La spectroscopie RMN est un moyen unique d'évaluer l'environnement cellulaire in vivo. En effet, les molécules observées sont exclusivement intracellulaires, et ont en général un rôle biochimique ainsi qu'une compartimentation cellulaire spécifique. C'est donc un outil potentiellement utile pour comprendre le fonctionnement des cellules dans leur environnement. Mon travail de thèse consistait à développer de nouvelles séquences en spectroscopie de diffusion et en spectroscopie du phosphore 31.Mon premier travail a été de développer une séquence de spectroscopie de diffusion à temps de diffusion ultra-court pour observer la diffusion anormale dans le cerveau de rat. L'évolution de l'ADC en fonction du temps de diffusion montre que le transport des métabolites dans le cerveau se fait essentiellement par diffusion aléatoire et que la contribution des transports actifs (s'ils existent) est négligeable. La modélisation de ces données a mis en évidence que la spectroscopie de diffusion à court temps de diffusion était sensible à la viscosité du cytoplasme et à l'encombrement à courte échelle. Cette technique a donc été choisie lors d'une collaboration avec la firme Eli Lilly pour le suivi de souris transgéniques (rTg4510), modèle de taupathie. Les résultats préliminaires font apparaitre des différences significatives d'ADC à un stade précoce de la neurodégénérescence (3 et 6 mois). La spectroscopie RMN du phosphore 31 permet d'observer des métabolites directement impliqués dans le processus énergétique. Au cours de cette thèse, des séquences de localisation ont été développées pour pouvoir mesurer le pH intracellulaire dans le striatum de macaque. A terme, ces séquences seront utilisées pour évaluer l'utilité potentielle du pH comme biomarqueur de la neurodégénérescence dans un modèle phénotypique de la maladie de Huntington chez le macaque.

Parmi les huiles naturelles, l'huile d'argan suscite beaucoup d’intérêt. Elle a été utilisée en médecine traditionnelle, en usage externe par les femmes berbères pour les soins corporels et capillaires, et en usage interne pour prévenir certaines maladies cardiovasculaires. L’huile d’argan se caractérise par ses fonctions hypocholestérolémiantes, anti-diabètique et antiproliférative sur des lignées cancéreuses humaines de prostate. Riche en acides gras insaturés, l’huile d’argan est caractérisée également par ses composés mineurs : polyphénols, tocophérols et stérols qui lui confèrent des propriétés antioxydantes. Le rôle des antioxydants alimentaires dans la fonction neurologique et dans certaines maladies liès à l’âge est centrée sur la vitamine E qui est une molécule majoritaire de l’huile d’argan dotée. L’objectif de ce travail a consisté dans un premier temps en une étude phytochimique et en une évalutation du pouvoir antioxydant des extraits d’arganier de deux régions marocaines. Une caractérisation biochimique de la composition de l’huile d’argan a aussi été réalisée. Dans un second temps, une évaluation des effets protecteurs de l’huile d’argan ou certains de ces composés majoritaires a été réalisée in vitro sur des oligodendrocytes murins 158N et in vivo sur des rats. ces effets ont été spécifiés dans un environnement pro-oxydant et cytotoxique mimé par le 7-cétocholestérol (7KC) et l’AlCl3. La cytotoxicité du 7KC induit divers effets au niveau de la mitochondrie (modification fonctionnelle), ce qui conduit à une rupture de l’équilibre RedOx (surproduction d’espèces radicalaires de l’oxygène), à une induction d’apoptose et d’autophagie, à une perte d’adhésion, à une diminution de la prolifération et à des dysfonctions du lysosome. Le 7KC affecte aussi l’expression des marqueurs peroxysomaux (ABCD1, ABCD2, ACOX1) ainsi que l’expression de facteur de transcription PPARα au niveau cellulaire. L’étude in vivo réalisée sur des rats