L’encéphalopathie néonatale (EN) affecte plus de 0.8% des nouveau-nés à terme et est la deuxième cause d’handicap neurologique durant l’enfance. Le traitement des enfants atteints d’EN consiste en une prise en charge symptomatique et en l’hypothermie (HT). Néanmoins, plus de 50% des patients traités par HT gardent des séquelles neurologiques majeures. Les données provenant du Canadian Cerebral Palsy Registry montrent que l’HT prévient seulement 4% des cas de paralysie cérébrale (PC). Le fait que l’HT ait des effets neuroprotecteurs chez certains nouveau-nés, mais pas chez tous les nouveau-nés atteints d’EN n’est pas encore totalement élucidé. Il a été rapporté que les nouveau-nés exposés à l’inflammation (sepsis néonatal, infections placentaires) et à l’hypoxie-ischémie (HI) semblent avoir moins d’effets bénéfiques de l’HT que ceux qui ont été seulement exposés à l’HI. Des études précliniques ont établi que l’HT avait des effets neuroprotecteurs dans les cas d’encéphalopathies hypoxique-ischémiques chez les nouveau-nés à terme ou peu prématurés (plus de 35 semaines d’âge gestationnel). Cependant, peu d’études ont investigué les effets de l’HT lorsque l’EN résulte de la combinaison d’HI et d’infection/inflammation, alors qu’il s’agit du scénario pathophysiologique le plus fréquemment rencontré chez les nouveau-nés humains atteints d’EN. Ceci nous a amené à tester les effets neuroprotecteurs de l’HT dans un modèle animal (rat) d’EN induite par l’inflammation et l’HI. Des ratons Lewis au jour postnatal 12 sont injectés avec du lipopolysaccharide (LPS) d’E.coli afin de recréer l’inflammation, puis sont soumis à l’ischémie (ligature de la carotide commune droite) et à l’hypoxie (8% O[indice inférieur 2], 1h30). Les ratons sont ensuite traités ou non par l’HT (32 ± 0.5°C, 4 h). L‘étendue des lésions cérébrales ainsi que les cascades inflammatoires et oxydatives ont été étudiées. Nos résultats montrent que l’HT prévient l’étendue des lésions dans la composante de pénombre ischémique (néocortex et hippocampe). Cet effet neuroprotecteur est indépendant d’un effet anti-inflammatoire cérébral de l’HT portant sur le système de l’interleukine-1. Nos données indiquent que l’HT module l’expression des enzymes responsables de l’élimination des réactifs de l’oxygène (ROS). En conclusion, nos résultats montrent que l'HT a des effets neuroprotecteurs dans un modèle d’EN induite par l’exposition combinée au LPS et à l’HI. Ce projet devrait ouvrir des perspectives translationnelles pour prévenir la PC au-delà de l'hypothermie seule, comme par exemple celle visant à tester le bénéfice de la combinaison thérapeutique d’HT jointe au blocage de cytokines pro-inflammatoires.

