La mutation à l’origine de la maladie de Huntington (MH) correspond à une expansion anormale de glutamines sur la protéine huntingtine (HTT). La MH est caractérisée par des symptômes moteurs et cognitifs mais également des troubles psychiatriques tels que l’anxiété et la dépression.Au cours de ma thèse, j’ai montré que la HTT module le statut anxio-dépressif de la souris via ses phosphorylations aux sérines 1181/1201. En effet, l’ablation des phosphorylations sur la HTT endogène améliore significativement le phénotype anxio-dépressif de la souris. Chez la souris, cette modulation dépend d’une augmentation de la maturation et de la survie des nouveaux neurones dans l’hippocampe. En effet, l’irradiation focale de l’hippocampe, dans un contexte où les phosphorylations sont absentes, supprime la neurogenèse et la réduction du statut anxio-dépressif observée en l’absence de phosphorylations. Au niveau moléculaire, la HTT non phosphorylée accroît l’association des moteurs moléculaires et des vésicules de BDNF sur les microtubules, ce qui augmente les dynamiques et la libération du BDNF. Ceci active la voie de signalisation MAPK/CREB dans l’hippocampe, cette voie pouvant ainsi stimuler la neurogenèse.J’ai ensuite étudié le rôle de ces phosphorylations dans un contexte MH et j’ai démontré l’effet anxiolytique/antidépresseur de l’absence de ces phosphorylations.J’ai également montré le rôle de ces phosphorylations de la HTT au cours du développement du cortex embryonnaire.Les résultats obtenus au cours de ma thèse suggèrent que les mécanismes fondamentaux de neurogenèse sont régulés par la HTT et ses phosphorylations. De plus, ils identifient une nouvelle voie de modulation de l’anxiété/dépression faisant intervenir la HTT. / Huntington disease (HD) is a fatal neurodegenerative disorder associated with early psychiatric symptoms including anxiety and depression.During my thesis, I have demonstrated that huntingtin, the protein mutated in HD, modulates anxiety/depression-related behaviors through its phosphorylations at serines 1181 and 1201. Indeed, genetic phospho-ablation at serines 1181 and 1201 in mouse reduces basal levels of anxiety/depression-like behaviors in mouse. Suppression of neurogenesis by focal hippocampal irradiation abolishes this reduction of basal levels of anxiety/depression on some behavioral test demonstrating that neurogenesis is involved in this process. Ablation of HTT phosphorylations may stimulate neurogenesis through BDNF transport, release and signaling.I have also shown that ablation of phosphorylations on HTT is sufficient to ameliorate the anxiety/depression-like behavior of a mouse model of HD, which develops a behavior indicative of depression–like state.I have finally explored the role of HTT phosphorylation at serines 1181 and 1201 during brain development. During early steps of cortical neurogenesis, I have shown that ablation of HTT phosphorylations affects the mitosis of cortical progenitors, the fate of newly generated cells and the migration of new neurons.The results obtained during my thesis support the notion that HTT regulates key molecular mechanisms during neurogenesis both in adult and embryo. It also supports the notion that huntingtin participates to anxiety and depression-like behavior with potential consequences for the etiology of mood disorders and anxiety/depression in HD.

