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La protéine Tau est impliquée dans de nombreuses maladies neurodégénératives regroupées sous le terme de Tauopathies dont la plus fréquente est la maladie d'Alzheimer (MA), qui est caractérisée, dans les phases précoces, par une augmentation du stress oxydant dans le cerveau des patients. L'accumulation d'espèces réactives de l'oxygène (ou ROS) dans les neurones mène notamment à l'apparition de dommages au niveau de leur ADN génomique. Les neurones ne se divisant pas, l'accumulation de dommages non réparés au niveau de la molécule d'ADN induit, à terme, des conséquences importantes sur leur fonctionnement. Cependant, les mécanismes impliqués dans l'accumulation de dommages à l'ADN neuronal dans la MA ne sont pas élucidés. La MA est également caractérisée par la présence de protéine Tau hyper et anormalement phosphorylée. Cette protéine Tau pathologique s'agrège et forme les " dégénérescences neurofibrillaires " (ou DNF). Les mécanismes conduisant à l'agrégation de Tau dans les cerveaux Alzheimer demeurent encore peu connus. Néanmoins, il est maintenant admis que bien plus que les agrégats insolubles, ce sont des petites formes oligomériques de Tau qui sont toxiques dans les neurones.Tau peut se localiser dans les conditions physiologiques au niveau de la membrane plasmique et au sein du noyau des neurones. Dans le laboratoire, il a été montré dans des cultures primaires de neurones murins que Tau joue un rôle essentiel dans la protection de l'ADN génomique neuronal en condition de stress. Le premier objectif de cette thèse était de savoir si in vivo Tau joue un rôle protecteur vis-à-vis de l'ADN. Nous avons donc mis au point un modèle murin de stress hyperthermique, stress induisant la formation de ROS. Nous avons ainsi validé in vivo la fonction protectrice de Tau vis-à-vis de l'ADN génomique. Nous avons également mis en évidence que l'absence de Tau altérait l'intégrité d'ARN cytoplasmiques et nucléaires en condition de stress, ce qui suggère que Tau pourrait jouer un rôle dans le contrôle qualité des ARN. Le deuxième objectif était d'évaluer l'impact de la pathologie Tau sur sa fonction protectrice de l'ADN. Notre hypothèse était que la pathologie Tau pourrait avoir un rôle délétère sur sa fonction protectrice de l'ADN génomique. L'impact de la pathologie Tau a alors été évalué in vivo dans un modèle de souris transgéniques (THY-Tau22). Nos résultats indiquent que dans les neurones hippocampiques soumis à un stress hyperthermique et possédant une pathologie de Tau précoce, il y a la perte de la fonction protectrice de Tau vis-à-vis de l'intégrité des acides nucléiques. Par ailleurs, nous avons observé qu'une augmentation de ROS jouait le rôle d'agent inducteur in vivo dans la formation de petits oligomères de Tau dans le cytoplasme et le noyau de neurones hippocampiques. De façon intéressante nous avons observé une corrélation entre les neurones possédant des dommages aux acides nucléiques et la formation de petits oligomères de Tau. Ces résultats mettent en lumière l'existence d'une fenêtre temporelle critique où une augmentation du stress oxydant induit conjointement l'oligomérisation de Tau et la formation de dommages aux acides nucléiques dans des neurones présentant une pathologie précoce. Ceci suggère que des formes oligomériques de Tau seraient impliqués dans l'altération des acides nucléiques.Les phospholipides peuvent également servir d'agent inducteur pour l'oligomérisation de Tau. Ils sont retrouvés dans les membranes. Les radeaux lipidiques sont des microdomaines de la membrane plasmique riches en sphingolipides et en cholestérol qui pourraient servir de point de nucléation pour l'oligomérisation de Tau. Avant de pouvoir répondre à cette question, le troisième objectif a été d'étudier l'état de phosphorylation de Tau associée aux radeaux lipidiques. Nos résultats indiquent que dans le cortex de patients atteints de la MA, la protéine Tau associée aux radeaux lipidiques est hyperphosphorylée et oligomérisée.

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.

La maladie d'Alzheimer (MA) est une pathologie neurodégénérative s'exprimant par des troubles de la mémoire et un déclin cognitif évoluant progressivement vers un stade de démence incurable. Elle représente la cause principale de syndrome démentiel puisque l'on estime qu'elle est à l'origine de plus de 70% des cas de démences. Du fait de sa prévalence élevée après 60 ans, la MA représente un problème majeur de santé publique. La MA se caractérise par la présence de deux types de lésions cérébrales : les dégénérescences neurofibrillaires (DNF) et les plaques amyloïdes. Cependant, aucun consensus clair ne se dégage concernant les relations qui lient les deux types de lésions. Leur présence ne peut être mise en évidence que par un examen post-mortem. La MA est par définition une pathologie évolutive, cet examen ne permet donc pas de caractériser de manière adéquate les processus dynamiques qui sous-tendent cette pathologie. La mise au point de techniques d'imagerie non invasives permettant de réaliser un suivi longitudinal in vivo de ces lésions s'avère déterminante dans la compréhension de la physiopathologie de la MA. Les travaux effectués au cours de cette thèse ont pour objectif la mise au point de nouveaux radiotraceurs des lésions amyloïdes et neurofibrillaires pour l'imagerie nucléaire. Cette approche se distingue en trois parties. Dans un premier temps, nous avons validé un modèle animal de la MA: les souris transgéniques 3xTgAD. Dans un second temps, nous avons réalisé l'évaluation biologique de différents radiotraceurs connus sur ce modèle animal : le 99mTc-HMPAO, le 18F-FDG et le 125I-IMPY. Enfin, nous avons initié le développement de plusieurs nouveaux traceurs pour permettre le suivi de la MA in vivo : les para-sulfonato-calixarènes qui présentent une affinité intéressante pour les plaques amyloïdes, les composés COB qui inhibent la formation des agrégats de peptides amyloïdes in vitro ainsi qu'un peptide, A93, associé à un vecteur qui pourrait interagir avec les dégénérescences neurofibrillaires.

