Dans les dernières décennies, beaucoup d'études ont porté sur les nouvelles pratiques pour les patients réfractaires aux traitements médicaux conservateurs. La neurostimulation est une option relativement nouvelle pour ces patients qui répondent peu ou pas aux traitements conventionnels. La neurostimulation se définit par des dispositifs implantables ou non-implantables qui, par une stimulation électrique, modifient l'activité du système nerveux central ou périphérique. L'emplacement des électrodes de stimulation se fait en fonction de la pathologie. Dans le cadre de douleurs chroniques, elles peuvent être insérées en périphérie, dans l'espace epidural de la moelle épinière à la hauteur couvrant le territoire douloureux ou central en regard du cortex moteur. Dans la maladie de Parkinson, les électrodes peuvent être implantées dans le noyau sous-thalamique, le globus pallidus interne ou le thalamus. L'objectif de ce mémoire est de démontrer quelques-uns des effets apportés par la neurostimulation dans la douleur chronique et la maladie de Parkinson et certaines influences qui peuvent faire varier l'efficacité de ces systèmes.

La maladie de Parkinson est une maladie neurodégénérative qui affecte principalement les fonctions motrices. À ce jour, il n'existe toujours aucun traitement permettant de ralentir d'empêcher la progression de la maladie et nous avons désespérément besoin de thérapies s'attaquant aux causes de la pathologie afin de freiner d'améliorer son évolution clinique. Les symptômes cardinaux de la maladie sont causés par la perte des neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire compacte (SNc). Bien que la cause de la mort des neurones DAs ne soit pas bien comprise, plusieurs évidences convergent vers un rôle des dysfonctions mitochondriales dans ces processus. L'altération des fonctions mitochondriales pourrait découler notamment de l'apparition d'α-synucléine agrégée qui est retrouvée entre autres dans les corps de Lewy. La stomatine de type 2 (SLP-2) est une protéine de la membrane mitochondriale interne qui permet de réguler les fonctions mitochondriales. La présente étude avait pour but de valider le potentiel neuroprotecteur de SLP-2 contre la toxicité de l'α-synucléine qui avait été révélé par une étude précédente. Nous avons d'abord mesuré le niveau de SLP-2 dans des cerveaux humains post-mortem et nous avons validé qu'il y a une réduction du taux de SLP-2 dans les neurones DAs de la SNc chez des donneurs parkinsoniens. Nous avons aussi découvert que l'expression d'α-synucléine A53T chez la souris réduit le taux de SLP-2 dans les neurones DAs de la SNc. Le niveau de SLP-2 corrèle même négativement avec le taux d'α-synucléine phosphorylée (r = -0.6599). En utilisant le même modèle murin, nous avons ensuite testé l'effet de la surexpression de SLP-2 sur la toxicité de l'α-synucléine A53T. En utilisant une souris exprimant la Cre recombinase dans les neurones DAs, nous avons réalisé une surexpression de SLP-2 ciblée aux neurones DAs de la SNc en injectant un AAV encodant une copie à expression Cre-dépendante du gène SLP-2 humain. Nous avons constaté que la surexpression de SLP-2 empêche le développement de déficits moteurs contre la toxicité de l'α-synucléine A53T en protégeant les corps cellulaires DAs de la SNc et leurs axones dans le striatum contre la dégénérescence. En tentant d'investiguer un mécanisme d'action, nous avons observé que la surexpression de SLP-2 ne semble pas affecter le taux d'α-synucléine phosphorylée dans les neurones DAs. Cependant, nous avons découvert que la surexpression de SLP-2 semble atténuer le flux mitophagique induit par l'expression d'α-synucléine. Ces résultats suggèrent que la surexpression de SLP-2 protège les neurones DAs contre l'α-synucléine A53T. SLP-2 pourrait donc représenter une nouvelle cible thérapeutique pour la maladie de Parkinson et les maladies synucléinopathiques. / Parkinson's disease is a neurodegenerative disease that principally affects motor functions. To date, there is still no treatment to prevent the progression of the disease and we desperately need therapies that address the causes of the pathology to improve its clinical course. The cardinal features of the disease are generated by the loss of dopaminergic (DA) neurons from the substantia nigra pars compacta (SNc). Although the initial source of the death of DA neurons is not well understood, several lines of evidence converge on the role of mitochondrial dysfunctions in these processes. The alteration of mitochondrial functions could result from the appearance of aggregated α-synuclein which is found in Lewy bodies. Stomatin type 2 (SLP-2) is an inner mitochondrial membrane protein that regulates mitochondrial functions. The present study aimed to validate the neuroprotective potential of SLP-2 against α-synuclein toxicity as revealed by a previous study. We first measured by immunofluorescence the level of SLP-2 in post-mortem human brains and validated that there is a reduction of SLP-2 amount in the DA neurons of the SNc in Parkinsonian human brain donors. We also found that expression of A53T α-synuclein in mice reduces SLP-2 levels in SNc DA neurons. The