Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Bien que les symptômes moteurs soient prédominants chez les individus atteints de la maladie de Parkinson, les troubles cognitifs font aujourd'hui partie intégrante du spectre symptomatique de la maladie. Depuis peu, des troubles du langage ont été rapportés. Cette étude s'inscrit dans ce contexte et a pour objectif d'explorer l'influence de facteurs cognitivo-linguistiques sur la motricité des patients parkinsoniens. Pour cela, nous avons comparé trois tâches mettant en jeu trois types de motricités différentes chez quatre groupes de sujets : des sujets sains jeunes et âgés ; des patients parkinsoniens avec médication et d'autres patients parkinsoniens sans médication. Ces trois tâches avaient comme caractéristique principale de comparer des mots et des pseudo-mots. La 1ère tâche était une tâche de décision lexicale, la 2ème une tâche de réponse verbale et la 3ème une tâche d'écriture. Dans les 3 tâches, les stimuli étaient vus ou dictés. Nos résultats confirment que les patients parkinsoniens sans médication sont plus lents à réagir que les contrôles âgés. Néanmoins, ce ralentissement ne résulte pas de l'akinésie classiquement décrite. Ces patients parkinsoniens sans médication présentent en effet un trouble auditif majeur et un ralentissement cognitif dans les situations qui nécessitent un traitement lexical. Enfin, ces mêmes patients ont des difficultés à inhiber des processus automatiques qui viennent interférer et ralentir l'exécution de leur tâche motrice. Ces déficits semblent s'estomper sous traitement. Notre étude met ainsi en évidence l'existence de déficits cognitifs qui retardent l'initiation de la réponse motrice des patients parkinsoniens sans médication. / Even though the dominant symptom of Parkinson's disease (PD) is motor impairment, cognitive impairment is currently also considered an important symptom. Recently, language impairment has been reported in PD as well. The present study follows up on recent advances in PD research, and aims to explore the influence of cognitive-linguistic factors on motor control in PD. To this end, we compared three tasks, each of which relies on a different type of motor control. We tested four groups of participants: healthy young participants, healthy elderly participants, PD patients on medication, and PD patients off medication. In all three tasks, the primary comparison was between responses to words and pseudo-words, which were presented visually or auditorily. The first task was a lexical decision task, the second a verbal response task, and the third was a handwriting task. Our results show, in line with previous studies, that off-medication PD patients respond more slowly than healthy control participants. However, this slow-down does not result from akinesia, a well known symptom of PD. Instead, off-medication PD patients show auditory impairment and cognitive slowing in situations that require lexical processing. Moreover, these patients have an additional deficit in inhibiting automatic (lexical) processes, which interfere with the motor task. All of these deficits seem to be reduced by medication. Therefore, our study shows clear evidence for cognitive deficits in PD. These cognitive deficits slow the initiation of a motor response in off-medication PD patients.

La stimulation cérébrale profonde est un traitement efficace pour traiter les symptômes parkinsoniens chez les patients en échappement thérapeutique médical. L’intervention chirurgicale consiste à positionner au millimètre près une électrode de stimulation dans un noyau cérébral profond. La qualité du ciblage peut être améliorée par des bases de données multimodales, à la fois anatomiques, cliniques et électrophysiologiques. En premier lieu, nous avons créé une IRM moyennée appelée template Parkinson, puis nous avons validé la segmentation des 24 structures cérébrales profondes du template. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à la meilleure localisation du plot stimulé dans le noyau subthalamique (NST) en étudiant les résultats moteur et neuropsychologiques de 30 patients parkinsoniens stimulés dans le NST. Pour chaque score clinique, nous avons obtenu un atlas anatomo-clinique, associant le degré d’amélioration ou de dégradation du patient avec son plot stimulé. Nous avons constaté une discordance entre la meilleure amélioration motrice et l’inévitable dégradation des fluences en stimulant dans la région postéro-supérieure du NST. Dans un troisième temps, nous avons développé des cartes statistiques anatomo-cliniques pour visualiser les conséquences motrices et neuropsychologiques à 6 mois d’une stimulation du pallidum médial (GPm) chez 20 patients parkinsoniens. Les patients étaient tous améliorés sur le plan moteur sans altération neuropsychologique. La zone où la majorité des patients étaient améliorés sur le plan moteur, était la partie postéro-ventrale du GPm, un peu plus latéralement que les données de la littérature. Notre but est d’utiliser les cartes statistiques de manière prospective chez d’autres patients à opérer, pour raccourcir le temps de ciblage pré-chirurgical le jour de l’intervention et pour améliorer le résultat