La maladie de Parkinson (MP) est la deuxième maladie neurodégénérative la plus fréquente touchant 3 % de la population âgée de 65 ans et plus. La perte neuronale au niveau de la substantia nigra (SN) et induisant une réduction de la dopamine (DA) striatale ainsi que la présence d'agrégats formées principalement de la protéine α-Synuclein (α-Syn) caractérisent la MP. Bien que le diagnostic clinique soit basé sur la présence de déficits moteurs spécifiques, la MP est également associée à des dysfonctionnements de divers mécanismes cellulaires, notamment la dégradation de α-Syn, la fonctionnalité mitochondriale, le trafic axonal, la réponse neuroinflammatoire et l'augmentation du stress oxydatif. Jusqu'à présent, aucune thérapie n'est en mesure de ralentir et/ou de restaurer la dégénérescence neuronale. Les traitements actuellement utilisés se basent principalement sur le remplacement pharmacologique de la DA striatale et sont accompagné d'approches non-dopaminergiques, ciblant, par exemple, les récepteurs adrénergiques et sérotoninergiques pour mieux traiter les symptômes moteurs et non-moteurs. Des stratégies non-pharmacologiques, telles que la stimulation cérébrale profonde (SCP), ont permis une meilleure prise en charge des personnes qui ne répondent plus aux traitements pharmacologiques classiques. Des thérapies expérimentales en cours tentent, quant à elles, de restaurer la DA striatale par des approches génétiques et cellulaires, et plus récemment, des études cliniques évaluant de nouvelles stratégies basées sur l'agrégation de l'α-Syn et le transport cellulaire ont vu le jour. Deux défis majeurs demeurent toujours: 1) Identifier de nouveaux composés capables de ralentir, de sauver et/ou d'induire la régénérescence des neurones et 2) identifier des biomarqueurs caractéristiques de la phase prodromique de la maladie permettant des interventions précoces. Parmi les différents candidats potentiels présentant un tel effet, notre laboratoire a identifié une molécule, la cystamine, et son métabolite actif, la cystéamine. Tous deux ont déjà été testés chez l'homme pour d'autres indications, telle que pour la maladie de Huntington (MH). Les molécules cystamine/cystéamine agissent par de multiples voies jugées critiques à la pathogenèse de la MP. En particulier, la cystamine est capable de traverser la barrière hémato-encéphalique. De plus, les molécules cystamine/cystéamine peuvent favoriser la sécrétion de facteurs neurotrophiques, inhiber le stress oxydatif et réduire les réponses inflammatoires. Au cours des dernières décennies, notre laboratoire a cumulé plusieurs données suggérant que les molécules cystamine/cystéamine peuvent ralentir, et même inverser les processus neurodégénératifs induits dans de nombreux modèles de la MP. Afin d'approfondir nos connaissances sur les potentiels bénéfiques de l'utilisation de la cystéamine dans la MP, nous avons testé ce composé sous conditions in vivo. Nous avons utilisé des souris transgéniques Thy1-α-Syn présentant une pathogenèse progressive de type MP, accompagnés d'importants déficits moteurs et tout particulièrement, de la voie nigrostriée. L'utilisation de ce modèle nous a permis d'évaluer si un traitement à la cystéamine pouvait avoir un impact sur l'accumulation de l'α-Syn humaine et son implication dans la formation de corps de Lewy. Les résultats obtenus ont montré que le médicament peut améliorer les capacités motrices des souris traitées, présentant entre autres une action spécifique sur la voie nigrostriée. Cet effet peut être partiellement dû à la réduction des niveaux d'α-Syn de type « sauvage » et d'autres formes de la protéine (phosphorylée et filamentée) détectées par des analyses post-mortem chez les souris traitées. L'effet thérapeutique de la cystéamine a également été démontré in vitro en utilisant des neurones dopaminergiques (DAergiques) dérivés de cellules souches pluripotentes induites d'un patient atteint de la MP et porteur de la triplication du gène SNCA. Cette étude a montré l'activité bénéfique de la cystéamine dans la restauration des ramifications neuronales et dans l'augmentation de la viabilité cellulaire des neurones DAergiques exposés à la neurotoxine 6-hydroxy-DA. Les résultats présentés ici, ainsi que ceux de nos études antérieures, suggèrent des propriétés bénéfiques de la cystéamine à l'égard de plusieurs marqueurs de la MP ainsi que des capacités