La maladie de Parkinson est une maladie neurodégénérative caractérisée par la perte progressive et sélective des neurones dopaminergiques de la substance noire. Ces neurones émettent des projections axonales dans le striatum et forme la voie nigrostriée ; un circuit de neurones impliqué dans le contrôle de la motricité. La perte de ces neurones est responsable des troubles moteurs caractéristiques de la maladie. Bien qu'il existe des traitements symptomatiques permettant d'améliorer la qualité de vie des patients, aucun traitement ne permet d'arrêter l'évolution de la maladie. Freiner la dégénérescence de ces neurones aurait un impact médical, économique et de santé publique considérable compte tenu du vieillissement croissant de la population. Dans ce but, beaucoup d'études ont été menées sur des facteurs neurotrophiques [1], [2], en particulier le GDNF (glial cell-derived neurotrophic factor), afin de favoriser la survie des neurones et la croissance des axones. Plusieurs essais cliniques ont été conduits mais l efficacité thérapeutique de ces facteurs reste controversée [3], [4]. Trouver des molécules plus spécifiques des neurones dopaminergiques, impliquées dans leur développement, leur survie ou leur fonction, et qui pourraient éventuellement agir de façon complémentaire avec les facteurs neurotrophiques déjà identifiés offrirait des perspectives thérapeutiques nouvelles. Nous avons pensé que netrin-1 pouvait être un candidat intéressant. En effet, cette protéine de guidage axonal, par l'intermédiaire de son récepteur DCC (deleted in colorectal cancer), favorise la pousse et l'orientation des axones, la migration des neurones [5], [6] et participe à la formation et au maintien des synapses [7], [8], [9]. Ce couple ligand/récepteur joue un rôle majeur dans l'établissement et le maintien de connexions entre les neurones et participe notamment à la formation de la voie nigrostriée [10]. Si le rôle de netrin-1 au cours du développement est largement documenté, sa fonction dans le cerveau adulte est peu connue. De façon intéressante, Livesey and Hunt montrent que la substance noire est la région du cerveau adulte contenant le niveau le plus élevé de transcrits de netrin-1 [11]. Netrin-1 est également exprimée dans les zones du striatum où projettent les fibres dopaminergiques des neurones de la substance noire pars compacta, neurones qui, par ailleurs, expriment très fortement DCC [12]–[13]. Cette expression conjointe de netrine-1 et du récepteur DCC suggère un rôle dans le maintien, la survie voire la fonction des neurones dopaminergiques de la substance noire. Par ailleurs, certains polymorphismes du gène DCC sont associés à différents aspects de la maladie de Parkinson (susceptibilité de développer la maladie, l'âge d'apparition des symptômes, sévérité de la progression de la maladie) [14], [15]. Ces différentes observations indiquent que netrin-1 et DCC pourraient réguler le maintien ou la survie des neurones dopaminergiques et donc participer au développement et/ou à la progression de la maladie de Parkinson. De plus, les travaux du laboratoire ont montré que netrin-1 était une molécule de survie. En son absence, DCC est capable d'activer une signalisation sensibilisant la cellule et entraînant la mort de celle-ci [16], [17]. L'ajout de netrin-1 permet d'inhiber cette signalisation pro-apoptotique. En raison du rôle de netrin-1 sur la croissance des axones, le maintien des synapses et la survie cellulaire nous avons choisi d'étudier son effet sur la survie des neurones dopaminergiques de la substance noire dans des modèles in vivo. Pour cela, nous avons étudié l'effet de l'injection de netrin-1 sur la dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire dans un modèle animal de référence de la maladie de Parkinson, le modèle de rat lésé à la 6 hydroxydopamine (6-OHDA) [etc…] / The secreted protein netrin-1 has diverse functions among which guidance and survival of neurons when bound to its dependence receptor DCC. In the absence of netrin-1, DCC is cleaved and actively triggers cell death in various contexts. DCC is highly present in a subset of mature neurons that typically degenerates in Parkinson’s disease, dopaminergic neurons of the substantia nigra. Besides, polymorphisms of DCC gene are associated with the disease. Thus, netrin-1 signalling might be implicated in Parkinson’s disease pathogenesis. Here we show, in various Parkinson’s disease models and samples from Parkinson’s disease patient brains, a reduction of netrin-1 levels associated with an increase of DCC cleavage and caspase activity. Specific deletion of netrin-1 in the substantia nigra induces DCC cleavage and leads to the loss of dopamine neurons and motor deficits in mice while intrastriatal injection of netrin-1 restores dopamine neurons and improves motor behaviour in rodent models of the disease. These results highlight the therapeutic potential of targeting netrin-1 signalling in Parkinson’s disease

