurotransmitter concentrations. They also provide neurons and oligodendrocytes with energy substrates. Astrocytes are characterized by a high expression of connexins (Cx), transmembrane proteins assembling in hexameric form, called connexon. Cx form either hemichannels, unopposed connexon at the membrane, allowing the exchange of small molecules (<1,2kDa e.g. glutamate, ATP) and ions (Ca2+, K+) between extra- and intra-cellular compartments. Cx also form gap junctions, formed by the juxtaposition of two connexons at the membrane of two different cells, and allow the quick cell to cell exchange of small molecules, metabolites and ions (e.g. glucose, lactate, Ca2+). Hemichannel and gap junction functions are tightly regulated under physiological conditions and can be altered in pathological condition for example during neuroinflammation. We proposed that NMO-IgG by altering connexins expression and/or function could lead to the production of a toxic environment for oligodendrocytes and myelin but also for neuronal functioning. This feature of astrocyte dysfunction could participate to NMO alterations. My thesis project had three main goals: i) the characterisation of astrocyte phenotype induced buy NMO-IgG, ii) the identification of connexins alterations and their implication NMO physiopathology, iii) the highlight of synaptic alterations induced by NMO-IgG and the involvement of connexins in this effect. Primary glial cell cultures treated with NMO-IgG from a cohort of NMO patients, were used to characterize astrocyte phenotype and we proposed the concept of a specific reactive dysfunctioning astrocyte induced by NMO-IgG. Those astrocytes, called “NMO-astrocytes” are responsible for the production of a proinflammatory toxic microenvironment for oligodendrocytes and leading to demyelination. With the development of a myelinated culture model, composed of glial cells and neurons with myelinated axons, together with the use of specific inhibitors of Cx functions, we showed that NMO-IgG induced demyelination involved connexin dysfunction. In fact, demyelination was associated with structural and functional alterations of astrocytic connexins observed both in vitro and in vivo in the NMO-rat model. Electrophysiological recording of basal glutamatergic synaptic activity in the rat hippocampus showed a strong depression of synaptic responses induced by NMO-IgG. Connexins could be implicated in this alteration since blocking all connexins with carbenoxolone blocked NMO-IgG effect

Bien que les vaccins représentent une avancée majeure pour la santé publique, le risque d’effets secondaires constitue une menace réelle pour leur acceptation par le grand public et les professionnels de santé. La France se classe, d’ailleurs, comme le pays manifestant la plus grande défiance envers le vaccin. Cela s’est souvent traduit pas des couvertures vaccinales faibles. L’origine de cette perte de confiance est, entre autres, liée à la polémique intense autour du vaccin anti-hépatite B (HB) et le risque de sclérose en plaques dans les années 1990. Le but de cette thèse est d’évaluer le lien potentiel entre vaccination et démyélinisation, en considérant deux exemples : les vaccins anti-VHB et anti-papillomavirus (HPV). Une approche méthodologique, progressive, fondée sur les preuves a été utilisée pour les deux vaccins. La génération d’hypothèse a considéré la plausibilité biologique, les rapports de cas publiés, les analyses de disproportionnalité conduites dans le système américain de pharmacovigilance des vaccins (i.e., Vaccine Adverse Event Reporting System (VAERS)), et l’analyse des signaux détectés par la surveillance passive. Concernant la vaccination anti-VHB, des analyses attendu/observé ont également été menées à partir des cas confirmés rapportés à la pharmacovigilance française dans les années 1990. Des revues systématiques de toutes les études individuelles ayant évalué la plausibilité de l’association entre démyélinisation et les deux vaccins considérés ont été réalisées, tandis que des méta-analyses ont permis d’obtenir des estimations de risque « poolées » à partir des preuves accumulées à ce jour. Les résultats restent mitigés pour les deux vaccins. Pour la vaccination anti-VHB, une plausibilité biologique faible et indirecte, l’analyse du signal français détecté en 1996 qui a révélé une disjonction complète entre les populations cible et rejointe, ainsi que les résultats des analyses de disproportionnalité dans VAERS sont des éléments en faveur d’une possible association entre démyélinisation centrale et vaccin anti-VHB. Cependant, ni la méta-analyse, ni les analyses attendu/observé (bien que leurs conclusions puissent être renversées par un facteur modéré de sous-notification), n’ont fourni de résultat statistiquement significatif. En tout état de cause, si un risque en excès existait, il serait faible et ne concernerait que l’adulte. Les recommandations actuelles qui minimisent la probabilité d’exposition à l’âge adulte, sont donc plus que justifiées. Pour la vaccination anti-HPV, le risque de démyélinisation centrale semble, à ce jour, écarté. Néanmoins, un doute subsiste concernant un possible risque en excès pour le syndrome de Guillain et Barré. Il