La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative affectant environ 1% des gens de plus de 60 ans. Le diagnostic de la maladie est clinique et repose sur l'observation des symptômes classiques tels que les tremblements de repos, la bradykinésie et la rigidité musculaire. Depuis maintenant près de 30 ans, les cliniciens peuvent profiter d'une alternative pour traiter les symptômes moteurs de la MP lorsque la médication est jugée inefficace ou ses effets secondaires trop handicapants pour le patient : la stimulation cérébrale profonde (SCP). Cette chirurgie repose sur l'insertion d'électrodes dans des noyaux profonds du cerveau, souvent les noyaux sous-thalamiques (NST), en s'appuyant sur la stéréotaxie pour établir l'emplacement optimal. Ces électrodes sont par la suite connectées à un stimulateur qui permet d'induire un courant électrique à haute fréquence dans la zone cible, selon des paramètres établis par le neurologue. Ce traitement non curatif permet d'améliorer la qualité de vie des patients et de diminuer les doses d'analogues dopaminergiques administrés tout en réduisant les effets secondaires qui y sont associés. L'objectif de la présente étude est d'identifier les changements cliniques, morphologiques et neurochimiques induits par la SCP chronique du NST. Ainsi, nous analyserons de façon détaillée les cerveaux de patients parkinsoniens ayant subi une SCP pendant 11 et 12 ans - deux des plus longues durées de stimulation répertoriées dans la littérature - afin de mieux comprendre les changements induits par une exposition chronique aux champs électriques. Le but ultime de notre travail est de corréler certaines de ces modifications anatomiques et neurochimiques aux différents impacts cliniques de la thérapie. Différentes suggestions seront faites concernant les mécanismes physiologiques de la SCP. Une meilleure compréhension du fonctionnement de cette méthode thérapeutique permettra de mieux cibler d'autres structures nerveuses impliquées dans différentes pathologies neurologiques, psychiatriques ou cognitives. / Parkinson's Disease (PD) is a neurodegenerative disorder affecting approximately 1% of people above 65 years old. Diagnosis is based on clinical evaluation, the patients typically presenting a combination of resting tremor, bradykinesia and muscular rigidity, sometimes accompanied by postural instability. For almost 30 years now, clinicians have been able to take advantage of an alternative therapy to alleviate PD motor symptoms when the medication is deemed ineffective or its side effects impair significatively the patient's condition. This therapeutic approach is called deep brain stimulation (DBS). The surgery implies the permanent insertion of electrodes into deep nuclei of the brain, usually the subthalamic nucleus (STN), relying on stereotaxic landmarks to establish the optimal target. Electrodes are subsequently connected to a stimulator to induce a high frequency electric current locally, according to parameters established by the neurologist. This non-curative therapy improves patient's quality of life and reduces the doses of dopaminergic analogues administered along with their side effects. The objective of this study is to identify the clinical, morphological and neurochemical changes induced by chronic STN-DBS. This case series will therefore focus on a detailed analysis of the brain of two PD patients who underwent DBS for 11 and 12 years, two of the longest stimulation durations ever reported in detail in the literature, in order to better understand the long-term changes induced by chronic exposure to electric fields. The ultimate goal is to correlate some of the anatomical and neurochemical changes to the clinical outcomes of the therapy. Various mechanisms will be proposed to improve the global understanding of deep brain stimulation to be able, in the long-term, to target other brain structures in order to treat other neurological, psychiatric or cognitive disorders.

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.