Les maladies par expansion de polyglutamines sont des maladies neurodégénératives dues à l’expansion du trinucléotide cytosine-adénine-guanine (CAG) dans les gènes correspondants codant pour une expansion d’homopolymère de glutamine dans les protéines mutées. Ce projet concerne les formes les plus courantes qui sont la maladie de Huntington (MH) et les ataxies spinocérébelleuses (SCA) types 1, 2, 3 et 7. Ce sont des maladies autosomiques dominantes, responsables de troubles graves de la motricité partageant des voies physiopathologiques communes, avec un effet notable sur la dysfonction métabolique. La disponibilité des tests génétiques et le fait que la plupart du temps la maladie débute à l’âge adulte offre la possibilité d’une intervention thérapeutique avant l’apparition de symptômes. Toutefois, les échelles cliniques ne sont pas assez sensibles et ne peuvent effectivement être utilisés pour évaluer les personnes au stade présymptomatique de la maladie. Les techniques d’imagerie par résonance magnétique (IRM) et de spectroscopie (SRM) sont des approches non invasives qui permettent de recueillir des informations pertinentes et sensibles. Ainsi, dans ce travail, nous présentons une combinaison de différentes techniques d’IRM et SRM afin d’identifier de robustes biomarqueurs de la MH et des SCA. Nous présentons aussi des approches thérapeutiques prometteuses dans la MH. De la même manière, nous voulons démontrer que des biomarqueurs d’imagerie sont plus sensibles que des échelles cliniques. Pour conclure, nous combinons des données multimodales – volumétrie, SRM, métabolomique et lipidomique – à partir de SCA dans un modèle qui explique mieux la pathologie. / Mutations in different gene loci that lead to the encoding of the unstable and expanded glutamine-encoding cytosine-adenine-guanine (CAG) repeats results in the group of diseases known as the polyglutamine diseases. This project focuses on the most common forms which are Huntington disease (HD) and spinocerebellar ataxia (SCA) types 1, 2, 3 and 7. These are autosomal dominant diseases responsible for severe movement disorders and are thought to share common pathophysiological pathways with a major emphasis on metabolic dysfunction. The availability of genetic testing and their predominantly adult onset opens a window for therapeutic intervention before symptoms onset. However, current clinical scales are not sensitive and cannot effectively be used to evaluate individuals at the presymptomatic stage of the diseases. This prompts the need for biomarkers that are sensitive to macroscopic and microscopic changes that may occur prior to disease onset. Magnetic resonance imaging (MRI) and spectroscopy (MRS) techniques present non-invasive approaches to extract pertinent information that otherwise would not be possible with clinical scales. In this work therefore, we present a combination of different MRI and MRS techniques to identify robust biomarkers in HD and SCA. We also present therapeutic approaches that hold promise in HD. Likewise, we show that imaging biomarkers have higher effect sizes than clinical scales. Finally, we combine multimodal data – volumetry, MRS, metabolomics and lipidomic – from SCA into a model that best explains the pathology.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative héréditaire autosomique dominante. Elle résulte d'une expansion anormale de glutamines (polyQ) dans la partie N-terminale de la protéine huntingtine (HTT ; codé par HTT). La MH est caractérisée par la dysfonction et la mort de cellules neuronales dans le cerveau, entraînant l'apparition de symptômes cognitifs, psychiatriques et moteurs, dévastateurs chez les patients. De nombreuses études sur des modèles animaux et cellulaires montrent que l'expansion polyQ dans la protéine mutante conduit à un gain de nouvelles fonctions toxiques, ainsi qu'à la perte de fonctions neuroprotectives de la protéine sauvage. Pendant ma thèse, je me suis intéressée à la description et à la validation fonctionnelle d'un nouvel outil pour étudier la HTT : pARIS-htt. pARIS-htt est un gène synthétique construit pour faciliter le clonage et le marquage de la protéine HTT totale. En utilisant différentes approches cellulaires, nous avons montré que pARIS-htt peut remplacer le rôle de la HTT endogène dans le transport de vésicules du Golgi ainsi que du brain derived neurotrophic factor (BDNF). La version mutante de pARIS-htt ne peut pas restaurer cette fonction. Parallèlement, nous avons généré deux variants de pARIS-htt avec soit une délétion dans la région d'interaction de la HTT avec la dynéine, moteur moléculaire se dirigeant vers l'extrémité négative des microtubules, soit avec la huntingtin associated protein 1 (HAP1), l'un de ses interacteurs. Dans les expériences de remplacement du gène, aucun des deux mutants n'a restauré le transport vésiculaire.Un autre aspect de ma thèse a été d'étudier le rôle de la HTT au cours de la mitose. Nous avons mis en évidence l'importance de la HTT dans le contrôle de l'orientation du fuseau. Cette fonction est perdue lorque la HTT est mutée, mais restaurée lorsque celle-ci est phosphorylée par Akt à la sérine 421. Le contrôle de l'orientation du fuseau est particulièrement important durant la neurogénèse puisque cette orientation ainsi que le mode de division sont impliqués dans la détermination des devenirs cellulaires. Cette fonction de la HTT est conservée chez la D. melanogaster.Cette étude a donc permis de mieux comprendre les fonctions de la HTT, et de proposer de nouvelles cibles thérapeutiques pour traiter la MH.