La maladie d’Alzheimer est la forme de démence la plus répandue dans le monde. Il existe de nombreux facteurs de risque dont le principal est l’âge mais également le diabète et l’obésité. Les principales affections neuropathologiques de la maladie d’Alzheimer sont l’atrophie cérébrale, les plaques amyloïdes et les dégénérescences neurofibrillaires formées de la protéine tau hyper- et anormalement phosphorylée. Cette altération dans la phosphorylation de tau peut s’expliquer par un déséquilibre entre les kinases et les phosphatases. Une altération du métabolisme du glucose et une résistance à l’insuline sont aussi observées chez les patients atteints de la maladie d’Alzheimer. De plus, une atrophie cérébrale et des dégénérescences neurofibrillaires ont été observées chez des patients souffrant d’obésité et de diabète. Il semble donc qu’il y ait un lien étroit entre la pathologie tau, l’obésité et le diabète. Différentes études ont cherché à déterminer l’impact d’un régime riche en gras sur la pathologie tau mais les résultats sont controversés. Etant donné que l’obésité est un facteur de risque pour la maladie d’Alzheimer, mon hypothèse est qu’un régime riche en gras peut induire une hyperphosphorylation de tau. Cependant nous aimerions voir si l’obésité peut être un facteur de risque sans être accompagnée d’une résistance à l’insuline. En effet, jusqu’à présent, les études montrent principalement le rôle de la résistance à l’insuline comme facteur de risque pour la maladie d’Alzheimer. Mon objectif est donc d’étudier l’impact d’un régime riche en gras sur la protéine tau, dans un modèle de souris sauvages et de souris hTau (un modèle qui exprime la protéine tau humaine sans mutations) et de déterminer les mécanismes impliqués. Après un régime riche en gras, nous n’avons pas observé de modifications significatives de la phosphorylation de tau chez les souris hTau, seulement une augmentation significative chez les mâles sauvages et une diminution significative chez les femelles sauvages. Ces résultats nous poussent à penser que les souris hTau pourraient être résistantes à l’impact d’un régime riche en gras, contrairement aux souris sauvages. / Alzheimer's disease is the most common form of dementia in the world. There are many risk factors, the most important of which are age, but also diabetes and obesity. The main neuropathological disorders of Alzheimer's disease are cerebral atrophy, amyloid plaques and neurofibrillary tangles formed by hyper- and abnormally phosphorylated tau protein. This alteration in the phosphorylation of tau can be explained by an imbalance between the kinases, and the phosphatases. Impaired glucose metabolism and insulin resistance is also observed in brain of patients with Alzheimer’s disease. On the other hand, brain atrophy and neurofibrillary tangles have been observed in patients suffering from obesity and diabetes. It therefore seems that there is a close link between tau pathology, obesity and diabetes. Different studies have sought to determine the impact of a high-fat diet on tau pathology but the results are controversial. Since obesity is a risk factor for Alzheimer's disease, my hypothesis is that a high-fat diet can induce hyperphosphorylation of tau without being accompanied by insulin resistance. However, we would like to see if obesity can be a risk factor without insulin resistance. Indeed, so far, studies have mainly shown the role of insulin resistance as a risk factor for Alzheimer's disease. My goal is to study the impact of a high-fat diet on tau protein, in a model of wild-type mice and hTau mice (a model that expresses human tau protein without mutations) and to determine the mechanisms involved. Following a high-fat diet, we did not observe any significant changes in tau phosphorylation in hTau mice, only a significant increase in wild-type males and a significant decrease in wild-type females. These results lead us to believe that hTau mice appear to be resistant to the impact of a high-fat diet, unlike wild-type mice.