Wistar traités à 100 mg/kg d’AlCl3, a montré qu’AlCl3 induit une rupture de l’équilibre RedOx en diminuant les activités des enzymes anti-oxydantes (catalase, superoxyde dismutase, les glutathions) au niveau du cortex, une altération des fonctions cognitives qui ont été étroitement liées aux maladies neurodégénératives, et des modifications des paramètres plasmatiques. AlCl3 induit une légère perte du poids corporel des rats tout au long de la période de traitement. Dans son ensemble, le travail réalisé montre que l’huile d’argan est capable de s’opposer au stress oxydatif induit par 7KC et AlCl3. L’huile d’argan pourrait être potentiellement être intéressante pour traiter les maladies neurodégénératives. Elle pourrait exercer des effets cytoprotecteurs et antioxydants ce qui permet d’envisager de nouveaux domaines d’applications pour cette huile. / Argan oil has lot of interest for human health. It has been used in traditional medicine for several centuries. The rich composition of argan oil in term of tocopherols and unsaturated fatty acid makes it a very interesting oil regarding its potential actions on risk factors for cardiovascular diseases, hyperlipidemia, hypercholesterolemia and hypertension. Argan oil is also used for skin infections. Previous studies have shown the antiproliferative and pro-apoptotic effects on prostate cancer cell lines. The role of dietary antioxidants in neurological function and in some aged related diseases is centered on vitamin E which is a major molecule of argan oil. The objective of this work was 1) to do a phytochemical study and to evalutate the argan extracts antioxidant properties of argan oils from two Moroccan regions, and 2) to characterize the biochemical composition of argan oils used in this study. Third, we evaluated the protective effects of argan oil and of some of its major compounds in vitro on 158N murine oligodendrocytes, and in vivo in the rat. The effects have been specified in a pro-oxidant environment and cytotoxic mimicked by the 7-ketocholesterol (7KC) and AlCl3. Different methodologies were used: phase contrast microscopy, fluorescence microscopy, histochemistry, flow cytometry, western blotting, and several biochemical methods. Furthermore, 7KC affect the expression of peroxisomal markers (ABCD1, ABCD3, ACOX1) as well as expression of PPARα at the cellular level. The results show that argan oil has cytoprotective and antioxidant effects on 158N murine oligodendrocytes. Argan oil is able to attenuate the overproduction of reactive oxygen species, mitochondrial and lysosomal dysfunctions, loss of cell adhesion and decreased proliferation, cell death by apoptosis and autophagy. We investigate also the effect of aluminum chloride (AlCl3) on brain function and neuronal oxidative stress. Male Wistar rats received daily AlCl3 100 mg/kg for 42 days. AlCl3 exposed group showed a significant reduction in spatial memory performance. Moreover, AlCl3 – treated rats exhibited a marked deterioration of oxidative markers; SOD, CAT, GSH, and changes in the plasma parameters. AlCl3 slightly affects the body weight of rat. Argan oils (or some of their compounds) have cytoprotective and antioxidant effects on 158N murine oligodendrocytes. These different molecules attenuate oxidative stress and could be potentially useful for treating neurodegenerative diseases. Argan oil could exert cytoprotective and antioxidant effects which allows to consider new fields of application for this oil. It is possible to envisage that a controlled diet or functional foods with argan oil could help to prevent some forms of neurodegeneration. / من بين الزيوت الطبيعية أثار زيت أركان الكثير من الاهتمام. فقد استخدم زيت الأركان في الطب التقليدي، من قبل نساء البربرللعناية بالجسم و الشعر، و لمنع بعض الأمراض القلب و الأوعية الدموية . يتميز زيت الأركان بوظائفه التي تخص خفض الكوليسترول، مكافحة داء السكري ومكافحة التكاثر في خطوط الخلايا السرطانية البشرية للبروستات. يعتبر زيت اركان غنيا بالأحماض الدهنية غير المشبعة، البوليفينول، التوكوفيرول و الستيرول .