Les synucléinopathies regroupent les maladies neurodégénératives de Parkinson, les démences à corps de Lewy et l'atrophie multi-systématisée. Des études suggèrent que les synucléinopathies seraient des maladies à prion. Aujourd'hui, certains aspects manquent pour que l'α-synucléine soit reconnue comme un prion. Par exemple, il est à démontrer que chaque synucléinopathie est causée par une souche précise d'α-synucléine. Durant ma thèse j’ai mis au point une méthode d'amplification fiable des dépôts présents dans le cerveau des patients atteints de synucléinopathies. J’ai aussi documenté les procédures de nettoyage à adopter envers des matériels souillés, par diverses fibres amyloïdes, afin de réduire le risque de contamination. Finalement, j’ai été associé à une étude montrant les capacités de propagation d'assemblages d'α synucléine, dans un réseau de neurones humains en culture. Ces résultats permettront des études structurales, et fonctionnelles, des souches d’α-synucléine dans les synucléinopathies. / The aggregation of α-synuclein protein has been shown to be associated with Parkinson's disease, dementia with Lewy bodies, and multiple system atrophy, called synucleinopathies. Increasing amount of evidences suggest that synucleinopathies are prion diseases. Some aspects are missing for α-synuclein to be recognized as a prion, such as the existence of strains associated to synucleinopathies. During my thesis I set up a reliable method to amplify α-synuclein-rich deposits from patients tissues. I validated the method using all synucleinopathies tissues. This should allow the identification of α-synuclein strain related to each synucleinopathy. In addition, I also documented cleaning procedures for materials soiled with various amyloid fibers, in order to reduce the risk of contamination. Finally, I was associated to a study that shows the propagation abilities of different α-synuclein assemblies in a neuronal network mimicking human cortico-cortical connections. These results open the way to structural and functional studies of the amplified deposits.

Les Tunneling nanotubes (TNT) sont des protrusions cellulaires à base d'actine qui médient la communication cellulaire en transférant des cargos cellulaires. Les différents types de communication intercellulaires sont de plus en plus considérés comme des cibles potentielles pour le traitement de différentes maladies, telles que les maladies infectieuses liées aux virus et bactéries, les cancers ou les maladies neurodégénératives. Des études récentes ont mis en évidence un mécanisme de propagation d'agrégats protéiques ressemblant à la propagation du prion dans diverses maladies neurodégénératives non infectieuses telles que la maladie d'Alzheimer (AD), la démence frontotemporelle (FTD), la maladie de Parkinson (PD) et la maladie de Huntington. Ces maladies se caractérisent par l'accumulation de protéines mal repliées dans le cerveau des patients. Ainsi, on peut envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques pour bloquer la propagation des protéines anormales dans tout le cerveau. Il a été démontré que les TNT pourraient jouer un rôle essentiel dans la propagation des agrégats de prions au sein du système nerveux central (SNC) et périphérique. Par conséquent, l'étude du mécanisme de la formation de TNT pourrait fournir de nouvelles idées sur le mécanisme de propagation de la maladie et de nouvelles cibles thérapeutiques. L'objectif de ma thèse était d'étudier le rôle du transfert des agrégats de protéines par les TNT entre les cellules et d'étudier le mécanisme de formation des TNT. Dans notre laboratoire, nous avons déjà montré que les TNT permettent le transfert de prions entre les cellules. Dans la première partie de mon doctorat, j'ai confirmé que les