Bien que les mécanismes moléculaires précis à l’origine de la neurodégénérescence dopaminergique ne soient pas encore totalement connus, un ensemble de preuves épidémiologiques, cliniques et expérimentales indiquent que la neuroinflammation peut avoir un rôle important dans la pathogenèse de la MP. L’étude des liens spatio-temporels entre la neuroinflammation et la neurodégénérescence au cours de la MP pourrait améliorer la compréhension du mécanisme physiopathologique et aussi l'accessibilité à un diagnostic précoce et/ou à de nouvelles approches thérapeutiques anti-inflammatoires. Le développement actuel des méthodes non invasives d'imagerie moléculaire permettant la surveillance directe du processus de neuroinflammation devrait être utile à cet effet. La cible moléculaire de choix dans ce domaine est la protéine de 18 kDa translocateur (TSPO), biomarqueur sensible associée à la neuroinflammation, qui est surexprimé dans les microglies activées. Dans le travail présenté ici nous avons réalisé l'évaluation longitudinale des deux mécanismes physiopathologiques en parallèle avec les modifications de la fonction dopaminergique à plusieurs points au cours du temps après lésion à la 6-OHDA chez le rat, modèle qui imite un stade précoce de la MP. Après l'administration unilatérale, intra-striatale de la 6-OHDA, nous avons quantifié l'évolution temporelle de la TSPO, de l’immunoréactivité TH et du DAT dans le striatum et la SNC de 3 à 56 jours post-lésion (jpl). L’augmentation de la liaison des ligands de la TSPO utilisés, c-à-d [3H]-PK11195 et [125I]-CLINDE, a été observée dans le striatum lésé à 3, 7 et 14 jpl, suivie d'un retour progressif à un niveau basal à 56 jpl. Le profil de liaison dans la SNC a montré une augmentation progressive de la fixation qui débute à 3 jpl, avec un pic à 14 jpl, et diminue progressivement jusqu'à ce que 56 jpl. Dans ce modèle de rongeur de la MP, les processus neuroinflammatoire et neurodégénératif surviennent de façon concomitante. La présence transitoire de l'activation microgliale pourrait être impliquée dans l’apparition et l'installation durable de la perte neuronale dopaminergique. Cette étude confirme donc le lien entre la neuroinflammation et de la neurodégénérescence et met aussi l'accent sur l'intérêt du CLINDE comme traceur potentiel de la neuroinflammation in-vivo en fournissant des informations précieuses pour le diagnostic précoce et le suivi longitudinal de la progression de la maladie, avec des applications potentielles chez l'homme. En effet, la détection précoce de la neuroinflammation, de façon antérieure à une perte neuronale cliniquement significative, pourrait devenir un enjeu majeur dans la prise en charge pré-symptomatique de la MP. Dans ce sens, nous mettons en évidence l’existence d'une fenêtre thérapeutique, survenant juste après la lésion, qui peut être proposé pour l'introduction de traitements anti-inflammatoires qui viseraient à ralentir le processus neurodégénératif. La poursuite de l’exploration des relations entre la neuroinflammation et la neurodégénéréscence in-vivo dans le même modèle animal avec la méthode d’imagerie micro-TEP, transposable à l’homme, en utilisant en parallèle le [18F]-DPA714 pour la TSPO et le [18F]-LBT999 pour le DAT est en cours. / Although the precise molecular mechanisms causing the dopaminergic neurodegeneration are still not totally understood, a body of epidemiological, clinical and experimental evidence indicates that neuroinflammation may have an important role in the pathogenesis of PD. Study of spatio-temporal links between neuroinflammation and neurodegeneration during the course of PD would improve understanding of the physiopathological mechanism and also accessibility to early diagnosis and/or new antiinflammatory therapeutic approaches. The current development of non-invasive molecular imaging methods allowing direct monitoring of the neuroinflammation process should be valuable for this purpose. The molecular target of choice in this field is the 18 kDa translocator protein (TSPO), a sensitive biomarker associated with neuroinflammation, which is over-expressed in activated microglia. In the study presented here we achieved the longitudinal evaluation of both physiopayhological mechanisms in parallel with the modifications of dopaminergic function at several time-points after 6-OHDA lesion in the rat that mimics an early stage of PD. After unilateral intra-striatal 6-OHDA administration, we quantified the temporal evolution of the TSPO, TH immunoreactivity and DAT in the striatum and the SNc from 3 to 56 days post-lesion (dpl). Increased binding of TSPO ligands used, i.e. [3H]PK11195 and [125I]CLINDE, was observed in the lesioned striatum at 3, 7 and 14 dpl, followed by a progressive return to the basal level at 56 dpl. The binding profile in the SNc showed progressive binding beginning at 3 dpl, peaking at 14 dpl, and progressively decreasing until 56 dpl. In this rodent model of PD, the neuroinflammatory and neurodegenerative processes occurred concomitantly. The transitory occurrence of microglial activation could be involved in the advent and the lasting installation of dopaminergic neuron loss. This study supports the link between neuroinflammation and neurodegeneration and emphasizes the interest of CLINDE as potent in vivo tracer of neuroinflammation by providing valuable information for early diagnosis and longitudinal follow-up of disease progression, with potential applications to human patients. Indeed, early detection of neuroinflammation, prior to a clinically significant loss of neurons, could become a major issue in the management of pre-symptomatic PD. To support this idea, we demonstrate the existence of a therapeutic window, occurring just after the lesion, which may be proposed for the introduction of anti-inflammatory treatments that aimed to slow the neurodegenerative process. Further exploration of the relationship between neuroinflammation and neurodegeneration in vivo in the same animal model with the method of micro-PET imaging, transposable to humans, using in parallel the [18F]-DPA714 for TSPO and [18F]-LBT999 for DAT is pending.