هذه المواد تجعله مادة مضادة للأكسدة.يتركز دور مضادات الأكسدة الغذائية في وظيفة الجهاز العصبي وبعض الأمراض المرتبطة بالعمر على فيتامين E الذي يعتبر المكون الرئيسي لزيت أركان . الهدف من هذا العمل هو أولا دراسة كيميائية لنبتة اركان وتقييم القوة المضادة للأكسدة لمقتطفات هذه النبتة مع توصيف شامل لتركيبة زيت أركان المستخدم في دراستنا.وثانيا تقييم للآثار الوقائية لهذا الزيت ولبعض مركباته الرئيسية في المختبر على الخلايا العصبيةN158 وعلى فئران من فئة وينستار. وقد تم تحديد فوائد زيت اركان في بيئة سامة بواسطة KC7 و AlCl3 النتائج المحصل عليها تكمن في تأثيرات مختلفة على الميتوكوندريا، الأمر الذي يؤدي إلى تمزق في توازن الأكسدة , استحثاث موت الخلايا المبرمج والالتهام الذاتي وفقدان الإلتصاق. يؤثر KC7 أيضا على الناقلات البيروكسيزومية (ABCD1,ABCD3,ACOX1) على المستوى الخلوي PARaP. الدراسة المجراة على الفئران بجرعة 100 ملغم/كغم من AlCl3 أظهرت أن AlCl3 يؤدي الى تمزق التوازن الأكسدة عن طريق الحد من أنشطة الإنزيمات المضادة للأكسدة (الكاتلاز,الجلوتاثيون،سيبيروكسيد) على مستوى المادة الرمادية بالمخ وضعف الادراك الذي ارتبط ارتباطا وثيقا بالأمراض العصبية والتغيرات في معالم البلازما. وبشكل عام، تشير الدراسة ان زيت أركان أو البعض من مكوناته قادرون على مكافحة الأكسدة الناجمة عن KC7 و AlCl3 .

La dégénérescence des photorécepteurs dans la pathologie de la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) est associée à une infiltration et accumulation des phagocytes mononuclées (PM). Nous avons montré précédemment que les souris déficientes pour Cx3cr1 développent une accumulation des PM sous-rétiniens avec l'âge et avec le stress, qui est associée une dégénérescence des photorécepteurs. Dans le cerveau, la déficience de Cx3cr1 dans les PM induit une augmentation de la mort des neurones via IL-1β. La raison de l'augmentation de la sécrétion d'IL-1β par les PM déficients en Cx3cr1 reste inconnue. Nous montrons que les PM déficients en Cx3cr1 surexpriment le récepteur P2RX7 qui stimule la maturation et la sécrétion d'IL-1β. L'inhibition de P2RX7 et d'Il-1β diminuent la mort des photorécepteurs dans un modèle de cocultures de monocytes/rétine et avec le modèle d'illumination in vivo. Nos résultats suggèrent que l'inhibition de P2RX7 ou d'Il-1β peut diminuer l'inflammation sous-rétinienne qui est associée à la mort des photorécepteurs dans la pathologie de la DMLA, où il n'existe aucun traitement à l'heure actuelle pour la forme atrophique. / Photoreceptor degeneration in age-related macular degeneration (AMD) is associated with an infiltration and chronic accumulation of mononuclear phagocytes (MPs). We have previously shown that Cx3cr1 -deficient mice develop age- and stress- related subretinal accumulation of MPs, which is associated with photoreceptor degeneration. Cx3cr1 -deficient MPs have been shown to increase neuronal apoptosis through IL-1β in neuroinflammation of the brain. The reason for increased IL-1 β secretion from Cx3cr1 -deficient MPs, and whether IL-1β is responsible for increased photoreceptor apoptosis in Cx3cr1 -deficient mice, has not been elucidated. Here we show that Cx3cr1 -deficient MPs express increased surface P2X7 receptor (P2RX7), which stimulates IL-1β maturation and secretion. P2RX7 and IL-1_β inhibition efficiently blunted Cx3cr1 -MP-dependent photoreceptor apoptosis in a monocyte/retina coculture system and in light induced subretinal inflammation of Cx3cr1 -deficient mice in vivo. Our results provide an explanation for increased CX3CR1-dependent IL-1β secretion and suggest that IL-1β or P2RX7 inhibition can help inhibit the inflammation-associated photoreceptor cell loss in late AMD, including geographic atrophy, for which no efficient treatment currently exists.