level of SLP-2 even negatively correlates with the amount of phosphorylated α-synuclein (r = -0.6599). Using the same mouse model, we then tested the effect of SLP-2 overexpression on A53T α-synuclein toxicity. Using a mouse line expressing Cre recombinase in DA neurons, we induced a targeted SLP-2 overexpression in the DA neurons of the SNc by injecting an AAV encoding a Cre-dependent copy of the human SLP- 2 gene. We found that overexpression of SLP-2 prevents the development of motor deficits against A53T α-synuclein toxicity by protecting SNc DA cell bodies and their axons in the striatum against degeneration. Furthermore, while attempting to investigate a mechanism of action, we observed that the overexpression of SLP-2 does not seem to affect the level of phosphorylated α-synuclein in DA neurons. However, we found that overexpression of SLP- 2 appears to attenuate the mitophagic flux induced by A53T α-synuclein expression. These results suggest that SLP-2 overexpression protects DA neurons against α-synuclein toxicity. SLP-2 could therefore represent a novel therapeutic target for Parkinson's disease and synucleinopathies.

Objectifs : Comparer l’efficacité et l'aspect sécuritaire de la rivastigmine sous forme orale et transdermique destinée au traitement des symptômes liés aux instabilités posturales de patients atteints de la démence de la maladie de Parkinson (PDD) et qui sont des candidats pour un inhibiteur de l’acétylcholinestérase. La principale variable de l'étude était le changement de vitesse moyenne du centre de pression (CoP) en position debout après 6 mois de traitement. Les variables secondaires étaient les paramètres structuraux de posturographie dynamique, des échelles d’évaluation cliniques et les effets secondaires nécessitant une réduction de la dose. Méthodes: Des patients avec PDD ont été randomisé dans un ratio de 1 :1 impliquant une prise de rivastigmine orale ou transdermique avec des doses cibles de 6 mg deux fois par jour et 9,5 mg/10 cm2 par jour, respectivement. Les variables dépendantes ont été comparées au départ de l’étude et après 6 mois (comparaisons intra-groupes), de même qu'entre les groupes. Résultats: Dix-neuf patients ont complété l’étude (n=8 orale; n=11 transdermique). Des doses quotidiennes moyennes de 9,4 mg (± 1,5 mg) et 16,4 mg (± 3,6 mg) ont été administrées aux groupes oral et transdermique, respectivement. Le groupe transdermique a démontré une réduction significative de la vitesse moyenne du CoP de 15.8% (timbre: p=0,02; orale: réduction de 10,0%, p=0,16) lors de la condition d'équilibre la plus difficile (yeux fermés en maintenant l'équilibre sur une plateforme mobile synchronisée avec les déplacements du corps). Aucune différence n’a été trouvée entre les groupes (p=0,27). Concernant les paramètres structuraux, des améliorations significatives ont été observées au niveau de la durée moyenne des pics de stabilité de l'équilibre (timbre) et de la distance entre les pics de stabilité (orale) dans la condition d'équilibre la plus difficile. Aucun changement n’a été observé par rapport aux échelles cliniques. Six patients ont eu des effets secondaires mineurs nécessitant une réduction de dose (n=5 orale; n=1 transdermique). Conclusions: La rivastigmine pourrait améliorer certains éléments du contrôle postural de patients atteints de PDD, notamment la vitesse moyenne du CoP en position debout. Les bienfaits sont plus évidents sous les conditions qui challengent davantage l'équilibre. / Objectives: To compare the efficacy and safety of oral and transdermal rivastigmine for postural instability in patients with Parkinson’s disease dementia (PDD) who were candidates for a cholinesterase inhibitor. The primary outcome was the change in mean velocity of the centre of pressure (CoP) after 6 months. Secondary outcomes included structural parameters of dynamic posturography, clinical rating scales and adverse events requiring dose reduction. Methods: Patients with PDD were randomized in a 1:1 ratio to oral or transdermal rivastigmine with target doses of 6 mg twice daily and 9.5 mg/10 cm2 daily, respectively. Outcomes were assessed at baseline and 6 months. Results were compared within and between groups. Results: Nineteen patients completed the study (n=8 oral, n=11 transdermal). Mean daily doses of 9.4 mg (± 1.5 mg) and 16.4 mg (± 3.6 mg) were achieved in the oral and transdermal groups, respectively. The transdermal group demonstrated a significant 15.8% decrease in mean velocity of CoP (patch: p <0.05; oral: 10.0% decrease, p=0.16) in the most difficult scenario (eyes closed with sway-referenced support). There was no difference between groups (p=0.27). For structural parameters, significant improvements were seen in the mean duration of peaks (patch) and inter-peak distance (oral) in the most difficult condition. No changes were observed in clinical rating scales. Six patients experienced non-serious adverse events requiring dose reduction (n= 5 oral; n=1 transdermal). Conclusions: Rivastigmine may improve certain elements of postural control, notably the mean velocity of CoP. Benefits appear to be more obvious under more taxing sensory conditions.