transferts d'agrégats de prions entre les cellules de CAD neuronales se faisaient par les TNT à l'intérieur de vésicules endocytiques (Zhu et al., 2015). De plus, en collaboration avec un collègue, nous avons fourni des preuves que les agrégats de prions pourraient être transférés entre des astrocytes primaires et des neurones et que ce transfert était médié par un contact cellulaire (Victoria et al., 2016). J'ai également collaboré à une autre étude où nous avons montré que les agrégats d'α-synucléine (caractéristiques de la maladie de Parkinson) peuvent être transférés entre les cellules à l'intérieur des lysosomes, et que ce transfert intercellulaire est médié par les TNT (Abounit et al., 2016). Dans mon deuxième projet, afin d'étudier le mécanisme de la formation de TNT, j'ai effectué un crible à haut débit pour les Rab GTPase. J'ai trouvé que Rab8 et Rab11 peuvent favoriser la formation des TNT, et que les cascades Rab8-VAMP3, Rab11-ERM et Rab8-Rab11 sont impliquées dans la formation des TNT. Mes données suggèrent que la polymérisation de l'actine et le trafic de membranes sont impliqués dans la formation des TNT. Ces résultats permettent d'éclairer le mécanisme de la formation des TNT et de fournir des preuves moléculaires que les Rab GTPases régulent ce processus. / Tunneling nanotubes are actin-based cell protrusions that mediate cell-to-cell communication by transferring cellular cargos. The different types of intercellular communication are increasing by being considered as potential targets for the treatment of various diseases, such as infectious diseases linked to viruses and bacteria, cancers or neurodegenerative diseases. Recent studies have highlighted a prion-like mechanism of propagation of protein misfolding in a variety of common, non-infectious, neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease (AD), Frontotemporal dementia (FTD), Parkinson’s disease (PD), and Polyglutamine (PolyQ) diseases, which are characterized by the accumulation of misfolded proteins in the brain of patients. Thus, new therapeutic strategies to block propagation of protein misfolding throughout the brain can be envisaged. It has been shown that TNTs might play a critical role in spreading of prion aggregates within the CNS and from the periphery. Therefore, the study of mechanism of TNT formation could provide new insights on the mechanism of disease propagation and novel therapeutic targets. The aim of my thesis was to study the role of TNT-mediate protein aggregates transfer between cells and to investigate the mechanism of TNT formation. In our lab, we already reported TNT mediate prion transfer between cells. In the first part of my PhD, I further confirmed that prion aggregates transfer between neuronal CAD cells through TNT inside endocytic vesicles (Zhu et al., 2015). Furthermore in collaboration with a colleague, we provided evidences that prion aggregates could transfer between primary astrocytes and neurons and the transfer was mediated by cell-to-cell contact (Victoria et al., 2016). I also collaborated to another study where we showed that α-synuclein aggregates (Parkinson’s disease) can transfer between cells inside lysosomes, and the intercellular transfer is mediated by TNTs (Abounit et al., 2016).In my second project, in order to investigate the mechanism of TNT formation, I performed a High-content screening of Rab GTPase. I found that Rab8 and Rab11 can promote TNT formation, that Rab8-VAMP3, Rab11-ERM and Rab8-Rab11 cascades are involved in TNT formation. My data suggests that both actin polymerization and membrane trafficking are involved in TNT formation. These results help to shed light on the mechanism of TNT formation, and provide molecular evidences that Rab GTPases regulate this process.