Background: Sepsis is defined as a life-threatening organ dysfunction caused by a dysregulated host response to infection1. One of the most commonly affected organ is the brain, leading to sepsis-associated encephalopathy (SAE). The prevalence of SAE widely varies between studies, between 10 to 75% of septic patients. It is characterized by a diffuse cerebral dysfunction ranging from delirium to coma, in the absence of direct brain damage or another cause of encephalopathy3–5. Despite improvements in critical care, SAE remains associated with increased mortality and cognitive disability. Sepsis is also associated with long term cognitive sequelae such as memory, attentional and executive functions deficits.Methods: Single-center prospective observational study of adult’s patients with sepsis without acute or chronic neuropsychiatric disorders and co-existing causes of encephalopathy between January 1, 2016, and August 30, 2020. During acute phase, we assessed the severity of sepsis, consciousness and arousal using four clinical scales (CAM-ICU, CRS-R, GCS and FOUR) and electroencephalography. Survivors underwent a cognitive assessment before hospital discharge with brief screening tools (MoCA and FAB scores) and a comprehensive neuropsychological assessment at 6 and 12 months after discharge.Results: We enrolled 109 patients, of which 61% had SAE during the first 48-h of the ICU stay. The most frequent clinical manifestation was fluctuation of arousal. Ten of the 52 ICU survivors that could be assessed showed persistent cognitive dysfunction at hospital discharge. Only the presence of SAE was associated with persistent cognitive dysfunction, in the whole cohort as well as in the subgroup of patients not receiving continuous sedation. At 6 months after discharge, 84% of survivors presented diffuse cognitive impairment (memory, attention, and executive functions were impaired), and high depression score. Cognitive deficit at 6 month was associated with cognitive disability at discharge, and severity of illness during ICU stay, but not with SAE. After 12 months, 82% of survivors presented cognitive difficulties in the same cognitive domains as at the 6-month follow-up. Presence of SAE or any other ICU associated variables were not associated with the severity of cognitive impairment. We found an evolution compared to middle-term assessment in broad cognition, but individual cognitive profiles were mixed.Conclusion: SAE occurs in most patients with sepsis, even in the absence of prior or concomitant causes of encephalopathy. Its detection requires testing patients for fluctuation in arousal. Also, long-term cognitive impairment and depression are observed in survivors. Therapeutics interventions to improve cognitive deficits are thus desirable, and it is also crucial to consider psychological health in those patients. / Doctorat en Sciences psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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

La métabolomique permet une étude à large échelle du profil métabolique d'un individu, représentatif de son état physiologique. La comparaison de ces profils conduit à l'identification de métabolites caractéristiques d'une condition donnée. La métabolomique présente un potentiel considérable pour le diagnostic, mais également pour la compréhension des mécanismes associés aux maladies et l'identification de cibles thérapeutiques. Cependant, ces dernières applications nécessitent d'inclure ces métabolites caractéristiques dans un contexte plus large, décrivant l'ensemble des connaissances relatives au métabolisme, afin de formuler des hypothèses sur les mécanismes impliqués. Cette mise en contexte peut être réalisée à l'aide des réseaux métaboliques, qui modélisent l'ensemble des transformations biochimiques opérables par un organisme. L'une des limites de cette approche est que la métabolomique ne permet pas à ce jour de mesurer l'ensemble des métabolites, et ainsi d'offrir une vue complète du métabolome. De plus, dans le contexte plus spécifique de la santé humaine, la métabolomique est usuellement appliquée à des échantillons provenant de biofluides plutôt que des tissus, ce qui n'offre pas une observation directe des mécanismes physiologiques eux-mêmes, mais plutôt de leur résultante. Les travaux présentés dans cette thèse proposent une méthode pour pallier ces limitations, en suggérant des métabolites pertinents pouvant aider à la reconstruction de scénarios mécanistiques. Cette méthode est inspirée des systèmes de recommandations utilisés dans le cadre d'activités en ligne, notamment la suggestion d'individus d'intérêt sur les réseaux sociaux numériques. La méthode a été appliquée à la signature métabolique de patients atteints d'encéphalopathie hépatique. Elle a permis de mettre en avant des métabolites pertinents dont le lien avec la maladie est appuyé par la littérature scientifique, et a conduit à une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents et à la proposition de scénarios alternatifs. Elle a également orienté l'analyse approfondie des données brutes de métabolomique et enrichie par ce biais la signature de la maladie initialement obtenue. La caractérisation des modèles et des données ainsi que les développements techniques nécessaires à la création de la méthode ont également conduit à la définition d'un cadre méthodologique générique pour l'analyse topologique des réseaux métaboliques. / Metabolomics allows large-scale studies of the metabolic profile of an individual, which is representative of its physiological state. Metabolic markers characterising a given condition can be obtained through the comparison of those profiles. Therefore, metabolomics reveals a great potential for the diagnosis as well as the comprehension of mechanisms behind metabolic dysregulations, and to a certain extent the identification of therapeutic targets. However, in order to raise new hypotheses, those applications need to put metabolomics results in the light of global metabolism knowledge. This contextualisation of the results can rely on metabolic networks, which gather all biochemical transformations that can be performed by an organism. The major bottleneck preventing this interpretation stems from the fact that, currently, no single metabolomic approach allows monitoring all metabolites, thus leading to a partial representation of the metabolome. Furthermore, in the context of human health related experiments, metabolomics is usually performed on bio-fluid samples. Consequently, those approaches focus on the footprints left by impacted mechanisms rather than the mechanisms themselves. This thesis proposes a new approach to overcome those limitations, through the suggestion of relevant metabolites, which could fill the gaps in a metabolomics signature. This method is inspired by recommender systems used for several on-line activities, and more specifically the recommendation of users to follow on social networks. This approach has been used for the interpretation of the metabolic signature of the hepatic encephalopathy. It allows highlighting some relevant metabolites, closely related to the disease according to the literature, and led to a better comprehension of the impaired mechanisms and as a result the proposition of new hypothetical scenario. It also improved and enriched the original signature by guiding deeper investigation of the raw data, leading to the addition of missed compounds. Models and data characterisation, alongside technical developments presented in this thesis, can also offer generic frameworks and guidelines for metabolic networks topological analysis.

