Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Les enjeux suscités par l'augmentation de la prévalence de la maladie d'Alzheimer et de ses répercussions ne sont plus à négliger. Aucune guérison n'est actuellement envisageable pour cette maladie. La recherche de moyens préventifs génère de nouvelles pistes de solution. Plusieurs études observationnelles suggèrent que la consommation régulière d'anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS) offre une protection contre le développement de la maladie. Le présent travail a été réalisé à partir des données des trois phases de l'Étude sur la santé et le vieillissement au Canada. L'objectif principal a permis d'évaluer le lien entre l'exposition aux AINS pour la cohorte de sujets cognitivement normaux à l'évaluation initiale et l'incidence de troubles cognitifs sans démence, de maladie d'Alzheimer ou de démence au suivi. Les résultats révèlent une relation inverse entre les variables à l'étude, et viennent appuyer l'hypothèse de l'efficacité des AINS en prévention primaire de la maladie d'Alzheimer et des atteintes cognitives.

La maladie d'Alzheimer (MA) est la maladie neurodégénérative complexe et multifactorielle la plus fréquente des démences des personnes âgées. Elle engendre des dérégulations du système immunitaire inné, provoquant une dégénérescence de l'environnement cérébral et des troubles cognitifs majeurs, tels que des changements de personnalité, de l'apathie et des problèmes de langage. Cette maladie est due, entre autres, à l'accumulation d'un peptide neurotoxique l'amyloïde bêta (Aβ) dans le parenchyme, et particulièrement dans les vaisseaux sanguins du cerveau. La protéine Aβ s'accumule au cours du temps en forme neurotoxique dû à des facteurs génétiques et environnementaux, formant ainsi des dépôts amyloïdes. Depuis quelques années, des études portant sur de nouvelles voies thérapeutiques ont été investiguées, en vue de retarder les symptômes voire potentiellement de guérir la maladie d'Alzheimer. Parmi elles, la modulation des cellules immunitaires innées est d'un grand intérêt, car elle offre un nouvel voie thérapeutique sécuritaire et efficace aux patients. Cette modulation est principalement périphérique, grâce à la conversion populationnelle monocytaire en un phénotype thérapeutique d'intérêt. Les expériences et résultats présentés dans ce mémoire de maîtrise ont pour but de caractériser les différences sexuelles de la voie thérapeutique du muramyl-dipeptide (MDP) dans la conversion monocytaire ciblant la MA. Différentes études ont indiqué le fort pouvoir immunomodulateur du MDP passé par le récepteur NOD2. Pour la caractérisation sur les souris APP[indice swe]/PS1, nous avons administré le MDP sur des souris de 3 à 6 mois pour évaluer le pouvoir thérapeutique préventif contre la formation des plaques d'Aβ. Ainsi nous avons caractérisé davantage les modifications engendrer par le MDP sur les populations monocytaire sur des souris de type sauvage, et NOD2[exposant -/-]. Dans un second temps, sur les souris Alzheimer, l'administration de MDP a permis de retarder l'apparition des symptômes de la MA chez les deux sexes, avec une diminution de la charge d'amyloïde bêta, une conservation des facultés cognitives, de l'intégrité de la barrière hématoencéphalique (BHE), de la membrane basale (BM), avec un système de clairance stimulé pour une élimination périphérique adéquate. Cependant, les souris femelles démontrent des résultats différents. L'ensemble de ces données démontre que le MDP peut être utilisé comme moyen d'immunomodulation préventif capable de retarder les symptômes de la MA avant que celles-ci ne se développent. / Alzheimer's disease (AD) is the most common complex and multifactorial neurodegenerative disease in our society. It causes dysregulation of the innate immune system, resulting in degeneration of the brain environment and major cognitive problems, such as personality changes, apathy and language problems. This pathology is due, among other things, to the accumulation of a neurotoxic peptide, amyloid beta (Aβ), in the parenchyma and particularly in the blood vessels of the brain. In recent years, new therapeutic avenues have been investigated to delay symptoms and potentially cure Alzheimer's. Among them, the modulation of innate immune cells is of great interest because it offers