Les microglies sont les cellules immunitaires du système nerveux central. Elles sont essentielles pour son bon fonctionnement et son homéostasie. Avec l’âge, elles adoptent une morphologie dystrophique accompagnée d’un dérèglement de leurs fonctions homéostatiques. Le dysfonctionnement microglial associé au vieillissement est soupçonné de contribuer à la progression de maladies neurodégénératives. Cependant, la cause de ces changements phénotypiques est peu connue, d’autant plus chez l’humain compte tenu du manque d’accessibilité des microglies humaines âgées vivantes pour le travail moléculaire in vitro. Les travaux présentés dans ce mémoire visent donc le développement d’un modèle cellulaire qui permettrait d’étudier l’impact du vieillissement cellulaire sur la microglie humaine. Dans ce mémoire, nous formulons l’hypothèse que l’induction chimique de la sénescence dans les microglies humaines induira rapidement des caractéristiques associées au vieillissement cellulaire alors que la reprogrammation microgliale directe à partir de cellules de peau d’individus âgés maintiendra la signature associée au vieillissement cellulaire de manière physiologique. Les résultats démontrent que les microglies dans lesquelles la sénescence est chimiquement induite présentent des caractéristiques phénotypiques de vieillissement cellulaire et un dérèglement de leurs fonctions homéostatiques. De plus, les produits cellulaires obtenus par la reprogrammation microgliale directe adoptent plusieurs caractéristiques clés de la microglie, mais certaines conditions de reprogrammation directe doivent encore être déterminées afin d’obtenir un produit cellulaire authentique. Ces techniques fourniront une source renouvelable de microglies humaines âgées pouvant être dérivée de patients, afin d’étudier l’impact du vieillissement sur leurs fonctions physiologiques et sur leur interaction avec les cellules du cerveau dans les maladies neurodégénératives. / Microglia are the resident immune cells of the central nervous system (CNS). They are essential for brain functioning and cerebral homeostasis. With age, they adopt a dystrophic morphology and a disruption of their homeostatic functions occurs. Microglial dysfunction associated with aging is believed to contribute to the progression of neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease. However, how aging confers to microglia this change in phenotype is still unknown, especially in human given the lack of accessibility of live human aged microglia for in vitro molecular work. As such, the work presented in this Master’s thesis aims the development of a cellular model in which the effect of aging on microglial function can be studied in human microglia. In this paper, we formulate the hypothesis that chemical induction of senescence in human microglia rapidly induces phenotypic characteristics of cellular aging, whereas direct microglial reprogramming from fibroblasts of elderly individuals will maintain the aging signature following cellular conversion. The results obtained show that microglia in which senescence is chemically induced show phenotypic characteristics of cellular aging as well as disruption of their homeostatic functions. On the other hand, cellular product obtained from microglial reprogramming adopt several key features of human microglia, but some direct microglial reprogramming conditions still need to be determined in order to obtain a cell product closely resembling human microglia. These two methods will provide a renewable source of patient-derived aged microglia to study the impact of aging on their physiological functions and on their interaction with other CNS cells in neurodegenerative diseases.

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De nombreux tests de dépistage des troubles cognitifs légers ont été élaborés ces dernières années afin d'identifier des personnes plus à risque de développer une maladie neurodégénérative telle que la maladie d'Alzheimer. Plusieurs indices (sensibilité, spécificité, valeurs de prédiction et rapports de vraisemblance) permettent d'évaluer la performance et l'utilité d'un test en pratique. L'objectif de cette thèse était d'évaluer le degré de variation de la performance d'un outil de dépistage des troubles cognitifs légers et ses conséquences sur la prise de décision clinique. Nos résultats montrent une variation importante de la performance de l'outil étudié en fonction