During development, oligodendrocytes (OLGs), the myelinating cells of the central nervous system (CNS), undergo a stepwise progression during which OLG progenitors, specified from neural stem/progenitor cells, differentiate into fully mature myelinating OLGs. This progression along the OLG lineage is characterized by well-synchronized changes in morphology and gene expression patterns. The studies presented in this dissertation identified the extracellular factor Autotaxin (ATX) as a novel upstream signal modulating HDAC1/2 activity and gene expression in cells of the OLG lineage. Using the zebrafish as an in vivo model system, as well as rodent primary OLG cultures, this functional property of ATX was found to be mediated by its lysoPLD activity, which has been well-characterized to generate the lipid signaling molecule lysophosphatidic acid (LPA). LPA binds to Gprotein-coupled LPA receptors (LPARs) on the surface of OLGs to initiate downstream signaling events. ATX’s lysoPLD activity was found to modulate HDAC1/2 regulated gene expression during a time window coinciding with the transition from OLG progenitor to early differentiating OLG. When looking further downstream of the ATX-LPA axis, down-regulation of LPA receptor 6 (LPA6) was found to reduce the expression of OLG differentiation genes as well as the overall process network area of OLGs. Thus, LPA6 plays a role in both the gene expression and morphology changes seen in OLG differentiation. These findings prove useful for future therapeutic targets needed for demyelinating diseases of the CNS such as Multiple Sclerosis (MS), in which OLGs fail to differentiate into mature OLGs, needed for remyelination. Additionally, white matter injury has been frequently reported in HIV+ patients. Previous studies showed that HIV-1 Tat (transactivator of transcription), a viral protein that is produced and secreted by HIV-infected cells, is a toxic factor to OLGs. We show here that Tat treatment reduces the expression of OLG differentiation genes and the overall process network area of OLGs. Additionally, Tat-treated OLGs have reduced ATX lysoPLD activity and there is a physical interaction between Tat and ATX. Together, these data strongly suggest functional implications of Tat blocking ATX’s lysoPLD activities and thus the ATX-LPA signaling axis proves to play a significant role in the development of OLGs.

A subset of cyclophilins have been implicated in mechanisms of neuroinflammation and neurodegeneration that contributes to the pathogenesis of Multiple Sclerosis. Mitochondrial dysfunction leading to mitochondrial permeability transition plays a pivotal role in axonal damage and disease progression in Multiple Sclerosis. Cyclophilin D (CypD) is a crucial regulatory component of the mitochondrial permeability transition pore and it was demonstrated that the cyclophilin D knockout animals showed reduced experimental allergic encephalomyelitis (EAE) clinical disease severity and axonal injury. We investigated the effect of N-methyl-4-isoleucine-cyclosporin (NIM811), a non-immunosuppressive and non-selective cyclophilin inhibitor, on the course and severity of EAE. EAE mice treated with NIM811 showed a significant reduction in clinical disease severity compared to vehicle treated mice. FACS analysis performed with the dissociated thoracolumbar spine showed that NIM811 treatment was associated with a reduction in CNS macrophages but does not alter T-helper lineage frequencies. In addition, we demonstrated NIM811’s effect on crude mitochondrial fraction obtained from brain and liver homogenates of both wild type and CypD knockout mice in order to determine drug specificity. Benefits observed from the pharmacological inhibition of cyclophilin may lead to a novel MS therapy but NIM811’s exact mechanism of action has yet to be elucidated.