Les troubles du comportement en sommeil paradoxal (TCSP) ont été individualisés comme un type de parasomnie par Carlos Schenck en 1986. Il s’agit d’une parasomnie caractérisée par l’absence d’atonie musculaire pendant le sommeil paradoxal associée à l’apparition de mouvements anormaux allant de simples secousses à des comportements élaborés souvent violents. Ces comportements dépendent de l’activité onirique et sont décrits comme une « mise en acte des rêves ». Les TCSP sont fréquents dans la maladie de Parkinson. Les patients parkinsoniens ayant des TCSP ont des troubles cognitifs plus importants et ont un risque de démence plus important que les autres patients. Les TCSP peuvent également se présenter de manière isolée, sans aucune cause pathologique apparente. Ils sont alors considérés comme « idiopathiques » (TCSPi). Ce terme « idiopathique » a néanmoins été remis en cause du fait de la présence de nombreux signes évocateurs d’une synucléinopathie chez ces patients (affaiblissement des performances cognitives, anomalies cérébrales structurales et fonctionnelles). De nombreux patients ayant des TCSP initialement considérés comme idiopathiques, vont développer un syndrome parkinsonien et/ou une démence après plusieurs années d’évolution. Une étude récente rapporte que cela concerne 81 % des patients après 16 ans de suivi. Ces données ont conduit à l’hypothèse selon laquelle les TCSP seraient un symptôme révélant les stades précoces « non-moteurs » de la MP. Les agrégats pathologiques d’alpha-synucléine touchant les structures du tronc cérébral seraient à l’origine de l’apparition de TCSP avant même le syndrome parkinsonien. Cette chronologie dans les stades d’évolution de la MP (pré-clinique, pré-moteur, moteur, démence) ne semble néanmoins pas être retrouvée chez tous les patients parkinsoniens. Elle révèlerait plutôt un certain sous-type de MP, caractérisée par de nombreux symptômes non-moteurs précédant le syndrome parkinsonien et par un risque accru de démence précoce. Parmi ces symptômes non moteurs, les troubles cognitifs seraient importants et toucheraient notamment le fonctionnement visuo-perceptif. Ce travail a eu pour objectif d’étudier le lien entre les TCSP, les troubles visuo-perceptifs et la maladie de Parkinson. Dans une première étude, des évaluations spécifiques des fonctions visuo-spatiales ont permis de mettre en évidence des troubles visuo-perceptifs chez les patients ayant des TCSPi. Les patients parkinsoniens ayant des TCSP avaient des troubles visuo-perceptifs plus marqués que ceux n’ayant pas de TCSP. Les résultats ont également permis d’identifier la nature des troubles visuo-perceptifs. Les processus intermédiaires de traitement de l’information visuelle semblent spécifiquement touchés dans ces groupes de patients.La deuxième partie de notre travail a été consacrée à l’exploration des corrélats neurophysiologiques de cette atteinte perceptive chez les patients ayant des TCSPi. Cette étude était basée sur l’analyse d’un potentiel évoqué cognitif : la Ncl (negativity associated with closure) décrite comme un marqueur de notre capacité à reconnaître des objets partiellement occultés ; autrement dit, une composante générée par la mise en jeu des processus intermédiaires de traitement de l’information visuelle. L’absence de Ncl observée chez les patients ayant des TCSPi est compatible avec l’hypothèse d’un dysfonctionnement des régions du Lateral occipital complex (LOC) situées sur la voie ventrale de traitement de l’information visuelle. [...] / Rapid eye movement sleep behavior disorder (RBD) has been recognized formally as a parasomnia in 1986 by Carlos Schenck. RBD is characterized by loss of normal muscle atonia during rapid eye movement sleep, associated with motor activity from simple jerks to elaborate, often violent, behaviors. This motor activity occurs while dreaming, and has been described as “acting out dreams”. RBD are frequent in Parkinson’s disease (PD). PD patients with RBD show more severe cognitive disorders and have a higher risk of developing dementia than patients without RBD. When isolated and with no identified pathological etiology, RBD are considered as “idiopathic” (iRBD). This “idiopathic” form has been questioned due to the presence of markers of neurodegeneration (cognitive disorders, structural and functional cerebral abnormalities) in iRBD patients. A quite large number of iRBD patients will eventually develop parkinsonism and/or dementia after several years. A recent study reports a delayed emergence of parkinsonism/dementia in 81 % of iRBD patients with a mean interval of 14 years from onset of RBD. These data has leaded to consider RBD as a symptom of the PD “pre-motor” stage. This classic progression of PD staging (pre-clinic, pre-motor, motor, dementia) is not found in every PD patient. It would rather reveal a specific PD sub-type characterized by many non-motor symptoms preceding parkinsonism and with a higher risk of early dementia. Cognitive disorders would be one