Les similitudes entre les mécanismes neurotoxiques responsables des encéphalopathies spongiformes Transmissibles (EST) et des synucléinoapthies, ainsi que la présence concomitante des formes pathologiques de la protéine prion et de l'α-synucléine au sein d'une même maladie neurodégénérative sont deux observations qui nous ont conduits à étudier les relations existant potentiellement entre les altérations moléculaires de l'α-synucléine et les maladies à prion. Après avoir développé des anticorps monoclonaux en immunisant avec de l'α-synucléine recombinante humaine des souris n'exprimant pas de façon endogène cet immunogène, nous avons caractérisé les altérations moléculaires de l'α-synucléine apparaissant conjointement à une symptomatologie motrice sévère lors du vieillissement de souris transgéniques (TgM83) surexprimant l'α-synucléine humaine mutée en A53T. Les essais d'inoculation intracérébrale de souris TgM83 par différentes souches de prion ont mis en évidence que la transmission de l'encéphalopathie spongiforme bovine de type H permet de déclencher chez ces animaux une maladie à prion de façon concomitante au développement d'altérations moléculaires de l'α-synucléine. Enfin, l'importante accélération de la pathologie liée a l'α-synucléine observée chez des souris TgM83 ayant été inoculées par des tissus contenant des formes altérées de l'α-synucléine, constitue un résultat soutenant le fait que la pathologie liée a l'α-synucléine serait capable de se propager expérimentalement de proche en proche, comme la protéine prion pathologique au cours des EST

Certaines maladies neurodégénératives sont associées au mauvais repliement de la protéine prion (PrP[indice supérieur c]) et sont connues sous le nom de maladies à prion ou les encéphalopathies spongiformes transmissibles (ESTs). Récemment, il a été démontré que PrP[indice supérieur c] augmente l'efficacité des micro-ARN (miARN) via son interaction directe avec la protéine Argonaute 2 (Ago2) au niveau de la membrane des corps multivésiculaires (multivesicular bodies (MVBs)). Ago2 est une des protéines centrales du complexe RISC (RNA-induced silencing complex) qui est responsable de l'efficacité des ARNi. Certaines formes pathologiques de PrP[indice supérieur c] induisent l'activation de la réponse au stress eiF2a dépendante, une étape déterminante pour le développement de la pathologie. Cependant, l'activation de la réponse au stress eiF2a dépendante, favorise normalement la survie cellulaire via la formation de deux types de granules d'ARN, les granules de stress (GSs) et les P-Bodies. Aucune étude n'a investigué le rôle de ces deux types de granules d'ARN et de la régulation de l'efficacité des miARN par PrP[indice supérieur c] dans la neurotoxicité associée aux ESTs. Mon premier objectif est d'approfondir nos connaissances sur le nouveau rôle de PrP[indice supérieur c] dans la régulation du système miARN et de l'implication des miARN et du système endosomal dans les ESTs génétiques. Mon second objectif est d'investiguer le rôle des GSs et des P-Bodies, dans la neurotoxicité reliée aux ESTs et établir un lien entre la dérégulation de la réponse au stress et du système ARNi. PrP[indice supérieur c] augmente l'efficacité des miARN via l'interaction de sa région octapeptidique répété (OR, octapeptide repeat region) avec la protéine Ago2. L'effet d'un mutant cytoplasmique artificiel nommé CyPrP (connu comme agent neurotoxique potentiel) et de cinq mutants familiaux de PrP[indice supérieur c] sur le système endosomal et miARN a été caractérisé. Les mutants de PrP[indice supérieur c] affectent la