Le remplacement des oligodendrocytes myélinisants par des progéniteurs endogènes a été observé dans le contexte des pathologies démyélinisantes via le recrutement de deux populations distinctes de progéniteurs : les progéniteurs dérivant des cellules souches adultes de la zone sous ventriculaire (SVZ) et les précurseurs d'oligodendrocytes (OPCs) du parenchyme. Réactivés par des facteurs présents dans le cerveau après lésion, ces progéniteurs acquièrent de nouvelles propriétés migratoires et sont recrutés au niveau du site lésionnel. Toutefois, ces tentatives d'autoréparation endogènes sont limitées et ne permettent pas une récupération fonctionnelle, dans la grande majorité des cas. Cet échec dans la régénération peut être imputé en parti à des défauts de migration de ces cellules vers les zones lésées. Divers signaux sont impliqués dans le recrutement des cellules progénitrices allant de signaux développementaux ré‐exprimés au niveau de la lésion à l'expression de cytokines induite par la neuroinflammation. Nos données dévoilent de nouvelles fonctions pour Reelin et CNTF dans le contrôle de la migration des progéniteurs neuraux pendant la phase de remyélinisation chez la souris. Alors que Reelin induit la dispersion des cellules dérivant de la SVZ hors de leur niche rendant plus efficace les processus de recrutement spontané vers la lésion démyélinisée, CNTF participe au contrôle directionnel de leur migration vers de la zone endommagée in vivo. L'utilisation de tests in vitro nous a permis de montrer que Reelin, en plus de son effet décrit sur le détachement des neuroblastes de la SVZ migrant en chaîne, exerce un effet chimiocinétique. / Replacement of myelinating oligodendrocytes by endogenous progenitors has been demonstrated to occur in demyelinating diseases via the recruitment of two distinct pools of progenitors: Subventricular zone (SVZ)‐derived progenitors and parenchymal oligodendrocyte precursors (OPCs). Becoming re‐activated by factors present in the brain after injury, these progenitors acquire new migration properties and are recruited to the lesion sites. However these spontaneous repair attempts are limited and do not permit efficient functional recovery. This failure can be due in part to an inefficient migration of these cells to the lesion site. Numerous signals are involved in the migration of precursor cells into the area of brain damage ranging from developmental signals re‐expressed at the lesion site to neuroinflammation‐induced cytokines. Our data uncover new functions for Reelin and CNTF in the control of neural progenitor's recruitment during the remyelination phase in mouse model of demyelination. While Reelin induces SVZ‐derived cells dispersion form their niche which potentiates the spontaneous recruitment processes to the demyelinated lesion, CNTF participates in the control of their migration toward the damaged site in vivo. Using in vitro assays we show that Reelin, in addition to its already described detachment effect on SVZ neuroblasts chain migration, is chemokinetic. CNTF is acting on SVZ derived progenitors and parenchymal OPCs as a chemoattractant, which cells respond to it in gradient sensing manner. All together, these two studies reveal key function for Reelin and CNTF in the post‐lesional migration.

Immunological profile of multiple sclerosis patients Abstrakt Multiple sclerosis is an autoimmune neurodegenerative disease affecting predominantly the white matter of the CNS and the spinal cord. The mechanism of disease progression is not yet fully understood. In this study we focused on a comparison of selected immunological markers between patients with multiple sclerosis who were naïve newly diagnosed, subsequently treated with Avonex (IFNβ1a) and healthy donors. The T cells (particulary cytotoxic CD8+ T cells) are the major population involved in pathogenesis of MS causing the demyelization of axons. Subpopulation of CD161+ Th cells has a potential to be very important in this process. We focused on the role of NK cells phenotype and function in autoimmune response of patients and their changes during the therapeutic intervention. Using flow cytometry we analyzed the distribution of NK, NKT, T cells and monocytes with special regard to the expression of CD161 and NKG2D molecules on their surface. We observed increase counts of CD161+ cells in subpopulations NK CD56bright , NK CD56dim , Th, Tc CD8bright , Tc CD8dim and decrease counts of NKG2D+ cells in subpopulations NK CD56bright , NK CD56dim , NKT, Th, Tc CD8bright , Tc CD8dim and monocytes. The decreased cytotoxic activity of NK cells in naïve MS...

Title: Interrater reliability of assessment set of clinical features of patients with multiple sclerosis Objectives: The aim of this thesis is to verify interrater reliability of the assessment set of clinical features of patients with multiple sclerosis which purpose is to evaluate sensitivly and comprehensivly the stage of the patients' clinical condition. Methods: According to the inclusion criteria, the patients with MS were selected by an independent neurologist who determined the EDSS score and duration of the disease. After, patients were evaluated by the assessment set by two independent physiotherapists. The assessment set of clinical features incluedes Low-Contrast Letter Acuity Test which tests contrast vision, Nine Hole Peg Test investiges fine motor skills, Timed 25 - Foot Walk evaluates walking speed over a distance of 7,5 m, Paced Auditory Serial Addition assesses cognitive function, Motricity Index tests muscle strength, Modified Ashworth Scale spasticity, Berg balance Scale equilibrium. Furthemore, the tests for evaluation of righting, equilibrium and protective reactions, the test evaluating knee hyperextension, the examination of dysdiadochokinesia and ataxia. Results: High interrater reliability was confirmed in all tests in the examinig set (ICC: 0,80 - 1), except for MAS...