of these non-motor symptoms, especially affecting visual perception. The goal of this doctoral dissertation was to study the relationship between RBD, visual perception disorders and PD. The first study aimed at identifying the nature of visual perception disorders in iRBD patients, based on specific assessments of visuo-spatial functions. The results showed a deficit of the intermediate stage of visual perception in iRBD patients. PD patients had a similar deficit which was more severe when associated with RBD. The second study focused on the analysis of the possible cerebral dysfunction underlying this visual perception deficit in iRBD patients. This study was based on the recording of the Ncl (negativity associated with closure), a cognitive event-related potential indexing the ability to recognize an object even partially occulted, mainly based on the intermediate stage of object processing. The results showed no Ncl component in iRBD patients. This is in line with a cerebral dysfunction located in the lateral occipital complex (LOC), a region belonging to the ventral visual pathway. The third study examined the cognitive profile of treatment-naïve PD patients, first at the time of diagnosis and then one year later. Previous published data demonstrated that the presence of RBD is associated with more severe cognitive disorders in treated PD patients. Based on the first assessments of our group of treatment-naïve patients, we examined whether these differences already exist at the time of diagnosis. The objective of the second evaluation session was to determine whether PD patients with RBD had a higher risk of early severe cognitive impairments than non-RBD patients. At the first session, 17 of the 57 patients (30%) met the criteria for RBD. At that time, RBD was not found to be associated with cognitive decline. We did not find clinical differences related to PD or others sleep disorders between RBD and non-RBD PD patients. Some yet isolated results might reflect a trend towards a potential decline in RBD patients. At the second session, only RBD patients but not non-RBD patients showed a cognitive slowing. RBD patients may also have a trend toward apathy. A longer follow-up study is needed to confirm this trend. [...]

Le but de cette thèse était d’étudier les mécanismes cérébraux sous-tendant la prise de décision sociale chez des sujets sains, l’influence des hormones stéroïdiennes gonadiques sur la flexibilité cognitive et les dysfonctionnements cérébraux sous-tendant la dévaluation de récompenses dans la maladie de Parkinson. Lors de notre premier protocole, nous avons étudié comment le fait de prendre une décision pour soi ou pour un groupe auquel nous appartenons, et lorsque nous faisons face à un seul individu ou à un groupe, influence notre aversion à l’iniquité et les régions cérébrales engagées. Nos résultats ont montré l’influence de deux réseaux cérébraux distincts dans l’aversion à l’iniquité lors de ces interactions sociales, définissant une signature cérébrale à l’effet de « discontinuité interpersonnelle/intergroupe». Notre seconde étude visait à déterminer l’influence d’un traitement hormonal substitutif sur la flexibilité cognitive, chez les femmes récemment ménopausées. De nombreuses études ont montré un effet délétère d’une supplémentation hormonale sur les fonctions cognitives, si celle-ci débute tardivement après la ménopause. Cependant, une récente hypothèse a proposé que le traitement hormonal puisse être bénéfique et neuroprotecteur contre des maladies psychiatriques, s‘il débute lors d’une courte durée à la suite du début de ménopause. Dans une étude combinant pharmacologie et IRMf, nous avons démontré une modulation par traitement hormonal sur les régions impliquées dans le contrôle cognitif chez des femmes récemment ménopausées. Notre dernière étude évalue l’effet d’un traitement dopaminergique et la présence d’un trouble du contrôle des impulsions particulier (i.e., l’hypersexualité) chez des patients atteints par la maladie de Parkinson. Nos résultats préliminaires ont montré l’influence de ces facteurs sur des régions frontales et sous-corticales spécifiques impliquées dans des choix, nécessitant l’évaluation de différents coûts (i.e., effort/attente) menant à des récompenses plus ou moins importantes. Notre thèse démontre l’intérêt de combiner les études de pharmacologie et d’IRMf pour comprendre comment les traitements hormonaux et dopaminergiques influencent les mécanismes cérébraux de la décision individuelle et sociale / The aim core of this thesis is to investigate different aspects of decision-making and flexibility in healthy and clinical populations. Specifically, we investigated the neural correlates of social decision-making in young healthy individuals, the influence of steroid hormones on cognitive flexibility in early menopausal women and cerebral dysfunctions involved in reward devaluation during decision-making process in individuals suffering of Parkinson disease. First, we