La maladie de Parkinson (MP) est la deuxième affection neurodégénérative la plus fréquente après la maladie d’Alzheimer. Elle se caractérise par un dysfonctionnement du système des ganglions de la base, en rapport avec une dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire compacte. A côté des symptômes moteurs, la MP s’accompagne de troubles cognitifs, en particulier une altération des capacités de sélectivité attentionnelle. Ce déficit attentionnel se traduit par des difficultés à sélectionner les informations pertinentes pour la conduite en cours et peut entraîner des troubles cognitifs légers. L’origine des troubles attentionnels reste imprécise : on ignore s'ils résultent d’une défaillance des mécanismes volontaires d’orientation de l’attention ou d'une perturbation des processus automatiques de capture attentionnelle. Le filtrage sensoriel permet de focaliser notre attention grâce à une sélection des informations pertinentes pour l’action en cours et une inhibition des informations non pertinentes. Il peut être exploré en neurophysiologie par le paradigme d’inhibition par le prepulse (PPI). Ce dernier correspond à l’atténuation de la réponse motrice et corticale suite à la présentation d’un stimulus sursautant (pulse) lorsque celui-ci est précédé de quelques millisecondes d’un stimulus non sursautant (prepulse). Le PPI est influencé par l’attention, son amplitude étant majorée lorsque l’attention est portée volontairement sur le prepulse. L’objectif général était donc de mieux identifier la nature des troubles de la sélectivité attentionnelle dans la MP par un paradigme actif de PPI au cours duquel la réponse corticale au pulse est enregistrée. Nous faisions l’hypothèse que les parkinsoniens présenteraient une inhibition plus faible que les témoins sains. En cas de défaillance de mobilisation volontaire des ressources attentionnelles, l'inhibition de la réponse corticale au pulse devrait être moins importante lorsque les ressources attentionnelles allouées au traitement du prepulse mettent en jeu la mobilisation volontaire de l’attention. A l’inverse, en cas de défaut de capture attentionnelle, l’inhibition de la réponse serait moins importante lorsque le traitement du prepulse implique les processus automatiques de capture.Pour répondre à cet objectif, nous avons dans un premier temps développé et validé un paradigme actif de PPI au cours duquel l’effet de la mobilisation volontaire de l’attention et de la capture attentionnelle sur le processus de filtrage sensoriel a été évalué. Pour ce faire, 26 témoins sains jeunes ont bénéficié d’un électroencéphalogramme à haute résolution tout en réalisant une tâche attentionnelle sur laquelle a été greffé un paradigme actif de PPI. Nous avons recueilli la réponse corticale évoquée et induite par la présentation du pulse. 16 témoins sains âgés, 16 patients parkinsoniens sans trouble cognitif et 16 patients avec troubles cognitifs légers ont bénéficié du même enregistrement au cours de la même tâche attentionnelle. Chez les témoins sains jeunes, nous avons montré que les processus de mobilisation volontaire de l’attention et de capture attentionnelle modulaient de façon différentielle la réponse évoquée et induite par la présentation du pulse. Au cours du vieillissement, nous avons observé une meilleure sensibilité de la réponse corticale induite, ce qui nous a conduit à choisir ce marqueur cortical pour évaluer le filtrage sensoriel dans la MP. Nos résultats montrent une réduction de l’inhibition de la réponse induite chez les parkinsoniens avec troubles cognitifs légers, confirmant la distractibilité. La MP s’accompagne aussi d’une altération dans la génération des oscillations corticales dans la bande de fréquence thêta quand la focalisation de l’attention est engagée. / Parkinson’s disease (PD) is the most frequent neurodegenerative disorder after Alzheimer’s disease. It is characterized by degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta, causing a progressive loss of dopamine neurotransmission within the basal ganglia. Apart from motor symptoms, PD patients have cognitive disorders. Namely, focused attention is impaired and PD patients fail to select task-relevant information, leading sometimes to mild cognitive impairment (MCI). The origin of this impairment is still debated: PD-related selective attention deficit may be due either to a failure of goal-directed or stimulus-driven attention. Sensory gating helps the individuals to selectively allocate their attentional resources to salient stimuli and to inhibit irrelevant information. One of the physiological marker of this process is referred to as prepulse inhibition (PPI). It corresponds to the attenuation of the motor and cortical responses to a startling stimulus (pulse) when a non-startling stimulus (the prepulse) precedes the pulse by few milliseconds. PPI can be modulated by attention, its magnitude being greater after a to-be attended prepulse. Moreover, PPI is mediated by basal ganglia.The main aim of this work was to better identify the mechanisms involved in selective attention deficits in PD. We used an active PPI paradigm and recorded the cortical response to the pulse. We assumed that PD patients would exhibit a lower inhibition of the cortical response than healthy controls. If attention deficits in PD are related to an impairment of goal-directed attention, PD patients would exhibit lower inhibition after a to-be attended prepulse than in the other conditions. At the opposite, if it is due to a failure of stimulus-driven attention, inhibition would be lower after a prepulse which involuntarily captures attention than in the other conditions.In order to reach this objective, we have first developed and validated a new active PPI paradigm in order to investigate the role of goal-directed and stimulus-driven attention on sensory-cognitive gating. To this end, high resolution electroencephalogram was recorded in 26 young healthy subjects. They performed a selective attention task combined with an active PPI paradigm and the auditory-evoked and induced cortical response to the pulse was recorded. Then, the same procedure was administered in 16 elderly healthy subjects, 16 PD patients without MCI and 16 PD patients with MCI. In young healthy subjects, we found that stimulus-driven and goal-directed attention each had specific effects on the inhibition of the evoked and induced response to the pulse. The investigation of age-related changes on sensory gating revealed that the induced cortical response was more sensitive for assessing age-related changes than the evoked response. Then, we chose this cortical marker to investigate sensory gating in PD. Our results showed that PD patients with MCI exhibit lower inhibition of induced cortical response to the pulse than healthy controls. This finding confirms previous results showing a high distractibility in these patients. Moreover, PD patients exhibit impaired theta synchronization when focused attention was engaged.

