Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L’inhalation de monoxyde d’azote (NO) est l’une des thérapies les plus utilisées en réanimation néonatale. Cependant, peu de données sont disponibles sur l’impact de l’inhalation de NO sur le développement cérébral et le devenir des enfants prématurés. Nous avons étudié l’impact du monoxyde d’azote inhalé (iNO) sur le cerveau en développement chez le rongeur. Des portées et leur mère sont placés sous 5 à 20 ppm de NO de la naissance (P0) jusqu’au 7ème jour de vie postnatal (P7). Les animaux exposés au NO présentent une augmentation transitoire de l’angiogenèse et de la myélinisation, sans incidence sur les fonctions cognitives à l’âge adulte. L’exposition au NO est associée à une prolifération d’oligodendrocytes immatures et à une maturation anticipée des formes myélinisantes. Les rôles du NO endogène et du couple VEGF/VEGFR2 dans ces effets ont été évalués via l’injection d’antagonistes : LNAME pour inhiber les NOS, SU-5416 comme antagoniste du VEGFR2. Dans les deux cas, l’inhalation de NO corrige les anomalies de myélinisation et d’angiogenèse induites par ces inhibiteurs. Nous avons soumis des ratons à une agression excitotoxique par injection intracérébrale d’agonistes du glutamate. A P10 les rats exposés au iNO avant l’injection présentent des lésions moins importantes ; ainsi qu’un diminution de densité des microglies activées et des astrocytes. Cet effet neuroprotecteur est associé à une régulation de sous-unités des récepteurs au glutamate dès P5. Cet effet transcriptionnel semble lié à la modulation de la signalisation pCREB/Akt. Les effets à distance du iNO sont liés à un transport réversible endovasculaire du NO. In fine, du NO est delivré à la cellule et les concentrations intracellaires de cGMP augmentent d’un facteur 5. Plusieurs facteurs de transcription sont régulés : PDGFR-α, Sema3F, les sous-unités des récepteurs au glutamate, Thrombospondine-1. Cette dernière est un antagoniste naturel de la signalisation NO-cGMP. L’injection de ABT-510, agoniste de TSP-1, abolit les effets du iNO, confirmant l’hypothèse que les effets à distance reposent sur la signalisation NO-Guanylate Cyclase soluble-cGMP. Au total, nous avons démontré que le iNO est transporté de manière réversible et delivré au cerveau en développement. Il y exerce un effet pro-angiogénique et pro-myélinisant, via une signalisation cGMP, régulée par la thrombospondine-1. Plus encore, l’exposition prophylactique au iNO diminue l’impact d’une agression excitotoxique. Ce qui augure de propriétés neuroprotectrices prometteuses en néonatalogie, et au delà. / Inhaled nitric oxide (iNO) is one of the most promising therapies used in neonates, but littlei known about its effect on the developing brain. We explored the effects of iNO on developing brain in rodent pups, and pathway involved in iNO remote effects. Rat pups and their mothers were placed in a chamber containing 5 to 20 ppm of NO for 7 days after birth. Extensive serum analysis, immunochemistry, RT-PCR analysis, were performed Neonatal exposure to iNO was associated with a transient increase in central nervous system myelination and angiogenesis in rats, without any behavioral consequences in adulthood. Exposure to iNO was associated with a proliferative effect on immature oligodendrocytes and a subsequent promaturational effect. The role of endogenous NO in myelination was investigated in animals treated with the nitric oxides synthase inhibitor N-nitro-L- arginine methyl ester (L-NAME) in the neonatal period ; this led to protracted myelination defects and subsequent behavioral deficits in adulthood. These effects were reversed by rescuing L-NAME-treated animals with iNO. We challenged animals with intracranial injection of glutamate agonists. At P10, rat pups exposed to iNO exhibited a significant decrease of lesion size in both the white matter and cortical plate compared to controls. Microglia activation and astrogliosis were found significantly decreased in NO-exposed animals. This neuroprotective effect was associated with a significantdecrease of several glutamate receptor subunits expression at P5. iNO was associated with an early(P1) downregulation of pCREB/pAkt expression and induced an increase in pAkt proteinconcentration in response to excitotoxic challenge (P7) Those effects were related to a release of NOto the cells, and a rise of cGMP intracellular concentration. Several transcription factor wereregulated, namely PDGFR-α, Sema3F, TSP-1, glutamate receptors subunits, Thrombospondin-1. Thelatter was responsible for NO pathway regulation, and injection of TSP-1 agonist (AbT-510) abolishediNO remote effects. iNO remote effects are not associated VEGF concentration increase nor VEGFRstimulation, as VEGF-R antagonist SU54-16 failed to abolish iNO effects on angiogenesis andmyelination. Moreover iNO reverses severe myelination and angiogenesis defects induced by this SU-5416. Thus, we demonstrate transport and considerable remote effect of iNO on angiogenesis andmyelination in rodents. Those effects are related to an enhancement of cGMP pathway, regulated byTSP-1, and transcriptional effects. Moreover we described and investigated the neuroprotectiveeffect of iNO in neonatal excitotoxic-induced brain damage. These data point to potential newavenues for neuroprotection in human perinatal brain damage.