Les ganglions de la base (GB) sont formés de structures sous-corticales essentielles à un comportement psychomoteur normal. Le dérèglement d’une seule de ces composantes provoque un comportement moteur inadapté qui peut être très handicapant. La maladie de Parkinson est la pathologie neurodégénérative la plus fréquente affectant les GB. Elle est principalement caractérisée par la dégénérescence progressive des neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire pars compacta provoquant l’apparition de symptômes moteurs tels que la bradykinésie, la rigidité musculaire et le tremblement au repos. Cependant, le bouleversement majeur de l’innervation DA des GB conduit également à plusieurs autres changements neuroadaptatifs et compensatoires. Les travaux de recherche décrits dans cette thèse traitent de plusieurs de ces changements qui affectent la microcircuiterie des ganglions de la base et qui se produisent en marge de la perte massive des neurones DA. Tout d’abord, une étude portant sur l’innervation à sérotonine (5-HT) des ganglions de la base en condition normale et effectuée à partir de cerveaux post-mortem humains sera présentée. Cette étude immunohistochimique a permis de décrire la trajectoire qu’empruntent les faisceaux d’axones 5-HT en provenance des noyaux du raphé du tronc cérébral afin d’innerver les différentes composantes des GB. Ensuite, une description plus précise de l’arborisation axonale unitaire des neurones 5-HT provenant du noyau raphé dorsal chez le rat sera apportée. L’injection par microiontophorèse d’un traceur antérograde a permis de marquer et de reconstruire en trois dimensions l’arborisation axonale complète de plusieurs neurones, mettant ainsi en lumière l’hétérogénéité des projections 5-HT ascendantes. Les études seront ensuite présentées ont été effectuées à partir de modèles animaux de la maladie de Parkinson et mettent en valeur d’importants changements compensatoires. Ces travaux ont permis d’identifier de nouveaux phénomènes neuroadaptatifs concernant l’innervation DA et 5-HT du striatum et du globus pallidus (GP) suite à une lésion DA chez le singe cynomolgus (Macaca fascicularis). L’immunohistochimie combinée à une méthode quantitative stéréologique a conduit à mettre en évidence un bourgeonnement important des axones 5-HT dans le striatum ainsi que dans le GP. Une description précise en microscopie électronique de la structure morphologique fine suggère que les nouvelles varicosités axonales 5-HT retrouvées dans le striatum sont fonctionnelles et présentent davantage de contacts synaptiques, en lien avec un phénomène de bourgeonnement axonal. Contrairement à la dénervation DA massive du striatum, nos résultats indiquent une augmentation de près de dix fois le nombre d’axones DA dans le segment interne du GP. Finalement, des reconstructions du domaine somatodendritiques de neurones du striatum effectuées suite à l’injection intracellulaire de fluorophores ont mis en lumière un nouveau sous-type de neurones de projection du striatum. Ces injections effectuées chez un modèle murin de la maladie de Parkinson nous permettent de conclure que ce sous-type de neurones est affecté différemment par une dénervation DA. Dans l’ensemble, les travaux présentés dans cette thèse soulèvent l’importance de l’innervation DA et 5-HT dans le fonctionnement normal des GB, ainsi que les changements neuroadaptatifs qui surviennent dans la maladie de Parkinson. La description précise de ces changements morphologiques doit être prise en compte afin de mieux comprendre l’expression des symptômes moteurs et non-moteurs de la maladie de Parkinson et expliquer l’apparition des dyskinésies qui surviennent chez une vaste majorité des patients parkinsoniens suite à l’administration quotidienne de L-Dopa, principal traitement pharmacologique de la maladie. / The basal ganglia are a set of subcortical structures involved in psychomotor behaviour. Parkinson’s disease is the most common neurodegenerative disorder affecting the basal ganglia. The slow and progressive degeneration of dopamine (DA) neurons located in the substantia nigra pars compacta leads to disabling motor symptoms such as bradykinesia, resting tremor and rigidity. This work aims at describing the compensatory mechanisms affecting other neuronal systems and designed to compensate for the massive loss of the DA innervation of the basal ganglia. The thesis begins with a