Les études sur les souris transgéniques SOD1 utilisées comme modèle de sclérose latérale amyotrophique (SLA) montrent que les signes cliniques apparaissent quand la majorité des motoneurones (MNs) est déjà déconnectée de la périphérie et la force contractile de certains muscles diminuée de 80%. L'identification des mécanismes pathologiques précoces est une étape importante pour améliorer notre compréhension de la maladie et expliquer l'atteinte préférentielle des MNs observée pendant la SLA. Notre objectif était de rechercher la présence d'anomalies précoces dès la naissance dans un modèle souris de SLA. L'analyse comportementale suggère que dès la période postnatale, la mutation SOD1-G85R perturbe la maturation du système sensori-moteur des souris transgéniques et ralentit l'expression de réflexes moteurs comme le montrent les retards observés lors des tests de placement et d'agrippement des membres postérieurs et lors du test de retournement. Ces retards pourraient principalement résulter d'un dysfonctionnement des réseaux lombaires de la moelle épinière pendant la 1ère semaine postnatale. Pendant cette période, sur les préparations in vitro de moelle épinière / tronc cérébral, les réseaux lombaires SOD1 sont difficilement activables lors d'applications pharmacologiques. Les enregistrements électrophysiologiques réalisés pendant cette période appuient principalement la possibilité que la composante glutamatergique possède un rôle clé dans cette difficulté. Nos données suggèrent la possibilité d'un déséquilibre entre les récepteurs AMPA et NMDA dans les MNs SOD1 avec un défaut lors de l'activation des récepteurs NMDA. En 2ème semaine postnatale, les MNs lombaires SOD1 sont hypoexcitables et présentent une résistance d'entrée ainsi qu'un gain plus faibles. Nous montrons que l'augmentation anormale de la surface dendritique de ces MNs suffit à expliquer cette diminution de la résistance d'entrée alors que la baisse du gain indique plutôt des modifications de conductances ioniques qui restent à caractériser. Enfin l'analyse morphologique montre que les dendrites des motoneurones SOD1 sont anormalement développées et complexes. Il est important de souligner dans le cadre de la maladie que les segments de la moelle sacrée et les interneurones lombaires qui sont épargnés à l'âge adulte ne sont pas concernés par ces différences. Cela renforce l'idée que les anomalies que nous décrivons sont spécifiques de la maladie et que dès le plus jeune âge les MNs sont la cible privilégiée de la SLA. Dans ce travail, nous montrons des dysfonctionnements des MNs bien avant la dénervation périphérique et la dégénérescence des axones moteurs. La modification de l'excitabilité des motoneurones pendant la période de maturation des unités motrices pourrait fragiliser les jonctions neuromusculaires qui sont une des cibles principales de la SLA.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative incurable de l’adulte qui affecte principalement les motoneurones. Les mécanismes conduisant à la mort des motoneurones restent mal connus, notamment du fait de l'hétérogénéité de la maladie et du manque d'accès aux neurones humains affectés. La technologie des cellules souches pluripotentes induites humaines (iPSc) est un outil prometteur pour la modélisation de la SLA, car elle offre la possibilité unique d'obtenir et d’étudier des motoneurones humains.Des clones d’iPSc de deux sujets témoins ont été générés et nous avons comparé plusieurs protocoles afin de mettre au point un protocole efficace de différenciation des iPSc en motoneurones. Les cultures obtenues étaient hétérogènes et contenaient différents types de neurones et des précurseurs neuraux. Afin de pouvoir étudier des mécanismes intrinsèques aux motoneurones dans la SLA, nous avons développé une nouvelle technique pour purifier les motoneurones. Cette technique a consisté à trier les motoneurones par FACS en combinant l'utilisation d'un vecteur lentiviral rapporteur exprimant une protéine fluorescente sous le contrôle d'un promoteur spécifique des motoneurones, et d'un anticorps monoclonal dirigé contre le récepteur aux neurotrophines p75. Cette double sélection a permis l'isolement efficace de motoneurones purs. En parallèle, la technologie iPSc a été utilisée pour établir des modèles cellulaires de la SLA. Des clones de cellules iPS ont été générés à partir d’un patient avec une forme familiale de la SLA présentant une mutation dans le gène TARDBP (codant pour une protéine de liaison à l’ADN, TDP-43) et un patient atteint d’une forme sporadique de SLA. Afin de valider nos modèles, nous avons recherché des phénotypes caractéristiques de la maladie au cours de la différenciation des iPSc : i) la formation d’agrégats cytoplasmiques, ii) des altérations de génération et de survie des motoneurones, iii) des défauts de croissance neuritique. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal adult-onset neurodegenerative disorder primarily affecting motor neurons. Mechanisms leading to motor neuron death in ALS are poorly understood mostly because of disease heterogeneity and lack of access to affected cells. The induced pluripotent stem cell (iPSc) technology provides the opportunity to obtain and study human motor neurons and is therefore a promising tool for ALS modeling.IPSc clones from control subjects were generated, and we compared several protocols in order to set up an efficient protocol for iPSc differentiation into motor neurons. The obtained cultures were heterogenous, comprising different neuron subtypes and neural precursors. To allow investigation of intrinsic disease mechanisms in ALS motor neurons, we developed a new technique to purify motor neurons by FACS sorting. By combining the use of a lentiviral vector expressing a fluorescent protein under control of a motoneuron-specific promoter and of a monoclonal antibody directed against the p75 neurotrophin receptor, isolation of exquisitely pure motor neurons was achieved. In parallel, iPSc technology was used to establish cellular models of ALS. IPSc were generated from one patient with familial ALS carrying a mutation in the TARDBP gene (encoding a DNA-binding protein, TDP-43) and one patient with sporadic ALS. To validate our models, we investigated characteristic disease phenotypes during iPSc differentiation, including i) cytoplasmic aggregate formation, ii) motor neuron generation and survival defects, iii) neurite growth alterations.

Les études basées sur l’utilisation de modèles murins de la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) portent très souvent sur des stades symptomatiques ou pré-symptomatiques. Des données existent cependant montrant que des altérations morphologiques des motoneurones existent aux stades post-nataux, suggérant que la SLA pourrait être une maladie neurodéveloppementale. Dans ce travail de thèse basé sur l’utilisation du modèle murin SOD1G93A de la SLA, nous avons cherché à savoir si dès le développement des réseaux moteurs, des perturbations existaient notamment au niveau de la mise en place des inhibitions, c'est-à-dire au niveau de l’homéostasie chlorure. En effet, nous pensons qu’une mauvaise construction du réseau pendant la vie embryonnaire serait la cause des dysfonctionnements observés lors de la survenue de la SLA. Nos données mettent en évidence que la morphologie des motoneurones est modifiée chez les embryons SOD1G93A au stade de développement E17,5 par rapport aux embryons WT et que cette modification de morphologie induit une hyperexcitabilité. De plus, nous montrons une altération du potentiel d’équilibre des ions chlorure (ECl) due à une modification de l’équilibre de la balance des co-transporteurs NKCC1/KCC2. Enfin, nous avons cherché à savoir si une modification du ECl avait une conséquence fonctionnelle au niveau de la mise en place de l’activité locomotrice exprimée par le réseau spinal lombaire. En conclusion, les travaux de cette thèse démontrent pour la première fois un déficit développemental au niveau du modèle murin SOD1G93A et ouvre des perspectives sur la recherche des mécanismes de compensations opérant jusqu’à la survenue du phénotype de la maladie. / Most studies based on the use of Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) mouse models focus on symptomatic or presymptomatic periods. However, morphological alterations of ALS motoneurons have been described in post-natal stages, suggesting that ALS could be a neurodevelopmental disease. In this PhD Thesis, based on the use of the SOD1G93A mouse model of ALS, we tried to know if during the embryonic development of the spinal motoneuronal networks, alterations occur particularly at the level of the maturation of GABA/Glycine inhibition, driven by the chloride homeostasis. Indeed, we believe that a wrong construction of the motor network during the embryonic life may be the cause of the troubles observed at the onset of ALS. Our data show that the morphology of motoneurons is altered in E17,5 SOD1G93A embryos compared to WT embryos and that this changes in morphology induced hyperexcitability. In addition, we show an alteration of the equilibrium potential of chloride ions (ECl) due to a modification of the balance of NKCC1/KCC2 chloride co-transporters. Finally, we tried to know if a modification of the ECl had functional consequences in the development of locomotor activity expressed by the lumbar spinal network. In conclusion, the work of this PhD Thesis demonstrates, for the first time, a developmental deficit in the SOD1G93A mouse model and opens new perspectives based on understanding compensatory mechanisms occuring until the appearance of the disease.