Les douleurs neuropathiques se caractérisent par l’apparition de symptômes positifs tels qu’une allodynie et de symptômes négatifs tel qu’une hypoalgésie. Les douleurs neuropathiques ont un retentissement important sur la qualité de vie et il n’existe à ce jour aucune thérapie efficace pour leur prise en charge préventive. Récemment, un système rénine-angiotensine tissulaire a été mis en évidence au sein du système nerveux périphérique sensitif et il a été démontré que sa modulation pharmacologique modifie la perception douloureuse chez l’animal. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la physiopathologie et à la prévention thérapeutique des neuropathies sensitives par des modulateurs du SRA. Pour cela, deux modèles murins de neuropathie sensitive à l’origine de douleurs neuropathiques ont été utilisés ; un modèle de neuropathie induite par la résinifératoxine (RTX), toxine naturelle spécifique des petites fibres nociceptives et un modèle de neuropathie induite par la vincristine (VCR), un agent anticancéreux particulièrement neurotoxique. Une étude pharmacologique menée sur la neuropathie induite par la RTX nous a permis de mettre en évidence que seul le candésartan prévenait le développement de la neuropathie et que son effet était AT2R-dépendant. L’efficacité du candésartan a été confirmée dans le modèle de neuropathie chimio-induite, développé et caractérisé au cours de ce travail. Ce modèle de neuropathie induite par la VCR a permis de révéler, pour la première fois, le potentiel neuroprotecteur du C21 (agoniste direct du récepteur AT2R, Vicore Pharma) dans un contexte de neuropathie périphérique. L’ensemble de ces résultats confirme l’intérêt de la stimulation du récepteur AT2R dans le traitement des douleurs neuropathiques associées à une chimiothérapie, et plus largement d’origine toxique. / Neuropathic pain was characterized by positive symptoms as allodynia and negative symptoms as hypoalgesia. Neuropathic pain has a major impact on patient’s quality of life and there is, currently, no specific treatment for its preventive management. Recently, a specific renin angiotensin system in sensory peripheral nervous system has been showed and it has been demonstrated that its pharmacological modulation could modify pain perception in animals. In this work, we studied the neuroprotective potential of RAS modulators in two animal models of sensory neuropathy leading to neuropathic pain; a model of neuropathy induced by resiniferatoxin (RTX), a specific natural toxin of nociceptive nerve fibers, and a model of neuropathy induced by vincristine (VCR), a neurotoxic anticancer agent. Pharmacological study on mice with RTX-induced neuropathy allowed to conclude that only candesartan was neuroprotective and that its effect was AT2R-dependent.The effective neuroprotective effect of candesartan was confirmed on the model of VCR-induced neuropathy which was previously developed and characterized. This VCR-induced neuropathy mouse model allowed to demonstrate, for the first time, that C21 (a direct AT2R receptor agonist, Vicore Pharma) was neuroprotective against a peripheral neuropathy. All these results confirm the interest of stimulation of the AT2R receptor in the treatment of neuropathic pain associated with chemotherapy and more generally of toxic origin.