à modifier le cours évolutif de la maladie. / Parkinson's disease (PD) is the second most common neurodegenerative disorder affecting 3% of the population aged 65 years of age and older. The disease hallmarks include neuronal loss at the level of the substantia nigra (SN) that leads to a decrease in striatal dopamine (DA) and the presence of inclusions mainly composed of the protein α-Synuclein (α-Syn). Although clinical diagnosis is based on the appearance of motor deficits, PD also presents with a number of non-motor symptoms that worsen the patient's quality of life. Neuropathologically, PD is characterized by the malfunction of various cellular mechanisms including α-Syn degradation, mitochondrial function, axonal trafficking, neuroinflammation and increased oxidative stress. To date, not a single compound/approach has shown the capacity to reverse or slow down neuronal degeneration. Therefore, PD therapy is still anchored to the pharmacological replacement of striatal DA levels and is often accompanied by non-dopaminergic approaches targeting, for example, the adrenergic and serotoninergic receptors, to better manage motor and non-motor symptomatology. Non-pharmacological strategies, such as deep brain stimulation (DBS), have allowed better symptomatic management, especially for individuals developing intractable motor contraindications due to DA replacement therapy. Promising experimental therapies have attempted to re-establish striatal DA through gene and cell-based strategies. More recently, new strategies targeting α-Syn aggregation and cellular transport have entered clinical trials. The most significant challenges in PD research include the: 1) identification of new disease-modifying agents able to slow down, rescue and/or induce regeneration of dying neurons and the 2) identification of biomarkers for the prodromal disease stages, which would allow early intervention. Among the various potential candidates displaying disease-modifying proprieties, our laboratory has identified cystamine, and its active metabolite cysteamine, already under trial in humans for other clinical indications, including another neurodegenerative disorder, Huntington's disease (HD). The molecule cystamine/cysteamine acts via multiple pathways that have been determined critical to the pathogenesis of PD. In particular, cystamine is capable of crossing the blood-brain barrier, and both agents (cystamine and cysteamine) can promote the secretion of neurotrophic factors, inhibit oxidative stress and reduce inflammatory responses. Over the last decade, our laboratory has accumulated compelling evidence that both cystamine and cysteamine can halt, and even reverse, ongoing neurodegenerative processes in various PD models. To expand our knowledge on the potential efficacy of cysteamine to treat PD, my thesis focused on testing the drug in vivo using the Thy1-α-Syn transgenic mouse model that displays a progressive PD-like pathogenesis and a number of behavioural motor deficits due to an age-related impairment of the nigro-striatal pathway. The use of this model has also allowed us to investigate whether treatment with cysteamine could impact the accumulation of human α-Syn and its related forms involved in Lewy body formation. The results obtained have shown how the drug can improve the motor skills of treated mice and specificity of action towards the nigro-striatal pathway. This effect may be partially due to the reduction of wild type (WT) α-Syn levels and other forms of the protein, e.g. phosphorylated and filamented that were detected in post-mortem analyses of the treated mice. The potential therapeutic effect of cysteamine on DA neurons has further been demonstrated in vitro using induced pluripotent stem cell- (iPSC) derived dopaminergic (DAergic) neurons from a PD patient carrying a triplication of the SNCA gene. This study showed the ability of the drug to restore neurite ramifications and increase cell viability of dying DAergic neurons exposed to the neurotoxin 6-hydroxy-DA. The findings herein, presented together with results from our previous investigations, suggest the potential efficacy of cysteamine towards multiple PD hallmarks as well as disease-modifying properties.

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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 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.

