En raison du vieillissement de la population, la maladie d’Alzheimer (MA) est devenue un problème majeur en santé public. Le dosage des biomarqueurs présents dans le liquide céphalorachidien (Ab 1-42, tau et hepcidine) étant de bons indicateurs précoces de l’apparition et de l’évolution de la MA, il paraît essentiel de disposer de mesures fiables. Etablir la traçabilité métrologique des résultats aux unités du système international par le biais de méthodes de référence primaires ou de matériaux de référence certifiés d’ordre supérieur est un moyen privilégié pour évaluer et améliorer la fiabilité et la comparabilité des résultats dans le temps et entre les laboratoires. Des méthodes de dosages par LC-MS/MS pour ces trois biomarqueurs ont été développées et validées. Pour le dosage de l’hepcidine, la pureté de l’étalon peptidique a fait l’objet d’une caractérisation approfondie par spectrométrie de masse haute résolution qui permettra de standardiser les dosages de routine à l’échelle internationale.Mots clés : Peptides b amyloïdes, Protéine tau, Hepcidine, Biomarqueurs, Protéomique Clinique, Traçabilité métrologique, Spectrométrie de masse / Due to the aging of population, Alzheimer’s disease (AD), is becoming a major public health concern. Measurement of biomarkers (Amyloid Beta, tau and hepcidin) in cerebrospinal fluid being early diagnostic indicators of AD, reliable measurements are needed to detect and quantify them accurately. Establishing metrological traceability of results to the International System of Units through primary reference methods or higher-order certified reference materials is a privileged mean to assess and improve results accuracy and comparability across laboratories. Assays for these three biomarkers were set up and validated by LC-MS/MS. The hepcidin standard was further characterized by high resolution mass spectrometry, paving the road toward standardization at the international scale of results.Key words : b amyloids peptides, Tau protein, Hepcidin, Biomarkers, Clinical proteomic, Metrological traceability, Mass spectrometry

La maladie d’Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative caractérisée d’un point de vue anatomopathologique par une accumulation extracellulaire de peptides amyloïdes et d’une dégénérescence neurofibrillaire (DNF), résultant de l’agrégation intraneuronale de protéines Tau hyper-et-anormalement phosphorylées. D’autres déterminants sont également associés à la MA dont une neuroinflammation chronique et une insulinorésistance centrale qui contribueraient tous deux au développement des lésions ainsi qu’aux troubles synaptiques et mnésiques associés.La neuroinflammation observée dans la MA est caractérisée par une activation des cellules gliales, une infiltration lymphocytaire ainsi que par la libération de médiateurs inflammatoires solubles dont les chimiokines. Le CCL3 est une chimiokine hautement dérégulée dans le cerveau des patients de MA. Dans notre laboratoire, nous avons montré que dans un modèle de DNF, le CCL3 était le facteur pro-inflammatoire le plus affecté au niveau hippocampique laissant ouverte l’hypothèse d’un rôle dans les dysfonctions mnésiques associées à la pathologie Tau. Pour aborder cette question, nous avons précisément évalué l’impact du CCL3 sur le fonctionnement synaptique hippocampique et sur les fonctions mnésiques. Nos travaux montrent que l’application de CCL3 sur des tranches d’hippocampe entraine une diminution des activités basales ainsi que de la potentialisation à long terme (LTP) sans altérer le fonctionnement présynaptique ni la dépression synaptique à long terme (LTD). Par ailleurs, l’élévation intracérébrale de CCL3 par injections intracérébroventriculaires sub-chroniques affecte également la transmission synaptique basale et la LTP ainsi que la mémoire spatiale à court terme et la mémoire à long terme. La réversion de ces altérations par le Maraviroc permet de conclure que l’effet néfaste du CCL3 est dépendant du récepteur CCR5. Ainsi, ces travaux soulignent l’importance du CCL3 dans la physiopathologie de la MA, notamment en lien avec la DNF.L’insulinorésistance observée dans les cerveaux de patients atteints de la MA est connue pour favoriser le développement des lésions caractéristiques et est suggérée comme participant aux atteintes synaptiques et mnésiques. Cependant les causes de cette insulinorésistance centrale sont peu connues. Quelques études montrent que les oligomères d’Aβ, le diabète de type II ou même la neuroinflammation sont susceptibles de conduire à une insulinorésistance centrale. Néanmoins, à ce jour aucune relation n'a été établie avec la protéine Tau. La seconde partie de ce travail s’est attachée à étudier le rôle de la protéine Tau dans la régulation de la