De récents travaux ont mis en évidence que des dysfonctionnements dans l’expression de gènes impliqués dans la plasticité synaptique contribuent aux déclins cognitifs qu’on observe chez les gens âgés et à la progression de la maladie d’Alzheimer. Notre étude avait comme objectif d’étudier le profil d’expression d’ARNm spécifiques impliqués dans la plasticité synaptique chez des rats jeunes et âgés et chez des souris transgéniques 3xTg et WT. Des expériences en qRT-PCR ont été effectuées dans des extraits de cortex et d’hippocampe de rats jeunes et âgés et de souris 3xTg et WT, respectivement. Les résultats ont démontré une augmentation significative de l’expression d’ARNm MAP1B, Stau2, BDNF, CREB et AGO2 principalement dans l’hippocampe (régions CA1-CA3) des souris 3xTg comparé aux souris WT. Une diminution significative a également été observée pour l’ARNm αCaMKII dans le cortex des souris 3xTg comparé aux souris WT. Contrairement à ces observations, aucun changement n’a été observé pour l’expression de gènes impliqués dans la plasticité synaptique chez les rats âgés comparé aux rats jeunes. Ces résultats démontrent qu’un dysfonctionnement existe réellement au début de la maladie d’Alzheimer dans l’expression de gènes spécifiques impliqués dans la plasticité synaptique et contribue potentiellement à la progression de la maladie en engendrant un déséquilibre entre la LTP et la LTD. De plus, les différences d’expressions sont particulièrement observées dans l’hippocampe (régions CA1-CA3) ce qui est consistant avec les études sur la progression de la maladie d’Alzheimer puisqu’il est connu que la région CA1 de l’hippocampe est la plus vulnérable à l’apparition de la maladie. Ces résultats permettent une meilleure compréhension des événements moléculaires qui deviennent dérégulés à l’apparition de la maladie d’Alzheimer. / Recent work has demonstrated that dysregulations in the expression profile of plasticity-related genes in specific brain regions contribute to age-related cognitive decline and Alzheimer’s disease. The aim of this study was to determine the expression profile of a subset of plasticity-related mRNAs in different regions of the brain of young and aged rats as well as 3xTg and wild type (WT) mice. qRT-PCR experiments were performed in extracts of cortex and hippocampus of young and aged rats and of 3xTg and WT mice, respectively. Results demonstrated significant increases in the expression of MAP1B, Stau2, CREB, BDNF, and AGO2 mRNAs, especially in the hippocampus (CA1-CA3 fields) of 3xTg mice compared to WT mice. A significant decrease was also observed in the expression of αCaMKII mRNA in the cortex of 3xTg mice compared to WT mice. On the other hand, no significant changes were observed in the expression of plasticity-related genes in the hippocampus of aged rats compared to young rats. These results confirm that alterations in gene expression occur at the onset of AD and possibly contribute to the progression of the disease by causing an imbalance between long-term potentiation and long-term depression. In addition, patterns of significant altered gene expression, especially in the hippocampus (CA1-CA3 fields) of 3xTg mice are consistent with the progression of AD whereby the hippocampus (CA1 region) is most vulnerable at the onset of the disease. These results provide a better understanding of the molecular events that first become disturbed in AD.