serait nécessaire de conduire d’autres études, rendues difficiles par la rareté de l’événement, estimée à 1 cas pour 1,000,000 doses vendues. En conclusion, une association forte avec un risque de démyélinisation semble à exclure pour les deux vaccins, rendant la balance bénéfice/risque largement positive pour ces produits, dès lors qu’ils sont utilisés dans leurs populations cibles. Dans ce contexte, une communication scientifique, indépendante et claire est la clé pour promouvoir les programmes de vaccination et créer la confiance et l’adhésion du grand public. Les décisions politiques ont aussi une lourde responsabilité. En effet, les suspensions des campagnes nationales de vaccination peuvent avoir des conséquences délétères à long terme. Le futur de la pharmacovigilance des vaccins pourrait résider dans la mise en place d’un réseau collaboratif entre le patient et son médecin, via l’utilisation de SMS et smartphones, comme cela existe déjà en Australie. En plus de collecter les effets secondaires des vaccins, cela représenterait une opportunité unique de placer le patient au coeur du système de surveillance, lui offrant une voix et contribuant à restaurer sa confiance envers les vaccins, et même envers les décideurs de santé publique. / While vaccines represent a great achievement for public health, the risk of adverse effects is a real threat for vaccine acceptability by both the population and healthcare professionals. France still ranks as the country having the highest vaccine defiance. This often turned into poor vaccination coverages. This origin of this mistrust in vaccines is probably related to the intense polemic around anti-hepatitis B (HB) vaccination and the risk of multiple sclerosis in the 1990’s. The main aim of this thesis was to assess the putative link between vaccination and demyelinating disorders by considering two examples: anti-HB and anti-papillomavirus (HPV) vaccines. For both vaccines, methods adopted a stepwise evidence-based approach. Hypothesis generation was based on evidence regarding the biological plausibility, the published case reports, the disproportionality analyses conducted in the US Vaccine Adverse Event Reporting System (VAERS) and the analysis of signals detected by spontaneous reporting systems, if any. For the research question centered on the anti-HB vaccination, observed-to-expected analyses based on all confirmed cases reported to the French pharmacovigilance in the 1990’s were also conducted. Systematic reviews of all individual studies having assessed the possible association between demyelination and either anti-HB or HPV vaccines were then conducted while meta-analyses brought pooled risk estimates of all evidence published so far. Results were non-conclusive for both vaccines. For anti-HB vaccination, several elements could give credence to an association with central demyelination: a weak and indirect biological plausibility, the analysis of the French signal detected in the 1990’s which revealed a complete disjunction between the target and the joint populations, and the results of the disproportionality analyses in VAERS. Nevertheless, neither the meta-analysis nor the observed-to-expected analyses (although might be easily reversed by a moderate degree of underreporting), provided statistically significant findings. If the excess risk actually existed, it would be weak and would be a concern for adults only. The current recommendations which are minimizing the probability of the French population to be exposed at an adult age, are therefore more than justified. For the anti-HPV vaccination, after reviewing all materials available, the risk of central demyelination seems, at this date, unlikely. Nevertheless, a doubt remains regarding a possible excess risk of Guillain Barré Syndrome (GBS) in the follow of an anti-HPV immunization. More specific studies would be needed, although the rarity of this event renders its evaluation difficult. From the studies already conducted, it was estimated that this excess risk, if any, would be lower than 1 per 1,000,000 doses sold. To conclude, a strong association with a risk of central demyelination can be ruled out for both vaccines, making the benefit and risk balances still largely positive for both products if used in their current target populations. In that context, an independent, clear and scientifically-based communication is the key element to promote vaccination programmes and to generate the confidence and adherence of the general population. Political decisions also carry a heavy responsibility in ensuring trust towards vaccination programmes, as the suspension of national immunization campaigns which could have long-lasting deleterious consequences. The future of vaccine pharmacovigilance could rely on the implementation of a collaborative GP-patient network-based solution using SMS and smartphones, as already experimented in Australia. While collecting potential adverse effects of vaccines, it would also be a unique opportunity to place the patients at the heart of the surveillance system, giving them a voice and potentially contributing to restore their confidence in vaccines and even, in the decision-makers in the field of public health.

