Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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Pas de résumé disponible / The work done in this thesis is related to the project 3DStrain the overall objective of which is to develop a generic framework for the parietal and regional tracking of the left ventricle and to adapt it the 3D + t cardiac imaging modalities used in clinical routine (3D ultrasound, SPECT, cine MRI). We worked on the parietal motion and myocardial deformation. We made the state-of-the-art on motion estimation approaches in general and on methods applied to imaging modalities in clinical practice to quantify myocardial deformation taking into account their specificities and limitations. We focused on tracking methods that optimize the similarity between the intensities between consecutive images of a sequence to estimate the spatial velocity field. They are based on the assumption of the invariance of image gray level (or optical flow) and regularization terms are used to solve the aperture problem. We proposed a regularization term well suited to physical and physiological properties of myocardial motion. The advantage of the proposed approach relies on its flexibility to estimate the dense field of myocardial motion on image sequences over the cardiac cycle. Motion is estimated while preserving myocardial wall discontinuities. However, the data similarity term used in our method is based only on the intensity of the image. It properly estimates the displacement field especially in the radial direction as the movement of circumferential twist is hardly visible on cine MRI in short axis view, the data we used for performing the experiments. To make the estimation more robust, we proposed a dynamic evolution model for the cardiac contraction and relaxation to introduce the temporal constraint ofthe dynamics of the heart. This model helps to estimate not only the dense field of myocardial displacement, but also other parameters of myocardial contractility (the contraction phase and asymmetry between systole and diastole) in variational data assimilation formalism. Automatic estimation of deformation and myocardial contractibility (the strain, phase and asymmetry) was validated against the cardiological and radiological expertise (Dr Elisabeth Coupez and Dr Lucie Cassagnes, CHU Clermont-Ferrand) through semi-quantitative scores of contraction called Wall Motion Score (WMS) and Wall Thickening Index (WTI). The proposed method provides promising results for both motion estimation results and the diagnosis indices for evaluation of myocardial dyskinesia. In order to gain in robustness and accuracy, it is necessary to perform the measurement of strain and indices of myocardial contraction precisely inside endocardial and epicardial walls. Therefore, we conducted a collaborative work with Kevin Bianchi, another PhD student on the project 3DStrain and we proposed a method of coupling of myocardial segmentation by deformable models and estimation of myocardial motion in a variational data assimilation framework.

Certains neuropeptides (enképhaline et neurotensine) sont des modulateurs du système dopaminergique. Chez les rongeurs, le traitement avec l’antipsychotique typique halopéridol (antagoniste des récepteurs D2), augmente fortement leurs niveaux d’ARNm dans le striatum, une structure centrale du système dopaminergique qui contrôle l’activité locomotrice. Comme l’halopéridol est associé avec de nombreux effets secondaires moteurs, on peut penser que la modulation des neuropeptides est possiblement un mécanisme d’adaptation visant à rétablir l’homéostasie du système dopaminergique après le blocage des récepteurs D2. Cependant, le mécanisme moléculaire de cette régulation transcriptionnelle n’est pas bien compris. Nur77 est un facteur de transcription de la famille des récepteurs nucléaires orphelins qui agit en tant que gène d’induction précoce. Le niveau de son ARNm est aussi fortement augmenté dans le striatum suivant un traitement avec halopéridol. Plusieurs évidences nous suggèrent que Nur77 est impliqué dans la modulation transcriptionnelle des neuropeptides. Nur77 peut former des hétérodimères fonctionnels avec le récepteur rétinoïde X (RXR). En accord avec une activité transcriptionnelle d’un complexe Nur77/RXR, l’agoniste RXR (DHA) réduit tandis que l’antagoniste RXR (HX531) augmente les troubles moteurs induits par un traitement chronique à l’halopéridol chez les souris sauvages tandis que ces ligands pour RXR n’ont aucun effet chez les souris Nur77 nulles. Nos travaux ont révélé que l’antagoniste RXR (HX531) réduit l’augmentation des niveaux d’enképhaline suivant un traitement chronique avec l’halopéridol. Nous avons ensuite démontré la liaison in vitro de Nur77 sur un élément de réponse présent dans le promoteur proximal de la proenképhaline, le peptide précurseur de l’enképhaline. Ces résultats supportent l’hypothèse que Nur77, en combinaison avec RXR, pourrait participer à la régulation transcriptionnelle des neuropeptides dans le striatum et donc contribuer à la neuroadaptation du système dopaminergique suivant un traitement aux antipsychotiques typiques. / Neuropeptides (enkephalin and neurotensin) are modulators of dopaminergic system. In the rodent’s striatum, antipsychotic drugs strongly modulate their mRNA levels. For exemple, haloperidol (D2 receptor antagonist) increases their mRNA levels in the striatum, a central structure of dopaminergic system that control locomotor activity. Since haloperidol is associated with many motor side effects, it is likely that neuropeptides modulation is a compensatory mechanism to restore the dopaminergic system homeostasis after D2 receptor blockade. However, molecular mechanism of this transcriptional regulation is not well understood. Nur77 is a transcription factor of the orphan nuclear receptor family that acts as an immediate early gene. In the striatum, its mRNA level is strongly increased following haloperidol treatment. Several evidences suggest that Nur77 is involved in neuropeptides transcriptional modulation. Nur77 can form functional heterodimers with retinoid X receptor (RXR). In agreement with a transcriptional activity of Nur77/RXR complex, RXR agonist (DHA) decreases while the RXR antagonist (HX531) exacerbates acute and chronic motor side effects of haloperidol treatment in wild type mice but remain without effect in Nur77 knockout mice. Our work shows that RXR antagonist (HX531) significantly reduced the increased levels of enkephalin following chronic treatment with haloperidol. We have set up the EMSA (electro-mobility shift assay) to demonstrate the in vitro binding of Nur77 on a responsive element from proenkephalin’s proximal promotor. These results support the hypothesis that Nur77 could be involve in transcriptional modulation of neuropeptides in the striatum and thus, contribute to neuroadaptation of dopaminergic system after treatment with typical antipsychotic drugs.