Les récepteurs AMPAR sont les principaux responsables de la transmission excitatrice rapide dans le système nerveux central, y compris dans les neurones d’hippocampe étudiés ici. Ils sont très dynamiques dans la membrane. Au sein des épines dendritiques, ils peuvent se déplacer par traffic membranaire entre les compartiments intracellulaires et la membrane plasmique. Une fois à la surface, ils se déplacent par diffusion latérale et peuvent s'ancrer réversiblement avec des protéines de la densité postsynaptique ou retourner dans des compartiments endocytaires. Les oligomères Aß augmentent l'endocytose des récepteurs AMPAR, diminuent la densité des épines dendritique et provoquent des défaillances globales dans la transmission synaptique excitatrice. Ces effets, sont englobés dans le terme "synaptotoxicité des oligomères Aß" et sont un domaine principal d'étude de l'étiologie de la maladie d'Alzheimer. Wnt5a un ligand Wnt endogène connu pour activer la voie non-canonique dans les neurones d'hippocampe, génère une augmentation des courants excitateurs et des aggrégats de PSD95 et protége les neurones contre la synaptotoxicité des oligomères Aβ. Compte tenu du fait que Wnt5a semble contrecarrer les effets nocifs causés par les oligomères Aß, nous avons procédé à l'étude du mécanisme par lequel Wnt5a protège de la synaptotoxicité des oligomères Aβ. Cela nous a conduit à évaluer l'effet de Wnt5a sur l'un des facteurs dans la transmission glutamatergique, la dynamique des récepteurs AMPAR. En utilisant la microscopie à super-résolution dans les neurones d'hippocampe vivants et fixés, nous avons trouvé que Wnt5a module la dynamique et la localisation des récepteurs AMPAR. Plus précisément, Wnt5a stabilise les récepteurs AMPAR dans les sites synaptiques et extrasynaptiques. Ceci est corrélé avec une augmentation de la co-localisation et de l'interaction entre GluA2 et PSD95. Ces effets ne sont exercés que par l'activation non-canonique de la signalisation Wnt, à travers le ligand Wnt5a et non par les effets canoniques de Wnt7a. De manière intéressante, la pré-incubation de Wnt5a prévient la toxicité des oligomères Aß et maintient la dynamique basale des récepteurs AMPAR. Nos données suggèrent que Wnt5a empêche les effets des oligomères Aβ en favorisant leur stabilisation dans les sites synaptiques. / AMPARs (AMPARs) are responsible for most fast excitatory synaptic transmission in the central nervous system, including hippocampal neurons studied here. AMPARs are highly dynamic in the plasma membrane. Within dendritic spines, they move by membrane trafficking between intracellular compartments and the plasma membrane. Once at the surface, they move through lateral brownian diffusion and can reversibly anchor to postsynaptic density proteins or return to endocytic compartments. Aβ oligomers increase endocytosis of AMPARs, diminish dendritic spine density and cause overall failures in excitatory transmission. These effects, among others, are englobed in the term “Aβ oligomers synaptotoxicity” and are a main focus on the study of Alzheimers disease ethiology. On the contrary, Wnt5a - an endogenous Wnt ligand known to activate the non-canonical pathway in hippocampal neurons - generates an increase in excitatory currents and in clusters of PSD95 and protects neurons against Aβ oligomers synaptotoxicity. Given the fact that Wnt5a seems to counteract the distresses caused by Aβ oligomers, we proceeded to study the mechanism through which Wnt5a protects from Aβ oligomers synaptotoxicity. This led us to evaluate the effect of Wnt5a on one of the important factors in glutamatergic transmission, i.e. AMPAR receptor dynamics. By using super-resolution microscopy in live and fixed hippocampal neurons, we found that Wnt5a modulates the dynamic and localization of AMPARs. Specifically, Wnt5a stabilizes AMPARs in synaptic and extrasynaptic sites. This correlates with an increase in co-localization and interaction between GluA2 and PSD95. These effects are exerted only by non-canonical activation of Wnt signaling, through Wnt5a ligand and not by the canonical effects of Wnt7a. Interestingly, pre-incubation of Wnt5a prevents toxicity of Aβ oligomers and maintains basal AMPARs dynamics. Our data suggest that Wnt5a prevents Aβ oligomers effects by promoting their stabilization in synaptic sites. / Los receptores AMPA (AMPARs) son los principales responsables de la respuesta excitatoria rápida en el sistema nervioso central, incluyendo neuronas hipocampales, estudiadas en esta tesis. A diferencia de otros receptores glutamatérgicos, los AMPARs son altamente dinámicos. Dentro de las espinas dendríticas, se pueden mover hacia y desde compartimentos endocíticos y hacia la membrana plasmática. Una vez en la superficie, a través de difusión lateral, se pueden anclar a proteínas de la densidad postsináptica o regresar a compartimentos endocíticos. Por otro lado, los oligómeros Aβ (oAβ) aumentan la endocitosis de AMPARs, disminuyen la densidad de espinas dendríticas y causan una falla generalizada de la transmisión sináptica excitatoria. Estos efectos, entre otros, se engloban en el término “sinaptotoxicidad por oAβ” y es uno de los principales puntos de estudio en la etiología de la enfermedad de Alzheimer. Al contrario, Wnt5a un ligando endógeno conocido por activar la vía no canónica en neuronas hipocampales, genera un aumento en corrientes excitatorias y en los clusters de PSD95 y protege a las neuronas contra la sinaptotoxicidad causada por oAβ. Debido a esto, procedimos a estudiar el mecanismo por el cual Wnt5a protege de la sinaptotoxicidad causada por Aβ. Esto nos llevó a evaluar los efectos de Wnt5a en uno de los principales factores en la transmisión glutamatérgica, la dinámica de los AMPARs. Con el uso de microscopía de super-resolución en neuronas hipocampales vivas, encontramos que Wnt5a modula la dinámica y localización de los AMPARs. Específicamente, Wnt5a estabiliza los AMPARs en espinas y dendritas. Lo cual se correlaciona con un aumento en la co-localización e interacción entre GluA2 y PSD95. Estos efectos son causados únicamente por la activación no-canónica de la vía Wnt, a través del ligando Wnt5a y no por los efectos canónicos de Wnt7a. De manera interesante, la pre-incubación de Wnt5a previene la toxicicidad de los oligómeros Aβ y mantiene la dinámica basal de los AMPARs. Esta data sugiere que Wnt5a promueve la estabilización de AMPARs, previniendo los efectos synaptotóxicos de los oAβ .