studied the neural correlates of iniquity aversion when making a decision for oneself or on behalf of his own group and when facing a single individual or another group. Our results highlight influence of two distinct neural network involved in iniquity aversion during complex social exchange, outlining a neuronal explanation to interindividualintergroup discontinuity effect. Our second study, described the influence of hormone replacement therapy (i.e., HRT) on cognitive flexibility in early menopausal women. Many studies described a deleterious effect of steroid supplementation on executive cognitive functions, if it delayed after the onset of the menopause. However, “windows of opportunity” hypothesis suggests a benefic and neuroprotective effect against psychiatric disorders, if hormonal replacement therapy starts close to the beginning of menopause. Combining pharmacological and neuroimaging approaches, we showed a neuroprotective effect in brain structures involved in cognitive flexibility, in young menopausal women. Finally, our last study highlights the effect of dopaminergic treatment in Parkinsonians patients developing impulsive control disorder (i.e., hypersexuality). Preliminary results showed influence of these two factors on distinct subsystems involved in evaluation of different types of costs (i.e., effort/delay) associated with subsequent rewards. This thesis demonstrates the value of combining pharmacology studies and fMRI in order to better understand to which extent hormonal and dopaminergic treatments affect the brain mechanisms during individual and social decision-making

Le rôle respectif des ganglions de la base (GB) et de la région locomotrice dans le contrôle locomoteur et postural n'est pas établi chez l'homme. Au sein de ces circuits, le noyau sous-thalamique (NST) et le noyau pédunculopontin (NPP) semblent impliqués dans le pattern locomoteur et le maintien de l'équilibre. En effet, chez les patients avec maladie de Parkinson (MP), caractérisée par une perte des neurones dopaminergiques et représentant un modèle de dysfonctionnement des GB, des dysfonctionnements de l'activité du NST seraient à l'origine d'un freinage du mouvement, jusqu'au blocage moteur (freezing de la marche-FOG). Dans le NPP, des lésions cholinergiques sont retrouvées chez les patients MP avec des chutes. Dans ce travail de recherche nous avons étudié le rôle du NST et les effets de la modulation de l'activité du NPP sur les étapes de l'initiation de la marche (GI) chez les patients avec MP. Nous avons retrouvé une synchronisation dans la bande de fréquence alpha précédant l'exécution du pas, en cohérence avec le NPP. La stimulation à basse fréquence du NPP améliore le contrôle postural. Ces données suggèrent que le NST est impliqué dans la préparation de la GI, et que le NPP a un rôle dans le contrôle postural chez l'homme. Dans une seconde partie, nous avons examiné le rôle des lésions du circuit cortex-GB-NPP dans la survenue du FOG et des chutes chez des sujets âgés non-parkinsoniens et démontré une lésion sélective de ce circuit chez ces sujets. Finalement, l'ensemble de ces données confortent les hypothèses physiopathologiques à l'origine des troubles de la marche et de l'équilibre chez les patients MP avec lésion/dysfonction du circuit cortex-GB-NPP. / The respective roles of basal ganglia (BG) and the mesencephalic locomotor region (MLR) in the postural control and locomotion are not clearly established in humans. In these circuits, the subthalamic nucleus (STN) and the pedunculopuntine nucleus (PPN), two interconnected structures, appear to be involved in the locomotor pattern control and postural maintenance. Indeed, in patients with Parkinson’s disease (PD), characterized by a progressive loss of dopaminergic neurons and representing a model of dysfunction of the BG, there are dysfunctions of STN activity that could cause braking of movement underlying motor block (freezing of gait-FOG). In the PPN, greater loss of cholinergic neurons is observed in PD patients with falls. In this research, we studied STN activity and the effects of modulating the PPN activity during the stages of gait initiation (GI) in patients with PD. We found a modulation of activity of the STN with synchronization in the alpha frequency band before the postural adjustments and the execution of step, with PPN coherence. Low frequency stimulation of the PPN improved postural control with no significant effect on the locomotion. These data suggest that the STN is involved in the preparation of GI and the PPN has a leading role in postural control in humans. In a second part, we examined the role of the cortex-basal ganglia-PPN circuit in FOG and falls in a non-parkinsonian elderly population and demonstrated a selective lesion of this circuit in these subjects. Taken together, these data support the pathophysiological hypothesis for the origin of abnormal gait and balance in patients with PD, with lesion and/or dysfunction of the cortex-BG-PPN.

