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.

Les personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer ou d'une maladie apparentée qui vivent en milieu d'hébergement [ci-après résidents] ont besoin d'aide pour accomplir leurs soins corporels. Parfois, ces résidents vivent une expérience difficile pendant les soins corporels, comme la douleur et le froid. Comme ils ne peuvent exprimer facilement ce qu'ils ressentent et ce dont ils ont besoin, les résidents manifestent différents comportements verbaux, vocaux et physiques communément appelés comportements de résistance aux soins. Or, l'expression de ces comportements entraîne des conséquences désastreuses pour les résidents, mais aussi pour leurs proches et les soignants qui les aident dans les soins corporels. L'objectif de cette étude est de développer une intervention infirmière favorisant une expérience de confort pendant des soins corporels pour les personnes atteintes d'une maladie d'Alzheimer ou d'une autre maladie apparentée. La théorie infirmière du déficit d'autosoin d'Orem (2001) a été choisie pour le cadre théorique. Cette théorie est centrée sur la capacité d'autosoin de la personne, la capacité de soin de l'aidant et les facteurs contextuels. De plus, elle propose quatre opérations infirmières et cinq méthodes d'aide. Les deux premières phases du processus d'étude d'intervention de Sidani et Braden (2011) ont été réalisées. Une étude de cas multiples a été choisie comme méthode de recherche. L'étude a été réalisée dans deux milieux d'hébergement au Québec. Un devis qualitatif et une méthode d'analyse sommative de contenu ont été utilisés pour la première phase. Neuf résidents, 11 proches aidants et 21 soignants ont participé à cette première phase. La deuxième phase était une étude pilote avec un devis quasi expérimental avant-après à groupe unique. Cette phase a mobilisé 11 résidents, 10 proches aidants et 31 soignants. La première phase a été réalisée auprès de résidents avec 29 observations lors de leurs soins corporels et avec 14 entrevues avec des proches aidants et des soignants. Les données théoriques, empiriques et expérientielles ont permis de présenter une théorie du problème centrée sur l'expérience vécue pendant les soins corporels par la personne atteinte d'une maladie d'Alzheimer ou d'une maladie apparentée. Une proposition comportant dix tonalités réparties du confort majeur à l'inconfort majeur a été présentée sous la forme d'une échelle d'observation. Ensuite, la théorie de l'intervention a été élaborée à partir des quatre opérations infirmières et des cinq méthodes d'aide d'Orem et structurée dans un manuel d'intervention. L'objectif de la deuxième phase était de décrire l'acceptabilité, la faisabilité et les résultats préliminaires de l'intervention infirmière favorisant le confort pendant les soins corporels pour les personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer ou d'une maladie apparentée. Pour l'étude pilote, deux observations pour la pré-intervention et quatre observations avec l'intervention pour chaque résident ont été réalisées, ce qui représente un total de 66 observations. La participation de 18 soignants a permis d'appliquer les plans des soins corporels. De plus, neuf entrevues avec des proches aidants ont été accomplies et un groupe de résonance avec 13 infirmières a été réalisé. Les résultats concernant l'acceptabilité et la faisabilité de l'intervention infirmière sont décrits du point de vue des résidents, des proches aidants et des soignants qui ont prodigué les soins corporels. Pour les effets préliminaires de l'intervention, les résultats montrent une réduction statistiquement significative des comportements non coopératifs et d'inconfort exprimés par les résidents pendant les soins corporels. Une augmentation statistiquement significative des comportements de confort, de la satisfaction de certains besoins et du soulagement de la douleur a également été constatée. L'étude démontre que l'intervention infirmière peut être utile à promouvoir le confort pendant les soins corporels des résidents et pour soutenir la capacité de soin des soignants. Un outil clinique qui décrit les tonalités de confort et d'inconfort pour l'expérience pendant les soins corporels est utile pour mieux décrire l'expérience des personnes atteintes d'une maladie d'Alzheimer ou d'une maladie apparentée et pour identifier les facteurs contribuant aux différentes tonalités. Cette étude représente les premières phases d'un programme de recherche. Les résultats et les limites démontrent que des développements théoriques et des études expérimentales sont nécessaires pour mieux décrire le problème et l'intervention. Mener des études avec une perspective triadique qui