La lignée transgénique pMBP-eGFP-NTR, que nous avons générée chez Xenopus laevis, permet une ablation conditionnelle des oligodendrocytes myélinisants, dont la conséquence est une démyélinisation. Dans cette lignée transgénique, le transgène est formé par une protéine de fusion entre le rapporteur GFP (Green Fluorescent Protein= protéine fluoresçant en vert) et une enzyme de sélection, la nitroréductase d’E. Coli. Cette enzyme, a la propriété de réduire le radical nitrite (NO2) de certains substrats (comme le métronidazole) en dérivé hydroxylamine extrêmement toxique pour la cellule qui l’exprime. L’expression de ce transgène est contrôlée par la portion proximale du gène MBP (myelin basic protein), séquence régulatrice, dont l’équipe avait démontré, chez la souris, qu’elle ne s’exprime que dans les oligodendrocytes myélinisants, ce qui c’est vérifié chez le xénope. Mon projet se proposait d’étudier les conséquences de la démyélinisation et de la remyélinisation dans cette lignée transgénique de Xenopus laevis. Mon objectif avait pour but de répondre à deux questions; Tout d’abord, qu’elle est la nature des cellules qui remplacent les oligodendrocytes éliminés: Nous montrons que les cellules responsables de la remyélinisation sont les précurseurs des oligodendrocytes (OPCs), cellules GFP négatives caractérisées par l’expression du facteur de transcription Sox10. Ces cellules OPCs sont déjà présentent dans le nerf optique avant l’événement de démyélinisation. La seconde question visait à examiner les conséquences d’une démyélinisation sur l’arborisation des axones des cellules ganglionnaires de la rétine. A cette fin nous avons mis au point un outil expérimental permettant de visualiser l’arborisation des projections tectales des axones des cellules ganglionnaires de la rétine par microscopie in vivo réalisée sur le têtard au stade 55. Nous montrons que bien que cette arborisation soit plus sensible à l’imagerie après démyélinisation, chez le transgénique que chez le contrôle, cela n’entraine pas de changement de la motilité de l’arborisation. / We have generated a Xenopus laevis transgenic line, pMBP-eGFP-NTR, allowing conditional ablation of myelin-forming oligodendrocytes. In this transgenic line the transgene is driven by the proximal portion of myelin basic protein (MBP) regulatory sequence, specific to mature oligodendrocytes. The transgene protein is formed by GFP reporter fused to the E. coli nitroreductase (NTR) selection enzyme. This enzyme converts the innocuous pro-drug metronidazole (MTZ) to a cytotoxin. My PhD project is to study the effect of demyelination and remyelination in Xenopus Laevis in this transgenic line. We wish to answer two questions using this transgenic. First, the origin of remyelinating cells that replace the ablated oligodendrocytes. We have shown that, Sox10+ OPCs, which are already present in the optic nerve prior to the experimentally induced demyelination, are responsible for remyelination. The second question is to examine the effect of demyelination of retinal ganglion cell (RGC) axonal arbor morphology. We developed an experimental set up to image the RGC arbor morphology in an awake stage 55 tadpole in real time. We show that the arbor is more sensitive than the control to imaging but there is no change in motility of the arbor.