Les récepteurs à dépendance constituent une nouvelle classe de récepteurs à activité pro-apoptotique capables en présence de leur ligand de transduire un signal de survie cellulaire et à l'inverse, en absence de ligand d'induire l'apoptose. Parmi ces récepteurs, la famille des récepteurs UNC5H et leur ligand la Nétrine-1 (i.e. UNC5H1-4) sont plus particulièrement impliqués dans la morphogenèse des organes branchés, l'angiogenèse et le guidage axonal mais aussi dans le contrôle de la tumorigenèse et de l'homéostasie. En effet, ces récepteurs et leur ligand seraient capables de contrôler la prolifération et la survie cellulaire car le ligand induirait un état de dépendance des cellules exprimant les récepteurs UNC5H. Nous avons pu mettre en évidence un mode particulier de dérégulation tumorigène de la signalisation apoptotique des récepteurs UNC5H : la surexpression de Nétrine-1. Nous avons montré que l'acquisition de cette surexpression par les cellules tumorales constitue un réel avantage sélectif car cette surexpression permet aux cellules tumorales de s'affranchir de leur dépendance à la Nétrine-1 et ainsi de former des tumeurs voire de former des métastases. Dans un deuxième temps, nous avons étudié la signalisation apoptotique des récepteurs UNC5H grâce à un crible d'ARNinterférence et 47 nouveaux effecteurs potentiels de l'apoptose sont actuellement en cours de caractérisation. Parmi eux, le complexe PP2A/PR65β a été caractérisé comme essentiel à l'apoptose induite par le récepteur à dépendance UNC5H2 et plus particulièrement dans la régulation de l'angiogenèse médiée par le couple UNC5H2/Nétrine-1.

Chez les bilatériens, les connexions permettant de relier la partie droite et gauche du système nerveux central (SNC) sont appelées commissures cérébrales. Comprendre les mécanismes moléculaires permettant la mise en place de ces circuits constituent un enjeu majeur en neurobiologie du développement. Le guidage des commissures cérébrales repose sur des paires de ligands-récepteurs telles que Netrine-1/DCC et Slits/Robos. Nétrine et Slits sont exprimés au niveau de la plaque du plancher tandis que leurs récepteurs respectifs, DCC et Robo1/2, sont exprimés dans les neurones et axones commissuraux de la moelle épinière et du tronc cérébral au cours du développement. L'étude des souris déficientes pour ces gènes a permis d'établir un modèle : Nétrine-1, agirait à distance afin d'attirer les axones commissuraux par gradient vers la ligne médiane ventrale, puis, les Slits permettraient de repousser les axones en dehors de la plaque du plancher. Au cours de ma thèse, j'ai utilisé des modèles génétiques murins afin d'étudier in vivo la mise en place des commissures et la migration des neurones précérébelleux. Nous avons inactivé de façon spécifique l'expression des molécules Nétrine-1, Slits et Robo1/2 dans différentes régions du SNC. Nous avons montré que la présence de Nétrine-1 dans la plaque du plancher n'était pas nécessaire à l'attraction des axones commissuraux mais que la source principale de Nétrine-1 était la glie radiaire. Nous avons aussi montré que le couple Slit/Robo n'était pas essentiel à la migration des neurones précérébelleux. Ces données remettent en cause le modèle classiquement proposé et suggèrent l'existence de d'autres mécanismes moléculaires de guidage. / In all bilaterians, the connections linking the left and the right part of the central nervous system (CNS) are called the commissures. Understanding molecular mechanisms involved in the formation of these circuits is a major issue in developmental neurobiology. The guidance of commissural projections lay on two major couples of ligand- receptors: Netrin-1/DCC and Slits/Robos. Netrin-1 and Slits are expressed in the floor plate whereas their respective receptors, DCC and Robo1/2, are present in the neurons and commissural axons of the spinal cord and the hindbrain during the development. Analysis of mice deficient for these genes lead to establish a model: a Netrin-1 gradient would act through long distances in order to attract commissural axons to the ventral midline, then Slits would repulse axons outside the floor plate. During my thesis, I used genetic mouse models to study the setting of commissural axons and the migration of precerebellar neurons in vivo. We have specifically inactivated the expression of Netrin-1 Slits and Robo1/2 genes in different region of the CNS. We showed that floor plate-derived Netrin-1 was not necessary for the attraction of commissural axons and that the principal source of Netrin-1 was the radial glia. We also showed that the Slit/Robo couple was not essential for the migration of precerebellar neurons. These results reassess the model firstly provided and suggest the presence of other molecular mechanisms involved in commissural axon guidance.