La notion de qualité de vie s'est largement développée dans le domaine de l'évaluation de la santé générale des populations, mais aussi dans l'évaluation des prises en charge thérapeutiques et médicales, tout particulièrement dans le champ de la neurologie, comme la sclérose en plaques. Il est consensuellement admis qu'en pratique la mesure de la qualité de vie repose sur le recours à des questionnaires standardisés. La mise à disposition d'outils adaptés, valides et sensibles, s'est avérée nécessaire. Mais la prise en compte de ce critère se heurte à certaines difficultés, conduisant à une sous-utilisation de ces outils. Deux questions peuvent être isolées : quels sont les freins relatifs à l'utilisation de la mesure de qualité de vie dans la sclérose en plaques et quel est l'apport de de la mesure de la qualité de vie pour le clinicien pour la prise en charge des patients.L'objectif général de ce travail cherche à déterminer la nature des difficultés inhérentes à l'utilisation de la mesure de la qualité de vie elle-même, et l'intérêt de l'utilisation de cette mesure notamment dans la pratique clinique courante.Les travaux scientifiques s'articulent autour de : 1. La maîtrise de la mesure de la qualité de vie en produisant des données complémentaires sur la validité et la fiabilité de la mesure de qualité de vie (le MusiQoL) ; 2. Des usages et limites de la mesure de la qualité de vie au sein de populations présentant des troubles cognitifs; 3. L'intérêt dans la pratique clinique de la mesure de la qualité de vie exploré au travers de l'identification des déterminants de la qualité de vie et de l'étude de son rôle prédictif sur l'évolution de l'état de santé. / AbstractThe quality of life (QoL) measurements are being considered increasingly important with regard to evaluating disease progression, treatment and the management of care provided to patients with multiple sclerosis (MS). QoL is commonly assessed using self-reported questionnaires and it is important to have robust, valid, reliable, and universally applied measures. Despite the acknowledged need to consider QoL issues, QoL assessment remains under-utilized in MS clinical practice. The general objective of this manuscript is to explore the difficulties for clinicians to be convinced by the clinical relevance and accuracy of the QoL assessment implementation in clinical practice. The present scientific works are based on: 1. Confirmation of validity, reliability, and sensibility to change of the MS-specific QoL instrument designated in this work (MusiQoL); 2. Exploration of the meaning of QoL assessment among MS patients with cognitive impairment; 3. Promotion both the used and usefulness of measuring QoL in MS clinical practice by improvement of knowledge about QoL determinants and potential predictive role of QoL on disability

Environmental air pollution is one risk factor associated with the onset and progression of multiple sclerosis (MS). In this project, we investigated the effects of ubiquitous traffic-generated pollutants, namely a mixture of gasoline and diesel vehicle exhaust (MVE), on signaling pathways associated with the pathophysiology of MS in the central nervous system (CNS) of either ovary intact (ov+) or ovariectomized (ov-) female Apolipoprotein (Apo) E-/-. Specifically, we investigated whether a subchronic inhalation exposure to MVE (200 PM μg/m3; 6 hr/d, 7d/wk, 30d) vs. filtered air (FA) controls altered myelination, T cell infiltration, blood-brain barrier (BBB) integrity, or production of reactive oxygen species (ROS) and expression of neuroinflammation markers in the CNS ov+ and ov- Apo E-/- mice. Our results revealed that inhalation exposure to MVE resulted in increased demyelination and CD4+ and CD8+ T cell infiltration, associated with alterations in BBB integrity. Disruption of the BBB was evidenced by decreased tight junction (TJ) protein expression, increased matrix metalloproteinase (MMPs) activity, and increased permeability of immunoglobin (Ig) G, which were more pronounced in the MVE ov- group. Moreover, MVE-exposure also promoted ROS and neuroinflammatory signaling in the CNS of ov+ and ov- mice, compared to FA groups. To analyze mechanisms that may contribute to MVE-exposure mediated inflammatory signaling in the CNS, we examined the NF-κB signaling pathway components, namely IKK subunits, IKKα, and IKKβ, as well as