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative fatale, causée par l’expansion des répétitions CAG du gène de Huntingtine. La longueur de l’expansion est instable et proportionnelle à la gravité de la maladie. L’instabilité varie selon les tissus, p.ex. le striatum est très instable et dégénère, alors que le cervelet a une instabilité limitée et est épargné par la maladie. Nous avons étudié le rôle des lésions oxydantes et du mécanisme de réparation par excision de base (BER) dans la sélectivité tissulaire de l'instabilité dans ces deux tissus de souris R6/1. Le niveau des lésions était similaire dans ces tissus, alors que les niveaux et les activités des principales protéines BER étaient globalement diminués dans le striatum. L’efficacité de réparation dépendait de la stoechiométrie de BER, la position de la lésion et la séquence d’ADN. Nos résultats suggèrent une faible coopération entre les activités BER associée à la spécificité tissulaire de l’instabilité de la MH. / Huntington’s disease (HD) is a neurodegenerative fatal disease caused by the expansion of CAG repeats in the Huntingtin gene. The expansion length is unstable and proportional to the disease severity. The instability affects differently several tissues, among which the striatum that shows a high instability and degenerates, whereas the cerebellum that shows limited instability is spared from the disease. We addressed the role of oxidative lesions and Base Excision Repair (BER) in the tissue-selectivity of the instability in striatum and cerebellum of R6/1 mouse model. Interestingly, we observed a similar level of oxidative lesions at both tissues. Levels and activities of main BER proteins were globally decreased in striatum relative to cerebellum. Moreover we found that repair outcome is dependent upon BER stoichiometries, lesion location and sequence. Our results suggest a poor cooperation between BER activities that could underlie tissue-specificity of somatic instability in HD.

FOXO3 est un facteur de transcription important pour la réponse au stress, la régulation de la différenciation et de la survie cellulaires qui a des effets neuroprotecteurs dans plusieurs modèles de maladies neurodégénératives, dont la maladie de Huntington (MH). Les effets neuroprotecteurs de FOXO3 sont réprimés dans la MH par une activité anormale de Ryk, un récepteur Wnt important pour la neurogenèse, par la liaison du domaine intracellulaire de Ryk à la ?-caténine, un co-facteur de FOXO3. L'objectif principal de ce travail est d'étudier les effets de la huntingtine mutée (mHTT) sur le répertoire des cibles directes humaines de FOXO3 à l'aide d'un modèle des phases développementales de la MH, à savoir des cellules souches neurales isogéniques issues de cellules souches pluripotentes induites. En formant un complexe tripartite avec la ?-caténine et FOXO3, Ryk agit comme un co-régulateur de FOXO3 en conditions normales ou pathologiques. L'analyse des cibles directes de FOXO3 montre une reprogrammation de ces cibles avec des pertes et des gains dans des voies de signalisation qui sont connues pour leur rôle dans la MH, notamment les voies de régulation de la prolifération cellulaire. Ces résultats montrent que la régulation des gènes par FOXO3 est fortement modifiée dans les cellules qui expriment la mHTT. Cela ouvre la voie à l'étude des mécanismes d'homéostase cellulaire sous contrôle de FOXO3 dans les neurones en différenciation et leur impact sur l'activité des neurones adultes. Plus largement, ces résultats permettent de mieux comprendre la dynamique moléculaire de la MH et les effets de reprogrammation moléculaire sur la différenciation et l'activité neuronale. / FOXO3 is an important transcription factor for stress response, the regulation of differentiation and cell survival that has neuroprotective effects in several models of neurodegenerative diseases, including Huntington’s disease (HD). The neuroprotective effects of FOXO3 in HD are repressed by abnormal signaling from the Wnt receptor Ryk by the binding of the intracellular domain of Ryk to the β-catenin, a cofactor of FOXO3.The aim of this work was to explore the effect of the mutant huntingtin (mHTT) on the repertoire of direct FOXO3 targets (F3Ts) using a model of developmental stage of HD, namely HD isogenic neural stem cells derived from Huntington’s Induced Pluripotent Stem cells. Forming a tripartite complex with β-catenin and FOXO3, Ryk acts as a co-regulator of FOXO3 in normal or pathological condition. Analysis of direct FOXO3 targets shows reprogramming of these targets with losses and gains in signaling pathways that are known to role in HD, including regulatory pathways of cell proliferation. These results show that gene regulation by FOXO3 is heavily modified in cells expressing the mutant huntingtin. Our findings open the way for a comprehensive study of cellular homeostasis mechanisms under the control of FOXO3 in neural differentiation and their impact on the activity of adult neurons. More broadly, these results provide insight into the molecular dynamics of MH and the effects of molecular reprogramming in differentiation and neuronal activity.