maturation des MVBs et, conséquemment, induisent une délocalisation de GW182, une diminution l'efficacité des miARN et de la production des exosomes. Nous proposons que cette dérégulation de la voie endosomale et miARN par les mutants familiaux de PrP[indice supérieur c] contribue à la neurodégénérescence observée dans les ESTs. Les mutants de PrP[indice supérieur c] induisent également l'expression de la protéine PACT qui est responsable de l'activation de la kinase de stress PKR et de la phosphorylation d'eiF2a. Cependant, malgré la phosphorylation d'eiF2a, les mutants familiaux de PrP[indice supérieur c] et PrP[indice supérieur Sc] inhibent la formation des GSs et des P-Bodies augmentant la susceptibilité des cellules aux différents stress. L'inhibition des P-bodies par les mutants confirment également que les mutants de PrP[indice supérieur c] induisent une diminution de l'efficacité des miARN. Je propose que le maintien de l'activation de la voie PACT-PKR-eiF2a et l'inhibition des GSs et des P-Bodies contribuent à la dérégulation du système d'ARNi, à la susceptibilité des neurones et à la neurodégénérescence observée dans les ESTs. Une meilleure compréhension des mécanismes de neurotoxicité plus particulièrement de l'inhibition du système ARNi et de la réponse au stress par les formes mal repliées de PrP[indice supérieur c] peut mener au développement de médicaments afin de contrer l'évolution de la pathologie. [symboles non conformes]

L’encéphalopathie hépatique (EH) se développe chez les patients atteints d’une maladie du foie et se caractérise par de nombreuses anomalies neuropsychiatriques. L’insuffisance hépatique aiguë (IHA) se caractérise par une perte progressive de l’état de conscience, par une augmentation rapide de l’œdème cérébral et une augmentation de la pression intracrânienne entraînant une herniation cérébrale et la mort. Plusieurs facteurs sont responsables du développement de l’EH mais depuis une centaine d’années, l’hyperammonémie qui peut atteindre des concentrations de l’ordre de plusieurs millimolaires chez les patients atteints d’IHA aux stades de coma est considérée comme un facteur crucial dans la pathogenèse de l’EH. La présente thèse comprend 4 articles suggérant l’implication de nouveaux mécanismes pathogéniques dans le développement de l’EH et de l’œdème cérébral associés à l’IHA et tente d’expliquer l’effet thérapeutique de l’hypothermie et de la minocycline dans la prévention de l’EH et de l’œdème cérébral: 1. L’IHA induite par dévascularisation hépatique chez le rat se caractérise par une augmentation de la production de cytokines pro-inflammatoires cérébrales (IL-6, IL-1, TNF-). Cette observation constitue la première évidence directe que des mécanismes neuro-inflammatoires jouent une rôle dans la pathogenèse de l’EH et de l’œdème cérébral associés à l’IHA (Chapitre 2.1, articles 1 et 2). 2. L’activation de la microglie telle que mesurée par l’expression de marqueurs spécifiques (OX42, OX-6) coïncide avec le développement de l’encéphalopathie (stade coma) et de l’œdème cérébral et s’accompagne d’une production accrue de cytokines pro-inflammatoires cérébrales (Chapitre 2.1, article 1 et 2). 3. Un stress oxydatif/nitrosatif causé par une augmentation de l’expression de l’oxyde nitrique synthétase et une augmentation de la synthèse d’oxyde nitrique cérébral participe à la pathogénèse des complications neurologiques de l’IHA (Chapitre 2.3, articles 3 et 4). 4. Des traitements anti-inflammatoires tels que l’hypothermie et la minocycline peuvent constituer de nouvelles approches thérapeutiques chez les patients atteints d’IHA (Chapitre 2.1, article 1; Chapitre 2.2, article 2). 