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 phase avancée de la maladie de Parkinson (MP) caractérisée par des symptômes moteurs est souvent précédée par des troubles gastro-intestinaux qui proviendraient d'une altération des neurones dopaminergiques (DAergiques) de l’intestin. Des études suggèrent que la maladie se propagerait au cerveau via le nerf vague. Notre laboratoire a démontré le rôle majeur de l’inflammation dans l’intestin chez des souris parkinsoniennes. Récemment, une baisse des niveaux de plasmalogènes, des glycérophospholipides, dans le cerveau et le sang de patients parkinsoniens a été rapportée. Les plasmalogènes avec un groupement éthanolamine (PGE) jouent un rôle important dans la structure fonctionnelle membranaire des cellules via la médiation de divers mécanismes, tels que le transport des vésicules lors de la neurotransmission, l’activité des protéines membranaires et l’élimination des radicaux libres. Dans cette étude, nous avons évalué les effets neuroprotecteurs et anti-inflammatoires de l’administration d’un précurseur de PGE, le PPI-1011, dans l’intestin de souris modèles de la MP. La neurotoxine 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP) a été utilisée pour modéliser la MP chez les souris et le PPI-1011 (10, 50 et 200 mg/kg) leur a été administré par gavage. Les neurones totaux, les neurones DAergiques positifs à la tyrosine hydroxylase (TH), les macrophages, les macrophages pro-inflammatoires et la protéine G couplée au récepteur 120 (GPR120) ont été marqués dans le plexus myentérique par immunomarquages. Cette dernière est intéressante, puisqu’elle joue un rôle anti-inflammatoire via sa liaison avec du DHA. Pour ce faire, un protocole dose-réponse, un protocole pré-traitement et un protocole post-traitetement ont été réalisés. Le MPTP induit une baisse des neurones DAergiques et une augmentation de la densité de macrophages dans le plexus myentérique. Le traitement au PPI-1011 (50 et 200 mg/kg) a protégé les neurones DAergiques contre cette baisse et a limité l’infiltration de macrophages dans le système nerveux entérique (SNE). Cette nouvelle approche thérapeutique pourrait être utilisée pour prévenir et retarder l’initiation et la progression de la MP / The advanced stage of Parkinson's disease (PD) is characterized by motor symptoms witch are often preceded by gastrointestinal disorders that would result from alteration of the dopaminergic neurons (DAergics) of the intestine. Studies suggested that the disease would spread to the brain by the vagus nerve. Our laboratory has demonstrated the major role of inflammation in the intestine in parkinsonian mice. Recently, decreased levels of plasmalogens, glycerophospholipids, in the brain and blood of PD patients have been reported. Ethanolamine plasmalogens (EP) play an important role in the membrane functional structure of cells through the mediation of various mechanisms including neurotransmission, membrane proteins activity and free radicals removal. In this study, we evaluated the neuroprotective and anti-inflammatory effects of the administration of a PGE precursor, PPI-1011, in the intestine of parkinsonian mice. The neurotoxin 1-mehyl-4phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) was used to model PD in mice, and PPI-1011 (10, 50 and 200 mg / kg) was administered by gavage. Total neurons, DAergics TH-positive (TH+) neurons, macrophages, proinflammatory macrophages and G-protein coupled receptor 120 (GPR120) were labeled in the myenteric plexus by immuno-labeling. This latest is interesting, since it plays an antiinflammatory role via its link with DHA. To do this, a dose-response protocol, a pre-treatment protocol and a post-treatment protocol were performed. MPTP induces a decrease of DAergic neurons and an increase in the density of macrophages in the myenteric plexus. Treatment with PPI-1011 (50 and 200 mg / kg) protected DAergic neurons against this alteration and limited the infiltration of macrophages into the enteric nervous system. This new therapeutic approach could be used to prevent and delay initiation and progression of PD.