La neurodégénérescence fait partie intégrante de la maladie de Huntington (MH) dont les premiers symptômes moteurs et cognitifs apparaissent vers l’âge de 30 à 40 ans. Cette maladie incurable est causée par une mutation dans le gène codant pour la protéine huntingtin (htt). L’activation de la caspase-6 (casp6) est observée au stade présymptomatique chez l’humain et les modèles murins MH faisant de la casp6 un joueur majeur dans la neurodégénérescence précoce associé à la MH. De plus, le clivage de htt mutant par la casp6 produit un fragment N-terminal neurotoxique essentielle au développement de la MH. Des résultats préliminaires ont permis de révéler l’interaction et le clivage des protéines proapoptotiques Serine/Threonine Kinase 3 (STK3), Death-Domain Associated Protein (DAXX) par la casp6. Des effets proapoptotiques sont associés à leurs fragments et leur production par les caspases pourrait influencer la neurodégénérescence observée dans diverses maladies neurodégénératives et dans le vieillissement normal. Nos résultats dans les souris C57Bl/6 démontrent que l’expression de DAXX varie fortement avec l’âge selon l’organe analysé. Ses divers fragments ne suivent pas la même tendance d’un organe à l’autre suggérant des fonctions différentielles à travers l’organisme et une importante régulation de ses fonctions par des modifications post-traductionnelles. Chez les modèles murins de la MH, les souris YAC128, nous avons constaté une augmentation des fragments à 65 et 70 kDa dans le cortex et une diminution de DAXX entier et du fragment à 70 kDa dans le cervelet soulignant la possibilité de fonctions spécifiques selon les régions cérébrales. Nous avons aussi démontré pour la première fois le clivage de STK3 par la caspase-7 et la production différentielle de fragments par les caspase-3, 6 et 7. L’expression protéique de STK3 augmente globalement à travers l’organisme avec l’âge et dans le cervelet des souris YAC128. Par contre, une diminution de l’expression de STK3 est observée dans le cortex des individus atteints de la MH et des souris YAC128. Finalement, par l’induction de différents stress cellulaires, nous avons constaté la présence d’un mécanisme adaptatif des neurones modèles de la MH impliquant STK3. En conclusion, l’expression de DAXX et STK3 varie avec l’âge à travers l’organisme et est altérée dans la maladie de Huntington. Plus particulièrement, STK3semble être impliqué dans un mécanisme protégeant les neurones de la mort cellulaire dans la MH.