L'acide docosahexaénoïque (DHA, 22:6n-3) est un acide gras polyinsaturé (AGPI) oméga-3. Il est particulièrement abondant dans le cerveau et la rétine et est nécessaire pour le bon développement et fonctionnement du cerveau. Tandis qu'une déficience en DHA a été montrée être liée à l'émergence de maladies cérébrales (i.e. maladie d'Alzheimer ou maladie de Parkinson), des études ont également montré qu'un apport alimentaire en AGPI oméga-3 pouvait empêcher ou atténuer les perturbations neurologiques liées au vieillissement ou aux maladies neurodégénératives. Il est alors primordial de transporter efficacement le DHA au cerveau. Le laboratoire français a synthétisé auparavant une forme stabilisée de la lysophosphatidylcholine-DHA, qui est le vecteur principal d'apport de DHA au cerveau, de structure 1-acétyl,2-docosahexaénoyl-glycérophosphocholine, brevetée et nommée AceDoPC®. L'injection d'AceDoPC ou de DHA après un accident vasculaire cérébral ischémique provoqué expérimentalement a montré que ces deux molécules étaient neuroprotectrices. Ces effets sont supposés être dus en partie à la conversion du DHA en métabolites oxygénés. Notre étude vise à examiner les effets du DHA et de ses métabolites dérivés, estérifiés ou non dans des phospholipides structurés sur un modèle de neurogenèse in vitro en conditions physiologiques ou pathologiques. Le premier objectif de ce travail a été de synthétiser le phospholipide structuré contenant du DHA, l’AceDoPC®, la protectine DX (métabolite oxygéné du DHA), et un nouveau phospholipide structuré contenant la protectine: 1-acétyl,2-protectine DX-glycérophosphocholine (AceDoxyPC). Le second objectif était d’étudier les effets du DHA, de l'AceDoPC et de la PDX sur la neurogenèse en utilisant un modèle in vitro de neurogenèse, constitué de cultures de cellules souches progénitrices neurales (NSPCs) dérivées de cerveaux de souris adultes, dans des conditions physiologiques ou pathologiques (ischémiques ici). Enfin, le troisième objectif de cette thèse a été d'identifier les mécanismes impliqués dans la réponse des cellules aux conditions ischémiques. La synthèse du phospholipide structuré AceDoxyPC a été réalisée avec succès par une double lipoxygénation enzymatique de l'AceDoPC, et l'identification du produit a été possible grâce à l'utilisation de techniques avancées de chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC/ESI/MS). De futures études sur ce transporteur de molécule neuroprotectrice potentielle doivent être réalisées prochainement. Les cellules incubées en présence d’AceDoPC présentent une augmentation de neurogenèse comparativement à celles cultivées avec addition de DHA non estérifié ou du véhicule contrôle, notamment sous conditions pathologiques. Les études préliminaires des mécanismes potentiellement impliqués dans la neuroprotection indiquent que les effets neuroprotecteurs et régénératifs de l'AceDoPC pourraient être en partie dus à des effets anti-oxidants. / Docosahexaenoic acid (DHA, 22:6n-3) is an essential omega-3 polyunsaturated fatty acid (PUFA). It is specifically enriched in the brain and the retina and it is required for visual acuity, proper brain development and cerebral functions. While DHA deficiency in the brain was shown to be linked to the emergence of cerebral diseases (i.e. Alzheimer’s disease or Parkinson’s disease), studies showed that a dietary intake of omega-3 PUFA could prevent or attenuate neurologic disturbances linked with ageing or neurodegenerative diseases. In this context, it is primary to deliver DHA efficiently to the brain. Targeting the brain with DHA might offer great promise in developing new therapeutics for neurodegenerative diseases. The French host laboratory previously synthesized a stabilized form of lysophosphatidylcholine-DHA, which is main vector of DHA transportation to the brain, of structure 1-acetyl,2-docoshexaenoyl-glycerophosphocholine, patented and named AceDoPC®. Injection of AceDoPC or DHA after experimental ischemic stroke showed that both molecules also had neuroprotective effects. These potential neuroprotective effects are expected to be due, in part, to DHA conversion into oxygenated metabolites. This study aims to investigate the beneficial effects of DHA and its derived metabolites either unesterified or esterified within structured phospholipids on a model of neurogenesis in vitro under physiological or pathological conditions. The first objective of this work was then to synthesize the DHA-containing structured phospholipid AceDoPC®, DHA oxygenated derivative protectin DX (PDX) and a novel structured phospholipid of protectin: 1-acetyl,2-protectinDX-glycerophosphocholine (AceDoxyPC). The second objective was to investigate the effects of DHA, AceDoPC and PDX on neurogenesis using an in vitro model of neurogenesis, namely cultures of neural stem progenitor cells (NSPCs) derived from the adult mouse brain under physiological or pathological conditions (ischemic conditions). Following this, the third objective of this work was to identify the mechanisms involved in such response to stress induced under pathological conditions. Synthesis of the novel structured phospholipid AceDoxyPC was successfully performed by double enzymatic lipoxygenation of AceDoPC and identification of the product was possible using advanced techniques of liquid chromatography (LC)/electrospray ionization (/ESI)/mass spectrometry (/MS). Future studies on this potential neuroprotective molecule transporter are to be investigated in the near future. Neurogenesis study of cell cultures with AceDoPC showed enhanced neurogenesis compared to addition of unesterified DHA or vehicle control, especially under pathological conditions. Preliminary studies of the potential mechanisms involved in neuroprotection hinted that AceDoPC neuroprotective and regenerative effects might be due in part to its anti-oxidative effects.