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie neuro-inflammatoire chronique, première cause de handicap chez le jeune adulte. Actuellement, aucun traitement ne freine l'aggravation des symptômes liée aux formes progressives. Bien que connue, l'implication des macrophages et de la microglie dans la démyélinisation et l'atteinte axonale doit être plus finement caractérisée. Ce d'autant plus que la plasticité fonctionnelle de ces cellules suggère une réponse spécifique selon la pathologie, la localisation des lésions et le stade évolutif de la maladie. Ce travail de thèse a consisté en une caractérisation moléculaire des programmes d'activation macrophagique/ microgliale dans deux types d'altérations tissulaires du système nerveux central des patients SEP : les zones partiellement démyélinisées bordant les plaques de la moelle épinière et les lésions corticales. Cette étude a été réalisée sur des tissus post-mortem de patients atteints de formes progressives, formes dans lesquelles les lésions médullaires et corticales sont nombreuses et impliquées dans le handicap progressif et irréversible. Nous avons identifié des spécificités moléculaires caractérisant l'activation macrophagique/microgliale au cours de la SEP en comparant, par une approche in silico, les profils caractérisés à ceux observés dans des pathologies neuro-dégénératives à composantes inflammatoires, la maladie d'Alzheimer et de Parkinson notamment. Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que l'activation chronique des macrophages/cellules microgliales contribue à l'extension à bas bruit des lésions médullaires et corticales pendant la phase progressive de la SEP et proposent de nouvelles cibles thérapeutiques / Multiple sclerosis (MS) is a chronic neuro-inflammatory disease and the most common cause of chronic neurological disability in young adults. No treatment is currently available to prevent the aggravation of symptoms in the progressive forms of the disease. The involvement of macrophages and microglia in demyelination and axonal injury is well known but need to be further characterized. Especially, the high level of functional plasticity harboured by macrophages/ microglia suggests that these cells engage specific activation programs depending on the disease, its evolution stage and the localization of lesions. In this context, this phD thesis was essentially aimed to characterize macrophage/microglia activation programs in two categories of tissue alterations observed in the post-mortem central nervous system from MS patients: 1) partially demyelinated areas at the border of spinal cord plaques and 2) cortical lesions. These two particular types of lesions are both highly frequent in progressive forms of MS and suspected to be involved in chronic and irreversible neurological disability. Using an in silico approach, the macrophage/microglia activation programs identified in MS were then compared to those observed in neurodegenerative and inflammatory disorders such as Alzheimer's disease and Parkinson's disease. Overall, our results suggest that the chronic activation of macrophages and microglia largely contributes to the slow and chronic expansion of MS lesions in progressive forms of the disease. Our work also proposes new therapeutic targets

La maladie d’Alzheimer à forme tardive, exempte de mutations, représente près de 99% des 850 000 cas répertoriés en France. Hormis l’âge, des facteurs génétiques comme BIN1 apparaissent déterminant dans l’établissement de l’amyloïdopathie et de la tauopathie, marqueurs constitutifs de cette maladie. Le travail de thèse est basé sur l’étude d’une surexpression du gène humain de BIN1 et de son impact dans un contexte murin de tauopathie. La surexpression seule de BIN1 entraine des défauts mnésiques à court terme associés à des anomalies cellulaires et moléculaires au niveau de la voie temporo-hippocampique. Ces altérations sont exacerbées par la combinaison de la souris TgBIN1 avec le modèle de tauopathie, à la fois chez les mâles et les femelles. Pour autant il apparait que la surexpression de BIN1 préserve la mémoire spatiale dépendamment de l’âge et du sexe. L’hippocampe apparait en grande partie préservé des inclusions intracellulaires de Tau et la myéline des fibres axonales est retrouvé intacte. Ces éléments mettent en évidence que BIN1 est un acteur important dans l’établissement de la tauopathie et que son activité neuro-protectrice peut être médiée par un complexe moléculaire direct impliquant à la fois Tau et RNT4-A/Nogo-A. / Late Onset Alzheimer Disease represents more than 99% of total Alzheimer cases and it is not caused by genetic mutations. Among risk factors such as age, genetic compounds as BIN1 appear to be determinant for the pathological process establishment. This study aims to determine the BIN1 overexpression effect in mice and in a tauopathy context. In this study, BIN1 overexpression alone caused short term memory impairments linked with the cellular and molecular abnormalities. These disorders are exacerbated by a combination of TgBIN1 mice with a tauopathy model, both in males and females. Surprisingly, BIN1 overexpression rescued long term and spatial memory regarding the age and sex. Hippocampus appeared to be preserved from intracellular Tau inclusions. Moreover, fornix myelin is found intact. These elements highlighted BIN1 which is a key gene in tauopathie establishment. BIN1 neuroprotective activity is mediated by direct molecular interactions both with Tau and RTN4-A/Nogo-A.