Les mouvements masticatoires sont générés par un réseau neuronal localisé dans le tronc cérébral connu sous le nom de générateur de patron central (GPC). De plus en plus d’évidences dans la littérature associent le noyau sensoriel principal du trijumeau (NVsnpr) au cœur rythmogène du GPC masticatoire, bien qu’il soit traditionnellement considéré comme un relais sensoriel au thalamus. La présente étude amène une nouvelle preuve de connectivité fonctionnelle entre le NVsnpr et le noyau moteur du trijumeau (NVmt) contenant les motoneurones (MNs) innervant les différents muscles masticatoires. Nos résultats indiquent que les neurones projetant vers NVmt sont situés dans le ¾ dorsal du NVsnpr. La stimulation électrique dans le NVsnpr dorsal évoque des réponses synaptiques excitatrices multiphasiques dans les MNs trigéminaux tandis que l'application locale de BAPTA, connue pour induire une activité rythmique dans les neurones du NVsnpr, évoqua aussi une activité rythmique dans les MNs, supportant davantage la relation fonctionnelle entre ces deux noyaux en termes de transmission de rythme. En imagerie calcique, la stimulation électrique de NVsnpr évoquait des réponses calciques dans les MNs situées principalement dans la région dorsolatérale contenant les MNs des muscles de fermeture et révéla un patron spécifique de connectivité entre les deux noyaux. L'organisation des projections semblait dépendre de manière critique de la localisation dorso-ventrale du site de stimulation au sein du NVsnpr. La principale tendance observée concernait la région DL de NVmt recevant des inputs du NVsnpr dorsal (R1 et R2), alors que la région ventromédiane de NVmt recevait plutôt des inputs de R2 et R3, qui représentent la majeure partie de la région intermédiaire du NVsnpr. Cette étude confirme et développe les expériences antérieures en explorant la nature physiologique et la topographie fonctionnelle de la connectivité entre NVsnpr et NVmt. / Masticatory movements are generated by a brainstem neuronal network known as the central pattern generator (CPG). Increasing evidence associate the trigeminal main sensory nucleus (NVsnpr) to the rhythmogenic heart of the masticatory CPG, despite the fact that it is conventionally seen as a sensory relay to the thalamus. The present study provides new evidence of a functional connectivity between NVsnpr and the trigeminal motor nucleus (NVmt), known to contain all the motoneurons (MNs) innervating jaw muscles. Our results indicate that neurons projecting to NVmt are located in the dorsal ¾ region of NVsnpr. Electrical stimulation of the dorsal NVsnpr induced multiphasic excitatory synaptic responses in trigeminal MNs while BAPTA application, which causes NVsnpr neurons to fire rhythmically, also induced rhythmic firing in some MNs, further emphasizing the functional relationship between these two nuclei in terms of rhythm transmission. In our calcium imaging experiments, electrical stimulation of NVsnpr evoked calcium responses in MNs located mainly in the jaw-closing region of NVmt and revealed a specific pattern of connectivity between the two nuclei. The organization of the projections seemed to depend critically on the dorsoventral location of the stimulation site within NVsnpr. The dorsolateral region of NVmt received mainly inputs from the dorsal NVsnpr (R1 and R2), whereas the ventromedial region of NVmt was found to receive inputs from R2 and R3 which account for the major part of the intermediate division of the NVsnpr. This study confirms and develops earlier experiments by exploring the physiological nature and functional topography of the connectivity between NVsnpr and NVmt that was demonstrated in the past with neuroanatomical techniques.

