La réparation nerveuse périphérique constitue un véritable défi pour le chirurgien. En effet, les lésions nerveuses sont fréquentes et graves, avec une récupération fonctionnelle incomplète et un coût induit au niveau professionnel. Malgré des progrès dans le délai de prise en charge et dans la qualité du geste technique chirurgical, les résultats ne se sont pas améliorés depuis une vingtaine d’années. Devant ces limites du traitement chirurgical, une approche biologique s’est progressivement imposée avec la recherche de molécules neurotrophiques capables d’améliorer la croissance axonale et de limiter la perte neuronale.Initialement, nous nous sommes intéressés au FK506 (Tacrolimus), qui est un immunosuppresseur dont les propriétés neurotrophiques ont été décrites au niveau du système nerveux périphérique, avec l’objectif de réaliser un essai clinique. Cependant cette molécule présente de nombreux effets secondaires dont la balance bénéfice/risque est discutable dans cette indication. Par conséquent notre intérêt s’est porté sur la vitamine D dont les propriétés neuroprotectrices ont largement été étudiées au niveau du système nerveux central.Au cours de cette thèse, nous avons eu pour objectifs: 1. d’évaluer le potentiel thérapeutique de la Vitamine D dans la repousse nerveuse périphérique au travers d’une étude comparative avec le FK506 ;2. de déterminer la molécule de calciférol la plus efficace - ergocalciférol (vitamine D2) versus cholécalciférol (vitamine D3) - et la posologie optimale ;3. d’analyser les mécanismes moléculaires d’action de la vitamine D au niveau des cellules de Schwann et des motoneurones.Dans notre première étude (Chabas et al, 2008), nous avons confirmé que le FK506 favorisait une récupération fonctionnelle précoce et améliorait la récupération de la métabosensibilité. Par ailleurs, dans notre deuxième étude (Chabas et al, 2009), nous avons montré, pour la première fois, les effets neurotrophiques de la vitamine D2 dans la repousse nerveuse périphérique. De même, au travers d’une étude pharmacologique, nous avons mis en évidence que la vitamine D3 à la posologie de 500 UI/Kg/jour constituait la molécule et la posologie les plus efficaces dans la régénération nerveuse périphérique. Enfin, l’étude transcriptionnelle des mécanismes moléculaires retrouve une régulation des gènes intervenant dans l’axogénèse et la myélinisation.Tous ces résultats nous confortent dans notre volonté de réaliser un essai clinique randomisé, en double aveugle, avec bénéfice individuel direct, utilisant la vitamine D3 (Uvedose®) dans les plaies nerveuses du membre supérieur. / Nerve repair remains a challenge for surgeons who have to face unpredictable and very often disappointing outcomes. These suboptimal results have prompted researches on molecules that support cell survival and stimulate axonal outgrowth.For this research project, we chose to compare two AFSSAPS-approved compounds which display a have well documented immunomodulatory role and are suspected to act, within the nervous system, as neuroprotective and neuroregenerative molecules. On the one hand, we elected FK506 (Tacrolimus) that promotes nerve regeneration in addition to its immunosuppressant properties. However this molecule may induce critical side effects. On the other hand, we opted for vitamin D whose neuroprotective and neurotrophic actions are increasingly recognized.The aims of the research project were to:1. assess the potential therapeutic benefit of vitamin D on peripheral nerve regeneration and compare its efficiency to FK506;2. compare the efficiency of two doses (100 and 500 IU/kg/d) of the two main forms of vitamin D: vitamin D2 (ergocalciferol) and vitamin D3 (cholecalciferol);3. get an insight on the molecular mechanisms underlying the role of vitamin D3.In a first study (Chabas et al, 2009), we observed that FK506 significantly increased the diameter of regenerated axons in the distal portion of the graft and potentiates metabosensitive nerve fiber regeneration.In a second study (Chabas et al, 2008), we observed that vitamin D2 potentiates axon regeneration in the peripheral nervous system.In a third study, we observed that vitamin D3 is more efficient than vitamin D2 and, when delivered at high dose (500 IU/kg/day), cholecalciferol induces a dramatic locomotor and electrophysiological recovery and increases the number of preserved or newly formed axons in the proximal end and neurite myelination in both the distal and proximal ends. Using cDNA microarrays, we also performed an in vitro study on vitamin D-treated Schwann cells or dorsal root ganglia and observed that vitamin D3 triggers the expression of several genes involved in axogenesis and myelination.Altogether, these data indicate that vitamin D3 is a potent neurotrophic and myelinating agent that can be tested in phase I clinical trials for nerve repair.