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La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée par l'accumulation d'alpha-synucléine (aSyn) mal repliée dans la substantia nigra pars compacta (SNpc), entraînant la mort des neurones dopaminergiques (DA). Les mécanismes qui sous-tendent la toxicité de l’aSyn sont encore peu connus, mais on suppose qu'ils impliquent des défauts dans l'autophagie (ALP). Les mutations dans LRRK2 sont fréquentes dans la MP familiale et sporadique. L'inhibition pharmacologique de l'activité de la kinase LRRK2 réduit les déficits dans l’ALP et les inclusions d’aSyn phosphorylée (paSyn), ce qui suggère que ces phénotypes dépendent de l'hyperactivation de LRRK2. Nous avons observé une diminution de l’expression du gène RIT2 dans des cellules mutantes LRRK2 (G2019S). RIT2 encode la petite GTPase Rin, qui est enrichie dans les neurones DA, et moins abondante dans la SNpc des cerveaux des patients atteints de la MP. Notre objectif est d'évaluer si Rin peut moduler l'activité de LRRK2 pour contrecarrer les altérations dans l'autophagie et promouvoir la clairance de l’aSyn. Nous avons utilisé des cellules de neuroblastome exprimant LRRK2-G2019S ou LRRK2-sauvage (WT) et évalué les déficits dans l’ALP et la toxicité de l’aSyn avec ou sans surexpression de Rin. Nous avons ensuite testé notre approche in vivo en utilisant des vecteurs viraux encodant aSyn et/ou Rin afin de surexprimer ces gènes chez la souris. Nous avons évalué la déficience locomotrice et fait une analyse histopathologique de coupes de cerveau. La surexpression de Rin dans les cellules LRRK2-G2019S a permis de renverser les altérations dans l'ALP et de diminuer les inclusions d'aSyn. Dans notre modèle de souris, la surexpression de Rin a empêché les déficits moteurs induits par l'injection d'AAV-aSyn. La surexpression de Rin a également protégé contre la perte d'axones dopaminergiques dans le striatum et la dégénérescence neuronale. Nos données indiquent que Rin inhibe LRRK2 pour compenser le déficit ALP et contrecarrer l'agrégation d'aSyn et les déficits connexes. Cela suggère que de cibler la signalisation par Rin pourrait représenter une nouvelle stratégie pour combattre la MP familiale et sporadique. / Parkinson's disease (PD) is characterized by the accumulation of misfolded alpha-synuclein (aSyn) in the substantia nigra (SNc), leading to the death of dopaminergic (DA) neurons. The mechanisms underlying aSyn pathology are still unclear but hypothesized to involve autophagy and endosome-lysosome pathways (ALP). LRRK2 mutations are a major cause of familial and sporadic PD. Pharmacological inhibition of LRRK2 kinase activity ameliorates ALP deficits and reduces paSyn inclusions, indicating that these phenotypes depend on LRRK2 hyperactivation. We observed selective downregulation of the novel PD risk factor RIT2 in LRRK2 mutant cells (G2019S). RIT2 encodes the small GTPase Rin, which is enriched in DA neurons and reduced in SNpc of PD brains. We aim to evaluate if Rin can modulate LRRK2 activity to rescue alterations in autophagy and promote aSyn clearance. We used neuroblastoma cells expressing LRRK2-G2019S or LRRK2-WT and evaluated ALP deficits and aSyn pathology with or without Rin overexpression. We then tested our approach in vivo using viral vectors encoding aSyn and/or Rin in mice SNpc. We evaluated the locomotor impairment and performed histopathological analysis on brain sections. Rin overexpression in LRRK2-G2019S cells rescued the alterations in ALP and diminished aSyn inclusions. In vivo, viral mediated overexpression of Rin prevented motor deficits induced by AAV-aSyn injection. Overexpression of Rin also protected against the loss of dopaminergic axons in the striatum and neural degeneration. Our data indicate that Rin inhibits overactive LRRK2 to remove ALP impairment and counteract aSyn aggregation and related deficits. This suggests that targeting Rin signaling could represent a novel strategy to combat neuropathology in familial and idiopathic PD.