Parmi la vingtaine de pathologies neurodégénératives recensées à ce jour, il a été retrouvé des caractéristiques communes telles que des lésions neuronales. Dans le cas de la Maladie d’Alzheimer, une dégénérescence neurofibrillaire a notamment été mise en évidence, ce qui se traduit par l’agrégation de protéines Tau anormalement modifiées. Bien que les mécanismes moléculaires impliqués demeurent encore mal compris, nous nous sommes intéressés, au cours de cette thèse, à la synthèse puis à l’évaluation biologique de nouveaux inhibiteurs de l’agrégation de la protéine TAU impliquée dans la Maladie d’Alzheimer. Les deux premières parties de ce travail sont basées sur la conception de dérivés imidazo[2,1-b]thiazoliques, sur lesquels sont greffés un ou plusieurs groupements (hétéro)aryles. La troisième partie est, quant à elle, consacrée à la formation d’entités thiazolo[3,2-b]triazoliques di- ou trisubstituées. Le choix de ces bicycles fusionnés à cinq chainons [5,5] découle de leurs propriétés biologiques dans des domaines très variés. L’obtention de ces composés a notamment été l’occasion de mettre en oeuvre de nouvelles méthodologies de synthèses. Ainsi, sur le motif imidazo[2,1-b]thiazolique, ont été développées des réactions de couplages de Suzuki-Miyaura, des réactions multicomposants, ainsi qu’une séquence réactionnelle de condensation d’électrophiles. Sur le bicycle thiazolo[3,2-b]triazole, un travail de CH activation a également été mise au point. Une collection de deux cents moléculesoriginales a ainsi pu être constituée, et plus de la moitié des nouveaux produits ont été évalués in vitro. Unetechnique de fluorescence permettant de déterminer l’inhibition de l’agrégation des protéines TAU a été miseau point, utilisant notamment la protéine K18 comme modèle tronqué de protéine TAU. / TAU pathology is a brain lesion common to more than twenty neurodegeneratives diseases. It consists of the abnormal aggregation of the microtubule-associated protein TAU into neurofibrillary tangles. While mechanisms underlying TAU aggregation are not fully understood yet, we have been investigated the synthesis and the biological evaluations of novel class of TAU aggregation inhibitors involved in Alzheimer’s disease. The first two parts of this work reports the synthesis of various imidazo[2,1-b]thiazoles molecules, on which are substituted (het)aryles groups. The third and last part is devoted to the formation of some di-/trisubstituted novel N-fused ring system such as thiazolo[3,2-b]triazoles. In order to provide a functional diversity and generate a therapeutic effect, the peaks C-2, C-3, C-5 and C-6 were functionalized on the imidazo[2,1-b]thiazole ring. It was also the opportunity to develop news synthetic methodologies such as a new Suzuki-Miyaura reaction, a multicomponent reaction, and an electrophilic condensation. On the thiazolotriazole core, an effective procedure of CH activation was performed. More than two hundred original molecules were synthesized, and more than half were evaluated in vitro. A fluorescence technique allowed us to determine the inhibition of TAU aggregation, using the particular K18 protein as a truncated model of normal TAU protein.

Les maladies neurodégénératives, telles que la maladie d'Alzheimer (AD) et Charcot Marie Tooth (CMT), sont des maladies complexes. Leurs mécanismes pathologiques ne sont toujours pas bien compris et les progrès dans la recherche et le développement de nouvelles thérapies potentielles modifiant la maladie sont lents. Les données catégorielles, comme les échelles de notation et les données sur les études d'association génomique (GWAS), sont largement utilisées dans les maladies neurodégénératives dans le diagnostic, la prédiction et le suivi de la progression. Il est important de comprendre et d'interpréter ces données correctement si nous voulons améliorer la recherche sur les maladies neurodégénératives. Le but de cette thèse est d'utiliser la théorie psychométrique moderne: théorie de la réponse d’item pour analyser ces données catégoriques afin de mieux comprendre les maladies neurodégénératives et de faciliter la recherche de médicaments correspondante. Tout d'abord, nous avons appliqué l'analyse de Rasch afin d'évaluer la validité du score de neuropathie Charcot-Marie-Tooth (CMTNS), un critère important d'évaluation principal pour les essais cliniques de la maladie de CMT. Nous avons ensuite adapté le modèle Rasch à l'analyse des associations génétiques pour identifier les gènes associés à la maladie d'Alzheimer. Cette méthode résume les génotypes catégoriques de plusieurs marqueurs génétiques tels que les polymorphisme nucléotidique (SNPs) en un seul score génétique. Enfin, nous avons calculé l'information mutuelle basée sur la théorie de réponse d’item pour sélectionner les items sensibles dans ADAS-cog, une mesure de fonctionnement cognitif la plus utilisées dans les études de la maladie d'Alzheimer, afin de mieux évaluer le progrès de la maladie. / Neurodegenerative diseases, such as Alzheimer’s disease (AD) and Charcot Marie Tooth (CMT), are complex diseases. Their pathological mechanisms are still not well understood, and the progress in the research and development of new potential disease-modifying therapies is slow. Categorical data like rating scales and Genome-Wide Association Studies (GWAS) data are widely utilized in the neurodegenerative diseases in the diagnosis, prediction and progression monitor. It is important to understand and interpret these data correctly if we want to improve the disease research. The purpose of this thesis is to use the modern psychometric Item Response Theory to analyze these categorical data for better understanding the neurodegenerative diseases and facilitating the corresponding drug research. First, we applied the Rasch analysis in order to assess the validity of the Charcot-Marie-Tooth Neuropathy Score (CMTNS), a main endpoint for the CMT disease clinical trials. We then adapted the Rasch model to the analysis of genetic associations and used to identify genes associated with Alzheimer’s disease by summarizing the categorical genotypes of several genetic markers such as Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) into one genetic score. Finally, to select sensitive items in the most used psychometrical tests for Alzheimer’s disease, we calculated the mutual information based on the item response model to evaluate the sensitivity of each item on the ADAS-cog scale.