post-mortem human study of the main serotonin (5-HT) pathways arising from the raphe nuclei and innervating the different basal ganglia components in normal condition. The next chapter contains a morphological study providing the first detailed description of single axons arising from the dorsal raphe nucleus (DRN) in rats. In order to achieve our goal, under electrophysiological guidance, microiontophoretic tracer injections of an anterograde tracer were placed in the DRN to provide three-dimensional axonal reconstructions of single 5-HT neurons. Other studies presented were performed in animal models of Parkinson’s disease and brought to light new compensatory mechanisms involving the 5-HT and DA innervation of the basal ganglia. Two articles contain data on major neuroadaptative changes of DA and 5-HT innervation of the striatum and the globus pallidus (GP), following a DA lesion in cynomolgus monkeys (Macaca fascicularis). Immunohistochemistry combined to unbiased quantitative approaches indicate an important sprouting of 5-HT axons in the monkey striatum and GP. Interestingly, in contrast to the massive striatal DA denervation, we report a ten-time increase of the number of DA axons in the GP internal segment of parkinsonian monkeys. Electron microscopy study suggests that the newly-formed 5-HT axon varicosities observed in the striatum establish more synapses after DA lesion, in line with the sprouting of 5-HT axons. The last chapter contains a meticulous morphological study of a peculiar population of medium spiny neurons endowed with a dendritic arborization that is less affected by DA lesion in mice. In summary, studies presented in this doctoral thesis shed a new light on some of the compensatory mechanisms observed in different basal ganglia components and designed to cope for the massive loss of DA neurons that characterize Parkinson’s disease. The compensatory mechanisms outlined in this work should be taken into account to better understand the expression of motor and non-motor symptoms as well as the expression of dyskinesia induced by long-term pharmacological treatment with L-Dopa.

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.

Introduction : La maladie de Parkinson (MP) est généralement considérée comme une maladie dégénérative multisystémique. En parallèle aux symptômes moteurs principaux de la maladie tels que les tremblements, la rigidité et la bradykinésie, plus de 90% des personnes atteintes de la MP développent des troubles de la parole. La phonation, la prosodie et l’articulation sont les trois principales composantes de la parole altérées dans la MP. Ces changements sont regroupés sous le terme « dysarthrie hypokinétique ». La production des voyelles, un élément important pour l’intelligibilité de la parole, est fréquemment atteinte dans la MP. Il existe actuellement plusieurs interventions thérapeutiques visant à réduire les symptômes moteurs de la MP, tels que le traitement pharmacologique et le traitement chirurgical. Des traitements orthophoniques sont également parfois offerts aux patients dans le but de réduire les troubles de la communication secondaires à la dysarthrie. Par contre, l’impact de ces différentes interventions thérapeutiques sur la production des voyelles dans la MP est toujours largement inconnu. Objectifs : Étudier l’impact du traitement pharmacologique (levodopa), chirurgical (stimulation cérébrale profonde du noyau sous-thalamique, SCP-NST) et orthophonique (Lee-Silverman Voice Treatment, LSVT®) sur les propriétés acoustiques des voyelles dans la MP. Résultats : En ce qui concerne l’impact de la levodopa, la prise quotidienne de dose élevée peut mener à une altération de l’articulation des voyelles. À dose réduite, cet effet secondaire de la médication semble disparaitre. En ce qui concerne l’impact de la SCP-NST, l’intervention chirurgicale elle-même peut altérer l’articulation des voyelles, alors que les stimulations électriques peuvent quant à elles l’améliorer. De plus, la SCP-NST peut améliorer indirectement l’articulation des voyelles via réduction de la dose quotidienne de levodopa requise pour adresser les symptômes moteurs de la maladie, réduction secondaire à l’intervention. En ce qui concerne l’impact du LSVT®, ce traitement peut améliorer l’articulation et la coarticulation des voyelles. Conclusions : La production des voyelles est sensible aux différentes interventions