5. Les effets bénéfiques de l’hypothermie et de la minocycline sur les complications neurologiques de l’IHA expérimentale s’expliquent, en partie, par une diminution du stress oxydatif/nitrosatif (Chapitre 2.3, article 3; Chapitre 2.4, article 4). / Hepatic encephalopathy (HE) contains a spectrum of neuropsychiatric abnormalities observed in patients with liver disease. A quick worsening of consciousness and increasingly growing cerebral edema, high intracranial pressure, which leads to cerebral herniation and death, are characteristics of acute liver failure (ALF). Multiple factors are found responsible for the development of HE, whereas, over 100 years, hyperammonia is considered the most crucial factor in defining the pathogenesis of HE in ALF, which can increase to millimolar concentrations in the brain at the coma stages of HE. The present thesis comprises 4 articles, which demonstrates new pathogenic mechanisms involved in the development of HE and cerebral edema in ALF, and elucidates part of the therapeutic mechanism of hypothermia and minocycline in the prevention of HE and cerebral edema during ALF. The major findings are listed below: (1) Experimental ALF leads to the increase in brain production of proinflammatory cytokines (IL-6, IL-1, TNF-α), and provides the first direct evidence that central inflammatory mechanisms play a role in the pathogenesis of the encephalopathy and brain edema in ALF (chapter 2.1 - article 1; chapter 2.1 - article 2). (2) Activation of cerebral microglia, measured by OX-42, OX-6, predicts the presence of severe encephalopathy (coma) and brain edema in rats with ischemic ALF, which accompanies the increased production of brain proinflammatory cytokines (chapter 2.1 - article 1; chapter 2.2 - article 2). (3) Oxidative/nitrosative stress participates in the pathogenesis of brain edema and its complications in experimental ALF animals with ischemic liver failure. The increases in cerebral NOS isoform expression caused by ALF were sufficient to cause increased NO production in the brain (chapter 2.3 - article 3; chapter 2.4 - article 4). (4) Anti-inflammatory treatment, such as hypothermia or antibiotics, may be beneficial in patients with ALF (chapter 2.1 - article 1; chapter 2.2 - article 2). (5) The beneficial effect of both hypothermia and minocycline on the neurological complications of experimental ALF is mediated, at least in part, by reduction of brain-derived oxidative/nitrosative stress (chapter 2.3 - article 3; chapter 2.4 - article 4).

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

L'encéphalopathie spongiforme bovine (ESB) est une maladie neuro-dégénérative fatale affectant les bovins ; elle est également une zoonose à l'origine du variant de la maladie de Creutzfeldt-Jakob. Identifiée pour la première fois au Royaume-Uni en 1986, cette maladie s'est rapidement étendue en Europe, malgré la mise en place de mesures de contrôle. En raison des particularités épidémiologiques de l'ESB (longue période d'incubation, âge précoce à l'infection et diagnostic post-mortem possible uniquement en fin d'incubation), l'évolution temporelle de l'exposition des bovins à l'ESB ne peut être appréhendée qu'à partir de la modélisation. Nous avons utilisé le modèle Age-Période-Cohorte afin de (ré)évaluer, en relation avec les principales mesures de contrôle, l'évolution de l'épizootie d'ESB à la lumière des données de surveillance les plus récente, en France, et dans six autres pays européens : Allemagne, Irlande, Italie, Pays-Bas, Pologne et Royaume-Uni.