La stimulation cérébrale profonde (SCP) est un traitement proposée aux patients gravement atteints de la maladie de Parkinson pour lesquels les symptômes moteurs réduisent grandement leur qualité de vie. Ce traitement implique une chirurgie pendant laquelle une électrode doit être placée très précisément dans le mésencéphale afin d'atténuer efficacement les symptômes moteurs des patients. Les chirurgiens qui effectuent cette opération ne possèdent toutefois pas d'outil de guidage pour le positionnement de l'électrode. Afin de combler cette problématique, des technologies optiques peuvent être implantées à l'intérieur de l'électrode afin de mesurer un contraste entre certaines régions du cerveau, aidant ainsi le chirurgien à positionner correctement l'électrode. La première étape de ce projet consiste à explorer les techniques optiques qui ont le potentiel de mesurer un contraste entre certaines régions du cerveau. Dans ce projet de maitrise, la spectroscopie Raman spontanée (SRSpont) est explorée afin d'identifier les régions spectrales Raman pertinentes pour aider le guidage de l'électrode dans le cadre du traitement de SCP. Pour ce faire, des spectres Raman sont mesurés dans huit régions identifiées sur des tranches de cerveau de macaque post mortem à l'aide d'un microscope Raman. Ces spectres Raman subissent ensuite une réduction dimensionnelle par analyse en composantes principales (ACP) avant d'être classés par la méthode des voisins les plus proches (VPP). Au final, cette méthode d'analyse permet de prédire correctement 43 % du temps la région du cerveau dans laquelle un spectre Raman est mesuré. Ensuite, des différences spectrales entre certaines régions spécifiques du cerveau sont identifiées, notamment le signal Raman provenant des lipides qui permet de distinguer facilement la matière blanche et la matière grise. Un contraste entre le noyau subthalamique (STN) et la substance noire (SN) est également mesuré grâce au signal Raman à 996 cm$^{-1}$ provenant de la phénylalanine. De tels contrastes sont intéressants dans le cadre du traitement de SCP étant donné que le STN est très souvent la région dans laquelle il faut placer l'électrode et que celui-ci est principalement entouré du SN et de matière blanche. La SRSpont permet donc de mesurer un contraste intéressant entre des régions du cerveau pertinentes dans le cadre du traitement de SCP. Cette technique a donc le potentiel de fournir suffisamment d'information au chirurgien afin de faciliter le positionnement de l'électrode lors du traitement de SCP. Il serait intéressant d'implanter un système SRSpont dans des fibres optiques afin de vérifier le potentiel de cette technique dans des conditions similaires à celles rencontrées lors de la chirurgie liée au traitement de SCP.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / La maladie de Parkinson (MP), un désordre neurodégénératif, affecte 1 % de la population de plus de 65 ans et se défini, entre autres, par une perte marquée des neurones dopaminergiques de la substance noire pars compacta (SNpc) et conséquemment, une chute drastique des niveaux de dopamine est observée au striatum. La présence en post-mortem de corps de Lewy, principalement formés d'a-synucléine agrégée constitue aussi un trait caractéristique de la pathologie. Plusieurs problématiques associées à la MP, certaines considérées majeures, peuvent entraver la découverte de traitements. D'abord, les causes menant à la dégénérescence et à l'initiation de la synucléinopathie demeurent largement inconnues, et ce, malgré la découverte de mutations génétiques spécifiques à un sous-groupe de patients de même que l'identification de facteurs environnementaux via des études associatives épidémiologiques. Un second obstacle constitue le manque de biomarqueurs permettant de diagnostiquer la maladie plus tôt dans son développement, puisque la pathologie se manifeste lorsqu'environ 60 à 70 % des neurones sont dégénérés. Conséquemment à ces difficultés, la MP dispose actuellement uniquement d'options thérapeutiques symptomatologiques, aucun traitement n'est disponible afin de modifier le cours évolutif du processus dégénératif amorcé plusieurs années avant le diagnostic. Mon projet de doctorat s'inscrit donc dans une thématique globale ciblant plusieurs aspects de la problématique soulevée ci-haut. Dans le cadre d'une approche nutraceutique via l'utilisation d'acides gras oméga-3, nous avons investigué l'effet neuroprotecteur de ces derniers de même que les mécanismes d'action qui sous-tendent cet effet bénéfique. Les effets des acides gras oméga-3 ont aussi été étudiés sous un angle non nutritionnel, par la conversion transgénique endogène des oméga-6 en oméga-3 chez la souris Fat-1. Inversement, nous nous sommes également intéressés aux conséquences d'une diète procurant un apport riche en gras chez un modèle de souris parkinsoniennes. Brièvement, nos études ont permis d'identifier des propriétés neuroprotectrices aux acides gras oméga-3 à la suite d'un traitement à long terme chez un modèle animal de la MP en plus d'associer des effets néfastes d'une diète riche en gras et appauvrie en acides gras oméga-3 chez ce même modèle animal. Ces conclusions soulignent l'importante contribution de l'alimentation à la pathologie et suggèrent qu'un apport riche en gras et faible en oméga-3 pourrait constituer un facteur de risque de la MP. Bien que nos résultats démontrent un effet protecteur des acides gras oméga-3, une question critique demeure quant à leurs propriétés neurorestauratrices. À cet égard, l'investigation des capacités thérapeutiques est en cours et ce, afin d'évaluer le potentiel des acides gras oméga-3 à la suite de l'induction d'une depletion dopaminergique via l'administration de la neurotoxine MPTP chez la souris.