Les astrocytes deviennent réactifs dans les maladies neurodégénératives (MND) comme la maladie d’Alzheimer (MA) et de Huntington (MH) mais les conséquences fonctionnelles de cette réactivité sont peu connues. Dans cette étude, nous avons évalué 1) les voies de signalisation impliquées dans la réactivité astrocytaire, 2) la contribution des astrocyte réactifs (AR) à la dysfonction neuronale dans des modèles de MND et 3) les caractéristiques fonctionnelles des AR.Nous avons montré que la voie JAK2/STAT3 est responsable de la réactivité astrocytaire dans des modèles murins de la MA et la MH. Nous avons développé de nouveaux vecteurs viraux ciblant cette voie dans les astrocytes, in vivo. Grâce à ces outils, nous avons étudié la contribution des AR à la dysfonction neuronale dans deux modèles murins de la MH. Nos résultats suggèrent que les AR ne jouent pas un rôle central dans ces modèles de pathologie. En ciblant la voie JAK2/STAT3, nous avons induit la réactivité astrocytaire chez la souris sauvage et avons montré que cette voie régule la transcription de gènes impliqués dans des fonctions cellulaires importantes. De plus, nous avons observé que l’activation des astrocytes conduit à une diminution de la plasticité synaptique dans le cerveau de souris.En conclusion, nous avons montré que la voie JAK2/STAT3 est une voie centrale dans les AR. Nous avons développé des vecteurs viraux innovants pour évaluer 1) la contribution des AR à la dysfonction neuronale dans des modèles de MND et 2) les propriétés fonctionnelles des AR in vivo. L’étude des AR permettra d’identifier de nouvelles cibles moléculaires pour manipuler ces cellules pléiotropes à des fins thérapeutiques. / Astrocyte reactivity is a hallmark of pathological conditions in the CNS including neurodegenerative diseases (ND) such as Alzheimer’s (AD) and Huntington’s (HD) diseases. Reactive astrocytes (RA) are identified by morphological changes but their functional features and influence on neurons are poorly understood, especially in ND. Therefore, we aimed at 1) identifying the signaling cascades involved in astrocyte reactivity in ND, 2) evaluating RA contribution to disease phenotype in ND models and 3) deciphering RA functional features. The JAK2/STAT3 pathway is a known trigger of astrocyte reactivity in CNS injuries. Here, we show that this pathway is a common inducer of astrocyte reactivity in AD and HD models. We developed new viral vectors to target this cascade in astrocytes and manipulate astrocyte reactivity in vivo. We used these vectors to determine the contribution of RA to neuronal dysfunction in HD mouse models. We found that RA do not primarily influence disease phenotype in HD. Last, we targeted the JAK2/STAT3 pathway in WT mice to characterize RA functional features in vivo. We show RA undergo transcriptional changes of numerous genes involved in metabolism, protein degradation pathways and immune response. Moreover, we show that astrocyte reactivity alters synaptic plasticity in the mouse hippocampus. Our results identify the JAK2/STAT3 pathway as a central cascade for astrocyte reactivity. The viral vectors developed in this project represent powerful tools to decipher the roles of RA in various ND models and to characterize RA functional features in vivo. Better understanding RA functions may lead to the identification of new therapeutic targets for ND.

La maladie de Huntington est une maladie neurodégénérative héréditaire qui est devenue un modèle d'étude pour comprendre la physiopathologie des maladies du cerveau associées à la production de protéines mal conformées et à la neurodégénérescence. Bien que plusieurs mécanismes aient été mis en avant pour cette maladie, dont plusieurs seraient aussi impliqués dans des pathologies plus fréquentes comme la maladie d’Alzheimer ou la maladie de Parkinson, nous ne savons toujours pas quels sont les mécanismes ou les profils moléculaires qui déterminent fondamentalement la dynamique des processus de dysfonction et de dégénérescence neuronale dans cette maladie. De même, nous ne savons toujours pas comment le cerveau peut résister aussi longtemps à la production de protéines mal conformées, ce qui suggère en fait que ces protéines ne présentent qu’une toxicité modérée ou que le cerveau dispose d'une capacité de compensation et de résilience considérable. L'hypothèse de mon travail de thèse est que l'intégration de données génomiques et transcriptomiques au travers des modèles qui récapitulent différentes phases biologiques de la maladie de Huntington peut permettre de répondre à ces questions. Dans cette optique, l'utilisation des réseaux de gènes et la mise en application de concepts issus de la théorie des graphes sont particulièrement bien adaptés à l'intégration de données hétérogènes, au travers des modèles et au travers des espèces. Les résultats de mon travail suggèrent que l'altération précoce (avant les symptômes, avant la mort cellulaire) et éventuellement dès le développement cérébral) des grandes voies de développement et de maintenance neuronale, puis la persistance voire l'aggravation de ces effets, sont à la base des processus physiopathologiques qui conduisent à la dysfonction puis à la mort neuronale. Ces résultats permettent aussi de prioriser des gènes et de générer des hypothèses fortes sur les cibles thérapeutiques les plus intéressantes à étudier d'un point de vue expérimental. En conclusion, mes recherches ont un impact à la fois fondamental et translationnel sur l'étude de la maladie de Huntington, permettant de dégager des méthodes d'analyse et des hypothèses qui pourraient avoir valeur thérapeutique pour les maladies neurodégénératives en général. / Huntington’s disease is a hereditary