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie neuro-inflammatoire chronique, première cause de handicap chez le jeune adulte. Actuellement, aucun traitement ne freine l'aggravation des symptômes liée aux formes progressives. Bien que connue, l'implication des macrophages et de la microglie dans la démyélinisation et l'atteinte axonale doit être plus finement caractérisée. Ce d'autant plus que la plasticité fonctionnelle de ces cellules suggère une réponse spécifique selon la pathologie, la localisation des lésions et le stade évolutif de la maladie. Ce travail de thèse a consisté en une caractérisation moléculaire des programmes d'activation macrophagique/ microgliale dans deux types d'altérations tissulaires du système nerveux central des patients SEP : les zones partiellement démyélinisées bordant les plaques de la moelle épinière et les lésions corticales. Cette étude a été réalisée sur des tissus post-mortem de patients atteints de formes progressives, formes dans lesquelles les lésions médullaires et corticales sont nombreuses et impliquées dans le handicap progressif et irréversible. Nous avons identifié des spécificités moléculaires caractérisant l'activation macrophagique/microgliale au cours de la SEP en comparant, par une approche in silico, les profils caractérisés à ceux observés dans des pathologies neuro-dégénératives à composantes inflammatoires, la maladie d'Alzheimer et de Parkinson notamment. Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que l'activation chronique des macrophages/cellules microgliales contribue à l'extension à bas bruit des lésions médullaires et corticales pendant la phase progressive de la SEP et proposent de nouvelles cibles thérapeutiques

Adaptation to osmotic imbalance is crucial for cell survival and many organisms have developed complex mechanisms to counteract the changes induced by aniosmolarity. In mammals, the central nervous system is one of the most vulnerable organs after sudden changes in osmolarity. This is best exemplified by two common clinical disorders, brain edema resulting from acute hyponatremia and brain dehydration after hypernatremia. In clinical practice, hyponatremia is the most common electrolyte disorder and carries a significant mortality and morbidity. However, correction of hyponatremia should be undertaken with great caution as failure to adapt to rapid changes in chronic hyponatremia will cause rapid and fatal demyelination of the central nervous system. This syndrome is called osmotic demyelination syndrome (ODS) or central pontine myelinolysis. In this work, we investigated the pathophysiology and new diagnostic and treatments tools for osmotic demyelination syndrome. Using a rat model, we demonstrated the efficacy of the neuroprotective agent minocycline in osmotic demyelination syndrome. We also compared treatment with dexamethasone and re-lowering of serum sodium after rapid correction of hyponatremia and we showed that re-lowering of serum sodium is better than administration of dexamethasone. We explored the mechanisms underlying brain demyelination in ODS and demonstrated that the rupture of the blood brain barrier is not necessary for demyelination and that activated microglia does not play a key role in brain demyelination but can potentiate the lesions induced by rapid correction of hyponatremia. We also investigated the role of astrocytes during the development of osmotic demyelination and demonstrated that astrocytes are a major component of the physiopathology of osmotic demyelination. We showed that early and massive astrocyte apoptosis delineates the regions of future myelin damage and found that astrocyte death induces severe upregulation of myelinolytic cytokines and destruction of astrocyte oligodendrocyte junctions with subsequent disruption of panglial syncitium. <p>Finally, as there are currently no markers of demyelination, we investigated the astroglial protein S100B in ODS and found a significant release of S100B during development of ODS, which correlated with astrocyte damage. We also showed that the increase in S100B is prevented by protective treatment of hyponatremia with urea and demonstrated that serum levels of S100B could be used as a prognosis factor in ODS .