La maladie de Parkinson est une maladie neurologique chronique caractérisée par la dégénérescence progressive des neurones dopaminergiques de la substance noire pars compacta. Une deuxième caractéristique neuropathologique de cette maladie est l’accumulation des agrégats intracellulaires appelés les corps de Lewy (CLs). Ces agrégats sont majoritairement formés par une protéine pré-synaptique, α-synucléine (α-syn). Cette accumulation pathologique interfère avec les voies métaboliques vitales des neurones telles que la transmission synaptique et l’activité mitochondriale, ce qui engendre la mort cellulaire. Par conséquence, éliminer les formes toxiques, diminuer l’expression de la forme native et réduire ainsi la probabilité de la formation d’agrégats pourrait être une stratégie thérapeutique d’intérêt pour le traitement de la maladie de Parkinson et d’autres désordres qui y sont reliés. Dans ce contexte, notre équipe a récemment décrit une nouvelle voie d’élimination de l’α-syn qui est catalysée par l’activité enzymatique de la kinase Polo-like kinase 2 (PLK2). Cependant, les mécanismes cellulaires ainsi que l’identité des molécules impliquées sont encore méconnus. Donc, mes travaux se sont concentrés sur l’étude de cette voie et ses différentes étapes qui mènent à enlever l’effet toxique de l’α-syn. Dans ce mémoire nous montrons que, en plus de la PLK2, la PLK3, un autre membre de la famille des PLKs, est capable de phosphoryler l’α-syn au niveau du résidu S129 et induire son élimination. En plus, nous déclarons que cette action exige une interaction physique entre les 2 protéines (α-syn et PLK2) impliquant le domaine N-terminal et qu’une étape de poly-ubiquitination est essentielle pour que ce complexe protéique se dirige vers la voie de dégradation autophagique. Cette action de la PLK2 est observée également sur des formes mutées de l’α-syn tels que α-syn A30P, α-syn A53T et d’une manière plus accentuée sur la forme mutante α-syn E46K. La caractérisation de cette voie d’élimination offre de nouvelles opportunités pour le développement des traitements qui favorisent, d’une façon spécifique et sélective, la dégradation de l’α-syn et par conséquent la réduction des formes toxiques de cette dernière. / Parkinson's disease is a chronic neurological disease characterized by the progressive degeneration of the dopaminergic neurons of the substantia nigra pars compacta. A second neuropathological feature of this disease is the accumulation of intracellular aggregates called Lewy bodies. These aggregates are formed by a pre-synaptic protein, α-synuclein (α-syn). This pathological accumulation interferes with the vital metabolic pathways of neurons such as synaptic transmission and mitochondrial activity, leading to cell death. Consequently, promoting the elimination of the toxic forms, reducing the expression of the native form and decreasing the probability of aggregate formation could be a therapeutic strategy of interest for the treatment of Parkinson's disease and other related disorders. Recently, we have described a novel α-syn degradation pathway that is catalyzed by the enzymatic activity of Polo-like kinase 2 (PLK2). However, the cellular mechanism and the identity of the molecules involved are still unknown. So, my work has focused on studying this pathway and its various steps that lead to remove the toxic effect of α-syn. In this thesis we show that, in addition to PLK2, PLK3, another member of the PLK family, is able to phosphorylate α-syn at S129 and induce its elimination. In addition, we declare that this action requires a physical interaction between the 2 proteins (α-syn and PLK2) involving the N-terminal domain and that a poly-ubiquitination step is essential for the autophagic degradation of the α-syn and PLK2 complex. This effect of PLK2 is also observed on mutated forms of α-syn such as α-syn A30P, α-syn A53T and is more pronounced in the case of the α-syn E46K mutant. The characterization of this elimination pathway offers new opportunities for the development of treatments that allow, in a specific and selective manner, the degradation of α-syn and thus the reduction of its toxic forms.