Les stéroïdes sexuels ne sont pas impliqués uniquement dans la reproduction, ils sont également actifs dans le système nerveux où ils exercent des effets neuroprotecteurs. La mitochondrie a un rôle central dans la synthèse de l’énergie cellulaire et le contrôle du stress oxydant. Ces fonctions mitochondriales seraient une cible potentielle des effets des stéroïdes sexuels dans le cerveau. Deux approches ont été développées au cours de ce travail de thèse : une approche physiologique avec l’étude de l’influence des stéroïdes endogènes sur la fonction mitochondriale cérébrale et une approche thérapeutique en utilisant le modèle expérimental de l’ischémie cérébrale et du traitement par la progestérone. Pour analyser l’influence des stéroïdes endogènes, nous avons comparé le fonctionnement de la phosphorylation oxydative (consommation d’oxygène ou « respiration » et activités enzymatiques) ; le niveau du stress oxydant (pool de glutathion mitochondrial et inactivation oxydative de l’aconitase mitochondriale) et les taux cérébraux de stéroïdes dans des groupes de souris mâles et femelles soit jeunes adultes intactes ou gonadectomisées (3 mois) ; soit âgées (20 mois). Nous avons montré que la respiration NADH-dépendante est plus importante et que le stress oxydant mitochondrial est moins important chez les femelles que chez les mâles jeunes. Cette différence n’existe plus chez les souris âgées et est abolie après ovariectomie mais pas après orchidectomie, ce qui démontre l’influence des stéroïdes ovariens. Les taux cérébraux importants de prégnènolone et de progestérone chez les souris jeunes femelles par rapport aux jeunes mâles pourraient être impliqués dans le dimorphisme sexuel observé.Les modifications de la respiration mitochondriale induites par l’ischémie cérébrale sont également différentes entre les mâles et les femelles dans notre modèle. La respiration NADH-dépendante est diminuée dans les deux sexes, mais la respiration FADH2-dépendante est diminuée spécifiquement chez les femelles. Le stress oxydant mitochondrial est augmenté dans les deux sexes. L’administration de progestérone permet de restaurer la respiration FADH2-dépendante chez les femelles et la respiration NADH-dépendante ainsi que le pool de glutathion mitochondrial dans les deux sexes. Ce travail a permis de mettre en évidence des différences de fonctionnement mitochondrial cérébral chez les souris mâles et femelles jeunes et d’identifier la phosphorylation oxydative et le stress oxydant mitochondrial comme cibles d’action des effets neuroprotecteurs de la progestérone lors de l’ischémie cérébrale. / Besides the reproduction control, sex steroids also act on nervous system and exert neuroprotective effects. The mitochondria are centrally involved in cellular energy synthesis and oxidative stress regulation and constitute a potential target of steroids effects on brain. The aim of our study was twofold: (1) to study the influence of endogenous steroids on brain mitochondrial function in physiological conditions ; (2) to determine the effects of progesterone on mitochondrial function when used as therapeutic agent in an experimental model of cerebral ischemia. To analyze the influence of endogenous sex steroids, the oxidative phosphorylation system (oxygen consumption or “respiration” and enzymatic activities) and mitochondrial oxidative stress (glutathione pool and mitochondrial aconitase oxidative inactivation) were analyzed in brain mitochondria of young adult male and female mice (3-month-old), intact and after gonadectomy, and of aged male and female mice (20-month-old). Our results showed that young adult females have lower oxidative stress and a higher NADH-linked respiration rate as compared to young adult males. This sex difference was suppressed by ovariectomy but not by orchidectomy and no longer existed in aged mice. Concomitant analysis of brain steroids suggest that the major male/female differences in brain pregnenolone and progesterone levels may contribute to the sex differences observed in brain mitochondrial function.We have also shown that the decrease of brain mitochondrial respiration induced by ischemia is different according to sex in our experimental model. The NADH-linked respiration decreased after ischemia in males and female but a decrease of FADH2-linked respiration only occurred in females. Ischemia induced oxidative damages in both males and females. Progesterone restored NADH-linked respiration in both sexes and FADH2-linked respiration in females. Progesterone also preserved mitochondrial glutathione pool in both sexes. Our findings point to a sex difference in brain mitochondrial function of young male and female mice and identify the oxidative phosphorylation system and the mitochondrial oxidative stress as targets of the neuroprotective effects of progesterone.