La sclérose en plaques (SEP) a longtemps été considérée comme une affection inflammatoire démyélinisante de la substance blanche. (SB) Hors, de nombreuses études ont démontré l’implication extensive de la substance grise (SG). La souffrance neuronale joue un rôle majeur dans la détérioration physique et cognitive des patients atteints de SEP. Le développement de nouvelles techniques d’imagerie capables de quantifier cette atteinte neuronale est devenu crucial. Grace à la tomographie par émission de positons (TEP) et au radiotraceur [11C]flumazenil ([11C]FMZ), antagoniste du récepteur central aux benzodiazépines, nous avons quantifié de façon non-invasive la souffrance neuronale de la SG chez des patients atteints de SEP à différents stades de la maladie. Une cohorte de 18 patients atteints de SEP a été comparée à 8 sujets sains. Les participants ont bénéficié d’une évaluation clinique, cognitive, et radiologique par TEP au [11C]FMZ et IRM. Les données TEP ont été évaluées par région d’intérêt et vertex-à- vertex. Des réductions significatives de l’activité TEP au [11C]FMZ ont été mises en évidence au sein de la SG corticale et sous-corticale des patients comparés aux contrôles. Ces changements étaient présents dès le stade rémittent de la maladie et corrélaient modérément avec la charge lésionnelle de la SB. L’activité TEP corticale était aussi associée à la performance cognitive des patients. Cette étude pilote est la première à quantifier in vivo la souffrance neuronale chez des patients atteints de SEP. Nos résultats permettent de proposer la TEP au [11C]FMZ comme marqueur spécifique et discriminant de l’atteinte neuronale de la SG dans la SEP. / Multiple sclerosis (MS) has long been regarded as an inflammatory demyelinating disorder of the white matter. But post-mortem studies have recently shed light on the extensive involvement of the grey matter (GM). Neuronal damage, characterized by synaptic and dendritic loss as well as neuronal apoptosis, is thought to be a major substrate of physical and cognitive deterioration in MS patients. There is a crucial need for new imaging techniques able to specifically assess neuronal damage in MS. Using positron emission tomography (PET) with [11C]flumazenil ([11C]FMZ), an antagonist of the central benzodiazepine site located within the GABAA receptor, and a non-invasive quantification method, we measured and mapped neurodegenerative changes in the GM of patients with MS at distinct disease stages. A cohort of 18 MS patients was compared to 8 healthy controls and underwent neurological and cognitive evaluations, high-resolution dynamic [11C]FMZ PET imaging and brain MRI. PET data were evaluated using a region of interest and a surface-based approach. [11C]FMZ binding was significantly decreased in the cortical and subcortical GM of MS patients compared to controls. These changes were significant in both progressive and relapsing-remitting forms of the disease and correlated moderately with white matter lesion load. [11C]FMZ cortical binding was also associated with cognitive performance. This pilot study is the first to quantify in vivo the neurodegenerative changes occurring in MS. Our results show that PET with [11C]FMZ could be a promising and sensitive quantitative marker to assess and map the neuronal substrate of GM pathology in MS.