Le paludisme, la maladie la plus dévastatrice des régions tropicales fait l’objet de nombreuses recherches ayant pour but de trouver des médicaments préventifs, du matériel de protection, de nouveaux traitements, des vaccins, …<p>Notre travail s’est inscrit dans la recherche des composés naturels actifs sur l’agent pathogène, le Plasmodium. Nos investigations phytochimiques et pharmacologiques ont porté sur Triclisia sacleuxii, une plante utilisée en médecine traditionnelle pour traiter diverses maladies dont deux parasitaires: la schistosomiase et l’ascardiose. Elle est aussi employée dans la préparation du poison de flèche. De plus, T. sacleuxii appartient à la famille des Menispermaceae, une famille riche en alcaloïdes bisbenzylisoquinoléiques (BBIQ). Ces composés ont de nombreuses propriétés biologiques dont l’activité antipaludique et trypanocide. Plusieurs autres espèces appartenant au genre Triclisia sont utilisées en médecine traditionnelle pour traiter la fièvre, le paludisme et d’autres pathologies. Ces éléments ont motivé la recherche dans cette plante des composés à activité antiplasmodiale. En effet, la plupart des composés que nous en avons isolés (p 12) sont actifs aussi bien sur la souche chloroquino-sensible (3D7) que sur la souche chloroquino-résistante (W2) que nous avons testées.<p>Deux d’entre eux ont en plus une activité plus élevée vis-à-vis de la souche choroquino-résistante.<p>Les composés actifs sur Plasmodium falciparum ont également montré une toxicité à l’égard de Trypanosoma brucei brucei, une sous-espèce apparentée à celles qui sont à la base de la maladie du sommeil en Afrique Centrale et de l’Est.<p>A part les usages mentionnés précédemment, T. sacleuxii est en plus employée comme antidote contre les morsures de serpents. Ce qui voudrait dire qu’elle pourrait renfermer des inhibiteurs d’enzymes.<p>Aussi, des BBIQ ont déjà démontré une activité inhibitrice de l’acétylcholinéstérase (AChE) et des phospholipases A2. Sur base de ces informations, nous avons assigné un troisième objectif à notre investigation qui cible l’AChE en correlation avec la maladie d’Alzheimer (MA). La MA est une pathologie neurodégénérative qui affecte en général les personnes âgées de plus de 60 ans, caractérisée entre autres par une perte progressive de la mémoire, une détérioration de plusieurs fonctions cognitives, de troubles neurologiques et du comportement, … Les différents extraits alcaloïdiques ont montré un degré d’inhibition de l’AChE élevé ( 80 - 90%) à une concentration de 100 μg/ml. Avec les composés purs, l’inhibition est très variable (30 - 90 %) suivant la structure. Enfin, nous avons effectué des investigations pour déterminer le mode d’action antiplasmodiale des BBIQ majeurs isolés de T. sacleuxii. Il apparaît que non seulement toutes les BBIQ n’agissent pas par un même mode d’action, mais aussi un même composé pourrait agir simultanément suivant deux ou plusieurs mécanismes différents.<p><p><p>Malaria, the most devastating disease in tropical areas, is currently a target of numerous researches, aiming to find preventive medicines, protective tools, new treatments and vaccines. In a search for antiplasmodial natural compounds, we have undertaken phytochemical and pharmacological investigations on Triclisia sacleuxii, used in traditional medicine to treat various ailments including two parasitological diseases; schistosomiasis and ascariasis. It is also used as an arrow poison.<p>Triclisia sacleuxii belongs to the Menispermaceae family, which is known to contain bisbenzylisoquinolines. These components have shown various biological activities among which antimalarial and trypanocidal activity. Furthermore, many Triclisia species are used in traditional medicine for treating fever and malaria along with other disorders.<p>With this background the research was set out to investigate on possible antiparasitic compounds active against Plasmodium falciparum.<p>Most of the compounds isolated in this work were active towards both chloroquine sensitive strain (3D7) and chloroquine resistant Plasmodium strain (W2). Interestingly some of them demonstrated selectivity for the resistant strain.