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / Les études chez l’humain et les modèles animaux ont montré que les œstrogènes exercent des effets bénéfiques importants sur le risque de développer la maladie de Parkinson. Bien que les œstrogènes soient neuroprotecteurs, leurs actions périphériques limitent actuellement leur utilisation pour le traitement ou la prévention de maladies neurodégénératives, d’où l’importance de trouver des stratégies alternatives qui reproduisent les effets favorables des œstrogènes mais minimisent les effets indésirables. Lors de cette thèse, nous avons montré que l’activation du récepteur membranaire des œstrogènes couplé aux protéines G (GPER1), un récepteur non-féminisant, est aussi puissante que le 17β-estradiol à protéger les neurones dopaminergiques de la toxicité du MPTP chez des souris mâles, un modèle de la maladie de Parkinson. La neuroprotection par le 17β-estradiol est perdue lorsque le GPER1 ou les récepteurs des œstrogènes (ER) α/β sont bloqués, montrant que les ERα/β et le GPER1 sont requis dans la protection des neurones dopaminergiques par le 17β-estradiol. Ces résultats suggèrent une potentielle interaction entre les ERα/β et le GPER1. Utilisant une approche pharmacologique, nos résultats montrent que le ERα interagit avec le GPER1 pour augmenter la signalisation d’Akt ainsi que les niveaux de Bcl-2 et du BDNF, et protéger les neurones dopaminergiques de l’effet toxique du MPTP. L’effet neuroprotecteur du GPER1 se fait indépendamment des ERα/β, quoique le GPER1 requière la collaboration des ERα/β pour augmenter les niveaux du BDNF. L’investigation du mécanisme d’action du raloxifène, un modulateur sélectif des récepteurs des œstrogènes utilisé en clinique, a révélé que le raloxifène agit par le GPER1 pour activer Akt, augmenter les niveaux de Bcl-2 et du BDNF, et protéger les neurones dopaminergiques et les niveaux plasmatiques d’androgènes. La progestérone, un stéroïde non-féminisant, possède également des propriétés neuroprotectrices chez les souris MPTP. De plus, nos résultats montrent que la progestérone, lorsqu’administrée après le MPTP, permet la récupération partielle des neurones dopaminergiques. Lors de cette thèse, nous avons montré l’effet neuroprotecteur de plusieurs composés qui pourraient servir de stratégies alternatives à l’utilisation des œstrogènes. L’investigation des récepteurs oestrogéniques impliqués dans la neuroprotection fournissent d’importantes informations pour le développement de nouvelles thérapies. / Studies in humans and animal models have shown that estrogens exert significant beneficial effects on the risk to develop Parkinson's disease. Although estrogens are neuroprotective, their peripheral actions currently limit their use for the treatment or prevention of neurodegenerative diseases, hence the importance of finding alternative strategies that mimic the beneficial effects of estrogen but minimize adverse effects. In this thesis, we have shown that activation of the membrane G protein-coupled estrogen receptor (GPER1), a non-feminizing receptor, is as potent as 17β-estradiol to protect dopaminergic neurons against MPTP toxicity in male mice, a model of Parkinson's disease. Neuroprotection by 17β-estradiol is lost when the GPER1 or estrogen receptors (ER) α/β are blocked, indicating that both ERα/β and GPER1 are required for the protection of dopaminergic neurons by 17β-estradiol. These results suggest a potential interaction between ERα/β and GPER1. Using a pharmacological approach, our results show that ERα interacts with GPER1 to increase Akt signaling, as well as the levels of Bcl-2 and BDNF, and protect dopaminergic neurons from the toxic effect of MPTP. However, the neuroprotective effect of GPER1 is independent of ERα/β, while GPER1 requires collaboration with ERα/β to increase BDNF levels. Investigation of the mechanism of action of raloxifene, a selective estrogen receptor modulator used in the clinic, has revealed that raloxifene acts through GPER1 to activate Akt, increasing the levels of Bcl-2 and BDNF, and protects dopaminergic neurons and plasma androgen levels. Progesterone, a non-feminizing steroid, has neuroprotective properties in MPTP mice. In addition, our results show that progesterone, when administered after MPTP, has rescued effects on dopaminergic neurons. In this thesis, we have shown the neuroprotective capacity of several compounds that could serve as alternative strategies to the use of estrogen. Investigation of estrogen receptors involved in neuroprotection provides important information for the development of new therapies.