Mon projet de thèse a porté sur les mécanismes neurodégénératifs dans le contexte de la maladie de Parkinson (MP). Cette maladie est caractérisée notamment par la présence d’inclusions intracytoplasmiques appelées corps de Lewy, dont le composant protéique principal est l’α-synucléine. L’absence de traitements curatifs à ce jour renforce la nécessité de comprendre les processus neurodégénératifs. L’objectif de mon travail de thèse fut de proposer une approche multifactorielle, translationnelle, basée sur trois axes complémentaires: modélisation, thérapeutique et mécanistique. Premièrement, nous nous sommes intéressés à la modélisation de la MP par l’utilisation de vecteurs viraux. Cette première partie nous a permis de conclure que le vieillissement ne constitue pas un facteur de risque pour les trois espèces étudiées. Ensuite, nous avons étudié deux stratégies pour combattre la dysfonction lysosomale existant chez les patients, premièrement par une approche biotechnologique avec des nanoparticules permettant de restaurer le pH des lysosomes dysfonctionnels, et une stratégie de thérapie génique par surexpression d’un régulateur de la biogénèse lysosomale. Grâce à ce travail, nous avons démontré l’intérêt du lysosome comme cible thérapeutique. Enfin, nous nous sommes focalisés sur l’hypothèse « prion » pour les synucléinopathies. Dans ce projet, nous avons mis en œuvre une approche de modélisation chez le primate non-humain ainsi qu’une une approche thérapeutique anti-agrégative chez le rongeur. Ces travaux mettent en évidence le rôle clé de l’α-synucléine dans l’étiologie de la MP et proposent des pistes d’améliorations des modèles animaux actuels ainsi que des approches thérapeutiques innovantes / The aim of this work was to focus on neurodegenerative mechanisms in the context of synucleinopathies, especially on Parkinson’s disease (PD). PD is characterized by the loss of dopaminergic neurons and the presence of intracytoplasmic proteinaceous inclusions named Lewy Bodies of which α-synuclein (α-syn) is the main protein component. To date, there are no curative treatments. Elucidating mechanisms underlying neurodegeneration in PD will allow the identification of new molecular targets for therapeutic intervention. My Ph.D. work intends multifactorial and translational approaches based on modelling, therapeutic intervention and mechanistic studies. We first focused on the development of new animal models of PD based on the use of viral vector-mediated overexpression of α-syn. This word allowed us to conclude on the absence of additive effect of ageing in α-syn-related toxicity, at least in the three investigated species. Then, we worked on two therapeutic strategies to overcome the lysosomal dysfunction occurring in PD. To do so, we first developed a biotechnological approach based on the use of acidic nanoparticles restoring acidic pH of sick lysosomes, and then we used a gene therapy approach based on the overexpression on a central modulator lysosomal biogenesis. We here demonstrated the interest of restoration of lysosomal physiology. Finally, we tested the “prion-like” hypothesis in a cohort of nonhuman primates and assessed the efficacy of a therapeutic approach using an oligomer modulator in mice. This work highlights the central role of α-syn in PD etiology and offers innovative strategies for both modelling and therapeutic intervention.

Les ganglions de la base (GB) sont un ensemble de noyaux sous-corticaux impliqués dans les fonctions motrices, mnésiques et cognitives. Le globus pallidus externe (GPe) est un noyau GABAergique, qui tient la place de structure relais entre le striatum et le noyau sous-thalamique au sein du réseau des GB. Les changements de mode et de fréquence de décharge des neurones du GPe sont connus pour être les signatures électro-physiologiques des maladies de Parkinson (MP) et de Huntington (MH). Dans la MP, où les concentrations de GABA extracellulaires sont anormalement élevées dans le GPe, il est admis que la voie striato-pallidale (STR-GPe) est hyperactive, ce qui contribue à l’hypoactivité des neurones pallidaux. A l’inverse dans la MH, il est admis que l’hyperactivité des neurones du GPe est due à la dégénérescence de la voie STR-GPe levant la principale influence inhibitrice du GPe. Cependant, les mécanismes moléculaires impliqués dans ces changements d’activité pallidale sont encore peu connus. Nous avons donc entrepris des expériences de biologie moléculaire, d’immunohistochimie et d’électrophysiologie sur tranches, afin de mieux caractériser l’origine des modifications de transmission GABAergique conduisant aux changements d’activité électro-physiologique des neurones du GPe dans ces deux pathologies à l’aide de modèles animaux. Mes principaux résultats montrent l’apparition d’une inhibition tonique dans les neurones du GPe due à un déficit de recapture du GABA dans la MP et une réduction précoce de la transmission synaptique GABAergique dans la MH. Ces résultats suggèrent que les altérations de la transmission GABAergique contribuent à la physiopathologie de la MP et la MH. / The basal ganglia (BG) are a group of sub-cortical nuclei involved in motor, memory and cognitive functions. In the BG, the GABAergic external globus pallidus (GPe) holds a position of relay nucleus between the striatum (STR) and the sub thalamic nucleus within the indirect pathway of the BG. Modifications of rate and pattern of activity of this nucleus are known to be the electrophysiological signatures of Parkinson’s (PD) and Huntington’s diseases (HD). In PD, hyperactivity of the striato-pallidal (STR-GPe) pathway is thought to be responsible for the increase of the extracellular GABAergic concentrations in the GPe and participate to the hypoactivity of pallidal neurons observed in experimental Parkinsonism. In contrast, during HD, it is recognized that the hyperactivity of GPe neurons is due to the degeneration of striato-pallidal neurons and thus to the reduction of the main source of pallidal GABAergic inhibition. However, the molecular mechanisms involved in these modifications of pallidal activity are not well characterized. Therefore, using PD and HD animal models, the 6-OHDA rodents and the R6-1 transgenic mice respectively, we have performed molecular biology, immunohistochemistry and electrophysiological in vitro experiments in order to better understand the origin of GABAergic transmission alterations leading to changes in electrophysiological activity of GPe neurons into these two pathologies. My main results show the apparition of a tonic GABAergic inhibition due to a deficit of GABA uptake in PD and a early stage reduction of GABAergic synaptic transmission in HD. Altogether, these results suggest that alterations of GABAergic transmission contribute to the pathophysiology of PD and HD.