Titre de l'écran-titre (visionné le 12 avril 2024) / Cette thèse de doctorat s'intéresse aux effets bénéfiques de la neurostimulation non-invasive du système corticomoteur dans la maladie de Parkinson (MP), chez des patients (études cliniques) et des primates non-humains (études précliniques, modèle de la MP). La MP, caractérisée par la présence de symptômes moteurs et non-moteurs, résulte de la perte des neurones dopaminergiques nigrostriataux, ce qui altère les boucles des ganglions de la base avec le thalamus et le cortex, et entraîne une hypoactivation corticale. Le traitement pharmacologique le plus utilisé est la L-3,4-dihydroxy-phénylalanine (L-Dopa), qui présente des effets secondaires, notamment, le développement de mouvements anormaux involontaires appelés dyskinésies induites par la L-Dopa (LID). Ces LID résulteraient de la combinaison de la dégénérescence des neurones dopaminergiques et de l'absorption chronique de L-Dopa, entrainant une signalisation au sein de la boucle corticale-ganglions de la base-thalamo-corticale inappropriée et une hyperactivation corticale. La pharmacologie visant à réduire les LID est associée à d'autres effets secondaires invalidants. C'est pourquoi des approches non pharmacologiques sont étudiées, telles que la stimulation magnétique répétitive transcrânienne (rTMS) ou périphérique (rPMS des muscles) et la stimulation transcrânienne électrique par courant direct (tDCS). Toutes ces approches influencent la plasticité corticale et le contrôle moteur. Les rTMS et tDCS sont dites *top-down* et la rPMS est dite *bottom-up*, i.e., via les voies sensorielles lemniscales qui incluent les connexions thalamo-corticales. Les protocoles excitateurs tels que la stimulation à la fréquence thêta intermittente (iTBS) pour la rTMS et la tDCS anodique (a-tDCS), induisent une augmentation de l'excitabilité corticale et pourraient être utilisés, en l'absence de LID, pour activer le cortex moteur primaire (M1). Les protocoles inhibiteurs tels que la stimulation à la fréquence thêta continue (cTBS) pour la rTMS et la tDCS cathodique (c-tDCS) induisent une diminution de l'excitabilité corticale et permettraient, en présence de LID, de réduire l'hyperactivation du M1. L'objectif de cette thèse de doctorat était d'étudier l'effet de ces approches pour réduire les symptômes moteurs, non-moteurs et les LID, et explorer l'influence de ces techniques sur la plasticité du M1. Une revue de la littérature a permis de faire le point sur les connaissances concernant l'utilisation de la TBS et de la tDCS dans la MP, dont les résultats ont, entres autres, fait état de l'importance du statut pharmacologique dans les études de neurostimulation. Le premier chapitre de cette thèse porte sur une participante atteinte de la MP depuis dix ans, mais non-médicamentée, et sur les effets de iTBS par rTMS et rPMS sur les symptômes moteurs et la fonction au quotidien, sans l'interférence de la L-Dopa. Le protocole comprenait quatre combinaisons testant l'effet placebo, de rTMS + rPMS, de rTMS seule et rPMS seule. Les symptômes et la fonction motrice se sont améliorés au cours des quatre séances, accompagnés de changements de l'excitabilité de M1. Dans le second chapitre, l'étude d'un groupe de patients avec la MP et sous L-Dopa, évaluait l'effet de a-tDCS avec rPMS sur les symptômes et la fonction motrice. Trois protocoles, chacun administrés pendant cinq jours, testaient l'effet du placebo, de a-tDCS seule et de a-tDCS+rPMS. Les symptômes et la qualité de vie se sont améliorés accompagnés de variations neurophysiologiques de M1. Le troisième chapitre chez un modèle animal de la MP, explorait l'effet de trois protocoles sur les LID et les symptômes moteurs. Les protocoles étaient combinés avec véhicule ou L-Dopa. Le premier incluait deux séances de cTBS, le second, une séance de c-tDCS et le troisième, cinq séances de c-tDCS. Avec le véhicule, la cTBS a diminué les scores parkinsoniens comparativement au placebo ou le véhicule seul. Avec la L-Dopa, deux séances de cTBS ont diminué les LID sans affecter les effets antiparkinsoniens de la L-Dopa, une séance de c-tDCS n'a eu aucun effet et cinq séances de c-tDCS ont réduit brièvement les LID mais aussi la durée des effets de la L-Dopa. L'ensemble de ces résultats justifient d'autres études pour approfondir les connaissances et compléter l'exploration des effets de la neurostimulation non-invasive pour réduire les symptômes moteurs, non-moteurs