La maladie d’Alzheimer est la forme de démence qui affecte le plus de gens mondialement. Les mécanismes associés à cette maladie neurodégénérative ne sont pas complètement connus et considérant le phénomène de vieillissement de la population, il devient impératif de développer de nouveaux outils de diagnostic et de nouvelles thérapies pour cette pathologie. Il y a de plus en plus de preuves qui associent les déficits cognitifs de l’Alzheimer à un dysfonctionnement de l’équilibre entre l’excitation et l’inhibition de l’hippocampe, mais aussi à un niveau soutenu de neuroinflammation par l’activation exagérée de la microglie. Malgré les nombreuses études sur l’interaction fonctionnelle entre les neurones principaux et la microglie, aucune étude ne s’est concentrée sur l’interaction de la microglie avec les interneurones GABAergiques de l’hippocampe. En utilisant l’immunofluorescence et la microscopie confocale, nous avons étudié l’interaction structurelle de la microglie avec deux sous-types d’interneurones inhibiteurs impliqués dans les processus de la mémoire : les cellules exprimant la somatostatine (SOM+) et celles exprimant la parvalbumine (PV+). Nos résultats ont montré que la quasi-totalité de ces interneurones interagissaient avec la microglie en conditions contrôles et que ce niveau d’interaction était maintenu chez des souris présentant les symptômes de la maladie d’Alzheimer (APP/PS1). Nous avons aussi montré que la microglie interagissait avec tous les domaines structurels des interneurones. Le soma des interneurones était contacté différemment chez les cellules SOM+ et celles PV+ suggérant un contrôle différent selon le type de neurones contacté. La microglie interagissait préférentiellement avec le domaine proximal des dendrites suggérant un rôle de ces contacts dans l’intégration synaptique. Nos résultats n’ont montré aucun changement structurel majeur chez les souris imitant la maladie d’Alzheimer indiquant que les dysfonctionnements observés pendant la maladie seraient causés par des modifications fonctionnelles de ces contacts ou que ces contacts ne sont pas impliqués dans la pathologie. / Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of dementia. The mechanisms associated to this neurodegenerative disease are not completely understood and with the aging population it is now imperative to develop new diagnosis tools and therapies for this pathology. There is growing evidence associating AD cognitive deficits to a dysregulation of the excitation/inhibition balance in the hippocampus, but also to a sustained level of neuroinflammation caused by exaggerated microglia activation. While numerous studies have assessed the functional interaction between principal neurons and microglia, much less is known about the specific interaction between microglia and hippocampal GABAergic interneurons. Using immunofluorescence and confocal microscopy, we studied the structural interaction between microglia and two subtypes of inhibitory interneurons involved in memory processes: somatostatin- (SOM+) and parvalbumin-expressing interneurons (PV+). Our results showed that almost all of these interneurons were interacting with microglia in control conditions and that this high level of interaction was maintained in mice presenting AD symptoms (APP/PS1 mice). We also reported that microglia interacted with every neuronal structural domain. Interneurons somata were contacted differently in each subtype suggesting a different control depending on the type of interneuron contacted. Microglia was preferentially interacting with proximal dendrites suggesting a role of these contacts in synaptic integration. Our results showed no major structural changes in AD mice indicating that the observed functional impairments during AD may be caused by functional modifications in these contacts or that these interactions are not involved in the pathogenesis of AD.

Les personnes atteintes de démence sévère, résidant dans un centre d’hébergement et de soins de longue durée (CHSLD) et approchant la fin de leur vie, ne reçoivent pas systématiquement des soins palliatifs, malgré que ce niveau de soins soit le plus approprié. La plupart de ces personnes reçoivent également un grand nombre de médicaments dont les effets indésirables peuvent contribuer à des souffrances évitables. Une approche axée sur les soins palliatifs serait possiblement associée à une réduction de la charge médicamenteuse et, du même coup, à une prescription plus appropriée. Les objectifs de ce projet de recherche étaient de décrire l’usage des médicaments chez les résidents atteints de démence sévère en CHSLD, de comparer leur usage de médicaments à des critères de pertinence et d’évaluer si la mise en œuvre d'une approche axée sur les soins palliatifs était associée aux médicaments prescrits. Cette étude décrit l’usage des médicaments chez 215 sujets atteints de démence sévère et en fin de vie qui ont participé à une étude d’intervention quasi expérimentale menée dans quatre CHSLD du Québec sur la mise en œuvre d'une approche axée sur les soins palliatifs. L’utilisation des médicaments a été comparée à trois listes de critères pertinents publiés, soit ceux de Holmes, Rancourt et Kröger, en utilisant des statistiques descriptives. Les analyses sur l’usage de 412 médicaments différents chez 120 sujets du groupe expérimental et 95 sujets du groupe témoin ont montré que cette approche axée sur les soins palliatifs n’est pas associée à une prescription plus appropriée des médicaments chez ces personnes particulièrement vulnérables. / Individuals with severe dementia in long-term care facilities (LTCFs) near the end of life do not systematically receive palliative care, although this would be the appropriate care level. Most of these people also receive large numbers of medications, and prescribing for them is often challenging. Implementing a palliative care approach may be an important step towards more appropriate medication use. The objectives of this research project were to describe medication use in LTCF residents with severe dementia, to compare this use to criteria of appropriateness, and to assess whether implementation of a palliative care approach was associated with medication prescribing. This study describes medication use in 215 LTCF residents with severe dementia near the end of life who participated in a quasi-experimental clinical trial on the implementation of a palliative care approach in four LTCFs in Quebec province. Using descriptive statistics, medication use has been compared to three sets of published criteria on appropriateness including those of Holmes, Rancourt and Kröger. Analysis on the use of 412 different medications on 120 subjects in the experimental LTCF and 95 subjects in the control LTCF showed that the palliative care approach was not associated with changes in medication prescribing for these particularly vulnerable individuals.