neurodegenerative disease that has become a model to understand physiopathological mechanisms associated to misfolded proteins that ocurs in brain diseases. Despite exciting findings that have uncover pathological mechanisms occurring in this disease and that might also be relevant to Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease, we still do not know yet which are the mechanisms and molecular profiles that rule the dynamic of neurodegenerative processes in Huntington’s disease. Also, we do not understand clearly how the brain resist over such a long time to misfolded proteins, which suggest that the toxicity of these proteins is mild, and that the brain have exceptional compensation capacities. My work is based on the hypothesis that integration of ‘omics’ data from models that depicts various stages of the disease might be able to give us clues to answer these questions. Within this framework, the use of network biology and graph theory concepts seems particularly well suited to help us integrate heterogeneous data across models and species. So far, the outcome of my work suggest that early, pre-symptomatic alterations of signaling pathways and cellular maintenance processes, and persistency and worthening of these phenomenon are at the basis of physiopathological processes that lead to neuronal dysfunction and death. These results might allow to prioritize targets and formulate new hypotheses that are interesting to further study and test experimentally. To conclude, this work shall have a fundamental and translational impact to the field of Huntington’s disease, by pinpointing methods and hypotheses that could be valuable in a therapeutic perspective.

La maladie de Huntington est une maladie neurodégénérative héréditaire qui est devenue un modèle d'étude pour comprendre la physiopathologie des maladies du cerveau associées à la production de protéines mal conformées et à la neurodégénérescence. Bien que plusieurs mécanismes aient été mis en avant pour cette maladie, dont plusieurs seraient aussi impliqués dans des pathologies plus fréquentes comme la maladie d’Alzheimer ou la maladie de Parkinson, nous ne savons toujours pas quels sont les mécanismes ou les profils moléculaires qui déterminent fondamentalement la dynamique des processus de dysfonction et de dégénérescence neuronale dans cette maladie. De même, nous ne savons toujours pas comment le cerveau peut résister aussi longtemps à la production de protéines mal conformées, ce qui suggère en fait que ces protéines ne présentent qu’une toxicité modérée ou que le cerveau dispose d'une capacité de compensation et de résilience considérable. L'hypothèse de mon travail de thèse est que l'intégration de données génomiques et transcriptomiques au travers des modèles qui récapitulent différentes phases biologiques de la maladie de Huntington peut permettre de répondre à ces questions. Dans cette optique, l'utilisation des réseaux de gènes et la mise en application de concepts issus de la théorie des graphes sont particulièrement bien adaptés à l'intégration de données hétérogènes, au travers des modèles et au travers des espèces. Les résultats de mon travail suggèrent que l'altération précoce (avant les symptômes, avant la mort cellulaire) et éventuellement dès le développement cérébral) des grandes voies de développement et de maintenance neuronale, puis la persistance voire l'aggravation de ces effets, sont à la base des processus physiopathologiques qui conduisent à la dysfonction puis à la mort neuronale. Ces résultats permettent aussi de prioriser des gènes et de générer des hypothèses fortes sur les cibles thérapeutiques les plus intéressantes à étudier d'un point de vue expérimental. En conclusion, mes recherches ont un impact à la fois fondamental et translationnel sur l'étude de la maladie de Huntington, permettant de dégager des méthodes d'analyse et des hypothèses qui pourraient avoir valeur thérapeutique pour les maladies neurodégénératives en général. / Huntington’s disease is a hereditary neurodegenerative disease that has become a model to understand physiopathological mechanisms associated to misfolded proteins that ocurs in brain diseases. Despite exciting findings that have uncover pathological mechanisms occurring in this disease and that might also be relevant to Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease, we still do not know yet which are the mechanisms and molecular profiles that rule the dynamic of neurodegenerative processes in Huntington’s disease. Also, we do not understand clearly how the brain resist over such a long time to misfolded proteins, which suggest that the toxicity of these proteins is mild, and that the brain have exceptional compensation capacities. My work is based on the hypothesis that integration of ‘omics’ data from models that depicts various stages of the disease might be able to give us clues to answer these questions. Within this framework, the use of network biology and graph theory concepts seems particularly well suited to help us integrate heterogeneous data across models and species. So far, the outcome of my work suggest that early, pre-symptomatic alterations of signaling pathways and cellular maintenance processes, and persistency and worthening of these phenomenon are at the basis of physiopathological processes that lead to neuronal dysfunction and death. These results might allow to prioritize targets and formulate new hypotheses that are interesting to further study and test experimentally. To conclude, this work shall have a fundamental and translational impact to the field of Huntington’s disease, by pinpointing methods and hypotheses that could be valuable in a therapeutic perspective.