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Un dysfonctionnement du métabolisme cérébral est observé au décours d'un traumatisme crânien (TC). L’œdème cérébral et l’hypoxie cérébrale post-traumatiques sont des acteurs principaux de l’apparition des lésions ischémiques secondaires responsables en partie de la défaillance énergétique. Cette hypoxie tissulaire résulte de troubles macrocirculatoires, de troubles de la microcirculation et/ou de troubles de la diffusion de l’oxygène des capillaires sanguins aux tissus. La baisse de la consommation en oxygène est également liée à une dysfonction mitochondriale post traumatique de la chaine respiratoire. Ces phénomènes ischémiques ou hypoxiques aboutissent ainsi à une élévation de lactate endogène en condition anaérobie. Cependant, l'élévation de lactate endogène post traumatique est liée majoritairement à une crise métabolique conduisant à une hyperglycolyse en dehors de tout phénomène hypoxique ou ischémique. L'objectif de notre étude était donc d’étudier l'œdème cérébral, l'oxygénation cérébrale, la défaillance mitochondriale post traumatique et le métabolisme cérébral dans un modèle expérimental de traumatisme crânien diffus par impact accélération chez l'animal. Nous avons étudié les effets de différents neuroprotecteurs sur le métabolisme cérébral à l'aide d'un monitorage multimodal. Les effets de la rhEpo (5000UI/Kg), du mannitol (1g/kg) et du lactate de sodium molaire (1.5 ml/Kg soit 3mOsm/kg) ont été étudiés sur l'œdème cérébral (IRM, microscopie électronique), sur l'hypoxie cérébrale tissulaire (IRM BOLD, mesure de la pression tissulaire en O2, saturation veineuse en O2 du sinus longitudinal supérieur), sur le métabolisme cérébral (spectroRMN) et sur la mitochondrie (analyse de la capacité de rétention calcique, de la chaine respiratoire, microscopie électronique et mesure du calcium intramitochondrial) chez des rats wistar mâles. Notre hypothèse était que l’injection de différents neuroprotecteurs permettrait d’améliorer le métabolisme cérébral post traumatique par des effets bénéfiques sur l’hémodynamique cérébrale et l'œdème cérébral, sur l'hypoxie tissulaire ou sur la dysfonction mitochondriale post TC. Nos résultats ont démontré que la rhEpo avait un effet bénéfique sur l'hypoxie cérébrale post traumatique par le biais d'une diminution de l'œdème cérébral péri capillaire en phase aigue associée à une diminution de la dysfonction mitochondriale proapoptotique. Le mannitol améliore l'hypoxie cérébrale post traumatique en jouant sur la microvascularisation cérébrale perturbée par l'œdème astrocytaire péri capillaire. Enfin, le lactate de sodium molaire avait des effets bénéfiques anti œdémateux et sur la dysfonction mitochondriale post TC améliorant ainsi la crise métabolique post traumatique. Ces résultats permettent d'améliorer la compréhension de la physiopathologie des lésions survenant au décours du traumatisme crânien ainsi que les mécanismes d'action de différentes molécules neuroprotectrices. / Cerebral metabolism is impaired after a Traumatic Brain Injury (TBI). Post traumatic cerebral edema and hypoxia are mainly responsible of the development of secondary ischemic lesions after TBI leading to metabolic impairment. Tissular hypoxia can result from disorders in macro and microcirculation and/or disturbance in the diffusion of oxygen from the blood capillaries to tissue. The decrease in oxygen consumption observed after brain injury is also related to a post traumatic dysfunction of the mitochondrial respiratory chain. These ischemic or hypoxic phenomena may be responsible for metabolic disorders leading to elevated level of endogenous lactate under anaerobic conditions. However, the elevation of endogenous lactate is mainly the consequence of a metabolic crisis that led to a state of hyperglycolysis without cerebral hypoxia or ischemia after TBI. The aim of our study was to investigate cerebral edema, cerebral oxygenation, mitochondrial and metabolic impairment post TBI in an experimental model of impact acceleration diffuse brain injury in rats. We also analyzed the effects of various neuroprotective agents on cerebral metabolism using a multimodal monitoring. The effects of rhEpo (5000UI/Kg), mannitol (1g/Kg) and of molar sodium lactate (1.5 ml/Kg or 3mOsm/kg) were investigated on brain edema (MRI, electronic microscopy), on brain tissue hypoxia (BOLD MRI, measurement of the tissular pressure of O2, venous O2 saturation of the upper longitudinal sinus), on brain metabolism (Magnetic Resonance Spectroscopy) and on mitochondria (study of the calcium retention capacity, of the respiratory chain, morphological analysis with electronic microscopy and measurement of intramitochondrial calcium) in male wistar rats. We hypothesized that the injection of various neuroprotective agents would improve posttraumatic cerebral metabolism by restoring a better cerebral hemodynamic status, by improving cerebral edema, tissular oxygenation and/or mitochondrial function. On the early phase of TBI, we demonstrated that rhEpo had a beneficial effect on post traumatic cerebral hypoxia by decreasing post-traumatic cerebral capillaries collapse due to astrocytic end-foot swelling. This effect was associated with an improvement in cellular apoptosis induced by mitochondrial pathways. Mannitol improved brain hypoxia by decreasing peri vascular astrocytic edema. Sodium lactate had benefic effects on cerebral hypoxia by decreasing cerebral edema and improved mitochondrial and metabolic impairments after TBI. These results help understanding physiopathological events after TBI and the various effects of neuroprotective agents that can be used in future clinical research.