<p>All together, our work has revealed a central role of astrocytes in the pathophysiology of ODS and clarified the importance of blood barrier dysfunction and microglial activation. This work also proposes new diagnostic and treatment tools for ODS. <p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le but de ce travail était de mieux comprendre les mécanismes de régulation influençant le recrutement des macrophages cérébraux et leur activation dans différentes affections du système nerveux central. À cette fin, trois objectifs ont été définis : (1) Mettre en évidence le rôle du TNF dans l'infiltration et l'activation des macrophages dans un modèle de démyélinisation induit par la cuprizone; (2) Identifier les précurseurs sanguins des macrophages périvasculaires du cerveau et le rôle de l'angiopoïétine-2 dans leur recrutement suite à une endotoxinémie; (3) Définir le rôle du récepteur GPR84 lors de la réponse microgliale dans un modèle murin de la maladie d'Alzheimer. L'identification des différents facteurs pouvant influencer le phénomène de démyélinisation est un enjeu majeur de la recherche sur la sclérose de plaques. Dans cette maladie et dans les modèles animaux associés, l'expression de TNF par les macrophages cérébraux suggérait que la cytokine pro-inflammatoire jouerait un rôle dans le recrutement des macrophages dérivés du sang et de la microglie. Afin de déterminer quelles fonctions jouaient le TNF et ses récepteurs TNF-R1 et TNF-R2 sur les macrophages cérébraux, nous avons utilisé des souris chimériques dont le système hématopoïétique exprimait la GFP, et nous les avons traitées avec la toxine cuprizone pour reproduire un modèle de démyélinisation. Nous avons montré que les macrophages étaient très fortement recrutés depuis la périphérie et activés dans le SNC, mais selon un mécanisme indépendant du TNF. De plus, chez des souris déficientes en TNF traitées avec la cuprizone, l'étendue de la démyélinisation n'était pas diminuée par rapport aux souris contrôles. Finalement, par la technique d'hybridation in situ, il a été prouvé que le TNF n'était pas exprimé dans le cerveau dont la démyélinisation était provoquée par la cuprizone. Le système nerveux est infiltré de façon continue par les macrophages périvasculaires dérivés du système sanguin. Les précurseurs immédiats de ces cellules n'ont pas encore été identifiés et les mécanismes gouvernant leur recrutement sont encore largement méconnus. Dans cette étude, nous apportons la preuve que les monocytes CD68+GR1" pouvaient se différencier en macrophages périvasculaires chez des souris souffrant d'endotoxinémie. Après leur adhésion à l'endothélium, ces monocytes rampaient, adoptaient une morphologie dite en bâtonnet lors de leur passage dans les capillaires, pouvaient proliférer et former de longues protubérances cytoplasmiques. Ils étaient recrutés en grand nombre lors d'une endotoxinémie grâce à la combinaison de molécules vasorégulatrices, incluant le TNF, l'interleukine-ip et l'angiopoïétine-2. Après quelques heures, quelques unes de ces cellules traversaient l'endothélium afin d'accroître la population de macrophages périvasculaires du SNC. L'élimination des monocytes adhérents et des macrophages périvasculaires nouvellement recrutés pouvait être provoquée par l'injection d'une protéine de fusion couplant un peptide-Fc et un anti-angiopoïétine-2. Cette seconde étude permet ainsi une meilleure compréhension du comportement monocytaire à l'interface sang-cerveau et fournit une nouvelle façon de contrer leur infiltration dans le tissu nerveux en conditions inflammatoires. Le GPR84 est un récepteur transmembranaire couplé aux protéines G récemment identifié comme étant exprimé de façon sélective par la microglie chez des souris souffrant d'endotoxinémie ou d'encéphalomyélite autoimmune expérimentale, mais sa fonction demeure inconnue. Nos travaux rapportent que le GPR84 est également exprimé par les cellules microgliales entourant les plaques amyloïdes chez les souris transgéniques APP/PS1, un modèle de la maladie d'Alzheimer. Les symptômes d'une endotoxinémie ou de l'EAE ne différaient pas chez des souris déficientes en GPR84, mais un déclin cognitif plus précoce et plus sévère était observé chez les souris APP/PS1 déficientes en GPR84. Dans le cerveau de ces dernières, le nombre de microglies global ainsi que par plaque était diminué; toutefois, aucune différence de dépôt d'amyloïde n'était observée. Nous en concluons dans cette troisième étude que le GPR84 joue un rôle dans le recrutement des cellules microgliales lors de certaines conditions inflammatoires et que son absence réduit la capacité de la microglie à protéger partiellement le cerveau contre la P-amyloïde toxique sans pouvoir l'éliminer. L'ensemble de ces