Les traitements actuels de la maladie de Parkinson (MP) sont des traitements dits symptomatiques, c'est-à-dire qu'ils soulagent les symptômes de la maladie sans intervenir sur ses troubles fonctionnels sous-jacents et ne peuvent donc pas empêcher la progression neurodégénérative de la MP. L'intérêt est donc grand de pouvoir développer des moyens pour prévenir la perte des neurones qui caractérise cette maladie ou encore modifier le cours évolutif de la pathologie lorsque celle-ci est déjà initiée. De cet intérêt, nous est venu le choix d’axer nos recherches sur un composé soupçonné de posséder des propriétés neuroprotectrices chez des modèles animaux atteints de désordres neurodégénératifs. Ce composé est la cystamine. Cette molécule a déjà été reconnue comme agent neuroprotecteur dans des modèles animaux de la maladie de Huntington (MH), une autre maladie neurodégénérative se traduisant par des troubles moteurs. C’est dans ce contexte que s’est inscrit mon sujet de thèse qui vise à aborder la question des effets et mécanismes thérapeutiques de la cystamine pour la MP. Mon travail s’est tout d’abord focalisé sur l’étude des propriétés neuroprotectrices et l’identification de certains mécanismes d’action à l’origine des effets bénéfiques observés dans un modèle murin pré-symptomatique de parkinsonisme induit par la toxine 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP). Par la suite nous avons étudié l’impact d’un traitement de cystamine, initié pendant le processus de dégénérescence, sur les changements comportementaux, biochimiques et pathologiques observés dans deux modèles neurotoxiques murins de la MP. Enfin, nous avons précisé les doses optimales d’efficacité de la cystamine, abordé l’identification de molécules intermédiaires impliquées dans l’action de la cystamine et vérifié leur transport au cerveau. Brièvement, nos investigations confirment non seulement le pouvoir neuroprotecteur de la cystamine lorsqu’administrée avant l’induction de la pathologie mais démontrent également ses capacités à stopper un processus neurodégénératif en cours (neurorescue) et même à renverser partiellement des déficiences motrices. Nous avons montré que ces effets bénéfiques sont associés, notamment, à une fine régulation du facteur neurotrophique brain-derived neurotrophic factor (BDNF) ainsi qu’à une modulation de certains facteurs apoptotiques et composés cytotoxiques pro-inflammatoires. Ces approches nous ont également permis d’identifier les cellules gliales comme médiateurs importants des effets bénéfiques de la cystamine et l’étendue des doses testées a permis l’identification des doses optimales d’efficacité de ce composé. Nos travaux pointent enfin la cystéamine comme l’intermédiaire majeur impliqué dans l’action thérapeutique de la cystamine et démontrent sa capacité à traverser la barrière hémato-encéphalique (BHE) in vivo. Nos dernières publications ainsi que nos résultats préliminaires sur le pouvoir thérapeutique de la cystamine démontrent la pertinence des études proposées et offrent une base solide pour la poursuite de la recherche translationnelle sur cette molécule. / Current treatments for Parkinson disease (PD) are only symptomatic, that means that they relieve symptoms of the disease without intervening in its underlying functional disorders and therefore cannot prevent the neurodegenerative progression of PD. There is therefore a huge interest in developing ways to prevent the loss of neurons that characterizes this disease or otherwise change the pathology’s evolutionary course when it is already initiated. From this interest, we have chosen to focus our research on a compound suspected to possess neuroprotective properties in animal models of neurodegenerative disorders. This compound is the cystamine. This molecule has already been recognized as a neuroprotective agent in animal models of Huntington disease (HD), another neurodegenerative disease resulting in motor problems. It is in this context that fits my thesis, which aims to address the issue of cystamine’s therapeutic effects and mechanisms for PD. First, my work focused on the study of neuroprotective properties of cystamine and the identification of some mechanisms of action responsible for the beneficial effects observed in an MPTP-induced presymptomatic murine model of parkinsonism. Subsequently we studied the impact of cystamine, when the treatment was administered during an ongoing DA-neuronal degeneration, on behavioural, biochemical and pathological changes observed in two distinct neurotoxic mouse models of PD. Finally we stated the optimal efficient doses of cystamine, addressed the identification of intermediate molecules involved in the cystamine’s action and checked their transport to the brain. Briefly, our investigations confirm not only the neuroprotective aptitudes of cystamine when administered before the induction of the pathology but also demonstrate its capacity to stop an ongoing neurodegenerative process (neurorescue) and even partly reverse motor deficiencies. We have shown that these beneficial effects are associated, in particular, to a fine regulation of the brain-derived neurotrophic factor (BDNF) as well as a modulation of apoptotic factors and pro-inflammatory cytotoxic compounds. These approaches have also enabled us to highlight the glial cells as important mediators of the cystamine’s beneficial effects and the extent of the doses tested allowed the identification of the optimal doses for this compound’s efficiency. Our work finally points the cysteamine as the major intermediate involved in the cystamine’s therapeutic action and demonstrates its ability to cross the blood-brain-barrier (BBB) in vivo. Our latest publications as well as our preliminary results on the therapeutic power of cystamine demonstrate the relevance of the proposed studies and offer a sound basis for the continuation on the translational research on this molecule.