La mastication est une fonction essentielle relevant de la coordination d’un ensemble d’acteurs que sont la mâchoire, la langue et les muscles faciaux. La synchronisation de l’activité des différentes parties relève d’un réseau spécialisé de neurones nommé générateur de patron central (GPC) dont il a été proposé que le coeur rythmogène soit formé des neurones de la partie dorsale du noyau sensoriel principal du trijumeau (NVsnpr). Ces neurones ont la capacité intrinsèque de pouvoir alterner leur patron de décharge entre un mode tonique et rythmique en fonction la concentration extracellulaire de calcium ([Ca2+]e). Autrefois relégués à un rôle passif dans le système nerveux central, les évidences se sont accumulées en faveur d’un rôle actif des astrocytes dans les fonctions physiologiques. À cet effet, dans le NVsnpr, la stimulation des afférences sensorielles trigéminales active les astrocytes qui participent à la genèse du rythme masticateur en libérant la S100β, une protéine chélatrice du Ca2+ extracellulaire. Récemment, il a été démontré que l’activation rythmique des neurones du NVsnpr dorsal menait à une activation rythmique des motoneurones (MNs) innervant les muscles masticateurs. Ceci impliquerait qu’une seule population de neurone au sein du NVsnpr dorsal active de manière concomitante des MNs innervant les muscles antagonistes de la mâchoire. On suppose alors l’activation de la région péritrigéminale (PeriV), un réseau d’interneurones prémoteurs (INs) ceinturant les MNs du trijumeau et adjacente au NVsnpr. Son activation modulerait l’activité des MNs de muscles antagonistes. Les présents travaux réalisés en imagerie calcique indiquent que l’activation du NVsnpr par une baisse de la [Ca2+]e, simulant l’action de la S100β ou la stimulation électrique des afférences sensorielles trigéminales activent les neurones et astrocytes de la partie dorsale du NVsnpr et subséquemment les INs de la PeriV. Les patrons d’activité calcique des INs de la PeriV étaient similaires à ceux observés au sein du NVsnpr. Ces observations supportent par la même occasion la transmission des patrons en provenance du NVsnpr, le générateur du rythme masticateur vers la région prémotrice PeriV. Par ailleurs, les astrocytes péritrigéminaux dont le rôle n’avait jamais été investigué ont également répondu aux activations du NVsnpr dans des patrons d’activité calcique similaires aux astrocytes du NVsnpr dorsal. Ensemble, ces résultats suggèrent l’implication de la région PeriV dans la transmission et la modulation du rythme dans le GPC masticateur. / Mastication is an essential function that involves coordination of the jaw, tongue and facial muscles. Synchronization of the activity of these different parts is assured by a specialized network of neurons known as central pattern generator (CPG), whose rhythmogenic core has been proposed to be formed by neurons in the dorsal part of the trigeminal principal sensory nucleus (NVsnpr). These neurons have the intrinsic ability to alternate their firing pattern between a tonic and rhythmic mode, depending on the extracellular calcium concentration ([Ca2+]e). Once relegated to a passive role in the central nervous system, evidence is accumulating in favor of an active role for astrocytes in physiological functions. In NVsnpr, trigeminal sensory afferents stimulation activates astrocytes, which participate in the genesis of the masticatory rhythm by releasing S100β a calcium-binding protein that lowers [Ca2+]e. Recently, it has been demonstrated that rhythmic activation of dorsal NVsnpr neurons leads to rhythmic activation of motoneurons (MNs) innervating masticatory muscles. This would imply that a single neuron population within the dorsal NVsnpr concomitantly activates MNs innervating antagonistic jaw muscles. We presume that activation of the peritrigeminal region (PeriV), a network of premotor interneurons (INs) surrounding the trigeminal MNs and adjacent to the NVsnpr could modulate the activity of antagonistic muscle MNs. The present calcium imaging work indicates that activation of the NVsnpr by a decrease in [Ca2+]e, simulating the action of S100β, or electrical stimulation of trigeminal sensory afferents activates neurons and astrocytes in the dorsal part of NVsnpr and subsequently the INs of the PeriV. Calcium activity patterns in PeriV INs were similar to those observed in NVsnpr, supporting the transmission of patterns from NVsnpr, the generator of masticatory rhythm, to the PeriV premotor region. In addition, previously uninvestigated peritrigeminal astrocytes also responded to NVsnpr activations with calcium activity patterns similar to those of dorsal NVsnpr astrocytes. Taken together, these results suggest the involvement of the PeriV region in rhythm transmission and modulation in the masticatory CPG.