La maladie d'Alzheimer (MA) a des répercussions importantes sur les individus et la société. Pour limiter l'impact de la maladie, on s'intéresse à l'effet potentiel d'un facteur environnemental omniprésent, les particules fines en suspension (*P M*$_{2,5}$). Bien que certaines études se soit intéressées à la relation entre le polluant et la MA, cette étude se veut la première à estimer l'effet causal des *P M*$_{2,5}$ dans un contexte où les niveaux de pollution sont relativement faibles. Pour estimer l'effet causal du polluant, on a recours à la méthode par variable instrumentale qui adresse le problème d'endogénéité de la pollution. La proximité des individus aux usines polluantes pendant la crise financière de 2008-2009 est utilisée comme choc exogène de la pollution. On trouve que, chez les individus de 65 à 69 ans, l'exposition annuelle moyenne sur 5 ans aux *P M*$_{2,5}$ n'a pas d'effet significatif sur la probabilité de développer la maladie d'Alzheimer.

Introduction : La valeur prédictive de la volumétrie cérébrale par imagerie par résonance magnétique (IRM) pour le pronostic de progression des individus avec trouble cognitif léger amnésique (TCLa) vers la maladie d’Alzheimer est généralement rapportée comme étant hors des barèmes requis pour l’implémentation de tests diagnostiques dans la pratique courante (rapport de vraisemblance positif (LR+) >= 5.0 et négatif (LR-) <= 0.2). Par contre, aucune recherche à ce jour n’a évalué cette valeur prédictive en utilisant une stratégie de stratification prenant en considération leur état cognitif global, comme indice de progression de la maladie. Objectif : Estimer la valeur pronostique de l’IRM chez les TCLa ayant un fonctionnement cognitif global préservé, défini par une cote au Mini-Mental State Examination entre 28 et 30. Méthodes : Une étude de cohorte rétrospective portant sur 147 TCLa avec fonctionnement global préservé a été effectuée à partir de la base de données de l’Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative. Nous avons créé un modèle prédictif pour la progression du TCLa sur un suivi de 36 mois à partir de variables volumétriques en IRM et d’informations cliniques et sociodémographiques accessibles en première ligne. Résultats : Le meilleur modèle inclut le volume de l’hippocampe gauche, l’épaisseur corticale du lobe temporal médian, le volume intracrânien, l’âge et le sexe. L’aire sous la courbe ROC est de 91.1%; l’exactitude de classification est de 81.9%, la sensibilité est de 71.4% et la spécificité est de 85.3% (LR + = 4.9 and LR- = 0.3.) Conclusion : La prédiction obtenue par le modèle pour les sujets avec fonctionnement cognitif préservé est meilleure que celle rapportée par les études précédentes, et atteint le seuil d’utilité clinique.