des caractéristiques démographiques des individus, de la nature et la sévérité du trouble cognitif La performance globale d'un test ne serait donc pas constante et exposerait à un risque de sous-estimer ou de surestimer la présence de troubles cognitifs dans certains sous-groupes de l'échantillon d'étude. La mesure de ce phénomène de variation (ou effet de spectre) devrait faire partie des étapes obligatoires de la validation d'un test de dépistage des troubles cognitifs. Elle implique l'analyse de grands échantillons permettant de rendre compte de la complexité de l'interprétation d'un test et son application au niveau pratique. L'utilisation de valeurs seuils ajustées selon l'âge et le niveau scolaire, est proposée afin d'améliorer la prise de décision clinique. Nous discutons également de l'intérêt d'utiliser le concept épidémiologique de dépistage dans la recherche et l'identification de troubles cognitifs et proposons le terme plus approprié de repérage qui ne préjuge pas de leur étiologie. / In recent years, numerous tests have been proposed to screen Mild Cognitive Impairment (MCI) in order to identify individuals who are at risk for developing a neurodegenerative pathology such as Alzheimer's disease. Severa! indices (sensitivity, specificity, predictive values and likelihood ratios) enable to assess the performance and the utility of a test in clinical practice. The main objective of this thesis was to determine the degree of variation of an MCI screening test performance and its impact on clinical decision. Our results showed that performance indices of the study test may vary depending on the demographic characteristics of the individuals, the type and the degree of cognitive impairment. They also highlight that the overall performance of a screening test is not fixed and may result in failure to identify cognitive impairment in true cases and misclassified non cases as cognitively impaired in some subgroups of the study sample. These findings support the perspective that this subgroup variation ( or spectrum effect) should routinely be taken into account to assess the quality of a cognitive screening test. One way to minimize the impact of this phenomena would be to focus the assessment on broad and well defined subgroups of patients. The use of adjusted eut-offs values could help clinicians to increase their level of certainty regarding whether a cognitive impairment is present. We also discuss the interest of using the epidemiological concept of screening in the identification of cognitive impairments and propose a more appropriate term of cognitive impairment detection without prejudging its aetiology

Le trouble comportemental en sommeil paradoxal (TCSP) se caractérise par une perte de l’atonie musculaire en sommeil paradoxal et par des manifestations motrices élaborées souvent associées au contenu onirique. Le TCSP peut apparaître sous une forme idiopathique (TCSPi), mais il est fréquemment lié à certains désordres neurodégénératifs, dont les synucléinopathies. Des marqueurs biologiques des synucléinopathies, tels que la présence d’anomalies au plan de la motricité, de la détection des odeurs ainsi que de la discrimination des couleurs, ont été retrouvés dans le TCSPi. De plus, des perturbations de l’activité cérébrale en neuroimagerie ainsi que du fonctionnement cognitif ont été observées chez ces patients. Des études ont démontré que le TCSPi pouvait précéder l’apparition d’une maladie de Parkinson (MP) ou d’une démence à corps de Lewy (DCL). Ceci suggère que le TCSPi représenterait un facteur de risque des synucléinopathies. L’objectif principal du présent projet est d’étudier les anomalies du débit sanguin cérébral régional (DSCr) de repos avec la tomographie par émission monophotonique (TEM) dans le TCSPi. Deux études ont été réalisées. La première visait à comparer le DSCr entre des patients avec un TCSPi et des sujets sains, puis d’explorer la relation entre l’activité cérébrale et la présence de marqueurs biologiques des synucléinopathies. Les résultats ont montré une diminution de la perfusion cérébrale dans les régions frontales et pariétales ainsi qu’une augmentation de la perfusion au niveau du pont, du putamen et des hippocampes chez les patients avec un TCSPi. Une relation significative entre la performance des sujets avec un TCSPi à une épreuve de discrimination des couleurs et la perfusion cérébrale au niveau des régions frontales et