réponse centrale à l’insuline. Diverses expériences réalisées in vitro et in vivo montrent que la surexpression de la protéine Tau induit une augmentation de la sensibilité neuronale à l’insuline alors que la délétion de Tau aboutit à l’effet inverse. Cette régulation semble être liée à une interaction entre la protéine Tau et PTEN, une phospholipase inhibitrice de la signalisation de l’insuline. L’interaction entre Tau et PTEN réduirait l’activité de cette dernière, favorisant de ce fait l’action de l’insuline au niveau central. Par ailleurs, des données physiologiques indiquent que cette régulation de la signalisation centrale de l’insuline pourrait avoir une répercussion sur la régulation de l’homéostasie énergétique. En ce sens, la délétion de la protéine Tau induit une prise de poids, une hyperinsulinémie et une glucointolérance périphérique. Ces données proposent donc une nouvelle fonction de la protéine Tau dans la signalisation neuronale et le métabolisme. Cette perte de fonction dans la MA pourrait expliquer les mécanismes d’insulinorésistance centrale liés à la DNF.En conclusion, nos données mettent en évidence deux mécanismes liant la pathologie Tau aux atteintes mnésiques, l’un passant par la production de la chimiokine CCL3, l’autre impliquant une résistance neuronale à l’insuline. / Alzheimer’s disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by extracellular amyloid deposits and intraneuronal neurofibrillary tangles, made of aggregated and abnormally hyperphosphorylated Tau proteins. Other components are also involved in AD pathophysiology, including chronic neuroinflammation and central insulinoresistance that would contribute both to the development of Alzheimer lesions as well as associated synaptic and memory impairments.Neuroinflammation observed in AD is characterized by glial cell activation, lymphocyte infiltration, and the release of soluble inflammatory mediators including chemokines. CCL3 is a highly upregulated chemokine in the brain of AD patients. In our lab, we have shown, in a mouse model of Tau pathology, that hippocampal CCL3 was largely upregulated and, thus, we made the assumptions that such increase could play a key-role in the memory dysfunctions associated with Tau pathology. To address to this question, we precisely evaluated the impact of CCL3 upon hippocampal synaptic activity and memory function. Our data show that CCL3 application on hippocampal slices induces a significant decrease of basal synaptic activity and long term potentiation (LTP) impairment without affecting presynaptic activity and long term depression (LTD). Further, intracerebral elevation of CCL3 by sub-chronical intracerebroventricular injections was also found to impact hippocampal basal synaptic activity and LTP but also short term spatial memory and long term memory. Reversion of these alterations by Maraviroc finally suggests that CCL3 deleterious effects are CCR5 dependent. Overall, these studies show the important role of CCL3 towards plasticity and memory as well as in AD physiopathology.Besides chronic inflammation, insulinoresistance observed in AD brain is suggested to favor the development of amyloid and Tau lesions but also to participate to synaptic impairments underlying memory loss. However, origins of the brain insulinoresistance described in AD are unclear. Previous studies ascribed central insulin-resistance to Aβ oligomers, type II diabetes or even neuroinflammation. So far, no relationship has been established with Tau protein. The aim of the second part of the present thesis was evaluate the potential role of Tau protein towards the regulation of central insulin sensitivity. Various experiments performed in vitro and in vivo show that Tau favors the neuronal response to insulin, whereas Tau deletion favors insulin-resistance. This regulation seems to be related to an interaction between Tau and PTEN, a phospholipase inhibiting insulin signaling, which results in a reduced PTEN activity, itself favoring insulin pathway activation. Regulation of brain insulin signaling is known to modulate energy homeostasis, food intake and weight gain. In line with the idea that Tau protein modulates insulin signaling, we found that Tau deletion induces weight gain, hyperinsulinemia and glucointolerance. Together, these data provide a new function for Tau in the control of neuronal signaling and peripheral metabolism. These data also highlight that the loss of Tau function in AD might explain at last in part the central insulinoresistance described as “type 3 diabetes”.In conclusion, our data highlight two mechanisms linking Tau pathology and memory deficits, one through the detrimental effect of the chemokine CCL3 and the other involving neuronal insulin resistance.