La maladie d'Alzheimer (MA) est la maladie neurodégénérative la plus courante et la cause prédominante de la démence sénile (caractérisé par une perte de mémoire et de raisonnement) et du déclin cognitif. Elle résulte d'une dégénérescence des neurones et d'une atrophie sévère qui commence dans les lobes temporal, pariétal et frontal et dans le gyrus cingulaire, puis dans des régions sous-corticales telles que l'hippocampe et le noyau de Meynert. Des observations récentes chez les patients atteints de la MA ont fait état d'une activité cérébrale anormale, commune à d'autres troubles neurologiques avant la perte des neurones. L'hyperexcitabilité neuronale se manifeste tôt dans la MA, ce qui entraîne une hyperactivité corticale et hippocampique et parfois même une activité épileptiforme et des crises chez la souris et l'homme. Cependant, les mécanismes sous-jacents à l'hyperexcitabilité dans le cerveau de la maladie d'Alzheimer restent obscurs. Une hypothèse importante suggère que l'accumulation d'amyloïde-β perturbe la signalisation inhibitrice médiée par le GABA[indice A]. Le vieillissement normal est également associé à un déclin des fonctions cognitives, indépendamment de tout trouble neurodégénératif. Les causes du déclin cognitif associé au vieillissement (DCAV) sont multiples, mais le facteur clé est l'équilibre entre l'excitation et l'inhibition synaptiques. Comme dans le cas de la maladie d'Alzheimer, une hyperactivité neuronale dans l'hippocampe, une région du cerveau impliquée dans la formation et la rétention de la mémoire, ou une absence de désactivation du réseau du mode par défaut (DMN) ont été décrites dans les troubles cognitifs associés au vieillissement. Pourtant, dans le cortex préfrontal, une région du cerveau cruciale pour les fonctions exécutives, une réduction manifeste de la ramification dendritique se produit avec le vieillissement, entraînant une diminution de la transmission synaptique excitatrice et une augmentation de l'entrée inhibitrice. Les études présentées dans cette thèse visent à identifier les altérations de la transmission synaptique conduisant aux déficits cognitifs associés à la MA et à l'ARCD mais visent également à dévoiler les mécanismes potentiels sous-jacents à l'hyperactivité neuronale. Dans la MA, les résultats présentés ici montrent une perte de fonction de l'extrudeur de chlorure neuronal KCC2, responsable du maintien de la robustesse de l'inhibition médiée par le GABA[indice A]. La restauration de KCC2 chez les souris porteuses de mutations liées à la maladie d'Alzheimer a permis d'inverser les déficits de mémoire spatiale et les dysfonctionnements sociaux, reliant la dyshoméostasie des chlorures au déclin cognitif lié à la maladie d'Alzheimer. Avec le vieillissement normal, un sous-ensemble de souris a développé des déficits de mémoire non spatiale, un comportement de type anxieux et un dysfonctionnement social. Dans ce sous-ensemble de souris âgées atteintes de troubles cognitifs, les niveaux de protéines synaptiques inhibitrices clés étaient élevés dans le cortex préfrontal médian (CPM). L'activation optogénétique des neurones GABAergiques du CPM a modifié le comportement des jeunes souris et a reproduit certaines des déficiences cognitives observées chez les vieilles souris souffrant de troubles cognitifs. D'autre part, lorsque la stimulation optogénétique a été utilisée pour générer un modèle d'hyperactivité neuronale soutenue et chronique dans l'hippocampe de jeunes souris, les niveaux de protéines synaptiques excitatrices et inhibitrices ont été réduits, ce qui indique une perturbation générale de la transmission synaptique. Enfin, et surtout, lorsque l'on compare les protéines modifiées lors d'une stimulation optogénétique chronique chez des souris de type sauvage à celles modifiées par des mutations et des pathologies dans les modèles de la maladie d'Alzheimer, seules quelques protéines sont exprimées différemment. Ces résultats suggèrent que l'hyperactivité neuronale pourrait contribuer directement à la perturbation de la transmission synaptique et à la neuropathologie liée à la MA. En résumé, le déclin cognitif peut se produire avec une inhibition à la fois exagérée et diminuée. Ces deux voies opposées, la première étant observée dans le déclin cognitif lié à l'âge et la seconde étant typique de la MA, perturbent de manière unique le fonctionnement normal du cerveau, ce qui entraîne à son tour un déclin cognitif. Une appréciation de ces résultats peut