implique la contribution des personnes atteintes d'une maladie d'Alzheimer ou d'une maladie apparentée, de leurs proches aidants et de leurs soignants aide à la conception et au développement de l'intervention infirmière. Cette stratégie sera choisie pour les phases ultérieures du programme de recherche. / People with Alzheimer's or a related disease, who live in residential settings [hereinafter residents] need help with their personal care. Bodily care can sometimes be unpleasant for these residents, causing them to feel pain and cold. Because they cannot easily express their feelings and needs, residents exhibit various verbal, vocal and physical behaviours commonly referred to as resistance-to-care behaviours. However, the expression of these behaviours has disastrous consequences for residents, but also for their relatives and caregivers who help them with bodily care. The objective of this study is to develop a nursing intervention that facilitates bodily care for people with Alzheimer's disease or other related diseases. The theoretical framework was based on Orem's (2001) self-care deficit nursing theory. This theory focuses on the person's self-care capacity, the caregivers' capacity for care and the contextual factors, and proposes four nursing operations and five helping methods. The first two phases of the Sidani and Braden (2011) intervention study process have been completed. A multiple-case study was chosen as the research method. The study was carried out in two residential settings in Quebec. A qualitative design and a method of summative content analysis were used for the first phase. Nine residents, 11 family caregivers and 21 professional caregivers participated in this first phase. The second phase was a pilot study with a quasi-experimental single group before-after design. This phase mobilized 11 residents, 10 family caregivers and 31 professional caregivers. The first phase was carried out with 29 observations during bodily care and 14 interviews with family and professional caregivers. Theoretical, empirical, and experiential data have made it possible to present a theory of the problem centred on the experience of the person with Alzheimer's or a related disease, during bodily care. A proposal comprised of ten tonalities, ranging from major comfort to major discomfort, was presented in the form of an observation scale. The theory of the intervention was then developed from the four nursing operations and the five helping methods of Orem and structured into an intervention manual. The objective of the second phase was to describe the acceptability, feasibility and preliminary results of the nursing intervention promoting comfort during bodily care for people with Alzheimer's or a related disease. In the context of the pilot study, two observations for the pre-intervention and four observations with the intervention for each resident were done, for a total of 66 observations. The participation of 18 caregivers permitted to apply the bodily care plans. In addition, nine interviews with family caregivers were completed and 13 nurses participated in a resonance group to discuss the results. Results regarding the acceptability and feasibility of the nursing intervention are described from the perspective of the residents, family caregivers and professional caregivers who provided the bodily care. In terms of preliminary effects of the intervention, the results show a statistically significant reduction in noncooperative behaviours and discomfort behaviours shown by residents during bodily care. There was also a statistically significant increase in comfort behaviours, satisfaction of certain needs, and pain relief. The study shows that this nursing intervention can be useful to promote comfort during bodily care for residents and support caregivers' capacity. A clinical tool that describes the comfort and discomfort tonalities for the experience during bodily care is useful to better describe the experience of people with Alzheimer's or related diseases, and to identify factors contributing to the different tonalities. This study represents the first phases of a research program. The results and the limitations demonstrate that theoretical developments and experimental studies are needed to better explain the problem of discomfort during bodily care, as well as to better describe the intervention itself. Conducting studies with a triadic perspective involving the contribution of people with Alzheimer's or related diseases, their family caregivers and professional caregivers helps in the design and development of this nursing intervention. The triadic strategy for the participants' involvement will be chosen for subsequent phases of the research program.