RelA. MVE -exposure did not alter the expression of either IKKα and IKKβ or RelA. However, increased expression of IKKα and IKKβ mRNA was observed in both FA ov- and MVE ov- groups, indicating female sex steroid hormone signaling involvement. Investigation of hormone receptors expression revealed a reduction in cerebral ERα mRNA expression, compared to ov+ mice; however, MVE-exposure resulted in an even further decrease in expression of ERα mRNA, while ERβ and PRO A/B transcript expressions were unchanged across groups. Collectively, these study findings revealed that subchronic inhalation exposure to MVE mediates alterations in ER expression in the CNS of ApoE-/- female mice, associated with altered cerebrovascular integrity and increased ROS production and inflammatory signaling. These detrimental outcomes in the CNS, resulting from MVE-exposure, are further associated with increased CD4+/CD8+ infiltration and local demyelination in the CNS of female ApoE-/-mice, which are hallmarks of MS. Such findings suggest that exposure to ubiquitous traffic-generated air pollutants may contribute to pathologies that exacerbate demyelinating diseases in the CNS of females.

La Sclérose en Plaques (SEP) est la plus fréquente des maladies neurologiques acquises conduisant à un handicap chez l’adulte jeune. Le repérage précoce des patients susceptibles d’évoluer vers un handicap est un enjeu majeur afin de proposer un traitement adapté. Dans ce domaine, l’imagerie par résonnance magnétique (IRM) a complètement modifié la prise en charge des patients. Dans cette thèse, deux pistes sont explorées en vue d’améliorer le caractère pronostique de l’imagerie réalisée en début de maladie. Une première partie est consacrée aux apports potentiels de l’imagerie médullaire. Une deuxième partie s’intéresse à l’imagerie spécifique de l’inflammation par USPIO. La première partie de cette thèse correspond à un projet longitudinal et multicentrique intitulé EMISEP. Il vise à mesurer l’atteinte tissulaire médullaire en IRM conventionnelle et quantitative chez les patients atteints de SEP rémittente débutante, puis à étudier son lien avec le handicap ambulatoire à 5 ans. Aucune donnée n’était disponible concernant la variabilité en multicentrique des métriques issues de l’IRM médullaire quantitative. Notre première étude est donc consacrée à l’évaluation de la variabilité de la mesure du ratio de transfert d’aimantation (MTR) médullaire chez les sujets sains. Nous avons montré que la variabilité globale de la mesure du MTR médullaire était modérée avec un coefficient de variation de l’ordre de 3 %. Dans une deuxième étude, nous avons analysé les mesures de MTR initiales chez les patients SEP rémittents, comparativement à une population contrôle, afin de détecter une atteinte médullaire précoce. Nous avons mis en évidence une diminution significative des valeurs de MTR chez les patients comparés aux contrôles, mesurable dans la moelle épinière d’apparence normale et plus marquée proche de son centre et de sa périphérie. Puis nous avons réalisé une troisième étude centrée sur les voies motrices, particulièrement fonctionnelles. Nous avons quantifié spécifiquement l’atteinte du tractus cortico-spinal encéphalique et médullaire en IRM et évalué ses conséquences fonctionnelles cliniquement et en électrophysiologie. Nous avons montré que cette atteinte est fréquente, d’étendue très variable selon les patients, et qu’elle prédomine sur le segment médullaire des voies motrices. La sévérité de l’atteinte focale mesurée en imagerie en début de la maladie est déjà corrélée à ses conséquences cliniques et électrophysiologiques. Enfin, l’étude longitudinale, permettant d’évaluer le caractère pronostique de l’atteinte médullaire focale et diffuse précoce est en cours. La deuxième partie de cette thèse correspond à une autre étude longitudinale intitulée USPIO-CIS. Ses objectifs étaient d’étudier les prises de contraste USPIO comparativement au gadolinium dans une population de patients ayant un syndrome cliniquement isolé et d’évaluer leur rôle pronostique à moyen terme (3 ans). Nous avons montré que les prises de contraste USPIO sont rarement visualisées comparativement aux prises de contraste après injection de gadolinium dans cette population, mais sont associées à une déstructuration tissulaire initiale majeure, qui diminue progressivement au cours de la première