avoir des implications pour les interventions thérapeutiques dans les deux conditions. Dans l'ensemble, les travaux présentés dans cette thèse soulignent non seulement la contribution de l'altération de la transmission inhibitrice dans le développement du déclin cognitif dans la MA et le vieillissement, mais décrivent également l'implication de l'hyperactivité neuronale dans la perturbation des synapses et la neurodégénération. / Alzheimer's disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder and the predominant cause of senile dementia (characterized by a loss of memory and reasoning) and cognitive decline. It results from neuron degeneration and severe atrophy initiating from the temporal, parietal and frontal lobe, the cingulate gyrus and the hippocampus following by subcortical regions such as the the nucleus basalis of Meynert. Recent observations have reported an abnormal brain activity in AD patients, common to other neurological disorders prior to the neuron loss. Neuronal hyperexcitability manifests early in AD which leads to cortical and hippocampal hyperactivity and sometimes even epileptiform activity and seizures in mice and humans. However, the mechanisms underlying hyperexcitability in the AD brain remains elusive. A prominent hypothesis suggests that amyloid-β accumulation disrupts GABA[subscript A]-mediated inhibitory signaling. Normal aging is associated also with a decline in cognitive function independently of any neurodegenerative disorder. The causes of aging associated cognitive decline (ASCD) are multifaceted but a key factor is the imbalance between synaptic excitation and inhibition. Similar to AD, neuronal hyperactivity in the hippocampus, a brain region involved in memory formation and retention, or failure of deactivation of the Default Mode Network (DMN) has been described in ASCD. Yet, in the prefrontal cortex, a brain region crucial for executive functions, an overt reduction in the dendritic branching occurs with aging resulting in diminished excitatory synaptic transmission together with an increase in the inhibitory input. The studies presented in this thesis aim to identify alterations in synaptic transmission leading to cognitive deficits associated with AD and ARCD but also aim to unveil potential mechanisms underlying neuronal hyperactivity. In AD, the results presented here show a loss of function of the neuronal chloride extruder KCC2, responsible for maintaining the robustness of GABA[subscript A]-mediated inhibition. Restoring KCC2 in mice carrying AD-linked mutations reversed spatial memory deficits and social dysfunction linking chloride dyshomeostasis with AD-related cognitive decline. With normal aging, a subset of mice developed non-spatial memory impairments, anxiety-like behavior, and social dysfunction. In this subset of cognitively impaired old mice, the levels of key inhibitory synaptic proteins were elevated within the medial prefrontal cortex (mPFC). Activating mPFC GABAergic neurons optogenetically altered the behavior of young mice and mimicked some of the cognitive impairments found in the old, cognitively impaired mice. On the other hand, when optogenetic stimulation was used to generate a model of sustained, chronic neuronal hyperactivity in the hippocampus of young mice, both excitatory and inhibitory synaptic proteins levels were reduced pointing to a general disruption of synaptic transmission. Finally, and more importantly, when we compared the proteins altered upon chronic optogenetic stimulation in wild-type mice to that altered due to mutations and pathology in AD models, only a few proteins where differently expressed. These results suggest that neuronal hyperactivity could contribute directly to the disruption of synaptic transmission and the neuropathology linked to AD. To sum up, cognitive decline can occur with both exaggerated and diminished inhibition. These two opposing paths, with the first seen in age-related cognitive decline, and the second being typical to AD, uniquely disrupt normal brain functioning which in turn leads to cognitive decline. An appreciation of these findings can have implications for therapeutic interventions in the two conditions. Taken together, the work presented in this thesis not only highlights the contribution of altered inhibitory transmission in the development of cognitive decline in AD and aging, but also describes the involvement of neuronal hyperactivity in synapse disruption and neurodegeneration.