L'objectif de cette étude était d'évaluer les besoins décisionnels et de prioriser cinq décisions difficiles et fréquentes des aînés atteints de la maladie d'Alzheimer (MA) et leurs proches pour développer un programme de formation axé sur la décision partagée combiné avec des outils d'aide à la décision. Un sondage électronique de type Delphi avec 33 experts a permis d'établir un consensus sur cinq décisions. Les résultats concernent la décision des proches de recourir à une intervention de soutien (sélectionné par 83% des experts), la décision de recourir à des interventions pour réduire l'agitation, l'agressivité et les symptômes psychotiques (79%), déterminer l'objectif des soins chez les aînés atteints de la MA au stade avancé (66%), arrêter ou non la conduite automobile (66%) et établir ou non un régime de protection (62%). L'identification de ces besoins décisionnels médicaux et psychosociaux pourra aiguiller différentes parties prenantes dans le développement d'interventions pour faciliter la prise de décision. Mots clés : maladie d'Alzheimer, proches aidants, soins de première ligne, décision partagée, analyse de besoins, méthode Delphi

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.

La maladie d'Alzheimer est caractérisée par la présence de dégénérescences neurofibrillaires et l'accumulation de plaques amyloïdes dans le cerveau. Ces plaques contiennent principalement un peptide nommé amyloïde-β (Aβ) sous forme agrégée. Le processus d'agrégation des peptides Aβ en plaques amyloïdes représente une étape clé dans l'apparition de la pathologie, la coordination du cuivre, et également du zinc, favorisant la formation d'espèces agrégées impliquées dans la neurotoxicité. Notre objectif consiste à concevoir des complexes bifonctionnels avec d'une part un analogue de la Thioflavine T (ThT) et d'autre part un complexe de Ru(II), ce travail de thèse s'articule donc selon ces deux axes. I- Nous nous sommes d'abord intéressés à l'interaction entre le peptide Aβ et la Thioflavine T (ThT), fluorophore classiquement utilisé pour étudier l'agrégation du peptide Aβ. Cette interaction a été étudiée principalement par spectroscopie RMN. Les résultats obtenus ont permis d'identifier le site d'interaction de la ThT au peptide Aβ. Par la suite, les effets de la ThT et du Zn(II) sur l'agrégation du peptide Aβ ont été évalués en combinant la RMN et la spectroscopie de fluorescence. A partir des données obtenues, nous avons montré que la ThT et le Zn(II) ne sont pas inertes sur la cinétique d'agrégation du peptide Aβ. Les résultats ont également révélé des différences importantes concernant les informations apportées par la fluorescence et la RMN. II- La coordination du cuivre et du zinc implique principalement les noyaux imidazoles des résidus histidines. Afin d'empêcher la coordination de ces ions métalliques aux peptides Aβ, une stratégie thérapeutique innovante consiste en l'utilisation de complexes platinoïdes comportant des sites labiles et capables de se lier aux résidus histidines du Aβ. En raison de la toxicité des complexes de Pt(II), nous avons envisagé la synthèse de complexes de Ru(II), principalement basés sur le motif fac-Ru(CO)32+. Différents complexes avec des ligands de type glycinate, hydroxyquinolinate et éthylenediamine ont été synthétisés. L'étude de leur interaction avec le peptide Aβ a été réalisée par différentes techniques spectroscopiques (RMN, RPE, fluorescence, spectrométrie de masse). Les résultats obtenus ont montré, en particulier, que les complexes sont capables d'inhiber l'agrégation du peptide Aβ induite par le zinc. / The Alzheimer's disease is characterized by the presence of neurofibrillary tangles and amyloid plaques in the brain. These plaques are formed by aggregated amyloid-β (Aβ) peptide. The Aβ aggregation represents a key event in the appearance of the pathology, copper and zinc coordination favoring the formation of aggregated species involved in the neurotoxicity. Our objective consists in designing bifonctional complexes with, on one hand, a Thioflavine T (ThT) analog and, on the other hand, a Ru(II) complex : this thesis is thus centered around these two axes. I- In this context, we first investigated the interaction between Aβ and ThT, which is a classical dye commonly used to study the aggregation process. This interaction was mainly studied by NMR spectroscopy. Our first results allowed us to identify the interaction site of the ThT with the Aβ peptide. Then, the ThT and Zn(II) effects on the aggregation process were assessed by NMR and fluorescence spectroscopy. From the obtained data, we showed that ThT and Zn (II) are involved in the aggregation kinetic. The results also revealed important differences concerning the information brought by fluorescence and NMR. II- Copper and zinc coordination mainly implies imidazole ring of the histidine residues. In order to prevent the coordination of these metallic ions to Aβ, an innovative therapeutic strategy consists of the use of platinoid complexes containing labile sites which are able to bind the Aβ histidine residues. Because of Pt(II) complexes toxicity, we envisaged the synthesis of Ru(II) complexes, mainly based on fac-Ru(CO)32+ motive. Different complexes with glycinate, hydroxyquinolinate or ethylenediamine ligand were synthesized. The study of their interaction with the Aβ peptide was realized by various spectroscopy techniques (RMN, RPE, fluorescence, mass spectrometry and demonstrated that the complexes are able to prevent the Aβ aggregation induced by zinc.