P53 est un facteur de transcription qui se décline, chez l’homme, la souris ou la drosophile, en plusieurs isoformes. Chez la drosophile deux isoformes ont été caractérisées : la forme canonique Dp53 ; et une forme tronquée, D∆Np53, dont le domaine de transactivation est incomplet. Une des questions encore peu étudiée, concerne les mécanismes par lesquels p53 régule une grande variété de réponses cellulaires lors d’un stress. Pour répondre à cette question, nous avons étudié le rôle des isoformes de p53 dans la régulation de deux mécanismes antagoniste en lien avec la maladie de Parkinson (MP) : l’autophagie et l’apoptose en réponse à un stress délétère et un stress hormétique du système nerveux. Nous avons montré que les drosophiles portant une mutation nulle de p53 sont plus sensibles aux effets du paraquat (fort stress oxydant, modèle chimique de la maladie de Parkinson). En absence de p53, ce stress cause une forte inhibition de l’initiation et du flux de l’autophagie accompagné d’une augmentation des niveaux de caspases et de la mortalité. L’augmentation de la mortalité et des niveaux de caspases est similaire chez des mutants de l’autophagie pour lesquels le flux d’autophagie est constitutivement altéré. D’autre part, nous avons montré que les deux isoformes de p53 (Dp53 et D∆Np53) régulent différemment l’apoptose et l’autophagie dans les neurones photorécepteurs de drosophile : l’isoforme Dp53 présente un flux autophagique fonctionnel retardant la neurodégénérescence, tandis que, l’isoforme D∆Np53 inhibe le flux d’autophagie via l’activation des caspases Dcp1, Drice et Dronc. Enfin, nous avons établi un lien entre p53 et le stress du réticulum endoplasmique (RE). Dans un premier temps nous avons montré qu’un stress modéré du RE (pré-conditionnement) a un effet protecteur dépendant de l’activation de l’autophagie dans différents modèles de la MD. Ensuite, nous avons montré que les trois banches de la réponse au stress du RE (IRE1, Atf6 et PERK) sont impliquées dans cet effet protecteur. Enfin, nous avons montré que les drosophiles mutantes pour p53 perdent l’effet protecteur du pré-conditionnement. L’ensemble de nos résultats apporte de nouveaux éléments sur l’aspect multifonctionnel de p53 en réponse à un stress dans le système nerveux. Via ses multiples isoformes, p53 peut activer deux réponses antagonistes : l’autophagie et l’apoptose, permettant aux cellules une réponse flexible face à une situation de stress. La régulation de l’autophagie par p53 est protectrice et apparait comme étant une fonction ancestrale de p53. / P53 is a tumor suppressor gene, which has been showed to regulate several cellular pathways. Upon stress, p53 triggers multiple cellular pathways including DNA repair system, cell cycle arrest, apoptosis and autophagy. Thus, p53 is involved in both cellular protection and death pathways. One of the major questions is to understand how a single protein can promote so many different pathways. Here I address the putative role of p53 isoforms in the regulation of autophagy and apoptosis and their role in neuron survival in the context of Parkinson’s disease (PD). We show that p53 mutants are more susceptible to paraquat toxicity (chemical model of PD), indicating a protective role for p53. We also found that Atg8 mutant, which display an impaired autophagy, behave similarly to p53 upon paraquat treatment. In addition, we show that p53 is required for the activation of autophagy with a functional autophagy flux upon paraquat treatment and that lack of p53 or Atg8 results in an accumulation of activated caspases after paraquat treatment. Moreover, we found that autophagy and apoptosis were differentially regulated by different p53 isoforms. The Dp53 (p53B) isoform induced protective autophagy, whereas the D∆Np53 (p53A) isoform inhibited autophagy by activating the caspases Dronc, Drice and Dcp-1 in differentiated neurons. Our results demonstrate that a combination of the differential use of p53 isoforms and the antagonism between apoptosis and autophagy favors the generation of an appropriate p53 biological response to stress. In addition, we have defined in vitro and in vivo experimental conditions in which the activation of the Unfolded Protein Response (UPR) does not induce cell or organism lethality but rather promotes an adaptive response that protects from apoptotic stimuli. We show that this mild activation, known as ER-preconditioning is protective in several models of PD in an autophagy-dependent fashion. We showed that the three branches of the UPR are involved in the protective effect induced by ER-preconditioning. We then demonstrated that p53 is necessary to mediate the protection by ER-preconditioning suggesting that p53 may be a key factor in the integration of stress responses. Together our results reveal new aspects of the multi-functionality of p53. Activation of the antagonist pathways: autophagy and apoptosis by p53 isoforms, leads to flexible and adaptive response to stress. In addition, our results suggest that the regulation of autophagy by p53 is a ancestral protective function of p53.