La symptomatologie non motrice de la maladie de Parkinson s’accompagne fréquemment d’un défaut de contrôle cognitif. Le contrôle cognitif faisant référence à un ensemble de processus facilitant le traitement de l’information et la production de comportements adaptés, son altération impactera de très nombreuses capacités cognitives. Parmi ces capacités, nous nous intéresserons plus spécifiquement, d’une part, à la production orale de mots évaluée à travers les tests de fluences verbales et, d’autre part, aux processus favorisant la production d’actions intentionnelles en situation motivée comme évaluée par la Simon Task motivée. Par notre première étude nous remettrons en question l’hypothèse d’un défaut de contrôle cognitif comme origine principale de la réduction des performances aux tests de fluences verbales à la suite de la stimulation cérébrale profonde du noyau subthalamique. En effet, nous n’avons pas mis en évidence de relation entre cette altération et une modification de l’activité métabolique des régions frontales supportant le contrôle cognitif, ou une modification des performances à d’autres tests nécessitant un contrôle cognitif efficient. Les travaux suivant, portant sur le contrôle des actions motivées démontrent, d’une part, que la production d’actions guidées, non pas par des tendances d’actions impulsives, mais par des tendances d’actions en accord avec les intentions, est plus ardue lorsqu’une récompense financière est mise en jeu. D’autre part, le traitement de la maladie de Parkinson, aussi bien par dopathérapie que par stimulation cérébrale profonde du noyau sous-thalamique module le fonctionnement des processus impliqués, suggérant un rôle particulier des noyaux gris centraux. Nous discuterons des processus cognitifs et neuronaux impliqués et proposerons des perspectives de recherche aussi bien neuroscientifiques que cliniques. / The nonmotor symptoms of Parkinson’s disease frequently include a cognitive control deficit. Cognitive control refers to a set of processes that promote information processing and the production of appropriate behaviours, so its impairment can have an impact on a wide range of cognitive abilities. We focused on just two of these abilities: oral word production, as assessed with phonemic and semantic verbal fluency tests; and cognitive action control in an incentive context, as assessed with a rewarded Simon Task. In our first study, we questioned the hypothesis that the reduction in verbal fluency performances observed following surgery for subthalamic nucleus deep-brain stimulation is mainly due to a cognitive control deficit. Results failed to reveal a relationship between this reduction and either modified metabolic activity in the frontal regions subtending cognitive control or modified performances on other tests requiring efficient cognitive control. In our second and third studies, investigating cognitive action control in an incentive context, we showed that the production of intention-driven actions, as opposed to impulsive ones, is more difficult when a monetary reward is at stake. We also demonstrated that treatment for Parkinson’s disease, whether it takes the form of dopaminergic medication or subthalamic stimulation, modulates the functioning of these processes, suggesting that the basal ganglia have a role in them. We discuss the cognitive and neural processes involved and outline future avenues for both neuroscientific and clinical research.