Ce travail de thèse visait la conception de marqueurs à base d’ions lanthanides pour le diagnosticprécoce de la maladie d’Alzheimer, à travers un transfert d’énergie avec des nanocristaux semi- conducteurs luminescents. Notre choix s’est porté sur des ligands polyaminophosphonatés de type pyridine-bis-pyrazolyl rendus réactifs vis-à-vis des biomolécules par la présence de groupements activés. Nous présentons la synthèse d’un ligand modèle incorporant seulement l’unité de photosensibilisation tridentate et des groupes phosphonatés. À partir de ce ligand, les complexes d’europium et de terbium synthétisés ont été caractérisés. Une grande stabilité et des propriétés de luminescence avantageuses ont été mises en évidence par nos études, notamment en ce qui concerne le complexe de terbium. Une méthode synthèse de ligands de ce type, fonctionnalisés par la présence de groupements réactifs a été développée et le marquage de biomolécules dont des marqueurs de la maladie d’Alzheimer a été réalisé avec succès. La synthèse d’un autre ligand phosphonaté associé de façon covalente à la biotine et l’utilisation de son complexe de terbium comme donneur d’énergie a permis de réaliser des expériences de transfert d’énergie avec divers accepteurs luminescents dont des nanocristaux semi-conducteurs. / This work aimed at the design of markers with lanthanides ions for the early diagnosis of the Alzheimer's disease, through an energy transfer with luminescent quantum dots. Our choice focused on polyaminophosphonated ligands bearing a pyridine-bis-pyrazolyl moiety and made reactive towards biomolecules by the presence of activated groups. We present in the synthesis of a model ligand incorporating only the tridentate photosenstization unit and phosphonate moieties. From this ligand, europium and terbium complexes have been synthesized and characterized. An important stability and advantageous luminescence properties were revealed by our studies, especially for the terbium complex.Then a method of synthesis of ligands of this type, functionalized by the presence of reactive groups was developed and labeling experiments were carried aout with several biomolecules amoung which some Alzheimer’s disease biomarkers.The synthesis of another ligand linked covalently to biotin and the use of the corresponding terbium complex allow the study of FRET with various luminescent energy acceptors among which some quantum dots.

Le diagnostic de la maladie d'« Alzheimer » (MA) repose essentiellement sur des tests neuropsychologiques, démontrant d'importants déficits mnésiques en lien avec l'atrophie de l'hippocampe. Parallèlement à cela, l'existence d'une atteinte précoce de l'amygdale a très récemment été proposée dans une série d'études, suggérant que cette structure pourrait être un marqueur neuro-anatomique de l'entrée dans la maladie. Les études ayant évalué les répercussions émotionnelles de ces atteintes amygdaliennes n'ont néanmoins pas permis d'aboutir à l'identification d'un profil convergent de déficits. L'objectif de cette thèse a donc été de démontrer l'existence d'une atteinte de l'amygdale à un stade précoce de la MA entrainant des modifications des traitements émotionnels. Dans une première étude en neuroimagerie structurelle, nous avons montré des arguments robustes quant à l'existence d'atteintes anatomiques de l'amygdale chez des patients légèrement atteints par la maladie. L'amplitude de cette atrophie s'est avérée être un indicateur particulièrement sensible du niveau général d'atteintes cognitives mesurées chez nos patients. Dans les études suivantes, nous nous sommes intéressés aux répercussions de cette atteinte sur des activités cognitives sous-tendues plus directement par le fonctionnement de cette structure : les traitements émotionnels. Par l'élaboration d'une méta-analyse, nous avons pu identifier un déficit précoce de la reconnaissance des émotions. Nous avons de plus démontré que les troubles cognitifs des patients expliquaient en partie le déficit émotionnel, sans toutefois l'expliquer dans sa totalité. Enfin, une série d'études comportementales et en neuroimagerie fonctionnelle, a permis de confirmer que les atteintes anatomiques s'accompagnaient bien d'un dysfonctionnement de l'amygdale entrainant des déficits émotionnels, en particulier dans les mécanismes à l'origine de l'extraction spontanée de la saillance émotionnelle. L'ensemble de nos données convergent vers l'idée que l'atteinte amygdalienne et les altérations des mécanismes émotionnels seraient une piste prometteuse afin de préciser le diagnostic actuel de la MA. / The diagnosis of “Alzheimer's” disease (AD) relies on neuropsychological tests demonstrating massive memory decline, which is mainly associated with hippocampus lesions. In parallel, several neuroimaging studies have suggested that amygdala volume loss could be a neuroanatomical marker of AD. However, previous works dealing with behavioural indices of amygdala activity in AD have been unable to provide a converging profile of emotional impairments. The goal of this work was to corroborate data provided from various methods to demonstrate that amygdala lesions in relation to emotional disorders could be an interesting track to refine the current diagnosis of AD. In a first structural neuroimaging study, we have demonstrated that the amygdala undergoes massive atrophy in the early stage of the disease, and that volume loss predicts memory decline. In the following studies, we have shown that these lesions lead to impairments in a various set of emotional tests. Based on a meta-analytic approach, we demonstrated that emotional decoding abilities are impaired in AD, beginning in the early stage, and partly explained by the cognitive deficits characterizing the AD population. In a last set of studies we demonstrated that these emotional decoding difficulties rely on specific amygdala dysfunctions, by showing that the mechanisms behind the spontaneous extraction of emotional salience are impaired in AD. All our data converge on the idea that the amygdala damage and alteration of emotional mechanisms from the early phase of AD are a promising approach to clarify the current diagnosis of AD.