Le contrôle postural et la perception des limites de la stabilité sont des processus complexes qui nécessitent le traitement et l’intégration d’informations sensorielles multimodales. Pendant l’enfance, le développement de la stabilité posturale s’effectue de façon non-monotonique. Plusieurs auteurs ont suggéré que ce profil non linéaire serait provoqué par une période de recalibration des systèmes sensoriels. Cette phase, nommée période de transition, est observée vers l’âge de 6-7 ans. Nous disposons toutefois de très peu d’information sur le rôle spécifique des afférences et des mécanismes d’intégration sensorielle au cours du développement postural. Les dysfonctions dans les noyaux gris centraux, telles que ceux observés dans la maladie de Parkinson, ont été associées à divers déficits dans le contrôle de la posture, dans le traitement et l’intégration sensoriel plus particulièrement, au niveau des informations proprioceptives. De plus, les limites fonctionnelles de la stabilité posturale des personnes atteintes de la maladie de Parkinson sont significativement réduites. Cependant, les connaissances concernant comment certaines pathologies des noyaux gris centraux, telles que le syndrome Gilles de la Tourette (SGT) et la maladie de Huntington (MH) affectent la capacité d’utiliser les informations sensorielles pour contrôler la posture demeurent à ce jour, incomplètes. Cette thèse porte sur le rôle des noyaux gris centraux dans les processus de traitements et d’intégration sensorielle, particulièrement les afférences proprioceptives dans le contrôle de la posture au cours du développement de l’enfant en santé, atteint du SGT et chez l’adulte atteint de la MH avec et sans symptôme clinique. Notre protocole expérimental a été testé chez ces trois populations (enfants en santé, SGT et MH). Nous avons utilisé des mesures quantitatives à partir de données issues d’une plateforme de force afin d’évaluer les ajustements posturaux dans les limites de la stabilité posturale. Les participants devaient s’incliner le plus loin possible dans quatre différentes directions (avant, arrière, droite et gauche) et maintenir l’inclinaison posturale maximale pendant 10 secondes. Afin de tester la capacité à traiter et à intégrer les informations sensorielles, la tâche expérimentale a été exécutée dans trois conditions sensorielles : 1) yeux ouverts, 2) yeux fermés et 3) yeux fermés, debout sur une mousse. Ainsi, la contribution relative de la proprioception pour le contrôle postural augmente à travers les conditions sensorielles. Dans la première étude, nous avons évalué la capacité à traiter et à intégrer les informations sensorielles avant (4 ans) et après (8-10 ans) la période de transition comparativement aux adultes. Dans la deuxième et la troisième étude, nous avons également évalué le traitement et l’intégration des informations sensorielles chez les patients atteints de désordres des noyaux gris centraux. La deuxième étude portera spécifiquement sur les adolescents atteints du SGT et la troisième, sur la MH avant et après l’apparition des symptômes cliniques. En somme, les résultats de la première étude ont démontré que la performance des enfants est affectée de façon similaire par les différentes conditions sensorielles avant et après la période de transition. Toutefois, le profil de développement des mécanismes responsables des ajustements posturaux de l’axe antéropostérieur est plus précoce comparativement à ceux de l’axe médiolatéral. Ainsi, nos résultats ne supportent pas l’hypothèse de la période de recalibration des systèmes sensoriels pendant cette période ontogénétique mais suggèrent que la période de transition peut être expliquée par la maturation précoce des mécanismes d’ajustements posturaux dans l’axe antéropostérieur. Dans l’ensemble, les résultats de nos études chez les populations atteintes de désordres des noyaux gris centraux (MH et SGT) démontrent non seulement qu’ils ont des déficits posturaux mais également que les ajustements posturaux dans les deux axes sont affectés par les conditions sensorielles. Pour la première fois, nos études démontrent des déficits globaux de traitements et d’intégration sensorielle accentués pour les signaux proprioceptifs. Ces résultats sont similaires à ceux observés dans la maladie de Parkinson. De plus, les adolescents atteints du SGT éprouvent également des troubles posturaux