Le vieillissement de nos sociétés provoque une augmentation du nombre de personnes atteintes de maladies neuro-dégénératives telles que la maladie d'Alzheimer (5% des plus de 65 ans et 15% des plus de 85 ans) ou de Parkinson. Les personnes atteintes nécessitent un suivi et une prise en charge importante de la part de leurs proches ou d'organismes spécialisés. Face à ce constat, il apparaît nécessaire de mieux appréhender les mécanismes de développement de ces maladies qui sont encore méconnus, dans le but final de trouver des traitements efficaces. La maladie d'Alzheimer est caractérisée par des pertes neuronales et synaptiques dans des zones précises du cerveau ce qui induirait les troubles de la mémoire et du comportement observés chez les malades. L'une des hypothèses, pour expliquer ces lésions cérébrales, est l'agrégation d'une protéine au niveau neuronal, l'amyloïde-β. Ces agrégats vont conduire à la mort neuronale, probablement par divers mécanismes. L'agrégation de cette protéine forme des plaques séniles en surfaces des neurones, une des caractéristiques de la maladie d'Alzheimer. De nombreuses études, s'appuyant sur des méthodes classiques de la biochimie, ont permis de montrer que de multiples facteurs influaient sur le mécanisme d'agrégation (concentration en amyloïde-beta, pH, présence d'ions métalliques et autre composés, température, propriétés des surfaces). De plus, la cinétique d'agrégation est dynamique, complexe, difficilement contrôlable par les outils classiques de la biologie moléculaire. Dans ce contexte, cette thèse présente une approche originale, basée sur l'utilisation de l'outil microfluidique (manipulation de fluides au sein de systèmes microfabriqués), pour appréhender ce problème. Pour cela, nous avons développé deux types de puces microfluidiques complémentaires. La première a pour but de cribler différentes conditions réactionnelles afin de connaître les facteurs importants et les seuils de concentration critiques. Dans ce but, nous avons réalisé des systèmes permettant de réaliser des gradients de concentration linéaire, grâce auxquels nous avons essentiellement testé l'impact de la concentration en amyloïde-β sur l'agrégation. Ces expériences nous ont permis de montrer l'existence d'un seuil de concentration. La seconde approche est complémentaire de la première, elle a pour but de s'intéresser à la cinétique de réaction. Les puces sont basées sur le principe de réaction-diffusion, cela nous permet de mesurer tout d'abord le coefficient de diffusion du peptide seul (sans agrégation) puis durant l'agrégation. La comparaison des deux situations nous renseigne sur la taille des agrégats. Ces expériences nous ont permis de mesurer le coefficient de diffusion pour différentes molécules (fluorescéine, rhodamine B) et peptides modèles. Concernant l'agrégation, l'adsorption de la protéine sur les parois des canalisations limite encore l'interprétation de nos expériences préliminaires en termes de cinétique. A travers cette thèse, nous avons développé des outils microfluidiques permettant l'étude de l'agrégation de l'amyloïde-β. D'une part, nous avons réalisé un système permettant le criblage de nombreuses conditions réactionnelles qui peut être appliqué au domaine du génie chimique. D'autre part, une configuration de réaction-diffusion vise à remonter à la cinétique d'agrégation. La principale limitation actuelle des systèmes est le contrôle des conditions d'adsorption des protéines sur les parois.

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.

Des perturbations des interactions sociales sont décrites chez les patients atteints de la Maladie d'Alzheimer (MA), afin d'expliquer certaines difficultés psycho-comportementales caractéristiques de cette pathologie, comme l'absence de conscience des troubles mnésiques (métamémoire) ou des difficultés d'inférences d'états mentaux à autrui (Théorie de l'Esprit, TdE). En adoptant, dans un premier temps, une conception cognitive puis une approche sociologique de l'adaptation sociale et du rôle d'autrui dans la régulation des comportements, nous avons proposé à des patients atteints de MA et des contrôles appariés un protocole d'évaluation de différents aspects du fonctionnement frontal : la conscience de soi (métamémoire), la conscience de l'autre (TdE) et le fonctionnement exécutif cognitif. Dans une deuxième partie, des participants avec une MA, des patients avec des déficits cognitifs légers et des contrôles appariés ont été soumis à des tâches dynamiques évaluant l'interaction sociale avec l'examinateur et les capacités de prise de perspectives. La présente thèse permet de conclure à (1) un fractionnement des capacités de métamémoire et de TdE ; (2) une insuffisance des variables exécutives cognitives pour expliquer les performances des patients aux tâches de TdE et de métamémoire ; (3) l'importance de recourir à des interprétations alternatives empruntées aux domaines de la psychologie sociale et de la sociologie pour comprendre les difficultés d'interaction sociale des patients MA sous l'angle de la problématique de prise de perspective et de maintien d'un rôle social singulier.