a new hope to patients. This modulation is mainly peripheral through monocyte population conversion to a therapeutic phenotype of interest. The experiments and results presented in this master thesis aim to characterize the sex differences of the muramyl dipeptide (MDP) therapeutic pathway in AD-targeted monocyte conversion. Different studies have indicated the strong immunomodulatory power of MDP passed through the NOD2 receptor. We used the APP[subscript swe]/PS1 transgenic model mimicking the genetic form of Alzheimer's disease. For the characterization on APP[subscript swe]/PS1 mice, we administered MDP on these mice from 3 to 6 months to evaluate the preventive therapeutic effect against Aβ plaque formation. Thus, we have further characterized the changes caused by MDP on monocyte populations in healthy and NOD2[superscript -/-] mice. First, we were able to determine that the dose necessary to allow maximal monocyte conversion was 10mg/kg and that the administration named induction/priming (1 injection per day for 3 days) was necessary to start the monocyte stimulation and it is maintained at more than 5 days post-induction. In a second step, in Alzheimer mice, the administration of MDP delayed the onset of AD symptoms in both sexes, with a decrease in beta amyloid load, preservation of cognitive faculties, integrity of the blood-brain barrier (BBB), basal membrane (BM), an increase in phagocytosis and brain anti-inflammatory markers with a stimulated clearance system for an adequate peripheral elimination. However, female mice only showed a delay in AD symptoms, improved cognition, and BBB.

La maladie d'Alzheimer (MA) et l'angiopathie amyloïde cérébrale (AAC) sont les deux formes les plus courantes de démence liée à l'âge qui partagent de nombreuses caractéristiques moléculaires, notamment l'accumulation de bêta-amyloïde (Aβ) dans les parois des vaisseaux sanguins cérébraux. Les cellules du système immunitaire inné, telles que les monocytes patrouilleurs, sont capables de surveiller les vaisseaux sanguins cérébraux et de phagocyter la bêta-amyloïde vasculaire ainsi que d'autres substances. Les monocytes patrouilleurs sont devenus une cible thérapeutique dans la MA, et leur phagocytose de l'Aβ permettrait une redistribution à l'équilibre entre le parenchyme et les espaces périvasculaires et vasculaires, ce qui réduirait ensuite la charge dans le parenchyme. Des recherches antérieures ont démontré que les monocytes peuvent être convertis du phénotype inflammatoire au phénotype de patrouille en utilisant la liaison du MDP à NOD2 (Lessard et al., 2017). Nous émettons l'hypothèse que le développement d'analogues de la MDP ayant des effets immunomodulateurs similaires à ceux de la MDP pourrait conduire à un médicament préventif dans la MA. Nous avons utilisé les lignées cellulaires HEK-Blue NOD2 et HEK-Blue TLR2 pour détecter les analogues qui se lient à NOD2. Nous avons également utilisé le test MTS sur des PBMC et des cellules HepG2 pour évaluer la viabilité cellulaire et la cytométrie perlée pour caractériser les cytokines et les interférons libérés par les cellules exposées aux analogues du MDP. Nous avons effectué des tests de phagocytose pour évaluer si les analogues du MDP modifiaient le taux de phagocytose par les monocytes. De plus, nous avons effectué des tests in vivo sur des souris WT pour évaluer si les analogues de la MDP pouvaient provoquer des changements phénotypiques dans les monocytes et si ces changements phénotypiques se produisaient chez les souris NOD2 KO. Les analogues de la MDP ont le potentiel de devenir un médicament préventif de la MA en augmentant la phagocytose de l'Aβ et en diminuant l'Aβ vasculaire. D'autres recherches sont nécessaires pour mieux comprendre le rôle exact des monocytes patrouillant dans la MA.