année. Elle reste cependant plus marquée dans les lésions initialement USPIO positives comparées aux lésions seulement positives pour le gadolinium à 3 ans. En conclusion, nos travaux ont montré que l’atteinte médullaire est précoce chez les patients ayant une SEP rémittente, de sévérité variable selon les patients et intéresse notamment des zones très fonctionnelles comme les voies motrices. Son rôle pronostique, prometteur, est en cours d’évaluation. L’imagerie spécifique de l’inflammation par USPIO permet quant à elle d’expliquer les différents degrés de sévérité des lésions focales à moyen terme, mais les risques liés à son utilisation chez l’homme compromettent son potentiel comme outil pronostique en routine clinique. / Multiple Sclerosis (MS) is the most frequent acquired neurological disease leading to disability in young adults. In clinical practice, the identification of patients at risk of disability is a major issue, in order to adapt the treatment. Thus, prognostic factors are needed from the diagnosis and the very first years of the disease. In this area, MRI potentially has a crucial role. Two main avenue will be investigated in this work. The first part will be dedicated to spinal cord quantitative MRI and the second part to inflammation imaging using ultra-small paramagnetic iron oxides (USPIO). The first part of this work is a longitudinal, multicenter project called EMISEP. Its objectives are to quantify the structural damage of the spinal cord in early relapsing remitting MS patients, and to describe the link between spinal cord damage and walking disability at 5 years. In a first study, we assess the multicenter variability of magnetization transfer ratio (MTR) measurements in the spinal cord of healthy controls, before investigating this metric in MS patient. We demonstrate that the overall variability of the MTR measurements is low, with a coefficient of variation of 2.9%. The between-session variability represents the major part of the overall variability, compared to between-scanner variability. These results pave the way for multicenter analyses in MS patients. In a second study, we analyze MTR measurement in the spinal cord of early relapsing-remitting MS compared to controls. The MTR values are significantly lower in patients than controls, even after excluding lesions. We observe a greater mean reduction in MTR for vertebral levels displaying the highest lesion loads (C2-C4) and at the spinal cord periphery and barycentre. A third study focuses on the motor tracts. We specifically evaluate the cortico-spinal tracts damage in it brain and spinal cord portion and the functional consequences from the electrophysiological and the clinical point of view. The focal damage on CSTs is very frequent in our cohort of early RRMS patients. The spinal cord portion of the CSTs is the most affected by lesions, with a substantial variability between patients. We already find significant associations between the lesion volume fraction in the CSTs and clinical and electrophysiological motor tracts related abnormalities. Finally, longitudinal studies are ongoing to evaluate the prognostic value of initial spinal cord and cortico-spinal tract damage on subsequent ambulatory disability 5 years later. The second part of this work is another longitudinal study called USPIO-CIS. Its objectives are to describe the USPIO enhancement compared to gadolinium enhancement in a population of clinically isolated syndrome patients and to study their 3-years prognostic value. We demonstrate that USPIO enhancements are rare compared to gadolinium enhancement, and transient. USPIO positive lesions are associated with greater damage than gadolinium positive only lesions at baseline and throughout the 3-year follow up. In conclusion, our work demonstrates that spinal cord involvement is measurable using quantitative MRI in early relapsing remitting MS, even in a multicenter context. This early spinal cord damage is highly variable among patients, and is present in very functional tracts such as the cortico-spinal tracts. The prognostic value of this early damage is promising and will be evaluated in ongoing longitudinal studies. Inflammation imaging using USPIO is promising to explain the various degree of MS lesion severity. However, the risks associated with USPIO compromise it used as a prognostic tool in clinical routine.