<p>The compounds which displayed antiplasmodial activity also showed toxicity against Trypanosoma brucei brucei, a parasite related to those which cause sleeping sickness.<p>Besides Triclisia sacleuxii traditional uses mentioned above, it is also used as a snakebites antidote. This suggests that it might contain enzymes inhibitors. Additionally, in previous works, bisbenzylisoquinolines which are believed to be present in T. sacleuxii, have displayed phospholipases A2 and acetylcholinesterase inhibitory activity. On the basis of these informations, the third aim of our investigation targeted acetylcholinesterase (AChE), an enzyme involved in Alzheimer’s disease (AD). AD is a neurodegenerative disease occurring mostly in people aged beyond 60 years, characterised by a progressive loss of memory, impairement of multiple cognitive functions, neurological and behavior disorders, Our results have demonstrated that leaves, stems and roots alkaloidal fractions have high anti-AChE activity. Pure compounds exhibited a structure-dependent activity ranging from 30 up to 90% at a concentration of 100μg/ml).<p>Finally, we have undertaken an investigation on the antiplasmodial mode of action of the major alkaloids. It appears that not only the BBIQ do not act by a same mechanism, but also a single compound may act by more than one mode of action. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La maladie d’Alzheimer (MA) est une pathologie neurodégénérative communément caractérisée par une perte progressive de la mémoire. L’étiologie de la MA demeure incertaine à ce jour ce qui complique l’élaboration de stratégies thérapeutiques permettant de l’éradiquer. L’accumulation des échecs thérapeutiques pourrait en partie s’expliquer par le fait que l’hypothèse amyloïde, qui met en avant l’implication prépondérante du peptide bêta-amyloïde (Aβ) dans la physiopathologie de la MA, serait incomplète. En utilisant un modèle murin transgénique de la MA, la souris TgCRND8, j’ai pu compléter l’hypothèse amyloïde en proposant l’implication, en plus de l’Aβ, du fragment carboxy-terminal bêta (β-CTF). Ces deux métabolites amyloïdogéniques de l’APP seraient responsables de l’altération de formes différentes de mémoire. Le dosage de ces métabolites dans l’hippocampe, suite au traitement chronique des souris avec un inhibiteur de β ou de γ-secrétase, a mis en évidence que le β-CTF serait responsable de l’atteinte de la mémoire impliquée dans la détection du remplacement d’un objet, alors que l’Aβ perturberait la mémoire permettant la détection du déplacement d’un objet. Ces travaux suggèrent qu’il serait judicieux de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques qui diminuent à la fois les niveaux cérébraux des deux fragments amyloïdogéniques, le β-CTF et l’Aβ. / Alzheimer’s disease (AD) is a neurodegenerative pathology commonly characterized by a progressive memory loss. To these days, AD’s etiology has remained unclear which complicates the development of therapeutic strategies enabling to eradicate the pathology. The accumulation of therapeutic failures could partly be explained by the fact that the amyloid hypothesis, which highlights the leading involvement of the amyloid beta peptide (Aβ) in the physiopathology of AD, could be incomplete. Using a transgenic mouse model of AD, the TgCRND8 mice strain, I expanded the amyloid hypothesis, suggesting the involvement of the beta carboxy-terminal fragment (β-CTF), in addition to Aβ. These two amyloidogenic metabolites could be responsible for the alteration of different forms of memory. The dosage of these metabolites, after mice chronic treatment with either a β- or a γ-secretase inhibitor, highlighted the fact that β-CTF could be responsible for the deterioration of the memory involved in the detection of the replacement of an object. As for Aβ, it could disrupt the memory allowing the detection of the displacement of an object. This work suggests that it would be judicious to develop therapeutic strategies reducing brain levels of both amyloid fragments, β-CTF and Aβ.