La reperfusion complète et précoce est le moyen le plus efficace pour limiter l'extension de l'infarctus cérébral et les séquelles neurologiques. Le traitement de l'infarctus cérébral a été révolutionné par la thrombectomie mécanique intra-artérielle en permettant une recanalisation dans plus de 70% des cas et une réduction significative de la morbidité comparativement à la thrombolyse seule pour le territoire carotidien. Le pronostic des occlusions basilaires reste dramatique et aucun essai n'a démontré le bénéfice de l'approche intra-artérielle à l'heure actuelle. Dans la première partie du travail, nous avons réalisé une méta-analyse sur la thrombectomie par «stent-retriever» des occlusions basilaires, à partir des résultats publiés dans MEDLINE entre novembre 2010 et avril 2014: recanalisation angiographique (TICI≥2b)=81% (IC 95%: 73-87); hémorragie cérébrale symptomatique à 24 heures=4% (IC 95%: 2-8); évolution neurologique favorable (mRS≤2 à 3 mois)=42% (IC 95%: 36-48); mortalité=30% (IC 95%: 25-36). L'approche intra-artérielle ouvre une nouvelle ère thérapeutique, cependant un modèle animal adapté et pertinent est nécessaire pour l'évaluation pré-clinique. Dans la deuxième partie du travail, nous avons caractérisé l'évolution spatio-temporelle précoce de l'infarctus par IRM multimodale dans un modèle d'ischémie cérébrale focale transitoire réalisé par occlusion sélective intra-artérielle de l'artère cérébrale moyenne chez le rat adulte. Une occlusion complète de l'artère cérébrale moyenne proximale était observée dans 75% des 16 rats opérés, et un mismatch diffusion/perfusion dans 77% des cas. Le volume ischémique durant l'occlusion artérielle, définie sur la séquence de diffusion, était de 90±64 mm3 et de 57±67 mm3 à 24 heures sur la séquence T2. La recanalisation artérielle s'associe à une reperfusion tissulaire dans 36% des cas. L'hypoperfusion persistait chez la majorité des animaux 3 heures après recanalisation. L'infarctus était de localisation cortical dans 31%, striatale dans 25%, et cortico-striatale dans 44%. Tous les animaux étaient en vie à 24 heures confirmant le caractère mini-invasif de ce modèle. Bien que la reperfusion sauve incontestablement une partie du parenchyme ischémique, elle s'accompagne également de lésions irréversibles spécifiques, dites de reperfusion, s'ajoutant aux lésions initiales. Limiter l'importance des lésions de reperfusion représente un objectif thérapeutique majeur. Dans la troisième partie, nous avons testé l'effet neuroprotecteur de la Cyclosporine A sur la réduction du volume de l'infarctus cérébral et sur le pronostic clinique. Une procédure d'ischémie reperfusion cérébrale de 60 minutes a été réalisée chez 48 animaux, puis ont été randomisés en quatre groupes (groupe témoin, pré-conditionnement, postconditionnement intraveineux et intra-artériel avec la Cyclosporine A à la dose de 10 mg/kg dans les 30 secondes suivant la reperfusion). Sur les 43 animaux inclus dans l'analyse, il n'a pas été observé de réduction du volume ischémique ni une amélioration du pronostic après injection intraveineuse ou intra-artérielle de Cyclosporine A. La Cyclosporine A ne permet pas non plus de limiter l'extension des lésions de reperfusion au sein de la zone à risque à 24 heures de la reperfusion cérébrale / Early and complete reperfusion is the most effective therapy to limit the extent of brain infarction. The treatment of acute anterior ischemic stroke has been revolutionized by the intra-arterial mechanical thrombectomy allowing a 70% recanalization rate and a significant reduction of morbidity compared with thrombolysis alone. The prognosis of basilar artery occlusion remains catastrophic, and to date any trial has demonstrated the benefit of intra-arterial approach. In the first part of the work, we conducted a systematic review and meta-analysis of all previous studies of stent retriever thrombectomy in basilar artery occlusion patients between November 2010 and April 2014: recanalization (TICI≥2b)=81% (95% CI: 73-87); symptomatic intracranial haemorrhage at 24 hours=4% (95% CI 2-8); favorable neurological outcome (mRS≤2 at 3 months)=42% (95% CI: 36-48); mortality=30%(95% CI 25-36). Intra-arterial approach opens new avenues for the developement of treatments for