CMT4H est une forme de CMT démyélinisant, à transmission autosomique récessive, pour laquelle notre équipe a identifié le gène responsable. Il s'agit du gène FGD4, codant pour FRABIN, protéine de 766 AA possédant 5 domaines fonctionnels: le domaine FAB de liaison à l'actine, un domaine DH responsable de l'échange GDP/GTP, et trois domaines de liaison avec des polyphosphoinositides. C'est une RhoGEF, connue pour activer les RhoGTPases Cdc42 et Rac1.Mon projet de thèse vise à mieux comprendre les bases moléculaires et les mécanismes physiopatologiques qui sous-tendent CMT4H grace à l'étudie de modèles cellulaires et murins. Dans un premier temps, j'ai identifié deux nouvelles mutations dans le gène FGD4. J'ai pu démontrer l'impact fonctionnel des mutations p.Met298fs*8 et p.Ala172Glyfs*27 et une absence totale la protéine dans les fibroblastes de ces patients, donnant lieu à une augmentation de l'activation de Cdc42.L'étude d'un modèle murin d'ablation conditionnelle de FGD4 dans les cellules de Schwann, m'a permis de démontrer la présence d' anomalies myéliniques dans le nerf périphérique de ces souris, ainsi qu'une diminution de l'activation de Cdc42.J'ai également montré, que dans les fibroblastes, FRABIN était localisée au niveau des endomembranes et que l'endocytose semblait déficient dans des cellules de patients. Finalement, l'identification de SNX3,comme partenaire protéique de FRABIN constitue un argument supplémentaire fort en faveur du rôle de FRABIN dans le trafic membranaire.La poursuite de l'étude de nos modèles et de modèles iPS ,permettra de poursuivre l'exploration de ces mécanismes et de mieux comprendre la physiopathologie de la forme CMT4H. / Charcot-Marie-Tooth neuropathy type 4H (CMT4H) is an inherited, autosomal recessive, peripheral neuropathy characterized by demyelination of sensory-motor nerves and due to mutations in FGD4. FGD4 encodes FRABIN, a GDP/GTP nucleotide exchange factor (GEF), specific for the GTPase Cdc42, composed of five functional domains: an N-terminal F-actin binding (FAB) domain, one Dbl homology (DH) domain, two pleckstrin homology (PH) domains, and one cysteine-rich FYVE domain.The main goal of my project is to understand the mechanisms leading to the pathology in CMT4H. To this purpose, I studied both cellular and mouse models.First, molecular screening of FGD4 allowed us to identify two additional mutations in FGD4. We also demonstrated a complete absence of the 105 kDa FRABIN isoform in patients homozygous for splicing and frameshift mutations, which unexpectedly was related to abnormally high levels of Cdc42 activation.The study of a mouse model with conditional ablation of fgd4 in Schwann cells, that we have generated, demonstrates the presence of abnormal myelin outfoldings in sciatic nerves from KO mice, which might be linked to decreased levels of Cd42 in mouse sciatic nerves. Finally, altered recycling of transferrin receptors in patients, with complete absence of FRABIN described above, as well as the identification of SNX3, a protein involved in endosomal trafficking, as a partner for FRABIN are new elements that I provide in favour of a role for FRABIN in membrane and cellular trafficking.Still, there are many points to understand, notably the relation between the RhoGTPase and the endosomal pathways, and the study of our models will help answer these questions.

Introduction : Les conduits nerveux synthétiques représentent une alternative chirurgicale aux autogreffes dans la réparation des traumatismes aux nerfs périphériques. Afin d’améliorer la régénération nerveuse périphérique, plusieurs biomatériels, tels que la multicouche polyélectrolyte de soie (MPE), et modèles ont été étudiés. Dans le cadre de ma maitrise, nos objectifs de recherche sont d’établir si la MPE de soie permet d’améliorer la régénération nerveuse périphérique in vivo et si notre nouveau modèle de conduit (« jelly roll ») peut mener à une meilleure régénération du nerf sciatique chez le rat que le modèle de conduit creux. Méthodes : Dans cette étude, une technique chirurgicale in vivo de lacération et de réparation du nerf sciatique chez le rat fut utilisé. Cinq conditions expérimentales de conduits (autogreffe, conduit creux avec et sans MPE de soie et « jelly roll » avec et sans MPE de soie) furent implantées (n= 2 rats par condition). Après 4 semaines, les conduits furent récupérés et marqués par immunohistochimie avec le neurofilament et la protéine basique de la myéline (MBP). La performance de chaque conduit fut évaluée par sa capacité à supporter l’excroissance axonale à travers le long du conduit et à travers la largeur de ce dernier à divers endroits. Résultats : Chaque condition expérimentale a supporté une régénération axonale avec différents degrés de succès. Globalement, l’autogreffe a supporté une plus longue croissance de fibres. De plus, la surface de fibres obtenue était plus large que les autres conditions. Les conduits avec la MPE de soie ont eu une performance similaire à leurs homologues sans soie. De plus, le modèle de conduit creux a mené à une meilleure régénération axonale que le modèle du « jelly roll ». Conclusion : L’autogreffe demeure le meilleur conduit pour supporter la régénération nerveuse périphérique. Les conduits avec la MPE de soie peuvent supporter une régénération nerveuse similaire aux conduits sans soie tandis que le modèle de « jelly roll » a généré des performances inférieures au modèle de conduit creux. / Background: Synthetic nerve conduits constitute alternative surgical options to autografts in the repair of peripheral nerve injuries. Silk polyelectrolyte multilayer (PEM) as a biomaterial and novel conduit designs have been proposed to improve peripheral nerve regeneration. In my master’s project, my objective is to assess whether silk PEM can improve peripheral nerve regeneration in vivo and to assess whether our novel conduit design (“jelly roll”) can better support rat sciatic nerve regeneration than a hollow conduit design. Methods: In this study, an in vivo rat model of sciatic nerve laceration and repair was used. Five experimental conduit conditions (autograft, hollow conduit with and without silk PEM, and jelly roll with and without silk PEM) were implanted (n=2 rats per condition). After 4 weeks, the conduits were harvested and immuno-stained for neurofilament and myelin basic protein (MBP). Conduit performance was assessed by its ability to support axonal outgrowth throughout the conduit’s length and at various locations along its width. Results: Each condition supported axonal regeneration at varying levels of success. Overall, the autograft group outperformed all other groups by supporting the longest and widest occupying regenerating fibers. Conduits with silk PEM performed similarly to conduits without silk PEM. In addition, the hollow conduit design demonstrated better regenerative outcomes than the jelly roll design. Conclusion: The autograft remains the superior conduit to support peripheral nerve regeneration. Conduits with silk PEM support nerve regeneration in the same capacity as non silk-coated conduits while the jelly roll design underperformed in comparison to the hollow conduit design.