Le développement du système nerveux central fait intervenir de nombreux processus cellulaires comme la prolifération, la différenciation, l'apoptose, la migration neuronale et le guidage axonal. Ces processus sont finement régulés et aboutissent à la formation d'un système nerveux central fonctionnel. Au cours de cette thèse, je me suis principalement intéressé à une molécule chimiotropique, la Nétrine-1 et à ses récepteurs APP (Amyloïd-b Precursor Protein) et DCC (Deleted in Colorectal Cancer). La Nétrine-1 est impliquée à la fois dans le contrôle de la navigation neuronale (ie migration neuronale et guidage axonal) et dans celui de la survie neuronale. Un premier aspect de mon travail a consisté à étudier le rôle d'un nouveau récepteur à la Nétrine-1 : APP. Nous avons donc démontré que APP est un récepteur à la Nétrine-1 impliqué dans le guidage des axones commissuraux. En effet, APP collabore avec DCC afin de stimuler la croissance axonale en réponse à la Nétrine-1. Le second aspect de mon travail a été l'étude du rôle de la Nétrine-1 en tant que facteur de survie neuronale. En effet, son récepteur DCC appartient à la famille des récepteurs à dépendance. En absence de Nétrine-1, DCC ne reste pas inactif, mais déclenche une signalisation pro-apoptotique qui va éliminer la cellule. Nous avons démontré que pendant le développement du système nerveux, la Nétrine-1 inhibe cette signalisation et contrôle la survie des neurones commissuraux. Le contrôle de la signalisation pro-apoptotique de DCC par la Nétrine-1 pourrait ainsi réaliser un contrôle qualité des projections axonales et faciliter l'orientation du cône de croissance lors du guidage du cône de croissance / The development of the central nervous system requires several cellular processes such as proliferation, differentiation, apoptosis, neuronal migration and axon guidance. This whole process is finely regulated and leads to the formation of a functional central nervous system. During my thesis, I have mainly worked on a chemotropic molecule, Netrin-1 and its receptors APP (Amyloid-ß Precursor Protein) and DCC (Deleted in Colorectal Cancer). Netrin-1 is involved in both neuronal navigation (neuronal migration and axonal guidance) and neuronal survival. I have firstly investigated the role of a new Netrin-1 receptor, APP during axonal guidance. We have shown that APP is involved in the guidance of commissural axons. Indeed, APP collaborates with DCC in order to promote axonal outgrowth in response to Netrin-1. Thereafter, I have investigated the role of Netrin-1 as a neuronal survival factor. In fact, the Netrin-1 receptor DCC belongs to the dependence receptor family. In absence of Netrin-1, DCC does not remain inactive, since it triggers a pro-apoptotic signalling pathway. During the development of the central nervous system, we have shown that Netrin-1 blocks the pro-apoptotic signalling pathway and promotes neuronal survival. The Netrin-1 control of DCC pro-apoptotic signalling might carry out a “quality control” of the axonal projection or/and it could promote the steering of the growth cone during axonal guidance

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les nétrines sont une petite famille de protéines de guidage axonal qui peuvent attirer des axones ou en repousser d’autres lors du développement neuronal. Lors du développement de la rétine, les axones des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) sont attirés vers une source de nétrines au niveau du disque optique leur permettant de quitter la rétine et de former le nerf optique. Afin de pouvoir caractériser le rôle des nétrines dans le système visuel adulte, nous avons investigué l’expression des nétrines et leurs récepteurs dans la rétine de souris adulte. Alors qu’aucune expression de la nétrine-1 n’a été détectée dans la rétine adulte, l’expression de la nétrine-3 a été abondamment détectée au niveau des CGR et des cellules amacrines. Nous démontrons aussi que les récepteurs des nétrines sont exprimés dans la rétine adulte. Alors que DCC semble être confiné au niveau des axones des CGR, néogénine est retrouvé dans les dendrites des CGR et des cellules horizontales. Quant aux protéines de la famille des récepteurs homologues à UNC-5, UNC5B a été détecté dans les somas des CGR et UNC5C dans les cellules de Müller. La découverte que nétrine-3 et ses récepteurs sont abondamment exprimés dans plusieurs types cellulaires de la rétine adulte leur suggère un rôle dans le fonctionnement du système visuel mature. / The netrins are a small