La maladie de Parkinson (MP) est la seconde maladie neurodégénérative la plus répandue. Les symptômes moteurs répondent initialement bien aux médicaments dopaminergiques. Toutefois, des complications motrices de ces médicaments finissent par survenir. Certains patients se voient alors proposer un traitement neurochirurgical par stimulation cérébrale profonde (SCP) et chronique du Noyau Subthalamique (NST). Plusieurs études suggèrent que la modulation du faisceau cortico-subthalamique moteur explique au moins en partie l’efficacité de la SCP du NST. Approfondir la compréhension du mécanisme d’action de la SCP du NST pour le traitement de la MP devrait permettre d’optimiser le rapport innocuité/efficacité de cette procédure qui s’adresse à des dizaines de milliers de patients dans le monde. L’objectif primaire de cette thèse est de caractériser le faisceau cortico-subthalamique moteur sur les plans anatomique et fonctionnel chez le primate non humain. Les objectifs secondaires sont : Permettre la visualisation directe et en conditions stéréotaxiques du NST chez le primate non humain et le patient parkinsonien - Mettre au point une méthodologie permettant de caractériser sur les plans anatomique et fonctionnel tout faisceau de fibres entre deux régions cérébrales anatomiquement distinctes, chez le primate non humain - Elaborer une loi de commande pour la stimulation du NST par optogénétique et en boucle fermée, afin de détruire sélectivement les oscillations béta et tester l’hypothèse de leur rôle dans l’émergence des symptômes moteurs de la MP... / Parkinson’s Disease (PD) is the second most widespread neurodegenerative disease. Motor symptoms initially respond well to dopaminergic medecines ; however, motor complications will eventually occur. Some patients are then proposed a neurosurgical treatment by chronical electrical deep brain stimulation (DBS) of the subthalamic nucleus (STN). Several studies suggested that the modulation of the motor cortico-subthalamic bundle might explain the efficacy of STN DBS, at least to a certain extent. A better understanding of the mechanism of action of DBS of the STN in order to treat PD should help to optimize the safety/efficacy of this surgical procedure from which tens of thousands of patients could benefit all over the world.The main purpose of the present thesis is to characterize, both anatomically and functionally, the motor cortico-subthalamic bundle in non-human primates. Secundary objectives are : (1) to allow the direct visualization, under stereotactic conditions, of the STN of non-human primates and of patients with PD ; (2) to develop a methodology enabling to characterize, both anatomically and functionally, any fiber bundle between two anatomically distinct cerebral areas, in non-human primates ; (3) to establish a command law for closed-loop stimulation of STN by optogenetics, in order to selectively destroy beta-oscillations and assess the hypothesis of their role in the occurrence of motor symptoms in PD...