L’objectif de ce travail était d’étudier la mémoire autobiographique (MAb) aux stades débutants de la maladie d’Alzheimer et d’analyser le lien avec le Self défini selon le modèle de Prebble et collaborateurs. (2013) et en investiguant les substrats neuro-anatomiques. Notre étude a confirmé qu’il existait une altération de la MAb chez les patients atteints de maladie d’Alzheimer, dans sa composante épisodique et émotionnelle, quelle que soit l’ancienneté des souvenirs. Nous avons pu rattacher ce déficit épisodique à l’atrophie des régions temporales internes et en suggérer l’implication de l’hippocampe gauche dans le contexte temporel des souvenirs et de l’amygdale droite dans la composante émotionnelle. En revanche, il existait une relative préservation du niveau des détails des souvenirs émotionnels résiduels, et surtout, des souvenirs sémantisés, ces derniers étant supportés par le néocortex temporal. Concernant le Self de façon plus générale, les résultats mettent en évidence un lien entre Self-conceptuel et MAb, par le biais des processus de sémantisation et d’intégration des souvenirs qui permettent de former des représentations abstraites à partir des expériences vécues. Par ailleurs, nous avons également montré que le sens subjectif de soi est inhérent à toutes les autres composantes du Self. Par l’étude d’un cas unique et d’imagerie volumétrique de groupe, le cortex préfrontal médian a été mis en évidence comme substrat commun à toutes les composantes du Self, suggérant un rôle clé de cette structure pour supporter le sens subjectif de soi. Ces résultats ouvrent des pistes de remédiation par la réminiscence basée sur les mécanismes de sémantisation, d’intégration et sur les aspects émotionnels, au centre desquels se trouvent les souvenirs définissant-le-soi. Aussi notre étude engage-t-elle à analyser ces composantes du Self au sein de réseaux, en connectivité fonctionnelle et anatomique. / The present study aimed at studying autobiographical memory (AbM) in patients at early stages of Alzheimer’s disease, as well as at analyzing the link between AbM and the Self components (as defined by Prebble et al., 2013), and finally, at investigating its neuro-anatomical correlates. The results we obtained confirmed AbM is damaged in patients with regards to episodic and emotional components, whatever the age of the memory. The deficit in episodic memory was associated with medial temporal lobe atrophy, with the left hippocampus seemingly involved in the temporal context of the memories and the right amygdala in the emotional component. Conversely, specificity of remaining emotional memories was relatively preserved, as well as semanticized memories, which rely on the temporal neocortex. In the context of the Self more generally, our results highlight a relationship between the conceptual-Self and autobiographical memories, through semanticization and integration processes, which allow the formation of the most abstracted forms of self-representations. Moreover, the subjective sense of Self appears as a prerequisite to all other Self components. Based upon a case study and a volumetric group study, we were able to show that the implication of the medial prefrontal cortex is common to all Self components, suggesting its key role for the subjective sense of Self. Our results point to a potential rehabilitation therapy based on reinforcing self-defining memories to strengthen the Self. This work will be completed by the study of functional and anatomical networks sustaining the Self.

La phosphorylation des protéines par les kinases est l’une plus importantes modification post-traductionnelle dans les processus cellulaires tels que la division, la différenciation, la prolifération et l’apoptose. Due à leur rôle clef, un dérèglement des protéines kinases peut entrainer de nombreuses pathologies proliférative telles que le cancer et non prolifératives telles que les maladies neurodégénératives. Le travail de thèse s’est construit autour de 2 séries d’inhibiteurs de protéine kinases comportant les noyaux imidazo[1,2-b]pyridazine et imidazo[4,5-b]pyridine. L’objectif est d’inhiber sélectivement les protéines kinases choisies, pour leurs implications dans les pathologies visées au laboratoire. Les imidazo[1,2-b]pyridazines ont été préparées pour identifier des inhibiteurs de CLK1 et DYRK1A, cibles potentielles dans la maladie d’Alzheimer. Parmi les imidazo[1,2-b]pyridazines synthétisées, plusieurs molécules se sont révélées particulièrement sélectives de DYRKs et CLKs, avec des IC50 < 100 nM. Une relation structure-activité basée sur la synthèse de 70 molécules, a permis de dégager des éléments structuraux de la sélectivité des molécules. L’évaluation des produits a également été portée sur les kinases de parasites. Il a ainsi été possible d’identifier quelques inhibiteurs actifs sur PfCLK1. La seconde partie de cette thèse avait pour objectif l’optimisation du protocole de synthèse imidazo[4,5-b]pyridines, analogue de la roscovitine. Des dérivés s’étaient révélés capables d’inhiber la formation de kystes, dans un modèle cellulaire de polykystose rénale. Une synthèse en sept étapes a conduit à plusieurs grammes d’imidazo[4,5-b]pyridine 3,5,7 trisubstitués, qui sont ainsi disponibles pour l’évaluation in vivo. / Phosphorylation by protein kinases is one of the most important post-translational modification in cellular processes such as division, differentiation, proliferation and apoptosis. Kinase deregulation is associated with numerous diseases such as cancer or neurodegenerative diseases. Imidazo[1,2-b]pyridazine and imidazo[4,5-b]pyridine were prepared to inhibit protein kinases involved in diseases targeted in the laboratory. The imidazo[1,2-b]pyridazines were synthesized to identify inhibitors of CLK1 and DYRK1A, potential targets in Alzheimer's disease. Among the imidazo[1,2-b]pyridazines synthesized, several molecules were found selective of DYRKs and CLKs, with IC50 < 100 nM. A structure-activity relationship based on the synthesis of 70 molecules, led to the identification of the structural bases of the selectivity. Products were also evaluated against parasite kinases. It was possible to identify some highly potent inhibitors on PfCLK1. The aim of second part of this thesis was to optimize the synthetic process to obtain imidazo[4,5-b]pyridines, which are close analogues of roscovitine. Derivatives had proved capable of inhibiting the formation of cysts in a cellular model of polycystic kidney disease. A seven-step synthesis has led to several grams of 3,5,7-trisubstituted imidazo[4,5-b]pyridine which is now available for evaluation in vivo.