Le développement de nouveaux médicaments, la validation et la standardisation des marqueurs de neuroimagerie et biochimie de la Maladie d'Alzheimer (MA) seront les principaux objectifs de la recherche de cette maladie dans les années à venir. La présente thèse vise à aborder ces questions cruciales. La première partie de la thèse fait le point sur l’application correcte des Procédures Opérationelles Standards (SOPs) pour l'acquisition de protocoles de neuroimagerie structurelle et l’application des marqueurs de neuroimagerie cérébrale dans 10 cliniques italiennes spécialisées dans les troubles de la mémoire. La deuxième partie traite de l'application de plusieurs marqueurs de neuroimagerie structurelle et fonctionnelle dans le cadre des études cliniques sur des patients ayant des troubles précoces de la maladie d'Alzheimer. Les résultats ont révélé que la mise en oeuvre des SOPs pour l’acquisition des séquences d’imagerie par résonance magnétique (IRM), au niveau multicentrique, réduit la variance des mesures des marqueurs de neuroimagerie détectée par différents scanners. En outre, les résultats de la deuxième partie de la thèse ont montré un impact significatif des thérapies anticholinestérasiques pour réduire l'atrophie de l'hippocampe, l'amincissement cortical ainsi que une augmentation de l'activation de zones du cerveau liées à l'IRM fonctionnelle chez des patients ayant des troubles précoces de la MA. Ces résultats prometteurs confirment l'hypothèse que les marqueurs de neuroimagerie structurelle et fonctionnelle appliqués avec SOPs pourraient être utilisés comme critère d'évaluation substitutif dans les études cliniques pour les patients ayant des troubles précoces de la maladie d'Alzheimer. / The development of new drugs and the validation and standardization of neuroimaging and biological markers for Alzheimer’s Disease (AD) clinical treatment trials is expected to be one of the major goals of AD research in the upcoming years. The present thesis aims to adress these critical issues. The first part of the thesis is focused on the proper application of Standard Operating Procedures (SOPs) for the structural neuroimaging protocols of acquisition and the implementation of neuroimaging markers in 10 Italian Memory Clinics. The second part of the thesis deals with the application of several structural and functional neuroimaging markers in the context of clinical trials investigation in mild cognitive impairment individuals. Results revealed that the implementation of SOPs at multicentre level reduces the variance of neuroimaging markers measurement detected by different scanners. Moreover, results from the employment of neuroimaging markers in pre-dementia trials in mild cognitive impairment individuals showed a significant impact of anticholinesterase therapies in reducing the hippocampal rate of atrophy, the cortical thinning as well as in increasing the activation of brain areas related to functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) face and location macthing tasks. These promising results support the hypothesis that structural and functional neuroimaging markers applied in a standardized manner migh be utilized as candidate surrogate outcomes in future pre-dementia trials for AD.

Dans les pays développés comme le Canada, on remarque de plus en plus un vieillissement de la population et parallèlement une augmentation du nombre de personnes atteintes de déficiences cognitives. La cause la plus répandue est la démence de type Alzheimer (DTA), aussi connue sous le nom de maladie d’Alzheimer. Les incapacités cognitives causées par la DTA entraînent des difficultés dans les Activités Instrumentales de la Vie Quotidienne (AIVQ). Certains chercheurs considèrent qu'il existe des marqueurs cognitifs propres à la DTA, c’est-à-dire que les personnes atteintes peuvent présenter des difficultés cognitives observables lors de la réalisation de tâches complexes bien des années avant son diagnostic. Un habitat intelligent, muni de capteurs de mouvements, débitmètres, capteurs de contacts pour portes et tiroirs, permet de mesurer divers aspects de la performance dans la vie quotidienne lors de la réalisation d’une AIVQ. Partant de ce constat, nos travaux explorent comment des habitats intelligents pourraient permettre de détecter la DTA de façon précoce. Dans cette optique, nous proposons une méthodologie expérimentale rigoureuse. Tout d’abord, nous avons conçu, implémenté et déployé un système d’acquisition de données hétérogènes fiable intégrant réseaux de capteurs variés, vidéos de l'expérimentation et annotations de l'expérimentateur. Ensuite, nous avons exploré divers algorithmes de classification pour distinguer trois catégories de participants : sans troubles cognitifs, avec troubles cognitifs légers et avec DTA. Bien que l’acquisition des données soit complexifiée par la multiplication des sources, notre approche permet la validation des données acquises. Cet aspect est important car la qualité de ces données, acquises lors des expérimentations, influence grandement la performance des algorithmes de classification. Finalement, ce projet étudie comment réaliser et comparer les données et les résultats d’expérimentations menées sur des sites différents en termes de configuration spatiale, de densité et de positionnement des capteurs. C’est pourquoi des expérimentations avec des personnes âgées se sont déroulées aux laboratoires DOMUS (Sherbrooke) et du CRIUGM (Montréal). Les expérimentations ont utilisé le même protocole d’expérimentation où des participants ont eu un temps déterminé pour réaliser la même liste de tâches. Les participants ont été recrutés et séparés en trois groupes selon leur diagnostic : sujets sains, sujets atteints d’un trouble cognitif léger (TCL) et sujets atteints de démence de type Alzheimer (DTA). Les données recueillies ont ensuite été annotées et traitées en vue d’une analyse à l’aide de techniques d’apprentissage automatique. Une première approche de classification par arbre de décision simple a permis d’observer une différence significative entre les données d’expérimentation des personnes saines et celles des personnes TCL. Par contre, aucune différence claire n’est apparue entre les personnes DTA et les autres catégories. En conclusion, d’autres représentations de données et d’autres algorithmes sont toujours en cours d’exploration par d’autres membres de notre équipe. Les résultats préliminaires semblent prometteurs.