thérapeutiques offertes aux personnes atteintes de la MP. La production de la parole et, spécifiquement, l’articulation et la coarticulation des voyelles, devrait faire partie intégrante de l’évaluation des patients lors du choix et de l’optimisation des interventions thérapeutiques qui leur sont offerts. / Background: Parkinson’s disease (PD) is commonly viewed as a multi-systemic degenerative disorder. Alongside motor symptoms such as tremor, muscle rigidity and bradykinesia, up to 90% of people with PD develop speech disorders over the course of the disease. Phonation, prosody and articulation are the three main speech components altered in PD. These changes are grouped under the term “hypokinetic dysarthria”. Vowel production, an important aspect of speech for intelligibility, is commonly altered in PD. Various pharmacological and surgical interventions are now available to help manage the different motor symptoms of patients with PD. Speech therapies are also sometimes offered to patients to help manage communication disorders related to dysarthria. The impact of these therapeutic interventions on vowel production is, however, still largely unknown. Purpose: To investigate the impact of pharmacological (levodopa), chirurgical (deep-brain stimulation of the subthalamic nucleus, STN-DBS) and speech (Lee-Silverman Voice Treatment, LSVT®) interventions on the acoustic proprieties of vowels in PD. Results: Regarding the impact of levodopa, high daily doses may lead to vowel articulation impairment. At reduced doses, this adverse effect seems to disappear. As for the impact of STN-DBS, the surgical intervention itself may lead directly to vowel articulation impairment, while the electrical stimulations themselves may improve it. Also, STN-DBS may indirectly improve vowel articulation via the reduction of the daily levodopa dose required to manage the symptoms of PD following the intervention. Regarding the impact of LSVT®, this treatment may lead to an improvement of vowel articulation and coarticulation. Conclusions: Vowel production is modulated by the different therapeutic interventions offered to people with PD. Speech production and, more specifically, vowel articulation and coarticulation should be an integral part of patient evaluation profiles when choosing and optimizing therapeutic management interventions for these patients.

OBJECTIFS: La libération de dopamine par les afférences à sérotonine (5-HT) du striatum constitue un déterminant pré-synaptique important des dyskinésies induites par la L-Dopa (DILs), un effet délétère du traitement pharmacologique de la maladie de Parkinson. En effet, les axones 5-HT seraient en mesure de libérer de façon non-physiologique de la dopamine lorsque la L-Dopa est administrée au patient, contribuant ainsi à l’expression des DILs. Certaines afférences striatales 5-HT contiennent un transporteur vésiculaire du glutamate (VGluT3) et nous croyons que sa présence puisse avoir un effet synergique sur la libération de dopamine. L’objectif général de ce mémoire est donc d’évaluer la quantité de VGluT3 présent au sein des axones 5-HT et de mesurer son implication dans l’expression des DILs. MÉTHODES : Dix-huit souris C57/Bl6 ont été séparées en trois groupes expérimentaux. Douze souris ont reçu une injection intracérébrale de 6- hydroxydopamine (6-OHDA) dans le faisceau prosencéphalique médian afin de léser les afférences dopaminergiques du striatum. Six souris lésées ont reçu des injections systémiques de L-Dopa (12 jours, 1 fois/jour). Six autres souris ont reçu une injection intracérébrale du véhicule afin de servir de contrôle. La sévérité des mouvements involontaires anormaux induits par la L-Dopa (équivalent des dyskinésies) a été quantifiée selon une échelle reconnue. Un double marquage en immunofluorescence pour le transporteur membranaire de la 5-HT (SERT) et le VGluT3 a permis d’évaluer la densité des varicosités SERT+ et SERT+/VGluT3+ dans le striatum dorsal et de comparer ces données entre les trois groupes expérimentaux. RÉSULTATS: Chez les trois groupes de souris, un faible pourcentage des varicosités axonales 5-HT sont également VGluT3+. Ces varicosités doublement marquées sont souvent retrouvées sur une même branche axonale. Aucune différence significative n’a été observée entre les trois groupes expérimentaux en ce qui a trait à la proportion de varicosités SERT+ qui contiennent le VGluT3+. CONCLUSION: Nos données expérimentales ne nous permettent pas de conclure que la densité des varicosités axonales SERT+ ou SERT+/VGluT3+ au sein du striatum dorsal varie en fonction de la sévérité des mouvements involontaires anormaux induits par l’administration de L-Dopa. / Objectives: The release of dopamine by serotonin (5-HT) afferent projections of the striatum is known to be a major pre-synaptic determinant of L-Dopa-induced dyskinesia, a debilitating side effect of the pharmacological treatment of the Parkinson’s disease. The fact that 5-HT axons are able to release dopamine in a nonphysiological manner following the administration of L-Dopa might lead to the expression of dyskinesias. Some striatal 5-HT axons are known to contain VGluT3 and we hypothesize that this vesicular glutamate transporter has a synergic effect on dopamine packaging into synaptic vesicles and its release. The main goal of this research project is to measure VGluT3 in 5-HT striatal afferent projections and to evaluate its role in the expression of dyskinesias. Methods: Eighteen C57Bl6 mice were divided in 3 experimental groups. Twelve mice received intracerebral injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) in the medial forebrain bundle to lesion the striatal dopaminergic afferent projections. Systematic daily injections of L-Dopa (during 12 days) were administrated in 6 of these 6-OHDA-lesioned mice. The other 6 mice received injections of the vehicle only and served as controls. The abnormal involuntary movements (the equivalent of dyskinesias in primates) were scored using a well-known and widely used motor scale. Double immunofluorescence for the 5-HT membrane transporter (SERT) and VGluT3 was performed to evaluate the density of immunolabeled axon varicosities and assess statistical differences between the 3 experimental groups. Results: Among the 3 groups, only a small percentage of 5-HT axonal varicosities express VGluT3 and these doubly labeled varicosities often occur along the same axonal branch. There is no significant difference between the 3 experimental groups regarding the density of SERT or SERT/VGluT3 axon varicosities in the dorsal striatum. Conclusion: Our data indicate that the density of SERT or SERT/VGluT3 immunolabeled axon varicosities in the dorsal striatum is not correlated with the severity or the expression of abnormal involuntary movement following L-Dopa administration

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.

Les microglies sont les cellules immunitaires du cerveau qui exercent des rôles physiologiques cruciaux tout au long de la vie. Pour évaluer si leurs fonctions sont altérées dans la physiopathologie de la maladie de Parkinson (PD), le trouble moteur neurodégénératif le plus commun, nous avons caractérisé leurs changements de densité, de morphologie, d’ultrastructure et d’activité de dégradation dans le putamen sensorimoteur de singes cynomolgus lésés au 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP). Un sous-groupe de singes MPTP a également été traité oralement à la lévodopa (L-DOPA). Ces singes ont développé des dyskinésies induites par la L-DOPA (LID) similaire à celles qu’éprouvent les patients atteints de la PD après seulement cinq à dix ans de traitement. En utilisant la microscopie optique, confocale et électronique, nos résultats ont montré des altérations de densité, de morphologie et de fonction des microglies chez les singes MPTP. Ceux-ci étaient partiellement normalisés avec le traitement à la L-DOPA. La densité microgliale, l’aire des corps cellulaires et des arborisations étaient augmentées chez les singes parkinsoniens, tandis que les animaux traités par la L-DOPA présentaient un phénotype similaire aux témoins. Au niveau de l’ultrastructure, les microglies semblaient saines, sans dilatation de l'appareil de Golgi et du réticulum endoplasmique, parmi d’autres marqueurs de stress cellulaire, chez les singes MPTP. Néanmoins, les microglies avaient moins d'inclusions phagocytaires chez le groupe MPTP, suggérant une activité de dégradation altérée. De plus, une réduction de l’expression de la glycoprotéine CD68 -associée aux lysosomes- a été mesurée dans les microglies d’animaux MPTP traités à la L-DOPA. La localisation subcellulaire du CD68 dans les lysosomes secondaires et les corps résiduels tertiaires des microglies a également été confirmée par microscopie électronique. Dans l’ensemble, ces