Certains neuropeptides (enképhaline et neurotensine) sont des modulateurs du système dopaminergique. Chez les rongeurs, le traitement avec l’antipsychotique typique halopéridol (antagoniste des récepteurs D2), augmente fortement leurs niveaux d’ARNm dans le striatum, une structure centrale du système dopaminergique qui contrôle l’activité locomotrice. Comme l’halopéridol est associé avec de nombreux effets secondaires moteurs, on peut penser que la modulation des neuropeptides est possiblement un mécanisme d’adaptation visant à rétablir l’homéostasie du système dopaminergique après le blocage des récepteurs D2. Cependant, le mécanisme moléculaire de cette régulation transcriptionnelle n’est pas bien compris. Nur77 est un facteur de transcription de la famille des récepteurs nucléaires orphelins qui agit en tant que gène d’induction précoce. Le niveau de son ARNm est aussi fortement augmenté dans le striatum suivant un traitement avec halopéridol. Plusieurs évidences nous suggèrent que Nur77 est impliqué dans la modulation transcriptionnelle des neuropeptides. Nur77 peut former des hétérodimères fonctionnels avec le récepteur rétinoïde X (RXR). En accord avec une activité transcriptionnelle d’un complexe Nur77/RXR, l’agoniste RXR (DHA) réduit tandis que l’antagoniste RXR (HX531) augmente les troubles moteurs induits par un traitement chronique à l’halopéridol chez les souris sauvages tandis que ces ligands pour RXR n’ont aucun effet chez les souris Nur77 nulles. Nos travaux ont révélé que l’antagoniste RXR (HX531) réduit l’augmentation des niveaux d’enképhaline suivant un traitement chronique avec l’halopéridol. Nous avons ensuite démontré la liaison in vitro de Nur77 sur un élément de réponse présent dans le promoteur proximal de la proenképhaline, le peptide précurseur de l’enképhaline. Ces résultats supportent l’hypothèse que Nur77, en combinaison avec RXR, pourrait participer à la régulation transcriptionnelle des neuropeptides dans le striatum et donc contribuer à la neuroadaptation du système dopaminergique suivant un traitement aux antipsychotiques typiques. / Neuropeptides (enkephalin and neurotensin) are modulators of dopaminergic system. In the rodent’s striatum, antipsychotic drugs strongly modulate their mRNA levels. For exemple, haloperidol (D2 receptor antagonist) increases their mRNA levels in the striatum, a central structure of dopaminergic system that control locomotor activity. Since haloperidol is associated with many motor side effects, it is likely that neuropeptides modulation is a compensatory mechanism to restore the dopaminergic system homeostasis after D2 receptor blockade. However, molecular mechanism of this transcriptional regulation is not well understood. Nur77 is a transcription factor of the orphan nuclear receptor family that acts as an immediate early gene. In the striatum, its mRNA level is strongly increased following haloperidol treatment. Several evidences suggest that Nur77 is involved in neuropeptides transcriptional modulation. Nur77 can form functional heterodimers with retinoid X receptor (RXR). In agreement with a transcriptional activity of Nur77/RXR complex, RXR agonist (DHA) decreases while the RXR antagonist (HX531) exacerbates acute and chronic motor side effects of haloperidol treatment in wild type mice but remain without effect in Nur77 knockout mice. Our work shows that RXR antagonist (HX531) significantly reduced the increased levels of enkephalin following chronic treatment with haloperidol. We have set up the EMSA (electro-mobility shift assay) to demonstrate the in vitro binding of Nur77 on a responsive element from proenkephalin’s proximal promotor. These results support the hypothesis that Nur77 could be involve in transcriptional modulation of neuropeptides in the striatum and thus, contribute to neuroadaptation of dopaminergic system after treatment with typical antipsychotic drugs.