marqués dans la condition visuelle ce qui suggère des déficits d’intégrations visuelles et/ou multimodaux. / Postural control and the perception of the stability limits are complex mechanisms requiring the processing and integration of multimodal sensory information. During childhood, the development of postural control skills improves in a non-monotonic manner. Many researchers suggested that this non linear profile is caused by the recalibration of sensory systems. This recalibration phase, named transition period, is generally observed at 6-7 years of age. However, the exact cause of this critical turning point remains undetermined. Moreover, very little is known about the specific role of sensory information and sensorimotor mechanisms during postural development. Basal ganglia disorders such as Parkinson’s disease are associated with postural control impairments and deficits in the processing and integration of sensory information, especially in proprioception. Moreover, the limits of stability are significantly reduced in Parkinson’s disease. However, the knowledge on how other basal ganglia dysfunctions such as Gilles de la Tourette syndrome (GTS) and Huntington’s disease (HD) impact on the ability to process and integrate sensory information for postural control is still limited. In this thesis, we explored the role of basal ganglia in the processing an integration of sensory information, particularly proprioceptive signals for the postural control during the development of healthy children, in adolescents with GTS and in adults with premanifest and manifest HD. Our stability limits protocol was used to test the postural control skills of these three populations. We calculated center of pressure displacements obtained from a force plate and we investigated postural adjustments during the maximum leaning posture. The participants were asked to lean as far as possible and maintain this position during 10 seconds in different directions (forward, backward, rightward or leftward). This task simulates functional positions that frequently occur in daily life. In order to test the ability to process and integrate sensory information for postural control, the stability limits task was assessed in three sensory conditions: 1) eyes open, 2) eyes closed and 3) eyes closed while standing on foam. Thus, the relative contribution of proprioceptive signals for postural control increased across sensory conditions. In the first study, we investigated the children’s ability to process and integrate sensory information for postural control before (4 years old) and after (8 to 10 years old) the transition period compared to adults. In the second and third studies, the ability to process and integrate sensory information for postural control was assessed in participants with basal ganglia disorders, namely adolescents with GTS and adults with manifest and premanifest HD. In sum, our ontogenetic study indicated that the younger children (4 years old) were not differentially affected by sensory conditions than the older children (8 to 10 years old). Thus, our results do not support the hypothesis that an important recalibration of sensorial systems takes place during the transition period. However, the results revealed axis-dependent differences among the groups in postural control. Until the age of 10, children have a reduced ability to perform appropriate center of pressure adjustments along the mediolateral direction compared to adults. In contrast, the ability to produce precise center of pressure adjustments along the anteroposterior axis was already developed at 4 years of age, but it reached the adult level of performance after the transition period. Altogether, the assessment of participants with basal ganglia disorders indicated that they have postural adjustment impairments in both movement axes and are affected by sensory conditions. For the first time, we reported global deficits in the processing and integration of sensory information, especially in proprioception in GTS and in premanifest and manifest HD. These results are similar to those reported for Parkinson’s disease patients. Moreover, the adolescents with GTS also displayed marked postural control abnormalities in the visual condition which might be explained by either deficit in the processing of visual information and/or in multimodal sensory integration mechanisms.