La maladie d'Alzheimer (MA) et l'angiopathie amyloïde cérébrale (AAC) sont respectivement caractérisées par des dépôts de peptides amyloïdes β (Aβ) dans le cerveau et la vascularisation cérébrale. Étant donné qu’un régime riche en DHA est associé à une réduction du risque de la MA, l'objectif principal de ma thèse a été d'évaluer l'impact d'un régime enrichi en DHA sur l'inflammation systémique et ses conséquences sur les dépôts Aβ parenchymateux et vasculaires au cours du vieillissement dans un modèle de souris transgéniques de MA/AAC, les Tg2576. Les dépôts amyloïdes ont été détectés en utilisant un anticorps anti-Aβ et les hémorragies avec du bleu prussien sur des coupes cérébrales. A 10, 14 et 18 mois, nous avons démontré une réduction des dépôts vasculaires amyloïdes et des hémorragies en régime DHA par rapport au régime placebo, alors que les dépôts parenchymateux ne sont pas affectés. De plus, nous avons démontré une forte corrélation entre les dépôts amyloïdes vasculaires, les hémorragies et un médiateur pro-inflammatoire lipidique, le 12-HETE. Nous avons ensuite évalué in vitro les effets du peptide Aβ1-40 sur la production de 12-HETE par les cellules musculaires lisses vasculaires. Nous avons démontré que les niveaux d'ARNm de l'enzyme 12-LOX, impliquée dans la synthèse de 12-HETE, était augmenté lorsque les cellules ont été incubées avec du peptide Aβ1-40, suggérant une relation de cause à effet entre les dépôts Aβ et les lipides pro-inflammatoires. Mon travail a de nouveau souligné l'importance de l'inflammation dans la pathogenèse de l'AAC tout en ouvrant une nouvelle voie pour des cibles potentielles dans l'intervention préventive de cette pathologie. / Alzheimer's disease (AD) and cerebral amyloid angiopathy (CAA) are characterized by Amyloid β-peptides depositions in the brain and cerebral vasculature respectively. Because DHA-diet is associated with a reduced risk of AD, the main objective of my thesis was to evaluate the impact of a DHA-diet on cerebrovascular and peripheral inflammation and its consequences on parenchymal and vascular Aβ-deposits during aging in a transgenic mouse model of AD/CAA (Tg2576). The Aβ-peptide deposits were detected using an anti-Aβ peptides and hemorrhages were detected with Prussian Blue on brain sections. At 10, 14 and 18 month-old, we demonstrated a reduction of amyloid vascular deposits and hemorrhages under DHA-diet compared to placebo, while parenchymal Aβ-peptides deposits remain unaffected. Moreover, we demonstrated a strong negative correlation between amyloid vascular deposition, hemorrhage and a lipid-derived pro-inflammatory mediator, 12-HETE. We next evaluated the in vitro effects of Aβ1-40-peptide on 12-HETE production by the Vascular Smooth Muscle Cells. We demonstrated that the mRNA level of the 12-LOX enzyme, involved in 12-HETE synthesis, was increased when cells where incubated with Aβ1-40-peptide, suggesting a cause-to-effect relationship between Aβ deposits and pro-inflammatory biolipids. The work carried out during my thesis made it possible to demonstrate DHA protective effect on evolution and consequences of Aβ peptide cerebrovascular accumulation and link it to plasma 12-HETE level. My work emphasized once again the importance of inflammation in AAC pathogenesis while opening up a new pathway for potential targets in the preventive intervention of this pathology.