Malgré l’usage de médicaments antipsychotiques depuis plusieurs décennies, leur mécanisme d’action précis, autre que leur interaction avec les récepteurs dopaminergiques et sérotoninergiques, demeure peu connu. Nur77 (Nr4a1 ou NGFI-B) est un facteur de transcription de la famille des récepteurs nucléaires associé aux effets des antipsychotiques. Ceci étant dit, le mécanisme d’action de Nur77 est également peu connu. Afin de mieux comprendre les éléments impliqués avec les antipsychotiques et l’activité de Nur77, nous avons comparé les niveaux de transcrits dans le striatum suite à un traitement avec l’halopéridol chez des rats sauvages et déficients en Nur77 à l’aide de la technique de séquençage à haut débit (RNAseq) et d’une analyse bio-informatique. L’halopéridol et Nur77 ont modulé d’importants groupes de gènes associés avec la signalisation des récepteurs dopaminergiques et la synapse glutamatergique. L’analyse a révélé des modulations de gènes clés reliés à la signalisation des protéines G. Parmi les transcrits modulés significativement chez les rats traités avec halopéridol et ceux déficients en Nur77, la dual specificity phosphatase 5 (Dusp5) représente un nouveau candidat d’intérêt. En effet, nous avons confirmé que les niveaux d’ARNm et protéiques de Dusp5 dans le striatum sont associés aux mouvements involontaires anormaux (dyskinésie) dans un modèle de primates non-humains traités chroniquement avec halopéridol. Cette analyse transcriptomique a démontré des altérations rapides et importantes d’éléments impliqués dans la signalisation des protéines G par l’halopéridol, et a permis d’identifier, pour la première fois, une expression de Dusp5 dépendante de Nur77 en tant que nouvelle composante reliée avec la dyskinésie tardive. / Despite antipsychotic drugs being used for several decades, their precise mechanism of action remains elusive. Nur77 (Nr4a1 or NGFI-B) is a transcription factor of the nuclear receptor family associated with antipsychotic drug effects. However, the mechanism of action of Nur77 is also not well understood. To better understand the signaling components implicated with antipsychotic drug use and Nur77 activity, we compared striatal gene transcripts following haloperidol in wild-type and Nur77-deficient rats using Next Generation RNA Sequencing (RNAseq) and a bioinformatics analysis. Haloperidol and Nur77 modulated important subsets of striatal genes associated with dopamine receptor signaling and glutamate synapses. The analysis revealed modulations of key components of G protein signaling that are consistent with a rapid adaptation of striatal cells that may partially explain long-term haloperidol-induced dopamine D2 receptor upregulation. Amongst significantly modulated transcripts in rats treated with haloperidol and rats deficient in Nur77, dual specificity phosphatase 5 (Dusp5) represents a new and very interesting candidate. Indeed, we confirmed that striatal Dusp5 mRNA and protein levels were associated with abnormal involuntary movements (dyskinesia) in non-human primates chronically exposed to haloperidol. This transcriptomic analysis showed important haloperidol-induced G protein-coupled receptor signaling alterations that may support a regulatory role of Nur77 in dopamine D2 receptor signaling pathways and identified, for the first time, a putative Nur77-dependent expression of Dusp5 as a new signaling component for antipsychotic drug-induced tardive dyskinesia.