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La maladie de Parkinson (MP) se caractérise par une vulnérabilité sélective des cellules nerveuses, associée à la présence dans le cerveau d'agrégats de protéines mal repliées. Ces inclusions appelées corps de Lewy (CL) ont comme composant majoritaire une protéine appelée alpha-synucléine (α-syn). Pendant la dernière décennie, plusieurs études ont démontré que l'α-syn joue un rôle central dans l'initiation de la MP. Cependant, l'impact de ces agrégats sur l'homéostasie neuronale menant à la neurodégénérescence reste encore méconnu, en partie causé par l'absence d'outils appropriés. Dans ce but, notre équipe a créé une technologie novatrice qui nous permettra d'obtenir une meilleure compréhension des mécanismes conduisant à la formation de ces souches pathologiques. Cet outil basé sur l'optobiologie permet de contrôler l'agrégation de l'α-syn sous le contrôle de la lumière (le système LIPA : Light-Inducible Protein Aggregation). Notre système a permis d'induire la formation d'inclusions stables d'α-syn avec un contrôle spatial et temporel dans des cellules vivantes. Conduisant pour la première fois, à la formation in vivo d'inclusions mimant plusieurs des caractéristiques biochimiques et neuropathologiques des corps de Lewy. In vivo, les agrégats LIPA-α-syn ont compromis la transmission nigrostriatale, induit une perte neuronale dopaminergique et une altération du comportement de type parkinsonien. Ce système constitue un outil novateur permettant de générer, visualiser et disséquer le rôle de ces agrégats protéiques dans la MP et éventuellement d'autres troubles neurodégénératifs. Ce projet de thèse consiste en la création de nouveaux modèles cellulaires et animaux de la formation des CL afin obtenir de précieuses informations sur le processus d'agrégation et de propagation de l'α-syn et leur rôle dans la pathogenèse de la MP : cette compréhension permettra de développer de nouveaux traitements curatifs efficaces dans cette maladie. / Parkinson's disease (PD) is characterized by a selective vulnerability of nerve cells associated with the presence of aggregates of misfolded proteins in the brain. These inclusions called Lewy bodies (LBs) have as a major component a protein called alpha-synuclein (α-syn). During the last decade, several studies have demonstrated that α-syn plays a central role in the pathogenesis of PD. However, the impact of these aggregates on neuronal homeostasis leading to neurodegeneration remains poorly understood, partly caused by the lack of appropriate tools. To this end, our team has created a novel technology that will allow us to gain a better understanding of the mechanisms leading to the formation of these pathological strains. This tool based on optobiology allows to control the aggregation of α-syn under the control of light (the LIPA system: Light-Inducible Protein Aggregation). Our system allowed to induce the formation of stable α-syn inclusions with spatial and temporal control in living cells. Leading for the first time, to the in vivo formation of inclusions mimicking many of the biochemical and neuropathological features of Lewy bodies. In vivo, LIPA-α-syn aggregates compromised nigrostriatal transmission, induced dopaminergic neuronal loss and altered PD-like behavior. This system provides a novel tool to generate, visualize and dissect the role of these protein aggregates in PD and possibly other neurodegenerative disorders. This thesis project consists in the creation of new cellular and animal models of LBs formation in order to obtain valuable information on the aggregation and propagation process of α-syn and their role in the pathogenesis of PD: This understanding will allow the development of new effective curative treatments in this disease.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Les récepteurs du glutamate sont impliqués dans les maladies neurodégénératives telles que le dommage cérébral caractéristique des maladies de Huntington, Alzheimer et Parkinson, en plus d'être associés à l'ischémie, aux traumatismes crâniens, à l'encéphalopathie liée au SIDA et à l'épilepsie. Ils sont donc importants dans les mécanismes du système nerveux central et son bon fonctionnement. Parmi les récepteurs du glutamate, on retrouve le récepteur kaïnate. Ce mémoire présente une nouvelle approche synthétique des kaïnoïdes et la synthèse de trois nouveaux analogues des kaïnoïdes à partir de la trans-4-hydroxyproline. Les étapes comprennent la protection du carbonyle et de l'amine, l'oxydation de l'alcool, l'alkylation régiospécifique de la cétone en position 3, la formation d'un énol triflique, le couplage à un acide arylboronique et enfin la déprotection pour obtenir les acides (2S)-A-arylkaïniques. Les trois kaïnoïdes générés varient par le groupement aryle qui est soit le phényle, le 2-méthoxyphényle ou le 2-naphtyle.