Les analyses génomiques ont permis d'identifier des gènes et des protéinesimpliqués dans la maladie d'Alzheimer (MA). Au laboratoire, des approchesdifférentes ont mis en évidence deux gènes différentiellement exprimés dans lamaladie : le gène IL-33, retrouvé comme étant sous-exprimé chez les patientsatteints de MA, et le gène BIN1, identifié par des approches de GWAS et retrouvécomme étant sur-exprimés dans le cerveau des patients.Nous avons observé que la protéine IL-33 avait un impact sur le métabolismedu précurseur du peptide amyloïde (APP) de par sa fonction de facteur de régulationtranscriptionnelle. Nous avons alors cherché à identifier les gènes modulés par IL-33ainsi que des sites potentiels de fixation de la protéine sur l'ADN par des analyses àhaut débit. Il a été observé qu'IL-33 avait une forte implication dans la transcriptiondes gènes et pouvait agir directement sur l'ADN de par son impact sur les histones.De plus, IL-33 augmenterait l'expression de la préséniline 2, ce qui expliquerait alorsson impact sur le métabolisme de l'APP.Nous avons identifié un polymorphisme fonctionnel dans la région régulatricedu gène BIN1 associé à la maladie et pouvant expliquer la variation de sonexpression retrouvée dans le cerveau des patients. Nous avons également retrouvéune interaction de la protéine BIN1 avec Tau. BIN1 est alors le premier déterminantgénétique de la MA retrouvé comme étant associé à Tau et pourrait expliquer le lienentre la pathologie amyloïde et la pathologie Tau.Nos analyses nous ont donc permis, à partir des résultats d'analysesgénomiques, de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans laphysiopathologie de la MA.

Les démences regroupent un ensemble de pathologies cérébrales affectant progressivementles fonctions cognitives et survenant plus fréquemment chez les personnes âgées. L'augmentationdu nombre de cas liée au vieillissement de la population et la lourdeur de la prise encharge font des démences un problème de santé publique important.La maladie d'Alzheimer (MA) est la plus fréquente des démences. Elle apparaît généralementaprès 65 ans et possède une forte composante génétique. En dehors de certainesformes familiales précoces liées à des mutations dans les gènes du précurseur de la protéineamyloïde, et des présénilines 1 et 2, la grande majorité des cas résulte de l'interaction defacteurs environnementaux avec divers gènes de susceptibilité.L'approche gène candidat a permis l'identification de nombreux gènes associés au risquede MA. Cependant, en raison de problèmes techniques et méthodologiques, seul le gène del'apoprotéine E (APOE) a pu être identifié de manière robuste par cette approche. Les étudesd'association pangénomiques permettent d'identifier sans a priori des variations génétiquesfréquentes associées à une maladie sur l'ensemble du génome. À partir de 2009, plusieursconsortia ayant pour objectif de réaliser ce type d'étude dans le champs de la MA ont identifiéquatre nouveaux gènes d'intérêt pour la MA, CLU, PICALM, CR1 et BIN1. Cependant,ces gènes n'expliquent qu'une petite partie de la variabilité génétique de la maladie et denombreux autres variants restent à découvrir.Durant cette thèse, nous avons d'abord chercher à répliquer les résultats des principauxgènes identifiés par approche gène candidat en utilisant les données du consortium EuropeanAlzheimer's Disease Initiative (EADI). Nous avons pu montrer qu'une grande partie deces gènes présentait un faible niveau d'association avec la MA. En utilisant l'approche pangénomique,nous avons ensuite pu identifier 19 gènes associés au risque de MA en dehorsd'APOE, dont 11 n'ayant pas été identifiés par les précédentes études, via la mise en placed'une collaboration informelle entre consortia puis au sein du International Genomics ofAlzheimer's Disease Project (IGAP).Nous nous sommes également interessés à plusieurs phénotypes intermédiaires associésà la MA, et en particulier aux taux plasmatiques des peptides amyloïde b (Ab), en partantde l'hypothèse qu'ils pourraient permettre la recherche de variants impliqués dans des mécanismesphysiopathologiques pré-symptomatiques. Ce travail a permis l'identification d'uneassociation potentielle entre le gène CTXN3 et les taux plasmatiques d'Ab1−42.En conclusion, l'utilisation des études d'association pangénomiques a permis d'identifierde nombreux nouveaux gènes associés au risque de MA. Ces gènes ouvrent des voies derecherche intéressantes pour mieux comprendre la physiopathologie de la MA et permettrele développement de traitements efficaces qui font actuellement défaut.

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