Des perturbations de l’horloge circadienne imposées par nos modes de vie désynchronisés «24/7» peuvent être néfastes à long terme. Ces horloges contrôlent des rythmes biologiques avec une périodicité d’environ 24h et se synchronisent aux cycles journaliers de lumière-obscurité. Les perturbations de l’horloge peuvent influencer le vieillissement normal et celui de patients atteints de la maladie de Parkinson (MP). Ces patients présentent souvent des symptômes non moteurs incluant des troubles du sommeil et/ou des rythmes circadiens, qui se manifestent avant les déficits moteurs ou cognitifs. L’objectif de ce travail de thèse a été d’explorer l’impact des perturbations de l’horloge circadienne sur le déclin fonctionnel lié à l’âge au cours du vieillissement normal et dans des modèles de MP chez la drosophile. Les résultats obtenus confirment l’impact négatif de l’arythmie circadienne sur la longévité, et révèlent que l’inactivation du gène d’horloge Clock (Clk) augmente le niveau de stress oxydatif dans le cerveau et accélère le déclin des capacités locomotrices au cours du vieillissement. Ce dernier effet a pu être relié à une fonction de Clk dans les neurones d’horloge qui contrôlent les rythmes d’activité-repos en obscurité constante, et leurs connections à un groupe spécifique de neurones dopaminergiques. Nous avons aussi observé que des décalages horaires chroniques mènent également à une accélération du déclin locomoteur lié à l’âge, qui peut être sauvée en adaptant les rythmes lumière-obscurité à la période endogène des drosophiles. Enfin, notre travail souligne l’impact négatif de l’arythmie circadienne sur le déclin locomoteur lié à l’âge dans un modèle de MP. / Long-term disruption of circadian clocks, as occurs often in our "24/7 societies", can be detrimental. These clocks control self-sustained biological rhythms with ~24h periodicity and synchronize to the daily light-dark cycle. Clock disruption may impact normal brain aging as well as Parkinson disease (PD) pathogenesis: PD patients frequently exhibit non-motor symptoms including sleep and/or circadian rhythm disruptions that occur before motor or cognitive deficits, and decrease quality of life. The objective of this PhD work was thus to explore the impacts of circadian disruptions on age-related functional decline, both during normal aging and in a fly model of PD-like conditions using well established Drosophila models. Our results confirmed the negative impact of circadian arrhythmia on longevity and revealed that inactivation of a specific circadian gene, Clock (Clk), increases brain oxidative stress levels and accelerates locomotor decline during aging. The latter effect could be associated with Clk function in the clock neurons that drive circadian rest-activity rhythms in constant darkness, and their connections with a specific cluster of dopaminergic neurons. We also observed that chronic jet lag led to an accelerated age-related locomotor decline that could be rescued by adapting the light-dark to the flies’ endogenous period. Finally, our work demonstrated the negative impact of environmentally imposed circadian arrhythmia on age-related locomotor decline in a fly model of PD.

Un dysfonctionnement mitochondrial est impliqué dans plusieurs maladies neurodégénératives, corrélé avec une augmentation des niveaux de stress oxydant. Les anomalies mitochondriales observées dans les tissus des patients, les modèles animaux et cellulaires des maladies de Huntington et de Parkinson, suggèrent l'implication de la mitochondrie dans leur pathogénie.Les deux projets discutés dans ce manuscrit se focalisent sur le rôle des aspects particuliers de la physiologie mitochondriale au cours des deux maladies. / Mitochondrial dysfunction has been implicated in several neurodegenerative diseases and is correlated with augmented levels of intracellular oxydant stress. The mitochondrial defects observed in tissues from patients, as well as in animal and cellular models of Huntington’s and Parkinson’s diseases, suggest the implication of mitochondria in the pathogenesis of these diseases. The two projects discussed in this manuscript focus on the role of particular aspects of mitochondrial physiology in these diseases. By the first project we show the role of defective mitochondrial respiratory chain compex II in several rodent models of Huntington’s disease. By using a lentivirus-based gene transfert strategy we highlight the neuroprotective potential of the striatal overexpression of the subunits of complex II. The second project focus on Parkin and PINK1, two proteins implicated in the autosomal recessive, hereditary forms of Parkinson’s disease and in mitochondrial quality control mechanisms, such as mitophagy. In a cellular model we show that the two proteins facilitate Drp1-dependent mitochondrial fission. We show that Parkin may facilitate the signaling pathways controlling the activity of the pro-fission protein Drp1. This effect is probably indirect and mostly PINK1-independent. On the contrary, in mitochondrial depolarization conditions, by FRET (Förster Resonance Energy Transfer) a direct spatial coordination of Parkin, PINK1 and Drp1 is observed, which seems to be determinant for the efficiency of mitophagy. My projects shed new light on pathogenic mechanisms and open new perspectives in the research on these diseases.