et les LID, et supportent que les changements de M1 reflètent la plasticité cérébrale à l'origine de l'amélioration clinique même des années après le diagnostic initial. Les bénéfices cliniques rapportés encouragent le développement de traitements non pharmacologiques possibles à associer à la L-Dopa. / This doctoral thesis investigates the beneficial effects of non-invasive neurostimulation of the corticomotor system in Parkinson's disease (PD), in patients (clinical studies) and non-human primates (preclinical studies, PD model). PD, characterized by the presence of motor and non-motor symptoms, results from the loss of nigrostriatal dopaminergic neurons, which alters the loops of the basal ganglia with the thalamus and cortex, leading to cortical hypoactivation. The most widely used pharmacological treatment is L-3,4-dihydroxy-phenylalanine (L-Dopa), which has side effects including the development of involuntary abnormal movements known as L-Dopa-induced dyskinesias (LIDs). These LID are thought to result from a combination of degeneration of dopaminergic neurons and chronic L-Dopa intake, leading to inappropriate signaling within the cortical-basal ganglia -thalamo-cortical-loop and cortical hyperactivation. Pharmacology aimed at reducing LID is associated with other disabling side effects. This is why non-pharmacological approaches are being investigated, such as repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) or peripheral magnetic stimulation (rPMS of muscles) and transcranial direct current stimulation (tDCS). All these approaches influence cortical plasticity and motor control. rTMS and tDCS are said to be top-down, while rPMS is said to be bottom-up, i.e., via lemniscal sensory pathways that include thalamo-cortical connections. Excitatory protocols such as intermittent theta frequency stimulation (iTBS) for rTMS and anodic tDCS (a-tDCS), induce an increase in cortical excitability and could be used, in the absence of LID, to activate primary motor cortex (M1). Inhibitory protocols such as continuous theta frequency stimulation (cTBS) for rTMS and cathodic tDCS (c-tDCS) induce a decrease in cortical excitability and would, in the presence of LID, reduce M1 hyperactivation. The aim of this doctoral thesis was to study the effect of these approaches in reducing motor, non-motor and LID symptoms, and to explore the influence of these techniques on M1 plasticity. A review of the literature provided an update on what is known about the use of iTBS and tDCS in PD, the results of which, among other things, pointed to the importance of pharmacological status in neurostimulation studies. The first chapter of this thesis focuses on an unmedicated participant with ten years' PD, and the effects of iTBS via rTMS and rPMS on motor symptoms and day-to-day function, without the interference of L-Dopa. The protocol included four combinations testing the placebo effect, rTMS + rPMS, rTMS alone and rPMS alone. Symptoms and motor function improved over the four sessions, accompanied by changes in M1 excitability. In the second chapter, a study of a group of PD patients with L-Dopa assessed the effect of a-tDCS with rPMS on symptoms and motor function. Three protocols, each administered over five days, tested the effect of placebo, a-tDCS alone and a-tDCS+rPMS. Symptoms and quality of life improved, accompanied by neurophysiological changes in M1. The third chapter, in an animal model of PD, explored the effect of three protocols on LID and motor symptoms. These protocols were combined with vehicle or L-Dopa. The first included two sessions of cTBS, the second, one session of c-tDCS and the third, five sessions of c-tDCS. With vehicle, cTBS reduced parkinsonian scores compared with placebo or vehicle alone. With L-Dopa, two sessions of cTBS reduced LID without affecting the antiparkinsonian effects of L-Dopa, one session of c-tDCS had no effect and five sessions of c-tDCS briefly reduced LID but also the duration of L-Dopa's effects. Taken together, these findings warrant further studies to deepen knowledge and complete exploration of the effects of non-invasive neurostimulation in reducing motor, non-motor and LID symptoms, and support that M1 changes reflect the brain plasticity behind clinical improvement even years after initial diagnosis. The clinical benefits reported encourage the development of possible non-pharmacological treatments to be combined with L-Dopa.