The BOLD contrast employed in functional MRI studies is an ambiguous signal composed of changes in blood flow, blood volume and oxidative metabolism. In situations where the vasculature and metabolism may have been affected, such as in aging and in certain diseases, the dissociation of the more physiologically-specific components from the BOLD signal becomes crucial. The latest generation of calibrated functional MRI methods allows the estimation of both resting blood flow and absolute oxygen metabolism. The work presented here is based on one such proof-of-concept approach, dubbed QUO2, whereby taking into account, within a generalized model, both arbitrary changes in blood flow and blood O2 content during a combination of hypercapnia and hyperoxia breathing manipulations, yields voxel-wise estimates of resting oxygen extraction fraction and oxidative metabolism. In the first part of this thesis, the QUO2 acquisition protocol and data analysis were revisited in order to enhance the temporal stability of individual blood flow and BOLD responses, consequently improving reliability of the model-derived estimates. Thereafter, an assessment of the within and between-subject variability of the optimized QUO2 measurements was performed on a group of healthy volunteers. In parallel, an analysis was performed of the sensitivity of the model to different sources of random and systematic errors, respectively due to errors in measurements and choice of assumed parameters values. Moreover, the various impacts of the oxygen concentration administered during the hyperoxia manipulation were evaluated through a simulation and experimentally, indicating that a mild hyperoxia was beneficial. Finally, the influence of Alzheimer’s disease in vascular and metabolic changes was explored for the first time by applying the QUO2 approach in a cohort of probable Alzheimer’s disease patients and age-matched control group. Voxel-wise and region-wise differences in resting blood flow, oxygen extraction fraction, oxidative metabolism, transverse relaxation rate constant R2* and R2* changes during hypercapnia were identified. A series of limitations along with recommended solutions was given with regards to the delayed transit time, the susceptibility artifacts and the challenge of performing a hypercapnia manipulation in cohorts of elderly and Alzheimer’s patients. / Le contraste BOLD employé dans les études d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) provient d’une combinaison ambigüe de changements du flux sanguin cérébral, du volume sanguin ainsi que du métabolisme oxydatif. Dans un contexte où les fonctions vasculaires ou métaboliques du cerveau ont pu être affectées, tel qu’avec l’âge ou certaines maladies, il est crucial d’effectuer une décomposition du signal BOLD en composantes physiologiquement plus spécifiques. La dernière génération de méthodes d’IRMf calibrée permet d’estimer à la fois le flux sanguin cérébral et le métabolisme oxydatif au repos. Le présent travail est basé sur une telle technique, appelée QUantitative O2 (QUO2), qui, via un model généralisé, prend en considération les changements du flux sanguin ainsi que ceux en concentrations sanguine d’O2 durant des périodes d’hypercapnie et d’hyperoxie, afin d’estimer, à chaque voxel, la fraction d’extraction d’oxygène et le métabolisme oxydatif au repos. Dans la première partie de cette thèse, le protocole d’acquisition ainsi que la stratégie d’analyse de l’approche QUO2 ont été revus afin d’améliorer la stabilité temporelle des réponses BOLD et du flux sanguin, conséquemment, afin d’accroître la fiabilité des paramètres estimés. Par la suite, une évaluation de la variabilité intra- et inter-sujet des différentes mesures QUO2 a été effectuée auprès d’un groupe de participants sains. En parallèle, une analyse de la sensibilité du model à différentes sources d’erreurs aléatoires (issues des mesures acquises) et systématiques (dues aux assomptions du model) a été réalisée. De plus, les impacts du niveau d’oxygène administré durant les périodes d’hyperoxie ont été évalués via une simulation puis expérimentalement, indiquant qu’une hyperoxie moyenne était bénéfique. Finalement, l’influence de la maladie d’Alzheimer sur les changements vasculaires et métaboliques