L'obésité est l'un des plus grands défis de santé publique du 21ème siècle et est considérée comme un facteur de risque majeur pour la santé. L'obésité est responsable de l'apparition de divers troubles, notamment du diabète, des maladies cardiovasculaires et de certains cancers. Le tissu adipeux (TA) est un organe endocrine très actif qui a une activité sécrétoire intense produisant un assortiment de plus de 600 facteurs qui ont des activités biologiques variées. Certains de ces facteurs sont appelés adipocytokines et font l'objet d'un intérêt particulier dans les recherches récentes sur le métabolisme et les pathologies associées. De nombreuses données sur les adipocytokines suggèrent fortement que le tissu adipeux est un élément clé dans le développement d'une inflammation chronique. De nombreuses maladies neurodégénératives chroniques telles que la sclérose latérale amyotrophique, la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson ont été associées à une inflammation du système nerveux central (SNC), dans lequel la microglie et les astrocytes (cellules gliales) jouent un rôle déterminant. L'autotaxin (ATX) et l'adiponectine (ADIPO) sont des médiateurs sécrétées par le TA. Le rôle de ces médiateurs dans les activités métaboliques a été bien étudié, mais leur rôle potentiel ainsi que les mécanismes précis dans la vulnérabilité du CNS restent à déterminer. Ici, nous proposons d'utiliser, in vivo, deux stimuli inflammatoires distincts le lipopolysaccharide (LPS) et le triméthylétain (TMT) pour caractériser l'expression de médiateurs de l'inflammation du SNC chez la souris. Une injection intrapéritonéale (ip) aiguë de LPS (100 μg/kg de poids corporel) mime une infection bactérienne Gram négative, tandis que l'injection ip aiguë de TMT (2 mg/kg de poids corporel), induit une neurodégénérescence hippocampique. Les microglies et les astrocytes sont les principales sources de facteurs inflammatoires dans le cerveau. Afin de rechercher, in vitro, le rôle de l'ATX et de l'ADIPO sur ces cellules dans un état inflammatoire et de stress oxydatif, nous avons généré des tansfectants stables sur-exprimant l'ATX dans des cellules microgliales murines (BV2) et l'ADIPO dans des cellules astrocytaires murines (CLTT). Les clones BV2 et CLTT surexprimant ces facteurs ont été traitées avec du LPS (1 μg/ml) et du H2O2 (100μM). Nos résultats in vivo ont démontré que l'ATX et l'ADIPO sont exprimés dans le cerveau et que le LPS pourrait induire une réponse neuroinflammatoire transitoire dans trois régions distinctes du cerveau l'hippocampe (HIP), le cortex (COR) et le cervelet (CER). Il a été également constaté qu'à cette dose modérée de 100μg de LPS / kg de poids corporel de la souris, la microglie et les astrocytes ne sont pas activés dans le cerveau (Projet-1). Nos résultats in vitro démontrent les effets anti-inflammatoires de l'ATX dans les cellules microgliales observables par la baisse d'expression des marqueurs d'activation microgliale (CD11b, CD14, CD80 et CD86) et d'expression et de production de cytokines pro-inflammatoires (TNF-α et IL-6) (Project-2). Nous avons montré que l'ADIPO a un rôle anti-oxydant dans les astrocytes via l'atténuation significative de ROS, une inhibition d'enzymes pro-oxydantes (iNOS et la COX-2) et une régulation positive d'enzymes anti-oxydantes (SOD et CAT) (Projet-3). Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent qu'une inflammation périphérique induite par une infection ne provoque pas de neurodégénérescence (à moins d'une infection importante), mais pourrait sensibiliser les cellules gliales et augmenter leur réponse à la stimulation suivante. L'ATX et l'ADIPO pourraient jouer un rôle dans la régulation de la neuroinflammation en régulant l'activation gliale dans un contexte de stress. Des travaux supplémentaires seront nécessaires afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires régulant l'inflammation du SNC et aboutir à de nouvelles stratégies thérapeutiques pour combattre les maladies neurodégénératives. / Globally obesity is one of the greatest public health challenges of 21st century, and is considered a major health risk factor. Obesity is responsible for the onset of various kinds of disorders including diabetes, cardiovascular diseases and cancer. Adipose tissue (AT) is a highly active endocrine organ which has intense secretory activity producing an assortment of over 600 factors that have versatile biological activities. Some of these factors are named adipocytokines and have gain an intensive focus on current metabolic and disease recent research. Accumulating data on adipocytokine research strongly suggest that adipose tissue is the key player in promoting chronic inflammation. Many chronic neurodegenerative diseases such as Amyotrophic lateral sclerosis, Alzheimer’s and Parkinson’s diseases have been associated with inflammation in the Central Nervous System (CNS) in which microglia and astrocytes (glial cells) play a decisive role. Autotaxin (ATX) and Adiponectin (ADIPO) are mediators secreted by the AT. The role of these mediators in metabolic activities have been well studied but the potential role of these adipocyte secreted factors and its precise mechanisms in CNS vulnerability remains to be determined. Here we used, in vivo, two distinct inflammatory stimuli, lipopolysaccharide (LPS) and trimethyltin (TMT), to characterize the expression of inflammatory mediators in mouse CNS. Acute intraperitoneal (ip) injection of LPS (100μg/Kg bwt) mimics gram negative bacterial infection, while acute ip injection of organometal TMT (2mg/kg bwt), induces hippocampal neurodegeneration. Microglia and astrocytes are the major source of inflammatory factors in the brain. To investigate, in vitro, the role of ATX and ADIPO in inflammatory and oxidative stress condition, we generated stable over-expressing transfectant in murine microglia BV2 cells for ATX and murine astrocyte CLTT cells for ADIPO. BV2 and CLTT stably transfected overexpressing clones were treated with LPS (1 μg/mL) and H2O2 (100μM). Our in vivo results demonstrated that ATX and ADIPO were expressed in the brain and LPS induced a transient neuroinflammatory response in three distinct regions of the brain hippocampus (HIP), cortex (COR) and cerebellum (CER). Besides this it was also found that with this mild dosage of 100 μg LPS/Kg bwt of mice, microglia and astrocytes were not activated in the brain (Project-1). Our in vitro results authenticate the anti-inflammatory effects of ATX in microglial cells demonstrated by the downregulation of microglial activation markers (CD11b, CD14, CD80 and CD86) and pro-inflammatory cytokine expression and secretion (TNF-α and IL-6) (Project-2). Likewise, ADIPO put forth its anti-oxidant role in astrocyte cells mediated via significant mitigation of ROS, and as well by the significant down and upregulation of pro-oxidative inducible nitric oxide synthase (iNOS) and cyclooxygenase-2(COX-2) and anti-oxidative enzymes mRNA expression levels superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) respectively (Project-3). Overall these results suggest that peripheral inflammation induced by infection will not induce neurodegeneration (unless a massive infection) but could prime the glial cells and make them more responsive to the next stimulation. ATX and ADIPO may play a role in the regulation of neuroinflammation by regulating glial activation in stressed situations. Further investigations will be needed to better understand the molecular mechanisms regulating brain inflammation and lead to new therapeutic strategies to combat neurodegenerative diseases.