occipitales a été mise en évidence. Dans l’ensemble, ces résultats ont démontré des anomalies du DSCr chez les patients avec un TCSPi qui sont similaires à celles observées par d’autres études en neuroimagerie dans la MP. Ceci suggère des atteintes neuroanatomiques semblables entre ces pathologies. La seconde étude en TEM a été effectuée dans le but d’examiner les modifications du DSCr associées aux perturbations du fonctionnement cognitif dans le TCSPi. Pour ce faire, le DSCr a été comparé entre un sous-groupe de patients avec un TCSPi et un trouble cognitif léger (TCL), un sous-groupe de patients avec un TCSPi sans TCL et un groupe de sujets sains. Les résultats ont montré que seuls les patients avec un TCSPi et un TCL présentaient une diminution de la perfusion cérébrale dans les aires corticales postérieures (occipitales et temporo-pariétales). Ces observations sont similaires à celles rapportées dans la MP avec démence et la DCL dans les études en neuroimagerie. En conclusion, les résultats de ces deux études ont montré des perturbations du DSCr dans le TCSPi, similaires à celles observées dans les synucléinopathies. Par ailleurs, nos résultats ont mis en évidence que les patients avec un TCSPi et un TCL présentaient les mêmes anomalies de la perfusion cérébrale que les patients avec une MP avec démence et/ou une DCL. La présence de tels marqueurs des synucléinopathies dans le TCSPi suggère que ces patients pourraient être plus à risque d’évoluer vers ce type de maladie neurodégénérative. / Rapid eye movement sleep behavior disorder (RBD) is a parasomnia characterized by intermittent loss of normal atonia during REM sleep and elaborate motor activity associated with dreams. RBD may occur in an idiopathic form (iRBD), but is frequent in neurodegenerative diseases characterized by alpha-synuclein deposition such as Parkinson’s disease (PD) and dementia with Lewy bodjes (DLB). Biomarkers of synucleinopathies, such as motor, olfaction and color discrimination dysfunctions have been found in patients with iRBD. Moreover, impaired cerebral activities with neuroimaging and cognitive perturbations have also been detected in those patients. Longitudinal studies have demonstrated that iRBD might precede PD or DLB by several years. This suggests that iRBD could represent a risk factor of synucleinopathies. The goal of the present research was to investigate the resting regional cerebral blood flow (rCBF) in an iRBD sample using single photon emission computerized tomography (SPECT) neuroimaging. This led to two different studies. The aim of the first study was to compare the rCBF between a group of patients with iRBD and a group of healthy control subjects, and to explore correlations between rCBF of iRBD patients and markers of synucleinopathies. The results of this study showed that compared to controls, iRBD patients had decreased perfusion in frontal and parietal cortical regions and an increased perfusion in pons, putamen and hippocampus bilaterally. Moreover, a significant correlation between brain perfusion in frontal and occipital cortex and performance on a color discrimination test was found in iRBD patients. The brain perfusion anomalies observed in our iRBD patients are similar to those observed in PD in functional neuroimaging studies, suggesting similar neuroanatomic basis between these two pathologies. The objective of the second study was to investigate brain perfusion changes associated with mild cognitive impairment (MCI) in iRBD. We compared rCBF of a sub-group of patients with iRBD and MCI, a sub-group of patients with iRBD without MCI and a group of healthy control subjects. The results showed that only iRBD with MCI showed decreased perfusion in posterior brain regions, in occipital and temporo-parietal areas. These anomalies found in iRBD with MCI are similar to those reported in other studies in PD patients with dementia (PDD) and DLB in neuroimaging studies. To conclude, the results of this research showed brain perfusion abnormalities in iRBD patients similar to those found in synucleinopathies. One of our studies demonstrated a specific pattern of cerebral anomalies with SPECT, similar to those found in PDD and DLB, in patients with iRBD and MCI compared to iRBD without MCI. These biomarkers of synucleinopathies in iRBD suggest that these patients might be at higher risk to develop a neurodegenerative disease associated with alpha synuclein deposition.