Les modèles murins de la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) ont permis des avancées dans la compréhension des mécanismes pouvant conduire à la mort sélective et progressive des motoneurones (Mns) mais ils présentent des disparités dans la sévérité et le décours temporel de la maladie. Parmi les hypothèses avancées figurent des modifications des propriétés intrinsèques des motoneurones conduisant à des modifications de l’excitabilité et de l’homéostasie du calcium intracellulaire et à la mort du motoneurone.Nous avons donc étudié les propriétés électrophysiologiques des Mns lombaires de souris SOD1G85R et SOD1G93A, deux modèles à faible nombre de copies du gène humain muté, durant les deux premières semaines postnatales afin d’identifier d’éventuelles anomalies pré-symptomatiques précoces. Nos travaux ont été réalisés sur deux préparations in vitro de moelle entière isolée et de tranches de moelle épinière. Les Mns mutants présentent, sur les deux types de préparations, une altération des propriétés du potentiel d’action se traduisant par un allongement de la durée associée à une diminution des vitesses maximales de dépolarisation et repolarisation et une réduction d’amplitude. Ces altérations apparaissent entre P2-P5 dans les Mns SOD1G85R et entre P6-P10 dans les Mns SOD1G93A et suggèrent une diminution de la densité des canaux sodiques et potassiques associés au potentiel d’action. Nous avons aussi observé sur des tranches de moelle épinière entre P6-P10 que le gain de fréquence des Mns SOD1G85R diminue et celui des SOD1G93A augmente sans aucune modification des densités des courants entrants persistants sodiques et calciques. On note également que, sur tranches de moelle épinière, les Mns SOD1G93A présentent un potentiel de repos diminué. En présence d’une surcharge calcique extracellulaire, les propriétés membranaires des Mns SOD1G85R entre P6-P10 sont moins affectées que celles des Mns témoins. Les effets différentiels de cette surcharge peuvent être dus à des modifications différentes de la dépendance au voltage des canaux voltage-dépendants et/ou à la modulation de certains types de canaux activés par le calcium extracellulaire. Une arborisation dendritique plus ramifiée que celle de Mns témoins, comparable à celle précédemment décrite dans les Mns SOD1G85R, a été observée dans les Mns SOD1G93A à P8-P9 avec des altérations du potentiel d’action citées plus haut et une réduction de la rhéobase. Ces altérations morphologiques et électriques pourraient indiquer des modifications de cinétiques et/ou de densités de canaux sur des sites différents dans ces Mns. Nos travaux montrent donc, d’une part que les mutations SOD1G85R et SOD1G93A induisent dans ces deux modèles murins des altérations des propriétés des Mns lombaires comparables mais décalées dans le temps et d’autre part que certaines altérations semblent être spécifiques à une mutation SOD1 donnée. / The SOD1 murine models of Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) allowed major progress in the understanding of mechanisms which could lead to a selective loss of motoneurons (Mns), but these models display differences in the severity and time course of the disease. Changes in intrinsic properties of motoneurons may induce changes in excitability and intracellular calcium homeostasis leading to motoneuron death.Therefore, we studied electrophysiological properties of lumbar Mns from SOD1G85R and SOD1G93A mice, low expressor lines, during the first two postnatal weeks in order to identify possible early presymptomatic abnormalities. Our studies were carried out on two in vitro preparations: the whole isolated spinal cord and acute spinal cord slices. Mutant Mns display, in the two preparations, a modified action potential characterized by an increased duration due to a decrease of the maximal speeds of depolarisation and repolarisation and a reduction of the spike amplitude. These alterations appeared between P2-P5 in SOD1G85R Mns and between P6-P10 in SOD1G93A Mns and suggest a decrease of the density of sodium and potassium channels related to action potential. We also showed on spinal cord slices between P6-P10 that the gain of frequency decreases for SOD1G85R Mns and increases for SOD1G93A Mns without any change in the density of persistent inward sodium or calcium currents in these different mutant Mns. We observed also that the resting membrane potential of SOD1G93A Mns on spinal cord slices is decreased. The membrane properties of SOD1G85R Mns between P6-P10 were less susceptible to changes in presence of an extracellular calcium overload. Differential effects of this extracellular calcium overload on membrane properties of WT and SOD1G85R Mns could be due to different alterations of the potential dependence of voltage-gated channels and/or to the modulation of some types of channels sensitive to extracellular calcium. An over-branching of dendritic arborization, similar to that previously described in SOD1G85R Mns, was observed in SOD1G93A at P8-P9 with the above-mentioned action potential alterations and a weak rheobasic current. These morphogical and electrical changes could indicate together alterations of kinetics and/or density of channels on different sites on these Mns. In conclusion, our work shows on one hand that SOD1G85R and SOD1G93A mutations induce similar alterations of lumbar Mns properties but time-shifted in these two murine models and on the other hand that some alterations seem to be specific to a given SOD1 mutation.