postopératoire, tant sur le plan moteur que neuropsychologique. / Deep brain stimulation (DBS) is an effective treatment for patients with severe disabled Parkinson’s disease refractory to medical treatments. DBS surgery consists of the accurate implantation of an electrode in a deep brain nucleus. The quality of the surgical planning can be improved by developing a multimodal database based on anatomical, clinical and electrophysiologial data. The first step was to develop a specific magnetic resonance imaging (MRI) template of Parkinson’s disease patients’ anatomy, and to validate the segmentation of the 24 deep brain structures made on this template. Secondly, we focused on identifying optimum sites for subthalamic nucleus (STN) stimulation by studying symptomatic motor improvement along with neuropsychological side effects in 30 patients with PD. Each clinical score produced one anatomo-clinical atlas, associating the degree of improvement or worsening of the patient with its active contacts.We showed a discrepancy between a good motor improvement and an invevitable deterioration of the fluencies by targeting the postero-superior region of the STN. Finally, we developed new statistical anatomo-clinical maps the better to visualize the motor and neuropsychological consequences at 6 months of GPm stimulation in 20 patients with PD. These maps provided us with the motor improvement of GPm stimulation without cognitive impairments. We also proposed a new more lateral targeting of the GPm in PD because of the cortico-subcortical atrophy induced by the disease. Our goal is to use these statistical maps prospectively in further patients to improve their targeting, thus ensuring a shorter planning step on the day of the surgery as well as better outcomes from motor and neuropsychological point of view.

Dans la maladie de Parkinson, un déficit d'activité électrique serait impliqué dans le processus de dégénérescence des neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire. Or des structures non-DA, en particulier les neurones cholinergiques du noyau pédonculopontin (PPN) et orexinergiques de l'hypothalamus, sont affectés dans la pathologie. Ces neurones étant la source d'une innervation excitatrice pour les neurones DA, un déficit de ces inputs chez les patients pourrait jouer un rôle clé dans la progression de la perte DA. Le premier but de ce projet était d'évaluer l'impact d'une lésion des neurones cholinergiques du PPN sur la survie des neurones DA nigraux de rats et de macaques sains et parkinsoniens. Nous avons montré que 1) une déafférentation cholinergique induit une atrophie neuronale voire une dégénérescence DA, 2) une lésion DA induit une perte de neurones cholinergiques du PPN, et 3) combiner une lésion cholinergique du PPN à une lésion DA induit une exacerbation des pertes neuronales dans les deux systèmes. Enfin, le taux de dégénérescence DA est corrélé à l'intensité de la perte des neurones cholinergiques. Nos résultats confirment que le PPN joue un rôle clé dans la physiopathologie de la maladie de Parkinson et démontrent la forte interrelation existant entre ces deux systèmes. Concernant le système orexinergique, nous montrons que les fibres sont en position de moduler l'activité des neurones DA, mais qu'une lésion sélective du système DA chez le macaque n'est pas suffisante pour induire la mort des neurones à orexine. Ces résultats suggèrent que l'atteinte du système orexinergique chez des patients parkinsoniens pourrait résulter de lésions non-DA. / In Parkinson’s disease, there is evidence that dopaminergic (DA) neurons of the substantia nigra degenerate when they become electrically less active. Many non-DA structures including cholinergic neurons of the pedunculopontine nucleus (PPN) and orexinergic neurons of the hypothalamus, are also degenerating. Since these non-DA neurons are sources of excitatory inputs to the nigral DA neurons, their lesion in parkinsonian patients might play a key role in the progression of DA neuronal death. The first goal of this study was to evaluate the effect of a cholinergic PPN lesion on the survival of nigral DA neurons in healthy and parkinsonian rats and macaques. We found that 1) a PPN cholinergic lesion induced neuronal atrophy and death; 2) a DA lesion alone resulted in a loss of PPN cholinergic neurons; and 3) adding a PPN cholinergic lesion to a DA lesion in rats when the process of DA degeneration was in progress exacerbated neuronal losses in both systems. Last, the rate of DA degeneration was highly correlated to the level of cholinergic loss. Our results highlight the key role of the PPN in the physiopathology of Parkinson’s disease and clearly demonstrate strong reciprocal interactions with nigral DA neurons. The second aim of our study was to focus on the hypothalamic orexinergic system using a morphological approach in macaques. We show that orexinergic fibers are in position to modulate DA neurons activity. However, a relatively selective DA lesion in macaques was not sufficient to induce death of the orexinergic neurons. These data suggest that the loss of orexinergic neurons observed in parkinsonian patients likely results from non-DA lesions.