brain infarction, but a relevant animal model of acute ischemic stroke is required for preclinical evaluation. In the second part of the work, we evaluated the spatiotemporal evolution of cerebral ischemia by sequential multimodal MRI in a new minimally invasive model of transient focal ischemia by selective intra-arterial occlusion of the middle cerebral artery in rat. A complete occlusion of the proximal portion of the middle cerebral artery was observed in 75% of 16 operated rats, and a mismatch diffusion/perfusion in 77% of cases. Acute stroke volume during arterial occlusion was 90±64 mm3 on diffusion-weighted imaging, and 57±67 mm3 at 24 hours on T2-weighted imaging. Recanalization is associated with tissue reperfusion in 36% of cases. The hypoperfusion persisted in the majority of animals 3 hours after recanalization. Brain infarction was cortical in 31%, striatal in 25%, and corticalstriatal in 44% of cases. All animals were alive at 24 hours, confirming the minimally invasive nature of the model. Although reperfusion saves a portion of ischemic tissue, it also carries specific irreversible damage, called reperfusion injury, in addition to initial damage caused by ischemia. Limiting the size of infarction is a major objective. In the third part, we tested the neuroprotective effect of Cyclosporine A in reducing the lesion volume and functional outcome. A total of 48 adult rats underwent the intra-arterial ischemia reperfusion procedure, and were randomly assigned to four treatment groups (control, preconditioning, intravenous and intra-arterial postconditioning with Cyclosporine A). Intravenous or intra arterial injection of Cyclosporine A at reperfusion does not either reduce the volume of stroke or improve the neurological outcome. Administation of Cyclosporin A at reperfusion does not limit the extension of reperfusion injuries within the ischemic risk area at 24 hours

Cette thèse montre que le GHB et les neurostéroïdes protègent efficacement contre la mort neuronale induite par les facteurs étiologiques de la maladie d'Alzheimer, notamment la sur-expression de l'amyloid precursor protein et le stress oxydant. Nous avons identifié un effet additif du GHB et de l'alloprégnanolone qui pourrait résulter de la combinaison des stimulations partielles évoquées par ces molécules sur l'expression des protéines anti-apoptotiques. L'effet du GHB est bloqué par un inhibiteur de l'aromatase, suggérant que le GHB induirait la neuroprotection via la stimulation de la neurostéroïdogenèse. Pour étudier les effets du GHB et des neurostéroïdes sur l’activité des MMP-2 et MMP-9, qui dégradent les peptides amyloïdes, nous avons optimisé un test enzymatique basé sur l’expression de ces protéases dans la levure. Nos résultats préliminaires ne permettent pas encore de conclure mais leur amélioration et combinaison avec des données de RT-qPCR contribueront à déterminer l'action du GHB et des neurostéroïdes sur l'activité et/ou l'expression des MMP. Notre travail suggère que le GHB et les neurostéroïdes pourraient être associés pour élaborer des stratégies neuroprotectrices contre les pertes neuronales provoquées par la maladie d'Alzheimer. / This PhD work showed that GHB and neurosteroids efficiently protect against nerve cell death caused by Alzheimer's disease etiological factors including amyloid precursor protein overexpression and oxidative stress. Interestingly, we identified an additive action of GHB and allopregnanolone that may result from the combination of partial stimulations of anti-apoptotic protein expression induced by both compounds. GHB protective effect was blocked by aromatase inhibitor, suggesting that GHB may also induce neuroprotection via the activation of neurosteroidogenesis. Finally, we have used a yeast-based MMP activity assay to check whether GHB and neurosteroids regulate MMP-2 and MMP-9 activities which control Aβ peptide degradation. We cannot yet conclude from our preliminary results but their improvement and combination with RT-qPCR analyzes will help to determine the modulatory action of GHB and neurosteroids on MMP activity and/or expression. Together, our data suggest that GHB and neurosteroids may be used to develop combined neuroprotective strategies against neuronal loss in AD.