L’encéphalopathie hépatique (EH) se développe chez les patients atteints d’une maladie du foie et se caractérise par de nombreuses anomalies neuropsychiatriques. L’insuffisance hépatique aiguë (IHA) se caractérise par une perte progressive de l’état de conscience, par une augmentation rapide de l’œdème cérébral et une augmentation de la pression intracrânienne entraînant une herniation cérébrale et la mort. Plusieurs facteurs sont responsables du développement de l’EH mais depuis une centaine d’années, l’hyperammonémie qui peut atteindre des concentrations de l’ordre de plusieurs millimolaires chez les patients atteints d’IHA aux stades de coma est considérée comme un facteur crucial dans la pathogenèse de l’EH. La présente thèse comprend 4 articles suggérant l’implication de nouveaux mécanismes pathogéniques dans le développement de l’EH et de l’œdème cérébral associés à l’IHA et tente d’expliquer l’effet thérapeutique de l’hypothermie et de la minocycline dans la prévention de l’EH et de l’œdème cérébral: 1. L’IHA induite par dévascularisation hépatique chez le rat se caractérise par une augmentation de la production de cytokines pro-inflammatoires cérébrales (IL-6, IL-1, TNF-). Cette observation constitue la première évidence directe que des mécanismes neuro-inflammatoires jouent une rôle dans la pathogenèse de l’EH et de l’œdème cérébral associés à l’IHA (Chapitre 2.1, articles 1 et 2). 2. L’activation de la microglie telle que mesurée par l’expression de marqueurs spécifiques (OX42, OX-6) coïncide avec le développement de l’encéphalopathie (stade coma) et de l’œdème cérébral et s’accompagne d’une production accrue de cytokines pro-inflammatoires cérébrales (Chapitre 2.1, article 1 et 2). 3. Un stress oxydatif/nitrosatif causé par une augmentation de l’expression de l’oxyde nitrique synthétase et une augmentation de la synthèse d’oxyde nitrique cérébral participe à la pathogénèse des complications neurologiques de l’IHA (Chapitre 2.3, articles 3 et 4). 4. Des traitements anti-inflammatoires tels que l’hypothermie et la minocycline peuvent constituer de nouvelles approches thérapeutiques chez les patients atteints d’IHA (Chapitre 2.1, article 1; Chapitre 2.2, article 2). 5. Les effets bénéfiques de l’hypothermie et de la minocycline sur les complications neurologiques de l’IHA expérimentale s’expliquent, en partie, par une diminution du stress oxydatif/nitrosatif (Chapitre 2.3, article 3; Chapitre 2.4, article 4). / Hepatic encephalopathy (HE) contains a spectrum of neuropsychiatric abnormalities observed in patients with liver disease. A quick worsening of consciousness and increasingly growing cerebral edema, high intracranial pressure, which leads to cerebral herniation and death, are characteristics of acute liver failure (ALF). Multiple factors are found responsible for the development of HE, whereas, over 100 years, hyperammonia is considered the most crucial factor in defining the pathogenesis of HE in ALF, which can increase to millimolar concentrations in the brain at the coma stages of HE. The present thesis comprises 4 articles, which demonstrates new pathogenic mechanisms involved in the development of HE and cerebral edema in ALF, and elucidates part of the therapeutic mechanism of hypothermia and minocycline in the prevention of HE and cerebral edema during ALF. The major findings are listed below: (1) Experimental ALF leads to the increase in brain production of proinflammatory cytokines (IL-6, IL-1, TNF-α), and provides the first direct evidence that central inflammatory mechanisms play a role in the pathogenesis of the encephalopathy and brain edema in ALF (chapter 2.1 - article 1; chapter 2.1 - article 2). (2) Activation of cerebral microglia, measured by OX-42, OX-6, predicts the presence of severe encephalopathy (coma) and brain edema in rats with ischemic ALF, which accompanies the increased production of brain proinflammatory cytokines (chapter 2.1 - article 1; chapter 2.2 - article 2). (3) Oxidative/nitrosative stress participates in the pathogenesis of brain edema and its complications in experimental ALF animals with ischemic liver failure. The increases in cerebral NOS isoform expression caused by ALF were sufficient to cause increased NO production in the brain (chapter 2.3 - article 3; chapter 2.4 - article 4). (4) Anti-inflammatory treatment, such as hypothermia or antibiotics, may be beneficial in patients with ALF (chapter 2.1 - article 1; chapter 2.2 - article 2). (5) The beneficial effect of both hypothermia and minocycline on the neurological complications of experimental ALF is mediated, at least in part, by reduction of brain-derived oxidative/nitrosative stress (chapter 2.3 - article 3; chapter 2.4 - article 4).