Nous nous sommes intéressés à plusieurs protéines impliquées dans la maladie d’Alzheimer, notamment la protéine FKBP52, la calmoduline et le ROα. Nous nous sommes attachés à apporter quelques éléments de réponse quant à la formation d'un éventuel hétérocomplexe ROα/Ca4CaM/FKBP52. Dans une première partie, nous avons voulu étudier quelques bases moléculaires de l'interaction entre FKBP52 et la Ca4CaM, afin de mieux comprendre la pertinence biologique de cette affinité. Après avoir produit différents domaines de la protéine FKBP52 et la Ca4CaM, différentes techniques d’interaction protéine/protéine ont été utilisées. L'approche protéique de ce travail a été confortée par une approche peptidique. Elles ont permis de cibler le troisième domaine comme lieu de l’interaction. Pour la première fois, il a été totalement attribué par RMN et les sites concernés par l’interaction ont pu être discriminés. Par ailleurs, il a été montré que le premier domaine de FKBP52 pouvait interagir intermoléculairement avec ROα, par un motif en coude β de type II. Le ROα est un facteur de transcription dont l'activité dépend d'un certain nombre de coactivateurs parmi lesquels Ca4CaM. Le peptide issu de la séquence de recrutement de la calmoduline au sein du ROα (séquence 298-310) a fait l’objet au sein du groupe de nombreuses publications. Il a été montré que ce peptide possédait un caractère amyloïde. Bien qu’il n’existe aucun lien apparent entre cette caractéristique et une quelconque pathologie associée, la cinétique de formation des fibres issues de ce peptide dans différentes conditions de pH et de concentrations a été étudiée. / We are interested in several proteins involved in the Alzheimer disease, in particular the FKBP52, calmodulin and ERα. We have provided some answers concerning the formation of a possible ROα/Ca4CaM/FKBP52 heterocomplex. In a first part, we wanted to study the molecular basis of the interaction between FKBP52 and Ca4CaM, to better understand the biological relevance of this affinity. After producing different domains of the FKBP52 protein and Ca4CaM, various techniques such as ITC, SPR, fluorescence or NMR were used. The protein approach of this work was supported by a peptide based study. These approaches have made it possible to target the third domain as the place of interaction. For the first time, the TPR domain was assigned by NMR spectroscopy and the sequences involved in the interaction could be discriminated. Furthermore, it was shown that the first domain of FKBP52 could interact intermolecularly with the ROα, by a type II β-turn motif. ROα is a transcription factor whose activity depends on a number of coactivators including Ca4CaM. The peptide resulting from the recruitment sequence of calmodulin within ROα (sequence 298-310) has been the subject of numerous publications within the group. It has been shown that this peptide has an amyloid character. Although there is no apparent link between this feature and any associated pathology, the kinetics of fiber formation from this peptide under different pH and concentration conditions has been studied.

Nowadays, the emerging role of amyloid-β peptide (Aβ) oligomers in Alzheimer’s disease (AD) is widely accepted, putting aside the old idea that fibrils are the primary entities responsible for the onset of the disease. Recent studies indeed show that the level of soluble Aβ oligomeric forms better correlates with the progression of the disease than the level of fibrillar forms. <p>Using conditions which yield characteristic Aβ42 oligomers or fibrils, we studied the secondary structure of these species by ATR (attenuated total reflection)-FTIR (Fourier transform infrared) spectroscopy. Whereas fibrillar Aβ was organized in a parallel β-sheet conformation, oligomeric Aβ displayed distinct spectral features attributed to an antiparallel β-sheet structure. Antiparallel β-sheet structure may thus be a structural signature of oligomeric Aβ. Moreover, we noted striking spectral similarities between Aβ oligomers and a bacterial pore-forming protein, OmpF. <p>Apolipoprotein E (apoE) isoforms are strongly linked to Alzheimer’s disease, with the E4 isoform being the most recognized genetic risk factor so far. Nevertheless, the involvement of apoE4 in AD remains confusing. We evaluated the influence of apoE isoforms on Aβ aggregation in vitro. Comparing Aβ controls with Aβ incubated either with the apoE3 or apoE4 isoform, we observed a sharp reduction of the Aβ fibrillar content, whereas the oligomeric content was increased upon incubation with the pathological isoform apoE4. These data suggest that apoE4 binds and blocks Aβ in its oligomeric conformation, inhibiting further formation of less toxic fibrillar forms of Aβ. The enhanced interaction of apoE4 with Aβ oligomers could arise from its reported unique propensity to form a molten globule state, unlike the other isoforms of apoE. While previous studies mostly correlated E4 with fibrils, our data underline a correlation between apoE4 and Aβ oligomers. Our work reconciles apoE4 with the new amyloid cascade hypothesis and brings support to studies whose therapeutic strategy aims at designing inhibitors of the apoE/Aβ interaction./<p>Le rôle central des espèces oligomèriques du peptide amyloïde bêta (Aβ) dans la maladie d’Alzheimer est de plus en plus reconnu actuellement, mettant de côté l’ancien concept selon lequel les espèces fibrillaires sont les entités responsables du développement de la maladie. Des études récentes montrent en effet que le taux d’oligomères semble bien mieux corrélé à la progression de la maladie que le taux de fibrilles.