La microscopie optique chez les animaux vivants est un outil de recherche prometteur pour l’avancement de la neurobiologie. L’imagerie intravitale offre un aperçu en direct de la réponse des cellules individuelles aux dommages affectant le système nerveux. Combinée à la vaste gamme de souris transgéniques disponibles commercialement et compatibles avec différents modèles animaux de maladies neurodégénératives, la microscopie in vivo favorise la compréhension du déroulement des pathologies et du fonctionnement des thérapies. Il est capital de travailler à l’émergence de cet outil, qui se présente comme une stratégie dotée d’un énorme potentiel. Le projet de doctorat décrit dans cette thèse porte donc sur le développement et l’utilisation d’une plateforme de microscopie quantitative, multimodale et non linéaire pour l’imagerie de la moelle épinière chez les animaux vivants. Premièrement, nous avons enrayé la dépendance en polarisation de l’intensité du signal de diffusion Raman cohérente (CARS, « coherent anti-Stokes Raman scattering »), de façon à adapter les images à l’interprétation histologique. Nous avons appliqué cette technique afin d’étudier l’histologie de la myéline de la moelle épinière du rat. En second lieu, nous avons proposé une nouvelle procédure d’analyse d’images compatible avec l’imagerie d’animaux vivants, dans le but de faire de l’histologie des axones myélinisés. Nous avons alors quantifié, dans un modèle de blessure par écrasement d’un nerf, la démyélinisation proximale et la remyélinisation distale au site de lésion ex vivo et in vivo respectivement. Troisièmement, nous montrons que l’imagerie de CARS de la moelle épinière de souris vivantes peut être réalisée avec un microendoscope, et ce tout en conservant sa compatibilité avec le signal de fluorescence par excitation à deux photons. Finalement, nous discutons d’une stratégie de traitement numérique d’images pour réduire les artefacts reliés au mouvement de l’animal. Cette technique permet l’étude histologique de la myéline et la quantification de la motilité des cellules microgliales dans leur environnement natif. En définitive, cette thèse démontre que la microscopie de CARS in vivo progresse peu à peu vers un outil grand public en neurobiologie. / Optical microscopy in living animals is a promising research tool for the evolution of neurobiology. Intravital imaging offers a live preview of how individual cells respond to the nervous system damages. Applying in vivo microscopy to a panoply of transgenic mice used with different animal models of neurodegenerative diseases promotes the understanding of the progress of pathologies and the comprehension of how therapies work. It is thus essential to promote the emergence of optical microscopy technologies in living animals because it is a strategy with great potential. Therefore, the project described in this doctoral thesis focuses on the development and use of a microscopy platform for quantitative, multimodal and nonlinear imaging of the spinal cord in living animals. First, we alleviated the polarization dependence of the coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) signal intensity. This strategy makes images more amenable to histological interpretation. With this technique, we studied the histology of myelin in the rat spinal cord. Secondly, we proposed a new image analysis procedure compatible with live animals imaging in order to achieve the histology of myelinated axons. We quantified the demyelination proximal, and remyelination distal to the crush site ex vivo and in vivo respectively. Third, we showed that CARS imaging of the spinal cord in living mice can be achieved with a microendoscope, and this while maintaining compatibility with the two-photon excitation fluorescence signal. Finally, we discuss a digital image processing strategy that reduces imaging artifacts related to movement of the animal. This technique allows the histological study of myelin and the quantification of the motility of microglial cells in their native environment. Ultimately, this thesis demonstrates that in vivo CARS microscopy progresses gradually towards a robust tool for research in neurobiology.