La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée par une dégénérescence des neurones dopaminergiques de la voie nigrostriée. La thérapie cellulaire, par transplantation intranigrale de cellules fœtales issues de mésencéphale ventral (MV), assure un rétablissement anatomique et fonctionnel de cette voie. Des molécules de guidage axonal (MGA) joueraient ainsi un rôle dans la reconnexion axonale des cellules transplantées. Pour tester cette hypothèse, nous avons étudié l'expression de MGA dans le cerveau adulte intact et dans des cellules destinées à la transplantation, ainsi que dans le cerveau adulte d'un modèle murin de la MP après transplantation. Dans le tissu intact, nous avons montré que semaphorin7A (Sema7A) et Sema3A et leurs récepteurs, plexinC1 et neuropilin1, conservent leur expression protéique. De plus, grâce à l'utilisation de puces à ADN, nous avons montré que les récepteurs Robo2, neuropilin1, neuropilin2, EphA5 et DCC sont exprimés de manière différentielle dans les deux populations cellulaires utilisées pour la transplantation. Ceci suggère que ces molécules seraient impliquées dans la restauration fonctionnelle observée. Enfin, dans le tissu lésé, nous avons observé, par RT-qPCR, des variations d'expression de l'ARNm de ces MGA après transplantation intranigrale des cellules fœtales du MV, suggérant plus particulièrement l'implication de Sema3A, Sema3F et Sema7A dans la reconstruction de la voie. Ce travail met en lumière l'action de sémaphorines dans le guidage axonal des cellules transplantées. L'intégration de ces MGA dans les procédures de transplantation pourrait aider à optimiser les procédures de thérapie cellulaire dans la MP. / Parkinson's disease (PD) is characterised by the degeneration of the dopaminergic nigrostriatal pathway. Cell therapy using intranigral transplantation of foetal ventral mesencephalon (VM) cells in a mouse model of PD results in anatomical and functional reconstruction of the pathway. This suggests a role for axon guidance molecules (GMs) in reconnecting transplanted cells to their striatal target. To test this hypothesis, we studied the expression of axon GMs in the intact adult brain, on cells used for transplantation and in a mouse model of PD after cell therapy. In the intact brain, we showed that GMs as semaphorin7A (Sema7A) and Sema3A and their corresponding receptors, plexinC1 and neuropilin1, retain an expression at the protein level, therefore showing a possible role for these guidance cues in the adult brain. Moreover, using microarray, we studied GM receptor expression profiles in two types of cells used for transplantation and exhibiting different functional ameliorations. Robo2, neuropilin1, neuropilin2, EphA5 and DCC receptors showed differential expression between the two cellular populations, indicating their possible contribution to the different functional outcomes observed. In the lesioned mouse brain, we observed, using RT-qPCR, variations of mRNA expression of these axon GMs after intranigral transplantation of foetal VM derived cells, thus suggesting the implication of Sema3A, Sema3F, and Sema7A in the reconstruction of the pathway. Overall, this work highlights particular importance of semaphorins in the nigrostriatal pathway reconstruction. Integrating these cues in transplantation procedures can possibly optimize cell therapy for PD patients.

Les ganglions de la base (GB) forment une boucle complexe avec le cortex et le thalamus qui est impliquée dans la sélection de l’action et le contrôle du mouvement. Les activités oscillatoires synchronisées dans le réseau des GB ont été proposées comme pouvant jouer un rôle essentiel dans la coordination du flux de l’information au sein de ces circuits neuronaux. Ainsi, leur dérégulation dans le temps et l’espace pourrait devenir pathologique. Dans la maladie de Parkinson (MP), l’expression anormalement élevée d’oscillations neuronales comprises dans les gammes de fréquences beta (β, 10-30 Hz) serait la cause des déficits moteurs (akinétique et bradykinétique) de cette maladie. Cependant, les réseaux neuronaux à l’origine des oscillations β et l’implication physiopathologique de celles-ci restent encore inconnus. Le noyau sous-thalamique (NST) est un carrefour anatomique des GB situé au centre de réseaux potentiellement impliqués dans l’émergence de ces états hyper-synchronisés. L’objectif de cette thèse était de déterminer le rôle causal des principales entrées du NST (i.e. le cortex moteur, le globus pallidus, et le noyau parafasciculaire du thalamus) dans le maintien et la propagation des oscillations β. Pour cela, nous avons développé des approches de manipulation optogénétique combinées à des enregistrements électrophysiologiques in vivo dans un modèle rongeur de la MP. L’ensemble de nos travaux démontre la contribution respective des différents circuits neuronaux interrogés et souligne l’importance du globus pallidus dans le contrôle de la propagation et du maintien des oscillations β dans l’ensemble de la boucle des GB. / The basal-ganglia (BG) form a complex loop with the cortex and the thalamus that is involved in action selection and movement control. Synchronized oscillatory activities in basal-ganglia neuronal circuits have been proposed to play a key role in coordinating information flow within this neuronal network. If synchronized oscillatory activities are important for normal motor function, their dysregulation in space and time could be pathological. Indeed, in Parkinson’s disease (PD), many studies have reported an abnormal increase in the expression level of neuronal oscillations contain in the beta (β) frequency range (15-30 Hz). These abnormal β oscillations have been correlated with two mains symptoms of PD: akinesia/bradykinesia. However, which BG neuronal circuits generate those abnormal β oscillations, and whether they play a causal role in PD motor dysfunction is not known. The subthalamic nucleus (STN) is a key nucleus in BG that receives converging inputs from the motor cortex, the parafascicular thalamic nucleus and the globus pallidus. Here, we used a rat model of PD combined with in vivo electrophysiological recordings and optogenetic silencing to investigate how selective manipulation of STN inputs causally influence BG network dynamic. Our data highlight the causal role of the globus pallidus in the generation and propagation mechanisms of abnormal β-oscillations.