La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée par une perte progressive des terminaisons présynaptiques dopaminergiques et reste actuellement incurable. Néanmoins, dans les études épidémiologiques, il a été montré que l’utilisation des statines, médicaments hypocholestérolémiants, diminue le risque de développer une MP. Les statines sont également capables d'inhiber les effets neurodégénératifs dans les modèles précliniques in-vitro et in-vivo de la MP. Cependant, les mécanismes moléculaires à l’origine de ces effets neuroprotecteurs ne sont pas encore complétement élucidés. Ainsi, nous avons étudié les effets potentiels des statines sur l'expression des marqueurs synaptiques et sur le transport de la dopamine. Dans nos études, les statines induisent la croissance des neurites dans les cellules dopaminergiques et déclenchent une augmentation de l’expression des protéines synaptiques dopaminergiques telles que le transporteur vésiculaire des monoamines (VMAT2) et le transporteur de la dopamine. Les statines induisent une diminution de la recapture de la dopamine cellulaire et des changements d’affinités aux niveaux des sites de liaison des inhibiteurs sélectifs du VMAT2. L’activation du facteur de transcription nucléaire protéine-1 se liant à l'élément de régulation des stérols (SREBP-1), cholestérol-dépendent, serait l’élément inducteur de la surexpression des marqueurs dopaminergiques présynaptiques induite par les statines. En outre, ces résultats soutiennent un potentiel thérapeutique neuroprotecteur et/ou neurorestaurateur des statines précédemment proposées dans la MP et permettent de mettre en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques comme le facteur SREBP. / Parkinson disease (PD) is characterized by a progressive loss of dopaminergic presynaptic terminals and remains incurable. However in epidemiological studies, it has been shown that the use of statins, which are hypocholesterolemic drugs, diminishes the risk to develop a PD. Statins are able to inhibit the neurodegenerative effects in in-vitro and in-vivo models of PD. However, the molecular mechanisms driving neuroprotective effects are not yet fully understood. Consequently, we investigated the potential effects of statins on the synaptic expression and dopamine transport function in the dopaminergic system. In our studies, statins enhance the neurite outgrowth in the dopaminergic cells and trigger an increase in the expression levels of presynaptic dopaminergic proteins such as vesicular monoamine transporter 2 (VMAT2) and dopamine transporter. Statins induce a reduction of dopamine cellular uptake and modulate the binding-affinity of the specific inhibitors for VMAT2. The activation of the nuclear transcriptional factor sterol regulatory element-binding protein 1 (SREBP-1), cholesterol-dependent, could be the key element of the overexpression of dopaminergic presynaptic markers induced by the statins. Furthermore, these findings highlight the therapeutic neuroprotective and/or neurorestorative potentials of statins previously proposed in PD and allow to bring out new potential therapeutic targets such as SREBP factor.