family of axonal guidance proteins that can attract or repulse growing axons during neural development. During development of the retina, retinal ganglion cells (RGCs) axons are attracted by a netrin source at the optic disc that permits them to exit the retina and form the optic nerve. To characterise the role of netrins in the adult visual system, we investigated the expression of netrins and their receptors in the adult mouse retina. While expression of netrin-1 has not been detected in the adult retina, netrin- 3 has been abundantly found in RGCs amacrine cells. We also demonstrate that netrin receptors are expressed in the adult retina. DCC was found to be restricted in RGCs axons and neogenin in dendrites of RGCs and horizontal cells. UNC5B proteins were detected at RGC soma and UNC5C proteins in the Müller cells. The finding that netrin-3 and its receptors are abundantly expressed in many cell types of the adult retina suggests a funtional role for them in the mature visual system.

La pluripotence est la capacité d'une cellule à s'auto-renouveler et à donner toutes les cellules somatiques ainsi que les cellules germinales. Les cellules pluripotentes peuvent être aussi reprogrammées à partir de cellules somatiques, ouvrant ainsi de nouvelles opportunités pour l'utilisation thérapeutique des cellules souches dans le traitement des maladies dégénératives. La connaissance des mécanismes moléculaires, en particulier des voix de signalisation qui contrôlent la pluripotence, est cruciale pour l'amélioration de notre compréhension de l'embryogenèse précoce et l'utilisation des iPSC (cellules souches pluripotentes induites) dans la médicine régénérative. Ici, je donne la première description de la Nétrine-1 en tant que régulateur de la reprogrammation et de la pluripotence. La Nétrine-1 et ses récepteurs ont été initialement caractérisés dans le système neuronal, mais il a aussi été montré qu'ils étaient exprimés dans différents types cellulaires et impliqués dans divers processus. Dans la première partie, j'ai contribué à explorer comment Nétrine-1 empêche l'apoptose médiée par son récepteur à dépendance DCC (Deleted in Colon Carcinoma) pendant la reprogrammation. Dans la deuxième partie, j'ai disséqué les fonctions et la régulation de cette voie dans le maintien de la pluripotence et dans l'engagement des lignages / Pluripotency is the ability of embryonic epiblast cells to self-renew and to give rise to all somatic cells as well as germ cells. Somatic cells can also be reprogrammed toward pluripotency, opening new avenues for stem cell based therapies in the treatment of degenerative diseases. Deciphering the molecular mechanisms, and in particular signaling pathways that control pluripotency is crucial to improve our understanding of early embryogenesis and the use of iPSC (inducible Pluripotent Stem Cell) in regenerative medicine.Herein, I provide the first description of Netrin-1 as a regulator of reprogramming and pluripotency. Netrin-1 and its receptors are present in many cell types and are engaged in a variety of cellular processes beyond its initial characterization in the neuronal system. In the first part, I contributed to explore how Netrin-1 prevents apoptosis mediated by its dependence receptor DCC (Deleted in Colon Carcinoma) during reprogramming. In the second part, I dissected the functions and regulation of this pathway in pluripotency maintenance and in lineage commitment

L'épithélium intestinal adulte des mammifères est un tissu hautement organisé entièrement renouvelé tous les 5 à 7 jours, grâce à la présence de cellules souches intestinales (CSI). Localisées à la base des cryptes, les CSI sont capables de s'auto-renouveler et de générer l'ensemble des types cellulaires de ce tissu. Afin de préserver l'équilibre entre leur auto-renouvellement et leur différenciation, véritable garant de l'homéostasie de l'épithélium intestinal, les CSI résident dans un microenvironnement finement régulé, « la niche », leur procurant l'ensemble des signaux nécessaires à leurs fonctions. La Nétrine-1, molécule sécrétée et apparentée à la famille des Laminines, est exprimée dans l'environnement des cryptes intestinales, mais également au cours du développement intestinal. Initialement découverte pour son rôle dans le guidage axonal, cette protéine est à ce jour considérée comme une molécule pléïotropique impliquée dans divers processus physiologiques tels que la morphogénèse, la migration, l'adhésion cellulaire, la prolifération mais également pathologiques comme la