Les troubles de la marche et le freezing entraînent une invalidité sévère et ont un impact important sur la qualité de vie des patients souffrant de la maladie de Parkinson (MP). Ceci est d'autant plus vrai que ces troubles répondent mal aux traitements actuels, médicamenteux et chirurgicaux. Leurs mécanismes physiopathologiques sont largement incompris. Toutefois, leur résistance aux traitements courants suggère l'extension du processus lésionnel vers des structures non-dopaminergiques concourant au contrôle de la locomotion. L'implication du noyau pédonculopontin (PPN) a été évoquée. L'objectif de cette étude était de mieux comprendre les circuits neuronaux impliqués dans ces troubles, ainsi que leur modulation par les médicaments dopaminergiques et la stimulation du PPN. Les contraintes d'immobilité de la tête, liées à l'utilisation de la technique de tomographie par émission de positons (TEP), excluant la réalisation d'une épreuve effective de marche, la tâche a été effectuée en imagerie mentale. Les mêmes réseaux neuronaux sont en effet activés lors de la réalisation effective et la représentation mentale d'un mouvement, sous réserve que l'imagerie mentale motrice soit réalisée selon une perspective dite kinesthésique. Il était donc nécessaire, au préalable, de vérifier l'aptitude des patients à imager leur marche selon cette modalité. Nos données vont dans ce sens, et montrent qu'il est possible d'améliorer cette capacité à travers une préparation spécifique. De plus, l'utilisation d'un protocole comportemental d'imagerie mentale reposant sur la loi de Fitts a permis de familiariser les patients avec la tâche d'imagerie mentale en amont de la réalisation des examens TEP, mais aussi de vérifier leur engagement dans cette dernière durant les acquisitions cérébrales. Les résultats obtenus à l'issue de l'étude menée en imagerie cérébrale confirment la complexité de la physiopathologie des troubles locomoteurs, et suggèrent notamment différents niveaux d'atteinte, à l'étage cortical, sous cortical, et du tronc cérébral, selon la nature dopa-sensible ou dopa-résistante du trouble concerné. En particulier, la dérégulation frontale semble confirmée. De plus, un dysfonctionnement du tronc cérébral pourrait être lié à l'émergence des troubles de la marche et du freezing. Nous avons également constaté une implication pariétale, mais son rôle compensateur, ou pathologique, reste encore à définir. Le freezing dopa-sensible pourrait en partie refléter l'expression aggravée de la bradykinésie parkinsonienne, étant donné l'efficacité de la lévodopa sur ce symptôme. La stimulation de la région des PPN semble quant à elle restaurer une boucle cortico-cérebello-thalamo-corticale, facilitant le mouvement dans le cas des troubles dopa-résistants. Des investigations complémentaires, sur un échantillon plus large de patients, sont donc nécessaires pour approfondir ces résultats. Une meilleure compréhension de la physiopathologie de ces troubles est en effet indispensable pour le développement de nouvelles thérapeutiques dans le but d'améliorer la prise en charge des patients souffrant de ces troubles invalidants, et ainsi leurs répercussions en termes de santé publique. / Gait disorders, including freezing of gait are frequent and disabling symptoms that lead to severe decrease of the quality of life on patients from Parkinson's disease (PD). This is emphasized by the fact that those difficulties respond poorly to current medical and surgical treatments. The underlying pathophysiology remains largely unknown. However, the resistance to actual treatments suggests the extension of the degenerative process towards non-dopaminergic structures. Involvement of the pedonculopontine nucleus (PPN) has been proposed. The aim of the study was to better understand the neural networks involved in those troubles, as well as their modulation by dopaminergic drugs and PPN stimulation. The constraints related to stillness of the head during Positron Emission Tomography (PET) exclude, necessarily, the realization of an effective gait. This task has been accomplished using mental moor imagery. The same mural networks are, indeed, activated during the actual execution and the mental representation of movement, under the assumption that motor mental imaging is undertaken from a kinesthetic perspective. Thus, it was necessary, preliminarily to this study, to control the ability of patients to imagine themselves walking from a kinesthetic point of view. Our data validate this condition. Moreover, they show that it is possible to improve this ability through a specific training. What is more, the use of a behavioral protocol, based on Fitt's law, helped the patients to familiarize themselves with this approach, before PET acquisitions, but also to control their correct performance during PET scan. The results, which have been obtained in cerebral imaging confirm the complexity of the underlying mechanisms of gait disorders, and suggest notably different levels of deregulation, on a cortical, sub-cortical and brainstem. In particular, frontal deregulation appears to be confirmed. Moreover, a deregulation of the brainstem could be more particularly involved in gait disorders apparition. We have also evidenced parietal implication, but its exact compensatory or pathologic role remains to be determined. Levodopa-responsive freezing seems to be a consequence of worsened parkinsonian bradykinesia. PPN stimulation seems able to restore a functional cortico-cerebello-cortical loop, facilitating movement. Complementarily studies, on a larger selection of patients, are thus necessary to complete those results. A better understanding of pathophysiology is, as a matter of fact, necessary for the development of new therapeutics in order to improve the therapy of patients from those very invalidating troubles, and thus, to reduce their impact on public health.