La maladie de Parkinson est l’une des plus répandue dans le monde. Des analyses post mortem ont mis en évidences des inclusions dans les cerveaux des patients, composées d’α-synucléine. Plusieurs études ont visé à identifier des composés capables d’inhiber l’agrégation de cette protéine, étant donné que cette agrégation est liée à sa toxicité. Néanmoins, de nombreux composés restent encore à être identifiés afin de mettre en évidence des structures moléculaires actives partagées qui pourrait mener à la synthèse d’un principe actif. Les stilbènes sont des composés phénoliques démontrant régulièrement des activités biologiques intéressantes pour la santé. Dans cette étude, nous étudions le comportement anti-agrégatif des stilbènes monomériques (resvératrol, picéatannol) et oligomèriques (ampélopsine, viniférine, et isohopeaphénol). Les résultats présentés mettent en évidence la capacité des stilbènes à inhiber l’agrégation de l’α-synucléine et fournissent des éléments pour comprendre ce mécanisme. / Parkinson’s disease is one of the most spread neurodegenerative diseases in the world. Post mortem analyses have put in evidence small inclusion bodies in patient’s brain, composed of α-synuclein fibrils. Several studies attempted then to identify compounds that could inhibit α-synuclein aggregation, as its aggregation is linked to its toxicity. Still, numerous active compounds need to be identified in order to put on relief shared active structures that could lead to a potent drug design. Stilbenes are phenolic compounds that often display interesting health-related biological activities. In this study, the anti-aggregative behavior of stilbenes monomers (resveratrol, piceatannol) and oligomers such as ampelopsin and isohopeaphenol was assessed. The results put on evidence stilbene propensity to inhibit α-synuclein aggregation and provide an insight into their inhibition mechanisms.

La maladie de Parkinson (MP) se caractérise par des troubles moteurs d'évolution progressive, conséquence de la dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire. Dans cette maladie, le vieillissement est un facteur de prédisposition majeur. Au cours de ma thèse, j'ai examiné dans un premier temps, les modèles in vivo utilisés au laboratoire pour étudier la MP chez la drosophile, à savoir l'expression de l'α-synucléine et l'intoxication au paraquat. J'ai ainsi contribué à l'identification d'une sous-population de neurones dopaminergiques impliquée dans les effets locomoteurs de l'α-synucléine et à la mise en évidence du rôle d'un récepteur dopaminergique de type D1 dans la neurotoxicité du paraquat. J'ai ensuite montré que l'activité des neurones dopaminergiques accélère la sénescence et diminue la durée de vie des drosophiles en contribuant de manière significative à la production des DRO dans le cerveau. Enfin, nous avons identifié et caractérisé chez la drosophile une protéine homologue de LAMP-2A, le récepteur lysosomal de l'autophagie médiée par les chaperonnes (AMC), et démontré que l'augmentation de la clairance neuronale des protéines cytosoliques par l'expression du LAMP-2A humain ou de son homologue de drosophile a des effets positifs sur le déclin locomoteur lié à l'âge et la résistance aux facteurs de la MP, mais qu'elle n'augmente pas la longévité. Ces résultats suggèrent que l'AMC est un mécanisme conservé chez la drosophile et que son activation protège contre le stress oxydatif et le vieillissement neuronal. / Parkinson's disease (PD) is characterized by progressive motor disorders resulting in dopaminergic neurons degeneration in the substantia nigra. In this pathology, aging is a major predisposing factor. During my thesis, I examined initially, in vivo models used in the laboratory to study the PD in Drosophila, namely the expression of α-synuclein and paraquat. I have contributed to the identification of dopaminergic neurons subpopulation involved in locomotor effects of α-synuclein and highlighting the role of a dopamine D1-like receptor in neurotoxicity of paraquat. I then shown that the activity of dopaminergic neurons accelerated senescence and decreases Drosophila lifespan by contributing significantly to the production of ROS in the brain. Finally, we identified and characterized Drosophila homologous of LAMP-2A protein, involves in autophagy-mediated chaperone (AMC), and demonstrated that the increase in neuronal clearance of cytosolic proteins by the expression human LAMP-2A or its Drosophila homologue has positive effects on the locomotor decline associated with aging and resistance against PD factors, but it does not increase longevity. These results suggest that the CMA is a conserved mechanism in Drosophila and its activation protects against oxidative stress and neuronal aging.