L'inhibition du protéasome a un effet anti-inflammatoire en bloquant l'activation de NF-êB. Dans ce travail, nous avons étudié cette propriété anti-inflammatoire dans deux modèles animaux de maladies neurologiques: la sclérose en plaques et l'AVC. Nous avons utilisé le ritonavir, un antiprotéase du VIH et qui a des effets de modulation sur le protéasome. Ainsi l'administration du ritonavir a permis d'inhiber l'EAE modèle animal de SEP. D'autre part, un effet anti-ischémique cérébral a été obtenu ches les animaux ayant subi une occlusion de l'artère cérébrale moyenne, modèle animal d'AVC. Ces effets neuroprotecteurs ont été corrélés à une inhibition de la réponse inflammatoire chez les animaux traités. Ces résultats ouvrent des nouvelles perspectives thérapeutiques dans les maladies inflammatoires basées sur la modulation du protéasome / The inhibition of the proteasome has an anti-inflammatory effect by blocking the activation of NF-êB. In this work, we studied this anti-inflammatory property in two animal models of neurological diseases: the multiple sclerosis and stroke. We used the ritonavir, an antiprotease of the HIV and which has effects of modulation on the proteasome. So the administration of the ritonavir allowed to inhibit the animal model EAE of MS. On the other hand, an anti-ischemic effect was obtained in animal model of stroke. These neuroprotective effects were correlated with an inhibition of the inflammatory response. These results open new therapeutic perspectives in the inflammatory diseases based on the modulation of the proteasome.

Dans cette thèse, nous avons proposé deux modèles multi-compartiments en IRM de relaxométrie T2 (MCT2) fournissant des informations sur la microstructure des tissus cérébraux. Trois compartiments de relaxométrie T2 ont été considérés dans chaque voxel représentant des tissus avec des temps de relaxation T2 courts, T2 moyens et T2 élevés. La complexité associée à l'estimation des paramètres de tels modèles paramétriques a ensuite été explorée. Le premier modèle MCT2 que nous avons proposé a estimé la représentation fractionnelle de compartiments T2 prédéfinis. Dans le second modèle, les représentations fractionnaires et le paramètre de relaxation moyenne ont été estimés pour le compartiment T2 moyen. Dans les deux modèles, le choix de l'approche était justifié par une analyse de la fonction de coût et un cadre d’estimation a été proposé. Le modèle MCT2 a été utilisé pour deux applications. Dans la première application, l’évolution des biomarqueurs de MCT2 a été étudiée dans les lésions de sclérose en plaques (SEP) présentant une prise de contraste gadolinium (Gd) ou non chez 10 patients présentant un syndrome cliniquement isolé. La seconde application a démontré le potentiel de combinaison des biomarqueurs MCT2 avec les informations de microstructure dérivées de l'IRM de diffusion pour identifier les régions présentant une prise de contraste Gd dans les lésions de SEP. Les résultats montrent que les biomarqueurs MCT2 proposés peuvent constituer des outils efficaces pour étudier l’état et l’évolution de la microstructure tissulaire dans le cerveau. La combinaison des biomarqueurs MCT2 avec les informations de microstructure dMRI nous a permis de progresser vers la résolution d’un problème critique et délicat consistant à limiter l'utilisation de gadolinium dans la détection de régions de lésion améliorantes dans les lésions de SEP. / In this thesis, we propose two multi-compartment T2 relaxometry (MCT2) models which provide information on brain tissue microstructure. Three T2 relaxometry compartments were considered in each voxel representing tissues with short T2, medium T2 and high T2 relaxation times. The complexity associated with the estimation of the parameters for such parametric models has then been explored. The first MCT2 model we propose computes the fractional representation of pre-defined T2 pools. In the next MCT2 model the fractional representations as well as T2 pool parameter were estimated for the medium T2 compartment. For both models the choice of approach was justified using a cost function analysis and a dedicated estimation framework was proposed.Our MCT2 model was used for two applications. In the first application the evolution of MCT2 biomarkers was studied in gadolinium (Gd) enhancing and nonenhancing regions of multiple sclerosis (MS) lesions in 10 patients with clinically isolated syndrome. The potential of combining the MCT2 biomarkers with diffusion MRI (dMRI) derived microstructure information to identify Gd enhancing regions in MS lesions was then demonstrated in the second application. The results show that the proposed MCT2 biomarkers can be effective tools to study the condition and evolution of tissue microstructures in the brain. Combining the MCT2 biomarkers with dMRI microstructure information enabled us to address a critical and challenging problem of limiting the use of gadolinium usage in detecting enhancing lesion regions in MS patients.