Titre de l'écran-titre (visionné le 31 juillet 2023) / Ce mémoire s'intéresse aux pratiques et aux connaissances scientifiques qui rendent possible la mise en place de modèles de savoir du risque pour la maladie d'Alzheimer. Plus précisément, en combinant la littérature scientifique sur le trouble d'Alzheimer et des entretiens avec des chercheurs de différents domaines de recherche au Québec, je cherche à expliquer comment différentes connaissances et différentes pratiques scientifiques contribuent à former des savoirs du risque pour la maladie d'Alzheimer. Dans un deuxième temps, je m'intéresse à l'influence de ces savoirs du risque sur les savoirs préventifs liés à la maladie. En somme, cette étude vise à expliquer la construction des savoirs du risque pour la maladie d'Alzheimer afin de l'enraciner dans un savoir préventif de la maladie. / This research looks into the scientific productions on Alzheimer's Disease. To do so, I combined scientific literature and interviews with researchers in varying fields of expertise in the province of Quebec. I aim to understand how practices and scientific knowledge contribute to create a specific understanding of disease's risks. Moreover, I paid particular attention to the influence knowledge of risk has on the preventive measures for the Alzheimer's Disease. In conclusion, this thesis aimed to provide insight into how the scientific context of Alzheimer's Disease produced specific knowledge of risk.

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

La maladie de Parkinson (MP) se manifeste par des symptômes moteurs et non moteurs, notamment de la constipation. Son principal facteur de risque est l'âge avancé, laissant penser qu'un phénomène d'*inflammaging*, un processus inflammatoire associé à l'âge, jouerait un rôle dans son étiopathogenèse. La maladie se caractérise par la dégénérescence des neurones dopaminergiques de la voie nigro-striée et la formation d'inclusions neuronales d'alpha-synucléine (α-syn). L'hypothèse de Braak propose que la MP commence dans l'intestin et se propage au cerveau *via* le nerf vague. Ainsi, une compréhension approfondie de la neurodégénérescence et de l'inflammation périphériques pourrait offrir des perspectives nouvelles sur l'origine et la progression de la MP du système nerveux entérique (SNE) vers le système nerveux central (SNC), et d'ouvrir la voie à des traitements prophylactiques. Le disaccharide tréhalose a montré des propriétés neuroprotectrices, mais son mécanisme d'action reste mal compris, notamment parce que les vertébrés ne synthétisent ni ne transportent le tréhalose de manière endogène, ce qui suggère un effet indirect. Cette thèse vise à étudier l'impact du vieillissement dans le développement de la MP et de mettre en évidence les mécanismes neuroprotecteurs du tréhalose. Dans le 1ᵉʳ volet de cette thèse, j'ai étudié l'effet du vieillissement sur la neurodégénérescence et l'inflammation du SNE et du SNC chez des souris âgées de 2 mois à 1 an traitées avec la neurotoxine MPTP. Les résultats montrent un effet dépendant de l'âge du MPTP sur la voie nigro-striée et le SNE, suggérant une sensibilité différente des souris au MPTP selon leur âge. J'ai également observé de l'*inflammaging* au niveau entérique et central, ainsi qu'une neurodégénérescence liée à l'âge dans le SNE, qui ressemblent à l'inflammation et à la neurodégénérescence dopaminergique induites par le MPTP. Les dysfonctionnements précoces du système immunitaire entérique, en cohérence avec l'hypothèse de Braak, ainsi que les similitudes entre la MP et la sénescence, soulignent l'importance d'intégrer l'effet de l'âge dans l'étude de la MP, notamment dans sa phase prodromique. Dans le 2ᵉ volet, j'ai exploré les propriétés neuroprotectrices du tréhalose et ses mécanismes d'action au niveau entérique et central dans un modèle murin de synucléinopathie PrP-A53T, qui présentent des agrégats d'α-syn phosphorylée à la sérine 129 dans la voie nigro-striée. J'ai montré que la consommation alimentaire de tréhalose prévient la neurodégénérescence de la voie nigro-striée et du plexus myentérique induite par la synucléinopathie. J'ai