<p>A l’aide de protocoles bien établis permettant de former des oligomères ou des fibrilles d’Aβ42 in vitro, nous avons étudié la structure secondaire de ces espèces par spectroscopie infrarouge en réflexion totale atténuée. Alors que les fibrilles présentaient une conformation en feuillets β parallèles, les oligomères quant à eux, ont révélé des caractéristiques spectrales distinctes, attribuées à du feuillet β antiparallèle. Cette structure en feuillets β antiparallèles pourrait donc représenter une signature structurale typique des espèces oligomèriques d’Aβ. De plus, nous avons observé de frappantes similarités spectrales entre les oligomères d’Aβ et une protéine bactérienne formant des pores, l’OmpF.<p>Les isoformes de l’apolipoprotéine E (apoE) sont fortement impliquées dans la maladie d’Alzheimer et plus particulièrement, l’isoforme E4 qui est actuellement reconnue comme étant le plus important facteur de risque d’origine génétique. Néanmoins, le rôle précis joué par l’apoE4 dans la maladie est encore mal connu. Nous avons étudié l’influence des isoformes de l’apoE sur l’agrégation du peptide amyloïde in vitro. En comparant des échantillons contrôle d’Aβ avec des échantillons incubés en présence d’apoE3 ou d’apoE4, nous avons observé une nette réduction de la quantité de fibrilles ainsi qu’une augmentation concomitante de la proportion d’oligomères lors de l’incubation avec l’isoforme pathologique E4. Ces résultats suggèrent que l’apoE4 interagit avec Aβ et le bloque dans sa conformation oligomèrique, inhibant ainsi le processus d’agrégation et la formation de fibrilles, espèces moins toxiques. Cette plus forte interaction entre l’apoE4 et les oligomères d’Aβ pourrait s’expliquer par la propriété unique de l’apoE4 à former un état intermédiaire ‘molten globule’, ce qui n’est pas le cas des autres isoformes. Tandis que d’anciennes études ont corrélé l’apoE4 principalement avec les fibrilles, nos résultats mettent en évidence un lien entre l’apoE4 et les oligomères d’Aβ, respectivement l’isoforme pathologique et les espèces les plus toxiques du peptide. Ce travail réconcilie donc l’apoE4 avec la nouvelle hypothèse de la « cascade amyloïde » et soutient les études thérapeutiques visant à mettre au point des inhibiteurs spécifiques de l’interaction apoE/Aβ.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'encodage de la mémoire dépend de changements durables dans l'activité des circuits synaptiques dans un ensemble de neurones interconnectés. La région CA3 de l'hippocampe reçoit des informations directement ou indirectement (à travers le gyrus denté - GD) en provenance des structures corticales. Des données théoriques et comportementales ont montré que la région CA3 est importante pour l'encodage de la mémoire épisodique, en particulier au stade initial de l'acquisition, en développant vraisemblablement une représentation instantanée d'un contexte. Les neurones pyramidaux CA3 reçoivent une variété de connections afférentes, parmi lesquelles les fibres moussues (FM), les axones des cellules du gyrus denté. Ces connections synaptiqes ont attiré une attention par leurs propriétés morphologiques et fonctionnelles uniques. Malgré les nombreuses études comportementales et computationnelle, les liens entre plasticité des circuits CA3 et encodage de la mémoire ne sont pas bien compris.Le cadre général de ce projet de thèse se situe dans l'étude des mécanismes synaptiques de l'encodage de la mémoire épisodique dans des conditions physiologiques ainsi que dans un modèle de souris de la maladie d'Alzheimer (MA). En effet, la MA se caractérise à un stade précoce par une mémoire épisodique altérée, qui peut être associée à une dysrégulation de la plasticité des circuits CA3.