Les ganglions de la base sont impliqués dans le contrôle adaptatif du comportement et l’apprentissage procédural. Il est bien établit que la plasticité synaptique cortico-striatale constitue le principal substrat de la mémoire procédurale, affectée lors de la maladie de Parkinson (MP). La plasticité cortico-striatale est modulée par différents neurotransmetteurs, tels que les endocannabinoïdes (eCB) ou la dopamine (DA). Il est donc crucial de caractériser l’implication des interactions eCB-DA dans la plasticité cortico-striatale en conditions physiologique mais aussi pathophysiologique. Nous avons étudié la « spike-timing dependent plasticity » (STDP), une règle synaptique d’apprentissage hebbien. Nous avons mis en évidence, grâce au patch-clamp sur tranches de cerveaux de rongeurs, une STDP potentiation (tLTP) médiée par les eCBs et la DA. Nous avons montré que :(1) Un faible nombre de potentiels d’action est suffisant pour induire une eCB-tLTP par l’activation du CB1R. (2) La eCB-tLTP est exprimée au niveau des neurones striataus de type D1 et D2. (3) La DA, via les D2R exprimé par les afférences présynaptiques, est nécessaire pour la eCB-tLTP. (4) La eCB-tLTP est altérée dans un modèle rongeur de la MP, et est restaurée par la L-DOPA. (5) L’exposition à un milieu enrichi de rongeurs « parkinsoniens » restaure la eCB-tLTP. En conclusion, ces résultats mettent en évidence l’existence d’une plasticité eCB bidirectionnelle modulée par la DA. Cela étend considérablement le spectre d’action des eCBs et en particulier leur implication dans l’engramme de l’apprentissage rapide. / The basal ganglia (BG) are involved in the adaptive control of behavior and procedural learning. The striatum, the primary input nucleus of BG, integrates cortical and dopaminergic inputs constituing a major site of synaptic plasticity. Plasticity at corticostriatal synapses is a key substrate for procedural learning and is affected in Parkinson’s disease (PD). The corticostriatal transmission are modulated by the endocannabinoid (eCB) and dopaminergic (DA) systems. Thus it is pivotal to characterize their interactions in the striatal plasticity in physiological and pathophysiological conditions. Using electrophysiological recordings in rodent brain slices, we unraveled a homosynaptic spike-timing-dependent potentiation mediated by eCBs and DA. We show that at the single-cell level: (1) Few spikes are sufficient to induce eCB-tLTP through CB1R. (2) eCB-tLTP occurs in DA type 1 receptor (D1R)- and DA type 2 receptor (D2R)-expressing cells. (3) DA, through presynaptic D2R, is required for eCB-tLTP induction. (4) eCB-tLTP is impaired in a model of PD and is restored by L-DOPA treatment. (5) Enriched environment rescues eCB-tLTP in DA-deprived rats. In summary, this thesis confirms and further extends a new form of interplay between eCB and DA systems involved in physiological and pathophysiological plasticity processes.

Un composé de type N-aryle pyridinium (PF) a montré un réel potentiel en tant qu’inducteur chimique de la maladie de Parkinson (MP). Son administration in vitro et in vivo a permis d’induire l’apparition des marqueurs cellulaires caractéristiques de la MP mais suivant une cinétique d’action beaucoup plus lente que les inducteurs parkinsoniens actuellement disponibles. Ces travaux préliminaires ont suggéré l’existence d’un lien entre le motif N-aryle pyridinium et la capacité pour la molécule qui le porte à induire chimiquement la MP. Ces résultats ont dès lors laissé envisager la préparation de composés structurellement inspirés, capables de mimer plus fidèlement les mécanismes biochimiques impliqués lors de l’apparition de la MP. Partant du même composé de départ – un dérivé de l’aniline – deux voies de synthèse ont été suivies et ont permis d’aboutir à des N-aryle pyridiniums diversement fonctionnalisés. La première voie d’accès, exploitant la réaction de Zincke, a permis d’aboutir à des composés ne portant pas de groupement hydroxyle sur le noyau pyridinium. La deuxième voie d’accès, comprenant une étape-clé d’activation anodique et inspirée de la préparation du PF, a permis d’aboutir à des N-aryle pyridiniums 3-hydroxylés. Pour ces deux voies de synthèse, la nature du composé de départ a contraint à la modification des protocoles opératoires décrits dans la littérature afin de pouvoir accéder aux molécules ciblées. L’évaluation toxicologique de ces N-aryle pyridiniums a donné lieu à une étude de relation structure/activité. Les résultats de cette étude ont permis d’identifier les éléments structuraux permettant à la fois l’inhibition du complexe I de la chaine respiratoire mitochondriale et l’induction d’une neurotoxicité in vitro. Il a également été possible d’identifier, pour la première fois, un paramètre permettant la modulation de la pénétration cellulaire dopaminergique et par suite, de l’activité de ces inducteurs chimiques de la MP / A N-aryl pyridinium derivative (PF) has shown promising results as a chemical inducer of Parkinson's disease (PD). Its in vitro and in vivo administration has induced the appearance of characteristical cellular markers of PD but following a much slower kinetics than currently available PD inducers. These preliminary studies have suggested the existence of a link between the N-aryl pyridinium moiety and the ability of the molecule bearing it to chemically induce PD. These results have therefore led to the preparation of structurally related compounds, able to mimic more closely the biochemical mechanisms involved in the onset of PD.Using the same starting material - an aniline derivative - two synthetic pathways have been