L’objectif de cette thèse était de déterminer si différentes psychothérapies préopératoires, et notamment une prise en charge de restructuration cognitive, avaient un impact sur le profil psychiatrique et psychologique de patients parkinsoniens subissant une stimulation cérébrale profonde des noyaux sous thalamiques. On cherchait d’une part à montrer l’impact de cette prise en charge restructurative sur les variables psychiatriques (dépression, anxiété, apathie), la perception de la maladie et les attentes concernant le résultat de la chirurgie, le déploiement de stratégies de coping, la qualité de vie et l’adaptation sociale. On cherchait, d’autre part, à déterminer l’interaction entre les capacités neuropsychologiques et le bénéfice que les patients pouvaient retirer de la prise en charge restructurative. Il apparaît que la prise en charge psychothérapique préopératoire, surtout restructurative, permette aux patients de moduler leur perception de la maladie et leurs attentes du résultat de la chirurgie. Certaines variables de la qualité de vie, notamment des variables mentales, apparaissent également plus améliorées chez les patients ayant bénéficié de la restructuration cognitive. L’ensemble des patients présente une utilisation forte de stratégies d’adaptation basée sur le soutien instrumental en préopératoire, alors qu’ils utilisent davantage la stratégie d’adaptation basée sur l’accommodation à leurs troubles en postopératoire. Par ailleurs, il existe un lien entre les performances neuropsychologiques et le bénéfice de la prise en charge psychothérapique préopératoire, à savoir la préservation des capacités exécutives de déduction, d’adaptation à un feedback, de conceptualisation et de mémoire de travail ainsi qu’une préservation des capacités mnésiques épisodiques verbales, sont liées à un meilleur bénéfice de la prise en charge psychothérapique sur la perception de la maladie et les attentes du résultat de la chirurgie. On n’observe pas d’impact de la prise en charge préopératoire sur le profil psychiatrique ou l’adaptation sociale. / The purpose of this thesis was to determine the impact of different preoperative psychotherapies, particularly one based on cognitive restructuration, on the psychiatric and psychological profile of parkinson’s disease patients candidate to deep brain stimulation. On the one hand, we wanted to determine the impact of the restructurative therapy on psychiatric variables (depression, anxiety, apathy), disease perception, expectations for surgery, coping strategies, quality of life and social adjustment. On the other hand, we wanted to determine the possible interaction between neuropsychological variables and the impact of cognitiverestructuration. Parkinsonian patients can modulate their disease perception and their expectations toward the result of surgery, thanks to preoperative preparation, notably the restructurative one. Some quality of life variables, in particular the mental one, seem to be more improved after cognitive restructuration. The whole sample uses higher instrumental support preoperatively, whereas they use more accomodation strategy based on acceptation postoperatively. What is more, neuropsychological performances and impact of preoperative psychotherapy seem to be linked, as preservation of deducation, conceptualisation, feedback adaptation, working memory, are linked to a better impact of psychotherapy on disease perception and surgical expectations. No impact of preoperative preparation on psychiatric profile or social adjustment was observed.

Garantir la qualité des produits sanguins est crucial. Les lysats plaquettaires (LP) riches en facteurs de croissance (FC) s’imposent comme le complément idéal pour l’expansion ex vivo des cellules souches, et comme produit thérapeutique pour la régénération cellulaire. L’intérêt est croissant pour les microparticules (MPs) extracellulaires, mais l’expression de phosphatidylsérine à leur surface peut induire des effets thrombotiques et inflammatoires. L’autre risque transfusionnel, la transmission de virus, dont le virus de l’hépatite C (VHC), est maîtrisable par traitements de réduction virale par solvant/détergent (S/D), chauffage, ou nanofiltration. Nous avons étudié des technologies de sécurisation des produits sanguins: (a) élimination des MPs par nanofiltration sur filtres de 75 nm et (b) traitements S/D, chauffage à 56°C ou nanofiltration pour inactiver ou éliminer le VHC. Les informations ont été utilisées pour développer des LP utiles en médecine régénérative. L’un d’eux destiné à la neurorégénération, a été préparé en émettant l’hypothèse qu’un lysat de culot plaquettaire (LCP) enrichi en facteurs neurotrophiques et dépourvu de protéines plasmatiques se montrerait efficace contre les maladies neurodégénératives. Nos résultats montrent que la nanofiltration sur des filtres de 75 nm préserve la composition en protéines plasmatiques, et le pouvoir hémostatique. La nanofiltration retire les MPs et évite, in vitro, la génération de thrombine. Par ailleurs le traitement S/D à 31°C pour 30 minutes élimine le pouvoir infectieux du VHC. Pris globalement les traitements de nanofiltration et S/D apparaissent donc comme des méthodes de choix pour l’amélioration de la sécurité du plasma vis à vis de risques thrombogènes et infectieux. Nous avons ensuite préparé un LCP appauvri en protéines plasmatiques (dont le fibrinogène) et enrichi en un mélange pléiotrope physiologique de FC destiné à l’administration cérébrale. Les analyses par ELISA et par protéomique ont montré qu’un chauffage de 56°C pour 30 min réduisait le contenu en protéines et modifiait favorablement la composition relative en facteurs neurotrophiques. Par ailleurs le chauffage améliore l’action neuroprotectrice et, associé aux traitements S/D et de nanofiltration, contribue à l’inactivation du VHC. Ce LCP exerce une neuroprotection élevée