Ce mémoire porte sur l’étude des mécanismes d’action de la neurotoxine MPTP et sur les processus menant à l’activation des cellules immunitaires innées. Dans un premier volet, une étude sur la chronologie des évènements immunitaires prenant place dans ce contexte expérimental a été menée grâce à l’utilisation des souris transgéniques cis-NF-ĸBeGFP, CX3CR1GFP et lysMeGFP montrant une activité inflammatoire très précoce dans ce tissu. Dans un deuxième volet, une étude mécanistique portant sur la capacité des cellules immunitaires à transporter la toxine a été réalisée en utilisant l’analogue fluorescent du MPP+, l’APP+. Les cellules immunitaires peuvent transporter cet analogue, et donc pourraient être modulables par la neurotoxine. Finalement, dans un troisième volet, un protocole de conditionnement in vitro avec des monocytes et des neurones dopaminergiques a permis de montrer l’importance d’une combinaison entre l’effet du MPP+ sur les neurones dopaminergiques et un environnement pro-inflammatoire pour engendrer des altérations de ces neurones. / This thesis focuses on the study of the mechanisms of action of the neurotoxin MPTP and the process leading to innate immune cells activation. In the first part, a study of the chronology of immune events taking place in this experimental context was performed using the transgenic mice cis-NF-ĸBeGFP, CX3CR1GFP and lysMeGFP showing very early inflammatory activities in the myenteric plexus. In a second phase, a mechanistic study on immune cells ability to carry the toxin was conducted using the fluorescent analog of MPP+, APP+. Immune cells can indeed carry this analog, and therefore may be modulated by the neurotoxin. Finally, in a third aspect, an in vitro conditioning assay with monocytes and dopaminergic neurons showed the importance of a combination of the effect of MPP+ on dopaminergic neurons and a pro-inflammatory environment to generate alterations in these neurons.

Objectifs: D’une part étudier les effets de la SCP à moyen et long terme chez les patients de notre centre ayant une forme génétique de MP, d’autre part effectuer une étude clinique, génétique et transcriptomique d’un groupe de patients parkinsoniens ayant une mutation du gène SCA2 (dits patients SCA2).Méthode: 1/ Effet de la SCP chez des patients ayant une forme génétique de MP: cinq patients ayant une forme génétique de MP, appartenant à une cohorte de 52 patients parkinsoniens ayant bénéficié d’une stimulation à haute fréquence du noyau sous-thalamique entre 1998 et 2000, ont été examinés avant la chirurgie puis à 1 et 5 ans. Les patients ont été évalués avec et sans L-dopa par plusieurs échelles: UPDRS II et III,dyskinésies, Schwab et England, Mattis et MADRS. Les résultats ont été comparés aux patients de la même cohorte ayant une forme sporadique de MP.2/ Etude des patients parkinsoniens SCA2 : la description clinique est rapportée rétrospectivement. Les études génétique et transcriptomique ont été effectuées chez 7 patients parkinsoniens et 8 patients cérébelleux SCA2, sur des cellules mononuclées sanguines. Le séquençage de l’ADN a permis de déterminer la longueur de la répétition de triplets CAG et d’identifier les interruptions par des triplets CAA. Le transcriptome de ces patients ainsi que de 13 témoins (sujets sains appariés sur le sexe et l’âge) a été réalisé sur deux plateformes de puces à ADN (Agilent et Illumina). L’analyse de l’expression des gènes chez les patients parkinsoniens et cérébelleux comparés à leurs contrôles respectifs a été réalisée avec le logiciel Genespring GX. Les gènes ayant une expression significativement différente (variation d’expression >1,3 et Welch t-test p< 0,05) ont été analysés à l’aide du logiciel Ingenuity Pathways Analysis qui identifie les voies canoniques significativement dérégulées.Résultats: 1/ Effet de la SCP chez des patients ayant une forme génétique de MP: les résultats de l’ensemble des parkinsoniens étaient comparables à la littérature. Les mouvements involontaires compliquant la dopathérapie s’amélioraient au cours du temps. Les patients ayant une forme génétique bénéficiaient d’un meilleur résultat que les autres parkinsoniens sur les signes dopasensibles et sur les complications dopa-induites.2/ Etude des patients parkinsoniens SCA2 : cliniquement, la MP était tout à fait classique, l’âge moyen de début était de 55,2 ans, tous les patients étaient dopasensibles et les complications typiques de la MP étaient constatées. Le séquençage de l’ADN a montré des expansions légèrement plus longues chez les patients cérébelleux (37-41 triplets) que chez les patients