À l'aide de techniques d'enregistrement électrophysiologique, nous avons d'abord exploré les modifications dans les circuits CA3 peu de temps (quelques heures) après conditionnement de la peur contextuelle chez les souris adultes C57Bl6j. Nous avons observé une augmentation de la fréquence des IPSC spontanés accompagnée de changements mineurs dans le nombre de filopodia issus des boutons synaptiques des FM, tandis que les EPSCs et les plasticités à court terme de ces synapses ne sont pas modifiés. Cependant, cette augmentation n'est peut observée 24 heures après l'apprentissage contextuel. Nous avons également tenté de modéliser de manière simplifiée les réseaux neuronaux GD-CA3, afin d'étudier si et dans quelle mesure les interneurones locaux dans la région CA3 contribuent à la précision de l'encodage de la mémoire. [...]Dans l'ensemble ce travail a révélé que la transmission inhibitrice des circuits locaux CA3 de l'hippocampe pourrait être importante dans l'encodage de la mémoire épisodique. Dans le modèle murin de la MA avec déficit de mémoire, il y a une réduction de la transmission GABAergique et des courants médiés par les KAR réduits cellules pyramidales de CA3. Finalement, avons observé une modification transcriptionnelle d'un certain nombre de gènes dans CA3, à des stades précoces de développement de la pathologie dans notre modèle de MA. Notre étude pourrait contribuer à la compréhension des mécanismes pathologiques précoces de la MA, au niveau synaptique ainsi qu'au niveau transcriptionnel, et fournir des idées nouvelles sur les mécanismes sous-jacents au codage rapide de la mémoire contextuelle. / Memory encoding is thought to proceed from durable changes in the activity of synaptic circuits to the storage of patterns of electrical events in a sparsely distributed ensemble of neurons. Located at the entry level of hippocampal circuitry, the CA3 region of hippocampus is thought to be important for episodic memory encoding, especially at the initial stage of acquisition, by presumably developing an instant representation of a context. CA3 pyramidal neurons receive a variety of diverse inputs, among which the mossy fiber (MF) inputs draw special attention for its peculiar structure and unique synaptic properties. However, the links between the plasticity of CA3 circuits and memory encoding are not well understood.This thesis project aimed to address the synaptic mechanisms of episodic memory encoding in physiological conditions as well as in a mouse model of Alzheimer's disease (AD).Using electrophysiological recording techniques, we first explored the changes in CA3 circuits shortly after one-trial contextual fear conditioning in adult C57Bl6j mice. We show that despite hardly any changes in filopodia number of MF terminals, an increase in spontaneous IPSC frequency can be registered, while the EPSCs and short-term plasticities of theses synapses are unaltered. However, this increase cannot be seen anymore 24 hours after the contextual learning. We also tried to do simplified computational modeling of the DG-CA3 neuronal networks, to investigate if and to what extent the local interneurons in CA3 region contribute to memory encoding precision.AD is characterized at an early stage by impaired episodic memory, which may involve dysregulation of the plasticity of CA3 circuits.In the next step, we searched for synaptic deficits in CA3 local circuit in the early stage of AD pathology, taking advantage of a familial AD mouse model: 6-month male APP/PS1 mice. We report that there is a reduction in spontaneous IPSC frequency in CA3 neurons together with decreased inhibitory charges of evoked events at MF-CA3 synapses, whereas the short-term plasticity of these synapses and intrinsic properties of CA3 neurons remain unaffected. Furthermore, there is a robust reduction in Kainate receptor (KAR) mediated currents at MF-CA3 synapses, and the same results can be obtained from PSKO mice too, suggesting that disturbed function of γ-secretase and NCad processing pathways might underlie the dysfunction of KARs at MF-CA3 synapses.Finally, to screen for changes on a transcriptome level, we performed RNA-seq with dissected CA3 tissue from APP/PS1 mice and found a list of up- and down-regulated genes at this early stage of AD. Moreover, we carried out ChIP-seq for a histone modification marker: H3K4me3, which has been shown to be directly related to one-trial contextual memory, and here we report that there is a concrete decrease in H3K4me3 levels at the promoter areas of various genes in CA3 neurons. However, these genes are not overlapping much with the down-regulated genes from RNA-seq result, suggesting that other epigenetic mechanisms might play more important roles in expressing early deficits in this AD mouse model.Taken together, we show that inhibitory innervations of hippocampal CA3 local circuits might be important for episodic memory encoding, and in early AD mouse model with memory deficits, there is reduced GABAergic transmission and reduced KAR-mediated currents in CA3 neurons, together with many active transcriptional regulations across the genome. Our study might contribute to the understanding of early AD pathologies at synaptic level as well as transcriptional level, and provide novel insights into the mechanisms underlying rapid encoding of contextual memory.