Les gènes TDP-43 (TAR DNA Binding Protein 43) et FUS/TLS (Fused in Sarcoma/Translocated in Liposarcoma) sont actuellement à l’étude quant à leurs rôles biologiques dans le développement de diverses neuropathies telles que la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA). Étant donné que TDP-43 et FUS sont conservés au cours de l’évolution, nous avons utilisé l’organisme modèle C. elegans afin d’étudier leurs fonctions biologiques. Dans ce mémoire, nous démontrons que TDP-1 fonctionne dans la voie de signalisation Insuline/IGF pour réguler la longévité et la réponse au stress oxydatif. Nous avons développé des lignées C. elegans transgéniques mutantes TDP-43 et FUS qui présentent certains aspects de la SLA tels que la dégénérescence des motoneurones et la paralysie adulte. La protéotoxicité causée par ces mutations de TDP- 43 et FUS associées à la SLA, induit l’expression de TDP-1. À l’inverse, la délétion de tdp-1 endogène protège contre la protéotoxicité des mutants TDP-43 et FUS chez C. elegans. Ces résultats suggèrent qu’une induction chronique de TDP-1/TDP-43 sauvage propagerait la protéotoxicité liée à la protéine mutante. Nous avons aussi entrepris un criblage moléculaire pilote afin d’isoler des suppresseurs de toxicité neuronale des modèles transgéniques mutants TDP-43 et FUS. Nous avons ainsi identifié le bleu de méthylène et le salubrinal comme suppresseurs potentiels de toxicité liée à TDP-43 et FUS via réduction de la réponse au stress du réticulum endoplasmique (RE). Nos résultats indiquent que l’homéostasie de repliement des protéines dans le RE représente une cible pour le développement de thérapies pour les maladies neurodégénératives. / Two recently discovered causative genes for ALS, TDP-43 (TAR DNA Binding Protein 43) and FUS/TLS (Fused in Sarcoma/Translocated in Liposarcoma) are under further investigation regarding their biological roles in neuropathies such as Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). Since TDP-43 and FUS are evolutionarily conserved we turned to the model organism C. elegans to learn more about their biological functions. Here we report that TDP-1 functions in the Insulin/IGF pathway to regulate longevity and the oxidative stress response. We have generated mutant TDP-43 and FUS transgenic lines in C. elegans that recapitulate certain aspects of ALS including motor neuron degeneration and adult-onset paralysis. Proteotoxicity caused by ALS- associated mutations in TDP-43 or FUS also induce TDP-1 expression and consistently, deletion of endogenous tdp-1 rescues mutant TDP-43 and FUS proteotoxicity in C. elegans. These results suggest that chronic induction of wild type TDP-1/TDP-43 by proteotoxicity may actively promote neurodegeneration. We also screened for small- molecule suppressors of mutant TDP-43 and FUS neuronal toxicity in transgenic C. elegans and identified methylene blue and salubrinal as potent suppressors of TDP-43 and FUS toxicity in our models through induction of the endoplasmic reticulum (ER) stress response. Our results indicate that protein folding homeostasis in the ER may be an important target for therapeutic development in neurodegenerative diseases.

Les gènes TDP-43 (TAR DNA Binding Protein 43) et FUS/TLS (Fused in Sarcoma/Translocated in Liposarcoma) sont actuellement à l’étude quant à leurs rôles biologiques dans le développement de diverses neuropathies telles que la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA). Étant donné que TDP-43 et FUS sont conservés au cours de l’évolution, nous avons utilisé l’organisme modèle C. elegans afin d’étudier leurs fonctions biologiques. Dans ce mémoire, nous démontrons que TDP-1 fonctionne dans la voie de signalisation Insuline/IGF pour réguler la longévité et la réponse au stress oxydatif. Nous avons développé des lignées C. elegans transgéniques mutantes TDP-43 et FUS qui présentent certains aspects de la SLA tels que la dégénérescence des motoneurones et la paralysie adulte. La protéotoxicité causée par ces mutations de TDP- 43 et FUS associées à la SLA, induit l’expression de TDP-1. À l’inverse, la délétion de tdp-1 endogène protège contre la protéotoxicité des mutants TDP-43 et FUS chez C. elegans. Ces résultats suggèrent qu’une induction chronique de TDP-1/TDP-43 sauvage propagerait la protéotoxicité liée à la protéine mutante. Nous avons aussi entrepris un criblage moléculaire pilote afin d’isoler des suppresseurs de toxicité neuronale des modèles transgéniques mutants TDP-43 et FUS. Nous avons ainsi identifié le bleu de méthylène et le salubrinal comme suppresseurs potentiels de toxicité liée à TDP-43 et FUS via réduction de la réponse au stress du réticulum endoplasmique (RE). Nos résultats indiquent que l’homéostasie de repliement des protéines dans le RE représente une cible pour le développement de thérapies pour les maladies neurodégénératives. / Two recently discovered causative genes for ALS, TDP-43 (TAR DNA Binding Protein 43) and FUS/TLS (Fused in Sarcoma/Translocated in Liposarcoma) are under further investigation regarding their biological roles in neuropathies such as Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). Since TDP-43 and FUS are evolutionarily conserved we turned to the model organism C. elegans to learn more about their biological functions. Here we report that TDP-1 functions in the Insulin/IGF pathway to regulate longevity and the oxidative stress response. We have generated mutant TDP-43 and FUS transgenic lines in C. elegans that recapitulate certain aspects of ALS including motor neuron degeneration and adult-onset paralysis. Proteotoxicity caused by ALS- associated mutations in TDP-43 or FUS also induce TDP-1 expression and consistently, deletion of endogenous tdp-1 rescues mutant TDP-43 and FUS proteotoxicity in C. elegans. These results suggest that chronic induction of wild type TDP-1/TDP-43 by proteotoxicity may actively promote neurodegeneration. We also screened for small- molecule suppressors of mutant TDP-43 and FUS neuronal toxicity in transgenic C. elegans and identified methylene blue and salubrinal as potent suppressors of TDP-43 and FUS toxicity in our models through induction of the endoplasmic reticulum (ER) stress response. Our results indicate that protein folding homeostasis in the ER may be an important target for therapeutic development in neurodegenerative diseases.

La spasticité est l’une des nombreuses complications motrices qui peuvent apparaître après une lésion de la moelle épinière. Elle est présente dans 75 % des patients médullo-lésés et se caractérise par une hypertonie musculaire en réponse à un réflexe d’étirement. Les traitements actuels, qui ciblent les symptômes et non les causes de la spasticité, sont peu efficaces. Bien que les mécanismes neurologiques qui sous-tendent la spasticité soient complexes et restent en grande partie méconnus, un certain consensus se dégage sur le fait qu’elle est associée à une hyperexcitabilité intrinsèque des motoneurones et à une levée de l’inhibition des réflexes spinaux. L’hyperexcitabilité motoneuronale se manifeste par une décharge soutenue de potentiels de plateau et résulte en partie d’une augmentation des courants entrants persistants sodiques (INaP). La désinhibition découle, en partie, d’une baisse de l’expression des cotransporteurs potassium-chlorure de type 2 (KCC2) à la membrane des motoneurones, modifiant ainsi le gradient électrochimique des ions Cl- et donnant un caractère excitateur aux deux principaux neurotransmetteurs inhibiteurs que sont le GABA et la glycine. Néanmoins, les mécanismes à l’origine des dérégulations du courant INaP et des co-transporteurs KCC2 ne sont toujours pas élucidés. / Spasticity is commonly caused by several pathologies and specifically after a spinal cord injury (SCI). Spasticity is usually associated with hypertonia, clonus, muscle spasm and pain. The present thesis aims to identify the upstream mechanism in the pathophysiology of spasticity Calpain, a calcium-activated cysteine protease, has been shown to participate in the development of the inflammatory processes after SCI. Of special interest, some determinants governing the inactivation of sodium (Na+) channels are sensitive to proteases and their proteolytic cleavage prevents inactivation of Na+ channels. As a result, INaP is strongly increased. It is worth mentioning that the C-terminal domain of KCC2 is also sensitive to proteases which alter KCC2 ability to extrude Cl- ions. Among the different proteases, calpains are able to truncate both Na+ channels and KCC2 transporters. This led us to consider the exciting possibility that a proteolytic cleavage of both Na+ channels and KCC2 by calpains could compose an upstream inflammatory mechanism contributing to the development of spasticity after SCI. My thesis demonstrates that the cleavage of Na+ channels and KCC2 by calpain after SCI, is responsible for the upregulation of INaP and disinhibition of motoneurons, that both act synergistically to generate spasticity. Calpain inhibition by MDL28170 reduced the cleavage of both Na+channels and KCC2 associated with a respective downregulation of INaP, hyperpolarizing shift of the EIPSP, and an alleviation of spasticity. The thesis represents a significant breakthrough by opening novel perspectives to develop therapies.

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