parkinsoniens (35-39). Les patients cérébelleux n’avaient pas d’interruptions CAA sur leur allèle muté. Tous les patients parkinsoniens avaient en revanche une séquence d’interruptions CAA inhabituelle. Pour ce qui concerne l’étude transcriptomique, nous avons constaté chez les patients cérébelleux et chez les parkinsoniens la dérégulation de l’expression de gènes connus pour interagir avec l’ataxine 2 (DDX6, PABP, gènes de la voie du métabolisme des inositol phosphates), ainsi que de gènes impliqués dans le métabolisme du cancer et dans l’immunité. Les patients parkinsoniens avaient un dérèglement des voies de signalisation de la sclérose latérale amyotrophique, du VEGF et de HIF1. Chez ces patients, l’expression de SNCA était diminuée, y compris chez les patients les moinsVIIsymptomatiques, alors qu’elle ne l’était pas chez les cérébelleux. Chez les patients cérébelleux, plusieurs voies concernant le métabolisme des ARN étaient dérégulées, ainsi que le métabolisme du phosphate inositol. Plusieurs voies canoniques impliquant l’apoptose étaient dans les 2 groupes de patients, avec une expression de gènes pro- et antiapoptotiques en faveur de l’apoptose chez les cérébelleux et en sa défaveur chez les parkinsoniens. / Objectives: First, to study the mid- and long term effects of DBS in patients with a genetic form of PD from our clinic, and second, to achieve a clinical, genetic and transcriptomic study of a group of parkinsonian patients bearing a mutation in the SCA2 gene (so called SCA2 patients)Methods: 1/ Effects of DBS in patients with a genetic form of PD: five patients with a genetic form of PD, belonging to a cohort of 52 PD patients who underwent a subthalamic nucleus high frequency stimulation between 1998 and 2000, were evaluated before surgery and then after 1 and 5 years with and without L-dopa, using several scales: UPDRS II and III, dyskinesia, Schwab and England, Mattis and MADRS. The results were compared with the patients of the same cohort having a sporadic form of PD. 2/ Study of the parkinsonian SCA2 patients: the clinical picture is related retrospectively. Genetic and transcriptomic studies were performed on blood mononuclear cells from 7 parkinsonian and 8 cerebellar SCA2 patients. DNA sequencing allowed to determine the length of the CAG triplets repeat and to identify the interruptions by CAA triplets. Transcriptomes of these patients and of 13 matched controls (healthy subjects paired according to gender and age) were profiled using 2 platforms of whole human genome expression micro-arrays (Agilent and Illumina). Analyses of differential expression in cerebellar and parkinsonian patients vs their respective controls were performed with GeneSpring GX software. Genes with significant differences (fold change >1.3 and Welch t-test p< 0.05) were analyzed using Ingenuity Pathway Analysis software which identified significantly deregulated canonical pathways.Results: 1/ Effects of DBS in patients with a genetic form of PD: the results concerning the whole cohort of PD patients were similar to the literature. L-dopa-induced involuntary movements improved over time. Patients with a genetic form of PD had a best result than other patients on dopa-responsive signs and dopa-induced complications.2/ study of the parkinsonian SCA2 patients: clinical features were very typical of PD, with a mean age of onset of 55.2 years, a good L-dopa responsiveness, and classical complications of PD. DNA sequencing showed slightly longer expansions in cerebellar (37-41 triplets) than in parkinsonian patients (35-39). Cerebellar patients had no CAA interruption on their mutated allele. All parkinsonian patients had an unusual pattern of CAA interruptions. Concerning the transcriptomic study, cerebellar and parkinsonian patients had a deregulation in the expression of genes known to interact with ataxin-2 (DDX6, PABP, genes in the inositol phosphates metabolism pathway), as well as genes involved in the metabolism of cancer and in immunity. Parkinsonian patients had a deregulation of amyotrophic lateral sclerosis, VEGF and HIF1 signaling pathways. In these patients, including the least symptomatic ones, SNCA expression was down-regulated, whereas it was not in cerebellar patients. In cerebellar patients, several pathways concerning the metabolism or RNAs were deregulated, as well as p53 signaling. Several canonical pathways involving apoptosis were deregulated in both groups of patients, with an expression of pro- and antiapoptotic genes in favor of apoptosis in cerebellar patients and going against apoptosis in parkinsonian patients. .