tumorigénèse. Considérant ces observations nous nous sommes donc intéressés au rôle potentiel de la Nétrine-1 dans la régulation du compartiment souche intestinal adulte, ainsi que lors de l'ontogénèse intestinale. Dans une première partie, nous montrons qu'ex vivo la Nétrine-1 promeut la croissance des entéroïdes et régule l'expression génique de certains marqueurs spécifiques des CSI. Dans une seconde partie, nous montrons, grâce à la génération et caractérisation de nouveaux modèles murins, que la Nétrine-1 est impliquée dans le développement de l'épithélium intestinal grêle et que sa délétion conduit à un retard d'émergence des villi / The adult intestinal epithelium is a highly organized tissue, which is completely self-renewed every 5 to 7 days, due to a pool of multipotent intestinal stem cells (ISC). Located at the base of intestinal crypts, ISC have the ability to self- renew and to give rise to all epithelial intestinal cell types. To preserve the balance between their self-renewal and their differentiation, and therefore to maintain the epithelial tissue homeostasis, ISC reside in a tightly regulated microenvironment - called “niche”- that provides them all factors required for their functions. Netrin-1, a laminin-related secreted protein, is expressed in the microenvironment of the crypt, and is also expressed during intestinal development. Initially described as an axonal guidance cue, Netrin-1 is now considered as a pleiotropic molecule involved in many different processes such as morphogenesis, cell migration, cell adhesion, proliferation and also tumorigenesis. Based on these observations, we hypothesized that Netrin-1 could play a role in the maintenance of the adult intestinal stem cell compartment, and also in the intestinal ontogenesis. In a first part, we showed that Netrin-1 promotes the growth of enteroids ex vivo while regulating gene expression of specific intestinal stem cell markers. In the second part, we demonstrated, by using two novel genetically engineered mouse models, that Netrin-1 is involved in the embryonic development of the intestinal epithelium and that its deletion leads to a delay in villi emergence

Les nétrines sont une petite famille de protéines de guidage axonal qui peuvent attirer des axones ou en repousser d’autres lors du développement neuronal. Lors du développement de la rétine, les axones des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) sont attirés vers une source de nétrines au niveau du disque optique leur permettant de quitter la rétine et de former le nerf optique. Afin de pouvoir caractériser le rôle des nétrines dans le système visuel adulte, nous avons investigué l’expression des nétrines et leurs récepteurs dans la rétine de souris adulte. Alors qu’aucune expression de la nétrine-1 n’a été détectée dans la rétine adulte, l’expression de la nétrine-3 a été abondamment détectée au niveau des CGR et des cellules amacrines. Nous démontrons aussi que les récepteurs des nétrines sont exprimés dans la rétine adulte. Alors que DCC semble être confiné au niveau des axones des CGR, néogénine est retrouvé dans les dendrites des CGR et des cellules horizontales. Quant aux protéines de la famille des récepteurs homologues à UNC-5, UNC5B a été détecté dans les somas des CGR et UNC5C dans les cellules de Müller. La découverte que nétrine-3 et ses récepteurs sont abondamment exprimés dans plusieurs types cellulaires de la rétine adulte leur suggère un rôle dans le fonctionnement du système visuel mature. / The netrins are a small family of axonal guidance proteins that can attract or repulse growing axons during neural development. During development of the retina, retinal ganglion cells (RGCs) axons are attracted by a netrin source at the optic disc that permits them to exit the retina and form the optic nerve. To characterise the role of netrins in the adult visual system, we investigated the expression of netrins and their receptors in the adult mouse retina. While expression of netrin-1 has not been detected in the adult retina, netrin- 3 has been abundantly found in RGCs amacrine cells. We also demonstrate that netrin receptors are expressed in the adult retina. DCC was found to be restricted in RGCs axons and neogenin in dendrites of RGCs and horizontal cells. UNC5B proteins were detected at RGC soma and UNC5C proteins in the Müller cells. The finding that netrin-3 and its receptors are abundantly expressed in many cell types of the adult retina suggests a funtional role for them in the mature visual system.