a été explorée pour la première fois en appliquant le protocole QUO2 à une cohorte de patients Alzheimer et à un groupe témoin du même âge. Des différences en terme de flux sanguin, fraction d’oxygène extraite, métabolisme oxydatif, et taux de relaxation transverse R2* au repos comme en réponse à l’hypercapnie, ont été identifiées au niveau du voxel, ainsi qu’au niveau de régions cérébrales vulnérables à la maladie d’Alzheimer. Une liste de limitations accompagnées de recommandations a été dressée en ce qui a trait au temps de transit différé, aux artéfacts de susceptibilité magnétique, de même qu’au défi que représente l’hypercapnie chez les personnes âgées ou atteintes de la maladie d’Alzheimer.

Au niveau du cerveau et dans le plasma de malades atteints de maladie d’Alzheimer (MA), l’accumulation de C22:0 et d’acides gras à très longue chaîne (C24:0 ; C26:0), la diminution d’acide docosahexaenoique (C22:6 n-3) et les modifications quantitatives et qualitatives de plasmalogènes suggèrent l’implication de dysfonctions peroxysomales. En fonction de ces constatations, les activités biologiques de C22:0, C24:0 et C26:0 ont été recherchées sur des cellules neuronales humaines SK-N-BE. La lipotoxicité des acides gras (C22:0, C24:0 et C26:0) induit divers effets au niveau des mitochondries (modifications topographiques, morphologiques et fonctionnelles), conduit à une rupture de l’équilibre RedOx (surproduction d’espèces radicalaires de l’oxygène, modification de l’activité des enzymes anti-oxydantes : catalase, SOD, GPx), à une peroxydation lipidique et à une désorganisation du cytosquelette (microfilaments d’actine, tubuline, neurofilaments). Ces acides affectent aussi l’amyloïdogenèse et la tauopathie. L’amyloïde béta favorise aussi l’accumulation intracellulaire de C22:0, C24:0 et C26:0. A fortes concentrations, ces acides gras induisent une mort cellulaire non apoptotique. Par ailleurs, les données immunohistochimiques en relation avec l’expression de marqueurs peroxysomaux (ABCD1, ABCD2, ABCD3, ACOX1 et catalase) au niveau du cerveau de souris transgéniques APP PS1 ΔE9 ainsi que les profil d’acide gras obtenus sur le cerveau et le sang de ces souris suggèrent qu’elles pourraient constituer un bon modèle pour l’étude des relations entre MA et métabolisme peroxysomal. L’étude clinique réalisée sur plasma et érythrocytes de malades déments (MA, démences vasculaires, autres démences) montre une forte accumulation de C22:0, C24:0 et C26:0. Le C26:0 pourrait constituer un excellent biomarqueur de la MA. Le C18:0 à est aussi augmenté ainsi que les acides gras n-6. De forts indices de stress oxydant sont aussi révélés. Dans son ensemble, le travail réalisé suggère que les acides gras (C22:0, C24:0 et C26:0) ainsi que le métabolisme des acides gras en relation avec le métabolisme peroxysomal pourraient contribuer à la neurodégénéréscence associée aux démences incluant la MA / In the brain and in the plasma of patients with Alzheimer’s disease (AD), marked accumulation of C22:0 and of very long chain fatty acids (C24:0 ; C26:0) have been reported. Important decreases of docosahexaenoic acid (DHA; C22:6 n-3) have also been described as well as quantitative and qualitative modifications of plasmalogens. Altogether, these lipid modifications suggest an implication of peroxisomal metabolism disorders in the physiopathology of AD. Therefore, the biological activities of C22:0, C24:0 and C26:0 have been studied on human neuronal cells SK-N-BE. On these cells, the lipotoxicity of fatty acids (C22:0, C24:0 and C26:0) leads to various cellular modifications: topographical, morphological and functional changes at the mitochondrial level, rupture of RedOx equilibrium (overproduction of reactive oxygen species, modification of the activity of enzymes involved in anti-oxidant defenses: catalase, SOD, GPx), lipid peroxidation, cytoskeleton disorganization (actin microfilaments, tubulin, neurofilaments). These fatty acids also favor amyloidogenesis and tauopathy. At elevated concentrations, these fatty acids trigger a non apoptotic mode of cell death. Moreover, data obtained by immunohistochemistry with antibodies raised against peroxisomal components (ABCD1, ABCD2, ABCD3, ACOX1 and catalase) on histological tissue sections