Mes travaux de thèse se sont portés sur les cellules pyramidales du néocortex de rongeur, en condition normale et pathologique. L'altération précoce du métabolisme du glucose est une caractéristique fonctionnelle invariante de la maladie d'Alzheimer (MA) qui pourrait être à l'origine des dysfonctionnements synaptiques et de la neurodégénerescence tardive associés à la maladie. Pour mieux comprendre la pathogenèse de la MA, j'ai cherché à clarifier les mécanismes responsables de l'hypométabolisme précoce du glucose observé dans la maladie. Mes travaux ont mis à jour des altérations des flux métaboliques du glucose chez un modèle murin de la MA à un stade asymptomatique juvénile. Les données d'imagerie cellulaire révèlent une augmentation du flux glycolytique associée à une diminution de l'activité de la voie des Pentoses Phosphates dans les cellules pyramidales néocorticales des souris 3xTg-AD sans altération du transport du glucose. Le système noradrénergique exerce une profonde influence sur les processus cognitifs. Une partie de ma thèse a été consacrée à éclaircir les effets de la NA sur la modulation de l'excitabilité des cellules pyramidales dans le cortex somatosensoriel de souris. Mes résultats montrent que les agonistes α1 et β noradrénergiques inhibent les courants responsables de l'hyperpolarisation lente qui suit les potentiels d'actions et suggèrent un effet coopératif des récepteurs α1 et β noradrénergiques. L'implication des récepteurs α1 dans la genèse d'une dépolarisation lente post PA reste à déterminer. Ces deux phénomènes convergeraient vers une dépolarisation accrue de la membrane du neurone, facilitant une nouvelle décharge de PA. / During my thesis, I focused on the neocortical pyramidal cells in normal and pathological condition. The early alteration of glucose metabolism is an invariant feature of Alzheimer's disease ( AD) which might lead to the late synaptic dysfunctions and neuronal loss related to the pathology. To better understand the AD pathogenesis, I sought to clarify the mechanisms responsible for the early glucose hypometabolism observed in the pathology. This work has highlighted alterations in glucose fluxes at a juvenile presymptomatic stage in a mouse model of AD. The cellular imaging data revealed an increase of the glycolytic pathway associated with a reduction in the PPP in pyramidal neurons of 3xTg-AD mice without any alteration of glucose transport. The noradrenergic system has a significant influence on cognitive processes. A part of my thesis has been devoted to highlight the effect of noradrenaline on pyramidal cells' excitability in the mouse somatosensory cortex. My results show that α1 and β noradrenergic agonists inhibit the currents responsible for sAHP and suggest a cooperative effect of α1 and β noradrenergic receptors. The RA-α1 involvement in the genesis of a slow After Depolarization has yet to be determined. Those two phenomena will lead to an increased depolarization of neuronal membrane, facilitating a novel action potential discharge.