Dans de nombreuses maladies neurodégénératives dont la Maladie de Parkinson, mais également dans le processus de vieillissement normal, il a été observé une accumulation excessive des niveaux de fer associée à une production accrue d‘espèces réactives de l’oxygène (ROS).Il est bien connu que le fer (i) participe à la réaction de Fenton pour produire le ROS le plus toxique, le radical hydroxyle, (ii) accélère l’auto-oxidation de la dopamine, augmentant le stress oxydant et (iii) augmente la peroxydation lipidique qui va déclencher l'agrégation des protéines, dont l’α-synucléine, une caractéristique de la maladie de Parkinson. Tous ces phénomènes rendent les neurones dopaminergiques très sensible au stress oxydant.Récemment, une nouvelle forme de mort cellulaire a été découverte sur des cellules cancéreuses. Cette mort cellulaire est appelée « ferroptose » car elle dépend essentiellement du fer intracellulaire. De plus, elle est liée à une très grande augmentation du stress lipidique.Le principal objectif de ce travail de thèse a donc porté sur la possible implication de la ferroptose dans la mort des cellules dopaminergiques.Dans un premier temps, nous avons montré que la lignée de neurones dopaminergiques (LUHMES) est un modèle particulièrement adapté à l’étude de mort cellulaire induite par le fer comparativement à d’autres modèles plus classique.La seconde partie du travail a donc été consacrée à l'étude de l’implication de la ferroptose dans les neurones dopaminergiques. D’abord par une approche cellulaire avec les cellules LUHMES, nous avons pu observer (i) que l’inducteur spécifique de cette mort, l’érastine, est très efficace pour induire la mort des cellules dopaminergiques, (ii) que l'inhibition de la ferroptose protégeait de la mort induite par des agents oxydants classiquement utilisés dans les études sur la maladie de Parkinson comme le MPP+ et (iii) que la PKC joue un rôle majeur dans la mort par ferroptose. Tous ces résultats ont ensuite été confirmés dans un modèle de culture organotypique, à l’interface entre la culture cellulaire et le modèle animal.Enfin, nous avons montré que l’utilisation des inhibiteurs de la ferroptose ainsi que celui de la PKC, confère une protection des neurones dopaminergiques dans un modèle de souris MPTP, modèle d’étude de la maladie de Parkinson.En conclusion ce travail de thèse montre pour la première fois l'implication de la ferroptose dans une maladie neurodégénérative comme la maladie de Parkinson et suggèrent que le développement d'inhibiteurs spécifiques de cette mort cellulaire pourrait être des futures cibles thérapeutiques possibles. / In many neurodegenerative diseases including Parkinson's disease, as well as in the regular aging process, an excessive accumulation of iron levels associated with increased production of oxygen species (ROS) have been observed.It is well known that iron (i) participates in the Fenton reaction to produce the most toxic ROS, the hydroxyl radical, (ii) accelerates auto-oxidation of dopamine, increasing the oxidative stress and (iii) increases lipid peroxidation that will trigger the aggregation of proteins, including α-synuclein, a hallmark of Parkinson's disease. All theses factors make dopamine neurons very sensitive to oxidative stress.Recently, a new form of cell death was found on cancer cells. This cell death is called ferroptosis because it essentially depends on the intracellular iron. In addition, it is linked to a very large increase in lipid stress.The main objective of this work has focused on the possible involvement of ferroptosis in the death of dopamine cells.First, we showed that the line of dopaminergic neurons (LUHMES) is a model particularly suited to the study of cell death induced by iron compared to other more conventional models.The second part of the work has been devoted to the study of the involvement of ferroptose in dopaminergic neurons. First by a cellular approach with LUHMES cells, we observed that (i) the specific inducer of this death, erastin, is very effective to induce the death of dopaminergic cells, (ii) inhibition of ferroptosis protected from death induced by oxidizing agents conventionally used in studies of Parkinson's disease like MPP+ and (iii) that PKC plays a major role in death by ferroptosis. These results were then confirmed in an organotypic culture model, at the interface between cell culture and animal models.Finally, we have shown that the use of ferroptosis inhibitors and PKC inhibitor, provides protection of dopaminergic neurons in MPTP mice model, animal model for studying of Parkinson's disease.In conclusion this study demonstrates for the first time the involvement of ferroptosis in a neurodegenerative disease such as Parkinson's disease and suggest that the development of specific inhibitors of this cell death could be possible future therapeutic targets.