Les récepteurs à dépendance ont la particularité d’induire deux signalisations différentes en fonction de la disponibilité de leur ligand. En présence de leur ligand, ils initient une signalisation positive favorisant notamment la survie cellulaire tandis qu’en leur absence, ils induisent la mort de la cellule par apoptose. Ils créent donc un état de dépendance de la cellule vis-à-vis du ligand pour survivre. Cette dualité fonctionnelle leur confère un rôle central dans le maintien de l’homéostasie tissulaire chez l’adulte et particulièrement dans l’intestin et le colon. En ce sens, l’apoptose induite par les récepteurs à dépendance serait un mécanisme de sauvegarde limitant l’échappement tumoral en permettant l’élimination des cellules proliférant ou migrant dans un environnement dépourvu d’une quantité suffisante de ligand. Un avantage sélectif potentiel pour une cellule tumorale serait donc de perdre cette induction de la mort cellulaire, soit via l’altération des récepteurs soit via un gain excessif d’expression du ligand. Ainsi, les travaux présentés montrent qu’un gain d’expression du ligand netrine-1 par la cellule tumorale elle-même caractérisée une fraction des tumeurs colorectales dérivées de pathologies inflammatoires chroniques et que la perte de l’expression des récepteurs à dépendance fixant la nétrine- 1 est observée dans le reste des cancers colorectaux. En particulier, nous avons montré que l’expression du gène qui code pour le récepteur de la netrin-1 UNC5C est altérée par méthylation dans 70% des cancers colorectaux, et que ce gène comporte également des mutations ponctuelles germinales dans des formes familiales de cancer colorectal, chez lesquels aucune autre mutation n’avait été décrite. Nous avons ainsi montré que les récepteurs à dépendance agissent comme des suppresseurs de tumeur conditionnels à l’absence de nétrine-1 et que l’altération de leur signalisation apoptotique constitue un avantage sélectif qui favorise la progression des cancers colorectaux / Dependence receptors share the common property of inducing two types of signaling according to their ligand availability. In the presence of their ligand, they induce a positive signal allowing cell survival whereas in its absence, they induce cell death by apoptosis. These receptors thus create cellular states of dependence on the ligands. Dependence receptors dual functionality plays a major role both during the embryonic development and in the regulation of tissue homeostasis in adult, particularly in intestine and colon. Indeed, apoptosis induced by dependence receptors would be a safeguard mechanism that restricts tumor escape by eliminating cells that would proliferate or migrate in settings of limited ligand availability. A potential selective advantage for a tumor cell would then be to loose this apoptotic signaling, either through a loss of the receptor apoptotic function or through an autocrine gain of the ligand expression. We show here than an over-expression of the ligand netrin-1 by a tumoral cell characterize a fraction of colorectal tumor derived from chronic inflammatory pathology, while the others tumors have lost the expression of netrin-1 dependence receptors. In particular, we have shown that the expression of UNC5C gene is down-regulated due to methylation of the promoter in 70% of cases, and different variants of the gene are associated with a familial form of colorectal cancer. Dependence receptors behave as conditional tumor suppressors in absence of their ligand, and the alteration of their apoptotic signaling is a selective advantage for tumoral cells and favors cancer progression