La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée par la dégénérescence des neurones dopaminergiques du mésencéphale. Elle est notamment causée par des évènements délétères tels le stress oxydatif et la neuro-inflammation, et ceux-ci mènent à la destruction des neurones par divers types de mort cellulaire. Dans ce contexte, le Pituitary Adenylate Cyclase-activating Polypeptide (PACAP), avec ses propriétés antiapoptotiques, anti-inflammatoires et antioxydantes et son aptitude à traverser la barrière hémoencéphalique (BHE), est capable d’exercer une puissante activité neuroprotectrice dans divers modèles de la MP. Par conséquent, cette molécule est prometteuse pour le développement d’une thérapie médicamenteuse. Toutefois, ses profils pharmacologiques (actions non sélectives) et pharmacocinétiques (faible stabilité métabolique) limitent son utilisation clinique. Ainsi, dans une perspective de mise au point d’une approche thérapeutique, nous avons conçu l’Ac-[Phe(pI)6, Nle17]PACAP(1-27), un analogue du PACAP possédant des profils pharmacologiques et métaboliques améliorés, et avons testé son effet sur des modèles in vitro et in vivo de la MP. In vitro (neuroblastomes humains SH-SY5Y), l’analogue stimule efficacement la production d'AMPc et réduit l’altération de l’activité mitochondriale provoquée par un agent neurotoxique (MPP+; 1-méthyl-4-phénylpyridinium). In vivo (souris traitées avec le 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine, un précurseur métabolique du MPP+), le PACAP et son dérivé synthétique restaurent l’expression de la tyrosine hydoxylase dans la substance noire et modulent la réponse inflammatoire. Bien que des baisses de la pression artérielle soient observées avec les deux peptides, l'intensité de la chute ainsi que sa durée sont significativement moins élevées avec l'analogue. Nos caractérisations biologiques ont donc montré que la mort neuronale causée par l’agent neurotoxique est considérablement atténuée par l’analogue peptidique. Elles ont également établi que cet effet est peut-être lié à une activité antiapoptotique soutenue. Dans un deuxième temps, nous avons exploré l’effet du PACAP sur le processus autophagique observé dans ces mêmes modèles de la MP. Nous avons ainsi démontré que le PACAP réduit significativement l’activité autophagique, comme évaluée par la production du complexe LC3-II, le rétablissement des niveaux protéiques de la p62, et la diminution de la formation des vacuoles autophagiques. La capacité du PACAP à inhiber l'autophagie a égalementété observée in vitro, et ce, en inhibant l'activité de p62 induite par la rapamycine, uninducteur de l'autophagie. Ainsi, nos travaux ont conduit à la description d’une molécule dérivée du PACAP, métaboliquement stable, qui s’avère aussi puissante que le peptide natif au niveau de la neuroprotection. Ils ont aussi révélé que le PACAP possède des propriétés antiautophagiques dans des modèles de la MP. / Parkinson's disease (PD) is characterized by the degeneration of mesencephalic dopaminergic neurons. In particular, it is caused by deleterious events such as oxidative stress and neuro-inflammation, which lead to the destruction of neurons by several types of cell death. In this context, the Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide (PACAP), with its antiapoptotic, anti-inflammatory and antioxidant properties, as well as its ability to cross the blood-brain barrier (BBB), is able to exert a potent neuroprotective activity in various PD models. Therefore, this molecule is promising for the development of a PACAP-based drug therapy. However, its pharmacological (non-selective) and pharmacokinetic (low metabolic stability) profiles limit its clinical use. Thus, from the perspective of developing a therapeutic approach, we designed the analog Ac-[Phe(pI)6, Nle17]PACAP(1-27), a PACAP derivative with improved pharmacological and metabolic profiles, and tested its effects in in vitro and in vivo PD models. In vitro (SH-SY5Y human neuroblastoma cells), the analog effectively stimulates the production of cAMP and reduces the alteration of mitochondrial activity caused by a neurotoxic agent (MPP+; 1- methyl-4-phenylpyridinium). In vivo (mice treated with 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine, a metabolic precursor of MPP+), PACAP and its synthetic derivative restore tyrosine hydroxylase expression in the substantia nigra and modulate the inflammatory response. Although decreases in blood pressure were observed with both peptides, the intensity of the fall and its duration were significantly lower with the analog. Our biological characterizations have thus shown that the neuronal death caused by the neurotoxic agent is considerably attenuated by the peptide analog. They also established that this effect may be related to sustained antiapoptotic activity. In a second step, we explored the effect of PACAP on the autophagic process observed in these same PD models. Thus, we have demonstrated that PACAP significantly reduces autophagic activity, as assessed by the production of the LC3-II complex, the restoration of the p62 protein levels, and the decreased formation of autophagic vacuoles. The ability of PACAP to impede autophagy was also observed in vitro, by the inhibition of the p62 activity produced by rapamycin, an inducer of autophagy. In summary, our work led to the description of a PACAP-derived molecule, metabolically stable, that proved to be in neuroprotection as potent as the native peptide. Our studies also revealed that PACAP possesses antiautophagic properties in PD models.