dans des modèles de la maladie de Parkinson (MP) tout à la fois (a) in vitro (cellules LUHMES différentiées en neurones dopaminergiques et exposées au MPP+) et (b) in vivo (souris intoxiquées par MPTP). L’expression de la tyrosine hydroxylase (TH) dans la Substantia nigra pars compacta montre que l’administration intracérébroventriculaire (ICV) ou intranasale (i.n.) apparait comme une option thérapeutique possible des maladies neuro-dégénératives. Les études cellulaires In vitro sur LUHMES et NSC34 ont montré que l’inhibition spécifique des voies signalétiques relayées par AkT et ERK altère l’activité neuroprotectrice du LC. Des événements neuro-inflammatoires pouvant aggraver l’évolution des maladies neurodégénératives, nous avons vérifié que le LCP n’induit pas de marqueurs inflammatoires (COX-2, iNOS) chez des cellules microgliales BV2, et pouvait même diminuer celle de COX-2 après exposition à des lipopolysaccharides. De plus, nous avons identifié que le LCP contenait 1.7 x 1012 MP/mL d’une taille moyenne de 160 nm. Isolées, ces MPs pourraient exercer un rôle neuroprotecteur des cellules LUHMES exposées à des agents neurotoxiques. En conclusion, nos résultats montrent la faisabilité technique à préparer des lysats plaquettaires viro-inactivés pour des usages dans le domaine de la médecine régénérative, y compris comme agent neuroprotecteur du système nerveux central. / Ensuring quality and safety of blood products is crucial. Platelet lysates (PL) rich in growth factors (GFs) have emerged as ideal clinical-grade supplement for ex vivo expansion of mesenchymal stromal cells, and as therapeutic product promote cellular regeneration. Interest for platelet extracellular microparticles (MPs) is growing but expression of phosphatidylserine on their surface may cause thrombotic and inflammatory side effects. Another transfusional risk, transmission of viruses, including hepatitis C virus (HCV), can be fully controlled by dedicated viral reduction methods as solvent/detergent (S/D) or heat treatments, or nanofiltration. We have evaluated technologies to secure therapeutic blood products: (a) removal of MPs by 75nm-nanofiltration and (b) inactivation/removal of HCV by S/D or 56°C heat treatments, or nanofiltration. Data have been used to develop LP of interest for regenerative medicine. In particular, one, targeting neuroregenerative applications, has been prepared based on the hypothesis that a platelet pellet lysate (PPL) enriched in multiple neurotrophic growth factors and depleted of plasma proteins could exert potent neuroprotective actions in neurodegenerative disease models. Our data show that 75 nm-plasma nanofiltration preserved plasma protein biochemical profile, and hemostatic power. Nanofiltration removes MPs and avoids in vitro the generation of thrombin. In addition, the S/D treatment at 31°C for 30 minutes fully inactivates HCV infectivity. Therefore, altogether, nanofiltration and S/D emerge as choice procedures to improve the safety of plasma for thrombogenic and infectious risks. We have then prepared a PPL depleted of plasma proteins (in particular fibrinogen), and rich in a physiological pleiotropic mixture of neurotrophins for brain administration. ELISA and proteomics studies revealed that the heat-treatment at 56°C for 30 min decreased the protein content and favorably modified the relative composition in neurotrophic factors. Heat-treatment improved the neuroprotective activity and, together with S/D and nanofiltration contributed to HCV inactivation. This PPL exerted strong neuroprotective effects in Parkinson’s disease (PD) models (a) in vitro, using LUHMES cells exposed to MPP+ neurotoxin, and (b) in vivo, in mice intoxicated by MPTP neurotoxin. Expression of tyrosine hydroxylase (TH) in the Substantia nigra pars compacta indicated that brain delivery by intracerebroventricular (ICV) or intranasal (i.n.) administration may be a therapeutic option for disease-modifying strategies of neurodegenerative diseases. In vitro studies in LUHMES and NSC34 cells showed that specific inhibition of signal transduction pathways through AkT and ERK influenced PPL neuroprotective function. Since neuro-inflammation detrimentally affects neurodegenerative disorders, we verified that the PPL did not stimulate the release of inflammatory markers (e.g. COX-2, iNOS) by BV2 microglial cells in culture, and could even restrict COX-2 expression when cells were exposed to LPS. In addition, the PPL was found to contain 1.7 x 1012 MP/mL with a mean size of 160 nm. These MPs may exert neuroprotective activity on LUHMES cells exposed to neurotoxins. Altogether, our data demonstrate the technical feasibility of developing virally-safe customized platelet lysate preparations with specific applications for cell therapy and regenerative medicine, in particular as neuroprotective agents of the central nervous system.

La maladie de Parkinson (MP) provient de la dégénérescence des cellules du locus nigerproduisant de la dopamine. La barrière hémato-encéphalique (BHE) est un véritable obstacle pour le traitement de la MP car elle empêche ou réduit le passage d’un grand nombre de substances pharmacologiques vers le cerveau. L’encapsulation de ces substances dans des liposomes ou des niosomes avant leur libération intra-cérébrale représente une alternative de choix en raison de la biocompatibilité, la biofragmentation, la non-toxicité et les capacités de ciblage de ces systèmes. A l’heure actuelle le traitement de la MP reste un défi, malgré l’existence de nombreux projets de recherche dans ce domaine. Notre hypothèse est que l’administration de pramipexoleencapsulé dans des liposomes et/ou des niosomes pourrait représenter une approche thérapeutique pertinente. Dans le cadre de la thèse, la caractérisation et la cinétique de diffusion des liposomes et niosomescontenant du pramipexole ont été réalisées. La validation