résultats ont révélé des modifications microgliales phénotypiques au cours de la physiopathologie de la PD qui ont partiellement été renversées par la L-DOPA. / Microglia are the brain immune cells which exert crucial physiological roles across the lifespan. To assess whether their functions are impaired in the pathophysiology of Parkinson disease (PD), the most common neurodegenerative motor disorder, we characterized their changes in density, morphology, ultrastructure, and degradation activity among the sensorimotor functional territory of the putamen, in 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) cynomolgus monkeys. A subset of MPTP monkeys was also treated with oral levodopa (L-DOPA). These monkeys developed L-DOPA-induced dyskinesia (LID) similar to what PD patients experience after only five to ten years of treatment. Using light, confocal and electron microscopy, our results showed alterations of microglial density, morphology and function following MPTP intoxication that were partially normalized with L-DOPA treatment. Microglial density, cell body and arborization areas were increased in the PD monkeys, with these cells showing a more hyper-ramified morphology, whereas L-DOPA- treated animals presented a microglial phenotype similar to control animals. At the ultrastructural level, microglia appeared healthy, without dilation of the Golgi apparatus and endoplasmic reticulum, among other cellular stress markers,in MPTP monkeys. Nevertheless, microglia displayed a reduced number of phagocytic inclusions in the MPTP group, suggesting impaired degradation activity. Moreover, a decreased immunoreactivity for CD68 –a lysosome-associated glycoprotein– was measured in microglia from MPTP animals treated with L-DOPA. The subcellular localization of CD68 among secondary lysosomes and tertiary residual bodies was also confirmed in microglia by electron microscopy. Taken together, these findings revealed significant microglial phenotypic changes during PD pathophysiology that were partially rescued by L-DOPA treatment.

Des études cliniques concluent que les oestrogènes induisent des effets modulateurs dans le cerveau et des études expérimentales faites par notre laboratoire démontrent que le 17β-oestradiol a des effets bénéfiques dans des modèles animaux du Parkinson. La recherche est en cours pour trouver des nouveaux composés oestrogéniques comme agents neuroprotecteurs au cerveau pour prévenir ou combattre la maladie de Parkinson. Une perte de la dopamine (DA) striatale observée suite a une lésion avec la neurotoxine l-méthyl-4-phényl-l, 2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP) chez la souris, le 17β-oestradiol prévient cette perte et cet effet neuroprotecteur peut impliquer les récepteurs oestrogéniques alpha et beta (ERα et ERβ). Les mécanismes impliqués devraient être davantage étudiés et font l'objet de cette thèse. Les résultats de cette recherche montrent que l'absence des ERs induit des changements dans les niveaux des stéroïdes sanguins, des transporteurs dopaminergiques et par conséquence la susceptibilité des neurones au MPTP. La réponse au traitement avec le 17β-oestradiol, montre une spécificité dans diverses régions du cerveau. Les souris invalidées pour le ERα (ERKOα) avaient des niveaux élevés d'androgènes et le MPTP cause une diminution de la tyrosine hydroxylase chez les deux groupes ERKOs, les souris ERKOα sont plus sensibles au MPTP que les souris invalidées pour le ERβ (ERKOβ) comparativement aux souris sauvages. Donc, un rôle important des ERα et plus modéré des ERβ est observé au cerveau des souris mâles suite à une lésion au MPTP. Ceci se manifeste sur les concentrations de la DA et aussi sur les transporteurs (DAT et VMAT2) comme marqueurs de l'intégrité des terminaisons dopaminergiques nigro-striatales pré-synaptiques. De plus, les ERs induisent des effets neuroprotecteurs dans le cortex, le striatum et l'hippocampe en modulant les niveaux des récepteurs glutamatergiques NMDA NR1/NR2B et les récepteurs dopaminergiques DI et D2. Par conséquent, une répercussion se manifeste au niveau post-synaptique dans les voies de signalisation PDK/Akt et MAPK/ERK où seulement les souris ERKOβ avaient une augmentation de la signalisation Akt/GSK3β, ERK1/ERK2 avec la lésion au MPTP. Ces résultats démontrent que ces deux récepteurs oestrogéniques sont impliqués dans l'effet neuroprotecteur des oestrogènes.