Les cellules épithéliales nasales humaines (CENH) sont des acteurs importants de la physiopathologie de la polypose naso-sinusienne (PNS), le plus souvent la PNS est primitive (étiologie inconnue), plus rarement, elle est secondaire à la mucoviscidose (PNS CF) ou la dyskinésie ciliaire primitive (PNS DCP). L'objectif de cette thèse est d'identifier des protéines différentiellement exprimées dans les PNS primitives et secondaires par approche protéomique puis de les caractériser par des techniques classiques. Dans cette étude, nous avons utilisé des cultures primaires (interface air/liquide) de CENH, dérivant de déchet per-opératoire (PNS) ou de brossages (muqueuse saine). Le marquage iTRAQ suivie d'une analyse par nano-LC-MALDI-TOF-TOF à en particulier montré : 1) une augmentation de six marqueurs du stress du réticulum endoplasmique (RE) dans la PNS primitive et la PNS CF, 2) une altération du métabolisme du glucose dans la PNS CF (sous-expression de 6 protéines dont la pyruvate kinase, enzyme clef de la glycolyse) et 3) une sous expression de 12 protéines des filaments acto-myosines dans la PNS DCP (dont 3 tropomyosines). Nous avons caractérisé le stress du RE dans la PNS primitive, montrant qu'il est induit par le biais d'une sensibilité des CENH à un stress oxydatif probablement d'origine mitochondrial et qu'il participe activement à l'inflammation (sécrétion d'IL-8 et de LTB4). Ces observations nous permettent de proposer que, dans la PNS primitive, il existe un cercle vicieux entre stress du RE, stress oxydatif et inflammation et que la sensibilité au stress oxydatif observée apparaît comme une nouvelle cible thérapeutique dans le traitement de la PNS. / Human nasal epithelial cells (HNEC) play an important role in nasal polyposis(NP). NP have generally an unknown etiology, less frequently, NP is secondary to cystic fibrosis (CF NP) or primary ciliary dyskinesia (PCD NP). The aim of this thesis is to identify differentially expressed proteins in NP, CF NP and PCD NP using proteomic approach then to characterize them by classical methodes. In this study, we used primary culture (air/liquid)of HNEC derived from NP patients (surgery waste) or healthy patients (brushing). The iTRAQ labeling folowing by nano-LC-MALDI-TOF-TOF analysis shown in particular :1)an increased expression of six endoplasmic reticulum (ER) stress markers in NP and CF NP, 2)an alteration of glucose metabolism (decreased expression of six proteins with in particular the pyruvate kinase, glycolysis key enzyme) and 3)an decreased expression of 12 acto-myosin filament proteins (in particular three tropomyosins). We caracterized the ER stress in NP showing that ER stress is activated by an oxydative stress susceptibility of NP HNEC probably of mitochondrial origin and that it directly participate to inflammation (IL-8 and LTB4 secretions). Altogether, our results underline a vicious circle that exists between oxidative stress, ER stress and inflammation.The oxydative stress susceptibility observed in NP may represent new therapeutic target in such a pathology.

La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée par une dégénérescence progressive et irréversible des neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire. Lorsque la perte DA atteint 60 à 80%, les patients vont développer des symptômes. Les traitements DA permettent de contrecarrer l'expression de ces symptômes mais induisent également à long terme l'apparition de complications invalidantes. De plus les patients développent également des symptômes non- moteurs pouvant émerger avant, pendant ou après l'apparition des symptômes moteurs. Parallèlement à la dégénérescence DA, les patients parkinsoniens présentent des altérations du système sérotoninergique (5-HT) qui ont été mises en évidence en post-mortem et plus récemment par imagerie par tomographie à émission de positons (TEP). Des corrélations ont également été démontrées entre l'altération du système 5-HT et la sévérité de certains symptômes parkinsoniens. Cependant, à ce jour, aucune étude n'a mis en évidence de lien causal direct entre l'altération 5-HT et l'expression des symptômes parkinsoniens. Il était donc crucial de clarifier le rôle exact de la 5-HT dans le développement des symptômes parkinsoniens ainsi que dans la réponse aux traitements dopaminergiques. Dans ce contexte, nous avons développé un nouveau modèle de la MP. Ce modèle nous a permis d'étudier l'impact de la lésion 5-HT sur la symptomatologie parkinsonienne. Ce travail a permis de démontrer l'implication du système sérotoninergique dans l'expression de la rigidité parkinsonienne. Par ailleurs, ce travail a également permis de démontrer le rôle causal des fibres 5-HT dans le développement de complications induites par un traitement chronique à la L- DOPA / Parkinson's disease (PD) is characterized by a progressive and irreversible degeneration of dopaminergic (DA) neurons localized in the substantia nigra, leading to the loss of dopamine within the target structures (mainly the striatum). When the DA loss reaches 60 to 80%, PD patients develop motor symptoms (rigidity, tremor, akinesia/bradykinesia). DA treatments allow counteracting symptoms expression but also induce after a certain time the appearance of disabling complications. Moreover, patients also develop non-motor symptoms that can emerge before, during or after the appearance of motor symptoms. ln addition to DA degeneration, PD patients present serotoninergic (5-HT) alteration evidenced in post-mortem and more recently by position emission tomography (PET) imaging. Correlations have been shown between the 5-HT alteration and the severity of some motor and non-motor symptoms as well as L-DOPA-induced dyskinesia. However, to date, none study evidenced a direct causal link between the 5-HT alteration and the expression of parkinsonian symptoms. lt was crucial to clarify the exact role of 5-HT in the development of parkinsonian symptoms. ln this context, we have developed a new model of PD. This model has allowed studying the impact of the 5-HT lesion on the parkinsonian symptomatology. We have evidenced the involvement of the 5-HT system in the expression of parkinsonian rigidity. Moreover, we have demonstrated the causal role of the 5-HT fibers in the development of complications induced by the L-DOPA treatment