de différentes formulations a été réalisée sur un modèle de BHE constitué de co-cultures cellulaires. Les effets du pramipexoleencapsulé dans des liposomes ou desniosomesont ensuite été étudiés dans un modèle de MP chez le rat obtenu par lésion de la voie dopaminergique nigro-striée à l’aide de 6-hydroxydopamine (6-OHDA). Pour cela, nous avons évalué le comportement rotatoire induit par l’amphétamine et l’expression du transporteur de la dopamine (DAT) par autoradiographie quantitative chez des animaux lésés traités ou non par les nanocapsules. Toutes les formulations que nous avons réalisées ont montré une capacité d’encapsulation d’environ 10% pour une taille de 100 nm, avec une cinétique de dispersion compatible avec une utilisation in vivo. Dans notre modèle de co-culture cellulaire, nous avons déterminé que nos formulations permettent le franchissement de la BHE. Chez les animaux lésés à la 6-OHDA, la quantification du DAT indique que l’administration de pramipexole réduit l’intensité de la lésion, que la substance soit administrée seule ou encapsulée dans des niosomes. Ces travaux montrent l’intérêt potentiel de l’administration de principe actif encapsulé pour le traitement de la MP, et devront être poursuivis afin d’optimiser cette approche thérapeutique, notamment au niveau des doses. / Parkinson’s Disease (PD) is degeneration of dopamine producing cells in substantia nigra. Blood-brain barrier (BBB) is a strong obstacle in PD therapy. More penetration and accumulation in the target tissue can be obtained by preventing RES uptake via “stealth effect”. Liposomes and niosomes are the promising systems for being biodegredable, bioavailable, non-toxic and targetable. Although CNS disorders are the first to endorse at their research in the diagnosis and therapy with several framework projects in Europe and over the world, there is still a huge gap in CNS drug delivery and the success of PD therapy. Although different studies have performed with pramipexole, evaluation of penetration and antiparkinsonian effect of pramipexole encapsulated liposomes and niosomes has never been studied before. Among this thesis, nanosized, polyethylene glycol (PEG) coated, neutral and positively charged, pramipexole encapsulated liposomes and noisomes were formulated, characterized and release kinetics of the systems were evaluated. In vitro penetration of all formulations was evaluated in BBB cell co-culture model. Therapeutic efficacy of neutral, pramipexole encapsulated liposomes and niosomes were evaluated in 6-hydroxydopamine (6-OHDA) lesioned rats by rotometer test and autoradiography. All formulations have approximately 10% encapsulation efficiency, around 100 nm particle sizes and fitted to first-order release kinetics. All formulations were found BBB permeable at in vitro cell culture studies. Nanosized, neutral niosomes designated similar but slightly better effect than pramipexole solution in autoradiograhy studies in 6-OHDA lesioned rats. This pramipexole dose is approximately 9 times lesser doses applied with conventional pramipexole tablets for humans in Neurology clinics. Nanosized, pramipexole encapsulated, neutral niosomes showed potential PD therapeutic effect in PD animal model depending on non-ionic surfactant properties of niosomes. / Uzm. Ecz. Mine Silindir Gunay, Parkinson Hastalığı’nın Teşhis ve Tedavisi İçin Kullanılacak Nanoboyutlu Teragnostik İmmünolipozom/İmmunoniozomlar Üzerine İn Vitro İn Vivo Çalışmalar, Hacettepe Üniversitesi – François Rabelais de Tours University, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Radyofarmasi Programı, UMR Inserm U 930, Ekip 3, Moleküler Görüntüleme ve Beyin Programı, Doktora Tezi, Ankara-Tours, 2016. Parkinson Hastalığı (PH) substantia nigra’daki dopamin üreten hücrelerin dejenerasyonundan kaynaklanmaktadır. Kan-beyin bariyeri (KBB) PH’nın tedavisinin önünde kuvvetli bir engeldir. Hedef dokudaki yüksek penetrasyon ve tutulum “stealth etki” ile RES tutulumunun engellenmesi ile sağlanabilir. Lipozom ve niozomlar biyoparçalanırlıkları, biyouyumlulukları, non-toksik ve hedeflendirilebilir olmaları nedeniyle en çok tercih edilen sistemlerdendir. Santral sinir sistemi hastalıklarının araştırılması Avrupa ve tüm dünyada yapılan pekçok çerçeve projelerinde ilk sırada olmasına rağmen, halen beyne ilaç taşınması ve PH’nin tedavi başarısı konusunda büyük boşluklar bulunmaktadır. Pramipeksol ile pek çok çalışma yapılmasına karşılık, bizim çalışmamız pramipeksol enkapsüle edilmiş lipozom ve niozomların beyin penetrasyonunun ve antiparkinson etkisinin değerlendirilmesi konusunda yenidir. Tez kapsamında, nanoboyutlu, PEG kaplı, nötral ve pozitif yüklü lipozom ve niozomların formüle edilmiş, karakterizasyon ve salım kinetikleri değerlendirilmiştir. Tüm formülasyonların KBB geçirgenliği, hücre KBB ko-kültürü çalışmalarında incelenmiştir. Nötral, pramipeksol enkapsüle edilen lipozom ve niozomların tedavi etkinliği in vivo olarak 6-hidroksidopamin (6-OHDA) ile lezyon yapılarak PH modeli oluşturulan sıçanlarda rotametre ve otoradyografi çalışmaları ile incelenmiştir. Tüm formülasyonlar yaklaşık %10 enkapsülasyon etkinliği ve 100 nm civarında partikül boyutu dağılımı ve birinci derece salım kinetiği göstermiştir. Hücre kültürü çalışmalarında, tüm formülasyonların KBB’nden penetre olabildiği saptamıştır. 6-OHDA lezyonlu sıçanlarda Parkinson hastalığının tedavisinde nanoboyutlu, nötral, pramipeksol enkapsüle edilen niozomlar, aynı dozdaki pramipeksol çözeltisi ile benzer hatta biraz daha iyi sonuçlar göstermiştir. Bu doz Nöroloji kliniklerinde Parkinson tedavisinde rutin olarak kullanılan konvansiyonel pramipeksol tabletlerindeki dozun yaklaşık olarak 9 kat düşük dozlarıdır. Nanoboyutlu, pramipeksol enkapsüle edilen, nötral niozomlar, niozomların non-iyonik sürfaktan özellikleri nedeniyle PH modeli sıçanlarda potansiyel bir antiparkinson terapötik etki göstermiştir.