La maladie d’Alzheimer est actuellement la forme de démence la plus courante. Les causes, les facteurs de risques ainsi que le(s) mécanisme(s) conduisant à l’apparition des symptômes ne sont pas encore clairement connus. Néanmoins, le rôle central du peptide amyloïde (Aβ) dans le développement de la maladie a été démontré au travers de nombreuses recherches et fait actuellement l’unanimité. L’espèce oligomérique d’Aβ est plus précisément pointée doigt comme l’espèce la plus toxique. La formation des oligomers, au cours du processus d’agrégation, conduit à une population hétérogène en termes de taille et morphologies limitant la compréhension actuelle de leur implication dans le processus pathologique ainsi que dans l’initiation de la maladie. <p>Notre étude structurale minutieuse du processus d’agrégation du peptide Aβ démontre la formation d’agrégats dont le degré d’assemblage augmente au cours du temps. Nous avons montré que les agrégats identifiés comme étant des oligomères adoptent une structure en feuillets β antiparallèles. Tandis que l’interconversion de la structure β d’antiparallèle à parallèle conduit à la formation de fibrilles. Sur base de l’interprétation des spectres infrarouges analysés par corrélation à 2 dimensions, nous suggérons que ce changement de conformation est rendu possible grâce aux modifications des liens hydrogènes. En effet, les liens hydrogènes intramoléculaires qui stabilisent la structure antiparallèle des brins β disparaissent en faveur de liens intermoléculaires conduisant à la formation de feuillets β parallèles. De plus, ce changement de conformation requière la rotation des brins β le long de leur axe respectif. <p>Notre travail a pu mettre en avant le rôle central des oligomères dans la pathologie d’une part par leur rôle d’intermédiaires transitoires nécessaires et obligatoires à la formation des fibrilles mais également par la relation étroite qui existe entre leur structure en feuillets β antiparallèles et leur toxicité cellulaire. La modulation et/ou suppression de cette conformation est requise spécifiquement pour réguler leur toxicité et empêcher le processus de mauvais reploiement du peptide conduisant au développement de la maladie. <p>Enfin, nous avons également apporté de nouvelles informations concernant l’implication des membranes biologiques dans le mécanisme de toxicité des oligomères. Nos résultats démontrent que l’interaction du peptide avec un modèle de la membrane biologique ne conduit pas à la déstabilisation de cette dernière. L’hypothèse suggérant la formation de pores et/ou de canaux ioniques comme mécanisme de cytotoxicité est de facto réfutée par notre travail. Néanmoins, nous suggérons que l’interaction du peptide avec les lipides modifie le processus d’agrégation décrit dans la première partie de notre travail. Elle accélère l’étape de nucléation permettant la formation rapide d’oligomères à la surface de la membrane et accentuant ainsi leur probabilité d’interaction avec les protéines membranaires neuronales telles que les récepteurs de neurotransmetteurs./<p>Aggregation of amyloid-β peptides (Aβ1-40 and Aβ1-42) leads to formation of heterogeneous<p>toxic species, oligomers and fibrils, implicated in Alzheimer’s disease. As oligomers were<p>identified as the most cytotoxic entities, our research did focus on their implications in<p>pathology and the Aβ aggregation process which are currently not fully understood.<p>Using ATR-FTIR spectroscopy, we demonstrated that Aβ oligomers adopt an antiparallel β-<p>sheet structure. β-sheet interconversion from antiparallel to parallel seems to be an important<p>step in the Aβ oligomers-to-fibrils transformation. Furthermore, 2-D correlation analysis of<p>infrared spectra recorded during aggregation showed that Aβ isoforms undergo different β-<p>sheet reorganizations explaining their distinct aggregation kinetics. Aβ1-40 misfolding seems<p>to be related to a greater extent of secondary structure changes (increase of β-sheet structure<p>while α-helices and random coil structures content decrease). On the contrary, the same<p>analysis for Aβ1-42 suggests that a possible β-strand ‘rotation’ triggering inter-H bonding<p>formation and stabilizing fibrils may probably explain the antiparallel to parallel β-sheet<p>conversion.<p>We also provided evidence that cytotoxicity is strongly related to the oligomeric antiparallel<p>β-sheet structure of Aβ. The concomitant absence of antiparallel β-sheet structure due to<p>incubation with whey protein-derived peptide hydrolysate strongly suggests that cytotoxicity<p>and β-sheets organization are related.<p>Formation of β-barrel spanning the lipid membrane has been proposed to explain this Aβ<p>structure-toxicity relationship. In the last part of our work, we demonstrated that the<p>interaction of Aβ1-42 with anionic lipid membranes creates and/or stabilizes specific-size<p>oligomers. These oligomers, especially the dodecamer, are known to be the most toxic.<p>Nevertheless, we could not show that these specific oligomers are implicated in membrane<p>destabilization. Further works are needed to separate and study the individual properties of<p>each oligomer. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Titre de l'écran-titre (visionné le 14 août 2023) / La maladie d'Alzheimer (MA) est la cause la plus commune de démence chez les personnes de 65 ans et plus. Qu'est-ce qui déclenche réellement cette maladie ? La réponse est probablement une interaction dynamique de diverses voies, y compris l'amyloïde-bêta, les protéines tau hyperphosphorylées et les cytokines inflammatoires, modulées par des facteurs de risque tels que la génétique et le sexe. Cependant, tester une telle hypothèse multifactorielle chez l'humain est logistiquement presque impossible. Les modèles mathématiques pourraient résoudre ce problème en offrant un moyen de démêler les relations causales. Dans le cadre de ce mémoire, nous avons construit un modèle mathématique décrivant l'évolution d'un cerveau normal vers un état pathologique. Il est composé de dix-neuf équations différentielles ordinaires utilisant des paramètres issus de la littérature. Nos variables incluent l'amyloïde-bêta, les protéines tau, les neurones, les astrocytes activés, les microglies et macrophages, et certaines cytokines. Nous obtenons des résultats pour ces variables pour le vieillissement entre 30 et 80 ans d'âge. En raison de son importance dans la MA, nous avons séparé l'accumulation d'amyloïde-bêta en plusieurs composantes, soit les monomères intracellulaires et extracellulaires, les oligomères et les plaques. L'effet du sexe et la présence de l'allèle APOE4 ont été pris en compte via des paramètres sélectionnés. Le modèle est également sensible à l'insuline, étant donné que le diabète est un facteur de risque bien connu de la MA. Notre modèle relie avec succès la plupart des variables par rapport à l'âge. Nous présentons aussi deux variations du modèle, soit sans la variation de la concentration d'insuline, ou avec une diminution du taux d'activation des microglies. Les résultats obtenus sont cohérents avec les observations expérimentales. Malgré cela, notre modèle est encore sujet à plusieurs améliorations et une validation avec des données expérimentales est à faire. / Alzheimer's disease (AD) is the most common cause of dementia in people aged 65 and over. What actually triggers this disease? The solution is likely a dynamic interplay of various pathways, including amyloid-beta, hyperphosphorylated tau proteins, and inflammatory cytokines, modulated by risk factors such as genetics and gender. However, testing such a multifactorial hypothesis is logistically almost impossible to achieve in humans in practice. Mathematical models could solve this problem by offering a way to untangle causal relationships. As part of this thesis, we have built a mathematical model presenting the evolution of a normal brain towards a pathological state. It is composed of nineteen ordinary differential equations using parameters taken from the literature. Our variables include amyloid-beta, tau proteins, neurons, activated astrocytes, microglia and macrophages, and some cytokines. We obtain results for these variables for aging between 30 and 80 years of age. Because of its importance in AD, we have separated amyloid-beta accumulation into several components, namely intracellular and extracellular monomers, oligomers and plaques. The effect of sex and the presence of the APOE4 allele were taken into account via selected parameters. The model is also insulin sensitive, as diabetes is a well-known risk factor for AD. Our model successfully links most of the variables with age. We also present two variations of the model, either without the variation in insulin concentration, or with a decrease in the rate of activation of microglia. The results obtained are consistent with the experimental observations. Despite this, our model is still subject to several improvements and a validation with experimental data is to be done.

L'acétylcholinestérase est une enzyme très rapide, essentielle à la neurotransmission cholinergique. Elle est la cible de toutes les molécules actuellement utilisées dans le traitement de la maladie d'Alzheimer, et les progrès à venir dans la modulation de son activité réclament une connaissance plus fine de sa structure et de sa dynamique. Dans cette thèse, nous décrivons trois approches expérimentales ayant permis d'obtenir des informations structurales sur la dynamique de l'acétylcholinestérase. Nous rapportons, dans un premier temps, la structure de cette enzyme en complexe avec un putatif médicament anti-Alzheimer de seconde génération. Nous décrivons, par ailleurs, une approche de mise à l'équilibre réactionnel de complexes enzyme/substrat cristallins, grâce à laquelle le trafic des substrats au sein de l'acétylcholinestérase a pu être suivi structuralement. Nous présentons, enfin, le développement d'une stratégie nouvelle en cristallographie cinétique des protéines, basée sur l'utilisation d'un précurseur photosensible du produit de réaction enzymatique, sa photolyse in-crystallo par le biais d'un laser, et l'application subséquente de profils de température adéquats afin de permettre la survenue des mouvements moléculaires nécessaires à l'expulsion des produits de photolyse. Prises conjointement, les différents résultats de cette thèse permettent une description détaillée du trafic des substrats et produits au sein de l'acétylcholinestérase, et fournissent un aperçu structural de son paysage conformationnel.