Les cellules souches neurales (CSNs) se situent dans des régions spécifiques du système nerveux central qui sont appelées niches. Ces cellules sont capables de se répliquer ou se différentier en cellules neurales spécialisées (neurones, astrocytes et oligodendrocytes). C’est grâce à cette propriété de différentiation que les CSNs sont étudiées comme thérapie chez les patients atteints d’une maladie neurodégénérative. En effet, elles pourraient remplacer les cellules neurales altérées et ainsi restaurer les fonctions neurologiques. De nombreuses approches ont été développées afin de stimuler la différentiation des CSNs, dont la plus prometteuse est la différentiation des cellules endogènes directement au sein de leurs niches. Actuellement, il n’existe pas de molécule active ou de système thérapeutique qui cible les CSNs endogènes et qui induit leur différentiation simultanément. Le but de ce travail est de fournir un système de délivrance de molécules bioactives capable de cibler les CSNs endogènes et d'induire leur différenciation in situ. Nous avons développé et caractérisé des nanoparticules lipidiques (LNC), un système de délivrance très versatile. NFL-TBS.40-63, un peptide ciblant les CSNs, a été adsorbé à la surface des LNC afin de les diriger contre les CSNs endogènes. Nous avons observé que ces NFL-LNC ne ciblaient que les CSNs du cerveau et pas de la moelle. Afin d’étudier les interactions spécifiques entre les nanoparticules et les CSNs, nous avons caractérisé et comparé les propriétés de leur membrane plasmique. Enfin, nous avons encapsulé de l’acide rétinoïque, une molécule connue pour stimuler la différentiation des CSNs, dans les LNC-NFL et étudié leur impact sur la différentiation de CSNs in vitro et in vivo. Ce travail contribue au développement de thérapies efficaces et sures pour le traitement de maladies neurodégénératives à travers la différentiation de CSNs endogènes. / Neural stem cells (NSCs) are located in specific regions of the central nervous system called niches. Those cells are able to self-renew and to differentiate into specialized neuronal cells (neurons, astrocytes and oligodendrocytes). Due to this differentiation property, NSCs are studied to replace neuronal cells and restore neurological functions in patients affected by neurodegenerative diseases. Several therapeutic approaches have been developed and endogenous NSC stimulation is one of the most promising. Currently, there is no active molecule or therapeutic system targeting endogenous CSNs and inducing their differentiation at the same time. The aim of the work was to provide a drug delivery system able both to target endogenous CSNs and to induce their differentiation in situ. Here, we developed and characterized lipidic nanoparticles (LNC) targeting endogenous NSCs. A peptide called NFL-TBS.40-63, known for its affinity towards NSCs, was adsorbed at the surface of LNC. We observed that NFL-LNC specifically targeted NSC from the brain and not from the spinal cord in vitro and in vivo. To explain this specificity, we characterized and compared NFL-LNC interactions with the plasmatic membrane of both cell types. Finally, we demonstrated that by loading retinoic acid in NFL-LNC we were able to induce brain NSC differentiation in vitro and in vivo. This work contributes to the development of efficient and safe therapies for the treatment of neurodegenerative disease via the differentiation of endogenous NSCs.