of the brain of transgenic mice APP PS1 ΔE9 as well as lipidomic analysis performed on the blood and the brain of these mice suggest that they could constitute interesting model to study the relationships between AD and peroxisomal metabolism. The clinical study performed on the plasma and on the erythrocytes of patients with dementia (AD, vascular dementia, other dementia) revealed an important accumulation of C22:0, C24:0 and C26:0. Hexacosanoic acid (C26:0) might constitute an excellent biomarker of AD. The fatty acid C18:0 and (n-6) fatty acids have also been found at increased concentrations. A strong oxidative stress has also been revealed. Altogether, our data support that the fatty acids (C22:0, C24:0 and C26:0) as well as the fatty acid metabolism depending on the peroxisome might contribute to neurodegeneration leading to various types of dementia including AD

Un des phénomènes sociétaux marquants de ces dernières années est le vieillissement de la population et en conséquence, une hausse considérable du nombre de personnes âgées. Dans ce contexte, la recrudescence des pathologies chroniques liées au vieillissement, dont la maladie d’Alzheimer, est devenue un enjeu majeur de santé publique. L’impact de nombreux facteurs environnementaux modulables, l’aspect chronique et évolutif des mécanismes pathogènes mis en jeu, doivent inciter à développer des interventions préventives permettant de minimiser les risques de développer ces maladies liées au vieillissement. Ce travail nous a permis de mettre en évidence l’importance d’utiliser des modèles d’étude et des modes d’expérimentation adaptés au vieillissement pour espérer en ralentir ou retarder les processus délétères. Nos résultats ont aussi permis d’identifier les membranes comme des éléments essentiels au bon fonctionnement cérébral. L’altération de la composition et de l’architecture des membranes neuronales chez la souris âgée perturbe leurs fonctionnalités et diminue les capacités de réponse neuroprotectrices recherchées notamment lors des thérapies anti-Alzheimer. Nous avons aussi observé des modifications membranaires comparables chez les souris rendues dyslipidémiques par un régime alimentaire excessif en lipides saturés auquel nous avons pu clairement attribuer un rôle pro-vieillissement. Nous avons finalement démontré le potentiel préventif d’une supplémentation alimentaire en acide docosahexaénoïque, l’acide gras polyinsaturé à longue chaîne majoritaire dans le cerveau, et pu conclure en sa capacité de restaurer une réponse neuroprotectrice altérée chez la souris âgée / One of the marked societal phenomena in recent decades is the aging of populations due to continually increasing lifespans and as a result, a considerable surge in the number and proportion of elderly, particularly in Western countries. In this demographic context, the rise of chronic diseases related to aging, including Alzheimer’s disease and other types of dementia, has become a major public health issue. The impact of modifiable environmental factors, evolution of the pathogenic mechanisms involved, and the lack of curative treatments illustrates the need for the development of interventions to prevent or delay the onset of these aging-related diseases. The present work demonstrates the importance of using age-adapted study models and experimental methods with the goal towards slowing or delaying age-related deleterious processes. Secondly, our results have identified membranes as an essential part for normal brain function. The composition and architectural changes in the neuronal membranes of elderly mice disrupt their functionality and reduce neuroprotective responsiveness such as those sought by anti-Alzheimer’s therapies. We also observed similar pro-aging-type changes in brain membranes of dyslipidemic mice fed a high-fat diet. Thus, disturbances of lipid homeostasis are correlated with an increased risk of developing aging-related cardiovascular and metabolic as well as neurodegenerative diseases. We finally demonstrated the preventive potential of dietary supplementation with docosahexaenoic acid, the most abundant long-chain polyunsaturated fatty acid in the brain, and observed its ability to restore a neuroprotective response that was impaired in older mice