En accordance avec son haut prévalence dans le monde, parmi tous les cas de démence, la maladie d'Alzheimer (MA) est considérée comme la principal pathologie affectant les personnes plus âgées que 65 ans. Depuis son première description en 1907, de la recherche important et des observations innovants ont été faites concernant des aspects histopathologiques et moléculaires la neurodégénération associée à la maladie. Cependant, les mécanismes moléculaires de la pathogenèse et de la progression de la MA restent toujours partiellement compris. Outre, des stratégies thérapeutiques efficaces soit pour la prévention, soit pour l'arrêt de la progression de la maladie ne sont pas encore développées. Il semble donc crucial le développement de la recherche dans des domaines émergeants, nés à partir des concepts innovants et basés sur des approches mécanistiques novateurs à fin de découvrir des aspects dans la physiopathologie de la neurodégénérescence qui puissent conduire à des stratégies thérapeutiques pour soigner ces maladies.Les études présentées ici sont centrées dans le rôle des héparanes sulfates (HS), un membre particulier de la famille des glycosaminoglycannes, dans la physiopathologie des troubles neurodégénératifs, tels que la MA et démences associées, nommées taupathies. Ce travail de recherche, basé sur plusieurs observations isolées suggérant une association entre la pathologie de tau caractéristique des taupathies et les HS, explore par des moyens de études moléculaires, cellulaires et animaux les implications pathologiques de telle interaction. Comme résultat, je montre ici des évidences suggérant une participation clé des HS dans les évènements pathologiques de tau, tels que la phosphorylation anormale, la formation des inclusions intracellulaires, et la propagation des amas de tau.Globalement, le travail présenté ici dévoile une implication importante des HS hautement sulfatés dans la pathologie de tau associée à la MA, et au même temps ouvre une gamme de voies de recherche novatrices pour approfondir dans la caractérisation de l'interaction tau/HS et ses consequences physiopathologiques. De plus, ceci suggère des cibles pharmacologiques alternatives qui puisèrent donner d'espoir pour trouver un traitement effectif pour la MA. / According to its higher prevalence worldwide among all dementia cases, Alzheimer's disease (AD) is placed as the first pathology affecting people aged of more than 65 years old. Since it first description in 1907, profound research and groundbreaking observations have been made concerning the histopathological and molecular aspects of its associated neurodegeneration. However, the molecular mechanisms of AD pathogenesis and progression remain still poorly understood. In addition, an efficient therapeutic approach to either prevent or stop the disease progression has not yet been developed. It becomes hence crucial to develop research in emerging areas raising from groundbreaking concepts and supported by new mechanistic approaches in order to unveil novel aspects of the physiopathology of neurodegeneration and therefore design new therapeutic approaches to treat these pathologies.The present study is focused on the role of heparan sulfate (HS), a particular member of the glycosaminoglycan family, in the physiopathology of neurodegenerative disorders, such as AD and related dementias, termed tauopathies. Based on numerous separate observations suggesting an association between tau pathology characteristic of tauopathies and HS, this research explores the pathological implications of such interaction by the means of molecular, cellular, and animal studies. As a result, I hereby present evidence suggesting a crucial involvement of HS in tau pathological events, such as abnormal phosphorylation, inclusion formation, and assembly propagation.Globally, the present work unveils a strong implication of highly sulfated HS in tau pathology associated to AD and related tauopathies, and opens a wide array of novel research pathways to deepen into the characterization of tau /HS interplay and its pathophysiologic consequences. In addition, it suggests alternative pharmacological targets that could bring some hope in finding an effective treatment for AD.