followed and have led to diversely functionalized N-aryl pyridiniums. The first pathway, based on the Zincke reaction, afforded compounds without hydroxyl group on the pyridinium ring. The second pathway, including a key step of anodic activation and inspired the preparation of PF, led to 3-hydroxy-N-aryl pyridiniums. For both synthetic routes, the nature of the starting material has implied the modification of previously protocols described to gain access to the targeted molecules. The toxicological evaluation of these N-aryl pyridiniums gave rise to a structure / activity relationship study. The results of this study have led to the identification of structural elements allowing both the inhibition of complex I of the mitochondrial respiratory chain and the induction of in vitro neurotoxicity. It was also possible to identify for the first time, a parameter for the modulation of dopaminergic cell penetration and hence the activity of these chemical inducers of PD

Le travail présenté dans ce mémoire porte sur le développement d'un système de surveillance ambulatoire pour la détection de la dyskinésie induite par la Levodopa (LID) chez les patients de la maladie de Parkinson (PD). Le système est composé d’unités de mesure inertielle (IMUs) qui recueillent des signaux de mouvement chez des sujets sains et des patients parkinsoniens. Des méthodes différentes sont évaluées pour la détection de LID avec et sans classification des activités. Les données recueillies auprès des sujets sains sont utilisées pour concevoir un classificateur d'activité fiable. Par la suite, un algorithme qui effectue la classification des activités et la détection de la dyskinésie sur les données recueillies auprès de des patients parkinsoniens est proposé. Une nouvelle approche basée sur l'analyse de réseau complexe est également explorée et présente des résultats intéressants. Les méthodes de traitement développées ont été intégrées dans une plateforme complète d’analyse nommée PARADYSE. / The work presented in this thesis is concerned with the development of an ambulatory monitoring system for the detection of Levodopa Induced Dyskinesia (LID) in Parkinson’s disease (PD) patients. The system is composed of Inertial Measurement Units (IMUs) that collect movement signals from healthy individuals and PD patients. Different methods are evaluated which consist of LID detection with and without activity classification. Data collected from healthy individuals is used to design a reliable activity classifier. Following that, an algorithm that performs activity classification and dyskinesia detection on data collected from PD patients is tested. A new approach based on complex network analysis is also explored and presents interesting results. The evaluated analysis methods are incorporated into a platform PARADYSE in order to further advance the system’s capabilities.

Les avancées récentes dans la technique de transgénèse utilisant l’approche AAV ont permis de générer de nouveaux modèles animaux. Depuis quelques années, le développement des modèles de la maladie de Parkinson (MP) a amélioré la compréhension des mécanismes physiopathologiques de ce trouble dégénératif. Cependant, aucun modèle mammifère ne reproduit à ce jour la neurodégénérescence liée à l’âge associée à la pathologie synucléine et la symptomatologie motrice et non motrice. L’objectif de mon travail de thèse fut de développer de nouvelles stratégies de transgénèse chez le rat en utilisant ces vecteurs viraux pour la modélisation de la MP. Le challenge est de parvenir à une infection virale la plus précoce possible afin de transduire un maximum de neurones dopaminergiques. Pour cela, différentes voies d’approche ont été testées pour améliorer le processus de transgénèse : 1) l’injection de vecteurs viraux dans le rete testis de jeunes mâles pour transduire les cellules de la lignée germinale, 2) l’injection dans les embryons pré-implantatoires, 3) l’injection in utero intracérébroventriculaire et enfin 4) l’injection intracardiaque au premier jour de vie des animaux. Parmi elles, les injections in utero et intracardiaques ont permis d’aboutir à une transduction importante d’un grand nombre de structures cérébrales avec un tropisme neuronal. Ces techniques ouvrent la voie à la génération de nouveaux modèles animaux de maladies à composante génétique et à la thérapie génique. / Recent advances in the transgenesis technique using the AAV approach have led to the generation of new animal models. In recent years, the development of models of Parkinson's disease (PD) has improved understanding of the pathophysiological mechanisms of this degenerative pathology. However, no mammalian model recapitulates the required age-dependant parkinsonian degeneration, the α-synuclein inclusion pathology and motor and non-motor symptoms. The objective of my Ph.D work was to develop new transgenesis strategies in rats using these viral vectors for modeling PD. The challenge is to achieve a viral infection as early as possible in order to transduce as many dopaminergic neurons as possible. To this end, different strategies have been tested to improve transgenesis efficacy : i) injection in rete testis in young male to transduce germinal cells, ii) injection into early stage embryos, iii) in utero intracerebroventricular injection and iv) intracardiac injection in one day-old animals. Among them, in utero and intracardiac injections led to neuronal transgene expression in most regions of the brain. These techniques pave the way for the generation of new animal models of genetic diseases and offer unique opportunities for gene therapy.