La présente thèse comprend une étude des mécanismes neurochimiques d’une approche chirurgicale, la subthalamotomie, pour le traitement de la maladie de Parkinson et les dyskinésies induites à la L-DOPA. Nous avons cherché à identifier, à l’aide de quelques hypothèses de recherche, les changements biochimiques dans les ganglions de la base induits par la lésion du noyau sous-thalamique. Nous avons utilisé un modèle de singe parkinsonien traité à la L-DOPA et ayant reçu une subthalamotomie unilatérale. Nos résultats démontrent que la subthalamotomie potentialise la réponse à faible dose de L-DOPA et que cette potentialisation serait entre autre régulée par le récepteur dopaminergique D1 et les récepteurs glutamatergiques métabotropiques. Ces données apportent de nouveaux éléments aidant à mieux comprendre les mécanismes de cette chirurgie pour le traitement des dyskinésies induites à la L-DOPA. De telles connaissances ouvrent la porte à de nouvelles stratégies pour augmenter la réponse chirurgicale du patient. / Lesion of the subthalamic nucleus, also called subthalamotomy, is surgical therapy offered to parkinsonian patients refractory to L-DOPA or for whom L-DOPA-induced dyskinesias become disabling. Its mechanisms remain however largely unknown. In order to better understand the biochemical and cellular changes underlying subthalamotomy, we used an Parkinson’s disease animal model, the MPTP monkey. Chronic administration of L-DOPA in this animal model induces dyskinesias, as those seen in parkinsonian patients. The monkeys used in this study displayed such side effects and took part of different pharmacological trials to reduce these dyskinesias before undergoing surgery. Thus, we replicated the clinical situation where patients receive such surgery when all the other pharmacological treatments have failed. These monkeys received a unilateral subthalamotomy, the non-lesioned side served as an intra-animal control. Antiparkinsonian response to low dose of L-DOPA was potentiated by subthalamotomy. Then, we studied by autoradiography the D1 and D2 dopaminergic receptors, ionotropic NMDA (NR1/NR2B) and AMPA, metabotropic mGluR2/3 and mGluR5 glutamatergic receptors, and the dopaminergic transporter (DAT) using respectively the selective radioligands [3H]-SCH-23390, [3H]-Raclopride, [3H]-Ro 25-6981, [3H]-Ro 48-8587, [3H]-LY-341495, [3H]-ABP688 and [125I]-RTI-121. We measured by in situ hybridization the D1, D2 and preproenkephalin mRNAs using oligonucleotides as well as preprodynorphin mRNA using a riboprobe. We also assessed the dopamine and its metabolites by high-performance liquid chromatography. Finally, we measured the proteins ERK1 and ERK2, involved in intracellular signaling, and their respective phosphorylation state, as well as DARPP-32 by Western blot. Our results show that the dopamine D1 receptor, but not D2, as well as the metabotropic glutamate receptors are involved in the behavioral effects of subthalamotomy. This data suggest that the potentiation of response to L-DOPA after subthalamotomy would be due to changes in the direct pathway of the model of basal ganglia and in the subthalamic output. Our results open new and exciting pathways to explore on subthalamotomy, as well as other surgeries that are offered to disabled patients with movement disorders, whether these surgeries are lesional or with implantable stimulation devices.