Différents déficits langagiers sont souvent observés dans la maladie de Parkinson (MP), incluant des difficultés à comprendre les métaphores. Ces difficultés seraient associées à une hypo-activation du cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL), possiblement causée par le dysfonctionnement des boucles fronto-striatales. La polysémie (plusieurs sens associés à un mot) est un facteur linguistique intrinsèque à la composition d’une métaphore et pourrait avoir un impact sur ces déficits, mais son influence est méconnue. La compréhension des métaphores pourrait également être influencée par différentes techniques de stimulation cérébrale pouvant avoir un impact sur le fonctionnement des circuits fronto-striataux, notamment la Stimulation Cérébrale Profonde (SCP) (un traitement chirurgical produisant une stimulation électrique continue) et la Stimulation Magnétique Transcrânienne (TMS) (une approche expérimentale non invasive en mesure d’influencer l’activité cérébrale par influx magnétique transitoire). Selon plusieurs études évaluant à la fois les effets de la chirurgie et des stimulations électriques, la SCP entraînerait une altération du langage. Cependant, les effets dissociés des stimulations électriques sur le langage, incluant la compréhension des métaphores, sont encore à éclaircir. En outre, les effets de la TMS, qui pourrait potentiellement améliorer le dysfonctionnement du CPFDL, n’ont jamais été évalués sur les difficultés à comprendre les métaphores dans la MP. La visée de cette thèse était donc d’évaluer les effets de la SCP et la TMS sur la compréhension des métaphores dans la MP. Les résultats de la première étude, évaluant l’influence de la polysémie, ont d’abord permis de contrôler adéquatemment l’impact de ce facteur lors de l’évaluation de la compréhension des métaphores. Dans la deuxième étude, portant sur les effets de la SCP, aucun impact des stimulations électriques n’a été observé sur la compréhension des métaphores. Enfin, dans la troisième étude, l'application d’un protocole particulier en TMS sur le CPFDL a entraîné une amélioration de la compréhension des métaphores chez un participant atteint de la MP. Ainsi, cette thèse a contribué à l’avancement des connaissances sur la compréhension des métaphores dans la MP et sur l’influence de différentes techniques de stimulation cérébrale sur cette habileté. Elle a également apporté de nouvelles hypothèses neuroanatomiques qui pourront servir dans de futures études. / Different language deficits are often observed in Parkinson's disease (PD), including difficulties to understand metaphors. These difficulties seem to be associated with a decreased activation of the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), possibly caused by fronto-striatal network dysfunctions. Polysemy (the property of a word to have multiple related meanings) is a linguistic factor intrinsic to the composition of a metaphor and could have an impact on this deficit, but its influence is unknown. Metaphor comprehension is also likely to be influenced by different brain stimulation technics that may have an impact on the fronto-striatal loops and the DLPFC, including Deep Brain Stimulation (DBS) (a surgical treatment producing subcortical continuous electrical stimulation) and Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) (a noninvasive experimental approach that can influence brain activity by transient magnetic pulses). According to several studies evaluating both the effects of electrical stimulation and surgery, DBS generally impairs language abilities. However, differentiated effects of electrical stimulation on language, including metaphor comprehension, are still unclear. Additionally, TMS could potentially improve the DLPFC dysfunction, but its effects on metaphor comprehension deficits in PD have never been evaluated. Thus, the aim of this thesis is to evaluate the effects of DBS and TMS on metaphor comprehension in PD. The results of the first study, evaluating the influence of polysemy, showed how to properly control the impact of this factor when evaluating metaphor comprehension in this disease. In the second study, which focused on DBS effects, we observed no impact of electrical stimulation on metaphor comprehension. Finally, in the third study, the application of a particular TMS protocol on the DLPFC improved metaphor comprehension in a participant with PD. Overall, this thesis has contributed to advance knowledge on metaphor comprehension in PD and on the influence of different brain stimulation technics on this ability. It also provided new neuroanatomical hypotheses that could be used in future studies.