ensuite observé une modulation du microbiote intestinal par le tréhalose, en particulier par l'augmentation de la population de *Lachnospiraceae*, mais aussi en influençant la diversité microbienne. L'effet du tréhalose pourrait également être médié par la sécrétion de l'incrétine GLP-1. Les fonctions multiples du GLP-1 dans la régulation du glucose et de l'insuline, la motilité intestinale et ses propriétés neuroprotectrices soulignent son rôle potentiel dans le mécanisme d'action neuroprotecteur du tréhalose. Les résultats de cette thèse soulignent l'intérêt d'incorporer la facteur vieillissement dans l'étude du SNE et du SNC dans le contexte de la MP. Ils soulignent aussi le potentiel thérapeutique nutraceutique du tréhalose et ouvrent la voie à des études plus approfondies sur ses mécanismes d'action indirects. / Parkinson's disease (PD) manifests through both motor and non-motor symptoms, including constipation. The primary risk factor for PD is advanced age, suggesting that an inflammaging phenomenon, an age-related inflammatory process, may play a role in its pathogenesis. The disease is characterized by the degeneration of dopaminergic neurons in the nigrostriatal pathway and the formation of neuronal inclusions composed of alpha-synuclein (α-syn). Braak's hypothesis posits that PD begins in the gut and propagates to the brain *via* the vagus nerve. Therefore, a deeper understanding of peripheral neurodegeneration and inflammation could provide new insights into the origin and progression of PD from the enteric nervous system (ENS) to the central nervous system (CNS), potentially paving the way for prophylactic treatments, given that current therapies are only symptomatic. The disaccharide trehalose has shown neuroprotective properties, but its mechanism of action remains poorly understood, particularly since vertebrates neither synthesize nor transport trehalose endogenously, suggesting an indirect effect. This thesis aims to investigate the impact of aging on PD development and to elucidate the neuroprotective mechanisms of trehalose. In the first part of this thesis, I studied the effects of aging on neurodegeneration and inflammation in the ENS and CNS in mice aged 2 months to 1 year treated with the neurotoxin MPTP. The results demonstrate an age-dependent effect of MPTP on the nigrostriatal pathway and ENS, suggesting different sensitivities to MPTP based on the mice's age. I also observed inflammaging in both the enteric and central nervous systems, as well as age-related neurodegeneration in the ENS, which resemble the MPTP-induced dopaminergic inflammation and neurodegeneration. Early dysfunctions of the enteric immune system, consistent with Braak's hypothesis, and the similarities between PD and senescence highlight the importance of integrating the effect of aging into the study of PD, particularly in its prodromal phase. In the second part, I explored the neuroprotective properties of trehalose and its mechanisms of action in the ENS and CNS using the PrP-A53T synucleinopathy mouse model, which exhibits aggregates of phosphorylated-α-syn at serine 129 in the nigrostriatal pathway. I demonstrated that dietary intake of trehalose prevents synucleinopathy-induced neurodegeneration in the nigrostriatal pathway and the myenteric plexus. I then observed that trehalose modulates the gut microbiota, particularly by increasing the *Lachnospiraceae* population and influencing microbial diversity. Trehalose's effects may also be mediated by the secretion of the incretin GLP-1. GLP-1's multiple roles in glucose metabolism, insulin regulation, gut motility, and neuroprotection underscore its potential involvement in trehalose's neuroprotective mechanism of action. The findings of this thesis highlight the importance of incorporating the aging factor in the study of the ENS and CNS in the context of PD. They also underscore the therapeutic nutraceutical potential of trehalose and pave the way for further studies into its indirect mechanisms of action.

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

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