Le métabolisme énergétique est le principal facteur déterminant de la viabilité cellulaire. Les maladies présentent de nombreuses anomalies métaboliques et énergétiques. En effet, les cellules altérées proviennent de procédés exergoniques et émettent de la chaleur vers leur environnement proche. De nombreux processus irréversibles peuvent se produire en modifiant le taux de production d'entropie. Ce niveau représente une quantité thermodynamique qui mesure ces processus irréversibles. Le niveau d'entropie est augmenté par plusieurs anomalies métaboliques et thermodynamiques dans les tumeurs cérébrales, les processus inflammatoires et les maladies neurodégénératives. Les travaux de recherche de cette thèse ont démontré et mis en évidence l'existence d'une diaphonie entre la voie canonique WNT/beta-caténine et le PPAR gamma qui joue un rôle majeur dans la reprogrammation du métabolisme de l'énergie cellulaire entre la phosphorylation oxydative, la glycolyse aérobie et la glycolyse anaérobie, dont le point d'équilibre de cette diaphonie entre ces voies moléculaires varie selon les maladies. Ces maladies sont des structures dissipatives, qui échangent de l'énergie ou de la matière avec leur environnement. Ce sont des systèmes ouverts, loin de l'équilibre thermodynamique qui opèrent sous un régime non linéaire évoluant vers des états non stationnaires. La thermodynamique loin de l'équilibre est une notion axée sur les rythmes circadiens. En effet, les rythmes circadiens participent directement à la régulation de cette diaphonie étudiée. Celle-ci représente une cible innovante dans le cadre l'imagerie moléculaire pour le diagnostic positif et différentiel de ces maladies. / Energy metabolism is the primary determinant of cellular viability. Diseases are the sites of numerous metabolic and energetic production abnormalities. Indeed, the altered cells are derived from exergonic processes and emit heat that flows to the surrounding environment. Many irreversible processes can occur through changing the rate of entropy production. This rate represents a thermodynamic quantity that measures these irreversible processes. Entropy rate is increased by several metabolic and thermodynamics abnormalities in brain tumors, inflammatory processes and neurodegenerative diseases. The research works of this thesis have demonstrated and highlighted the existence of a crosstalk between canonical WNT/beta-catenin pathway and PPAR gamma which plays a major role in the reprogramming of cellular energy metabolism between oxidative phosphorylation, aerobic glycolysis and anaerobic glycolysis, of which the equilibrium point of crosstalk between these molecular pathways varies according to tumor, inflammatory and neurodegenerative diseases. These diseases are dissipative structures, that exchange energy or matter with their environment. They are open systems, far-from the thermodynamic equilibrium that operate under non-linear regime evolving to non-stationary states. Far-from-equilibrium thermodynamics are notions driven by circadian rhythms. Indeed, circadian rhythms directly participate in regulating the crosstalk of the studied molecular pathways. This crosstalk represents an innovative therapeutic target, and molecular data usable for molecular imaging in both positive and differential diagnosis of these diseases.

Les maladies neurodégénératives liées à l'âge, telle celle de Parkinson, sont un problème majeur de santé publique. Cependant, la maladie de Parkinson reste incurable et les traitements sont très limités. En effet, les causes de la maladie restent encore mal comprises et la recherche se concentre sur ses mécanismes moléculaires. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à deux phénomènes anormaux se produisant dans la maladie de Parkinson : l'agrégation de l'α-synucléine et l'activation des cellules microgliales. Pour étudier la polymérisation de l'α-synucléine, nous avons établi de nouvelles méthodes permettant la production in vitro de différents types d'oligomères d'α-synucléine. Grâce à des méthodes biophysiques de pointe, nous avons caractérisé ces différents oligomères à l'échelle moléculaire. Puis nous avons étudié leurs effets toxiques sur les neurones. Ensuite, nous nous sommes intéressés à l'activation des microglies et en particulier à leurs canaux potassiques et aux changements liés au vieillissement. Nous avons identifié les canaux Kv1.3 et Kir2.1 et montré qu'ils étaient impliqués dans l'activation des microglies. En parallèle, nous avons établi une méthode originale qui permet l'isolation et la culture de microglies primaires issues de cerveaux adultes. En comparaison à celles de nouveaux-nés, les microglies adultes montrent des différences subtiles mais cruciales qui soutiennent l'hypothèse de changements liés au vieillissement. Globalement, nos résultats suggèrent qu'il est possible de développer de nouvelles approches thérapeutiques contre la maladie de Parkinson en modulant l'action des microglies ou en bloquant l'oligomérisation de l' α-synucléine.