La maladie d'Alzheimer est une pathologie neurodégénérative progressive liée à l'âge qui détériore premièrement les fonctions liées aux mémoires de travail et épisodiques, avant de s'étendre à l'ensemble des procédures mémorielles dans les stades plus avancés. L'ensemble des traitements existant à ce jour sont palliatifs. Au niveau histologique, la maladie d'Alzheimer est caractérisée par l'accumulation extra- et intracellulaire de différentes protéines agrégées (appelées amyloïde) dans les tissus cérébraux, entrainant des dysfonctions importantes du circuit neuronal. De fait, la majorité des approches thérapeutiques en développement consistent à tenter de réduire ou supprimer ces agrégats protéiques. Cependant, la maladie d'Alzheimer étant étroitement corrélée au vieillissement, certaines de ses caractéristiques biologiques sont parfois confondues avec celles du vieillissement non pathologique. L'une de ces caractéristiques est la diminution des différents mécanismes liés à l'homéostasie protéique (protéostasie). L'hypothèse réalisée au cours de mes travaux est que le rétablissement de ces mécanismes diminués par l'âge constituerait une approche thérapeutique crédible, complémentaire aux approches actuelles, à la pathologie complexe qu'est la maladie d'Alzheimer. C'est en suivant cette optique que je me suis intéressé au rôle et à la régulation de l'un des systèmes majeusr du contrôle de la protéostasie : l'UPR (unfolded protein response), et en particulier au facteur de transcription XBP-1s, considéré comme l'une des pièces maîtresses de ce réseau de signalisation cellulaire / Alzheimer's disease is a neurodegenerative pathology strongly correlated to aging. Its symptoms are characterized by an impaired short term memory process in the early stages of the disease and later on by a loss of all type of memory process. There is actually no cure for this pathology. At the histo-pathological levels, the disease show an accumulation of aggregated proteins in the brain (called amyloid protein) in the intra or extra cellular space, which act as a disruptor of the normal neuronal function and activity. Thus, most of the therapeutic approach to treat the disease aim at removing those proteins aggregates from the brain. However, some of the Alzheimer's disease characteristics could be melded with normal aging : One such case is the global decrease of the proteostasis mechanism in the cell which normally happen in normal brain. The assumption made during this work is that the recovery of these mechanisms impaired by age would constitute a credible therapeutic approach, complementary to the other existing approaches to the complex disease that is Alzheimer's disease. Following this hypothesis I was interested in the role and regulation of one of the major system controlling proteostasis: the UPR (unfolded protein response), and particulary to the XBP-1s transcription factor , considered one of the master regulator of this cellular network

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La mesure de la perte du volume cérébral est un marqueur IRM de la neurodégénérescence dans la sclérose en plaques. Les techniques actuelles permettent de quantifier soit directement la perte de volume cérébral entre deux examens, soit de la mesurer indirectement à partir du volume cérébral de chaque examen. La fiabilité de ces techniques reste difficile à évaluer en l’absence de gold standard. Ce travail a consisté premièrement, en une étude de reproductibilité réalisée chez 9 patients à partir d’acquisitions semestrielles (3 IRM), sur deux machines différentes et post-traitées par sept algorithmes : BBSI, FreeSurfer, Intégration Jacobienne, KNBSI, un algorithme Segmentation / Classification, SIENA et SIENAX. Deuxièmement, un suivi longitudinal et prospectif a été effectué chez 90 patients SEP. L’étude des variabilités inter-techniques et inter-sites a montré que les techniques de mesures indirectes (Segmentation/Classification, FreeSurfer) et SIENAX fournissaient des pourcentages d’atrophie hétérogènes. A l’inverse, les techniques de mesures directes telles que BBSI, KNBSI, Intégration Jacobienne et à un moindre degré SIENA obtenaient des résultats reproductibles. Toutefois BBSI, KNBSI et l’Intégration Jacobienne obtenaient des pourcentages faibles, suggérant une possible sous-estimation de l’atrophie. L’évaluation de la perte du volume cérébral par Intégration Jacobienne a montré sur 2½ ans de suivi, une atrophie de 1,21% pour les 90 patients et de 1,55%, 1,51%, 0,84%, 1,21% respectivement pour les patients CIS, RR, SP et PP. A l’avenir l’évaluation de la perte de volume cérébral impose des défis d’ordre technique afin d’améliorer la fiabilité des algorithmes actuels. / Brain volume loss is currently a MRI marker of neurodegeneration in MS. The available algorithms for its quantification perfom either direct measurements, or indirect measurements. Their reliability remains difficult to assess especially since there is no gold standard technique. This work consisted first, in a reproducibility study performed on nine patients’ biannual MRI acquisitions (3 time points). These acquisitions were performed on two different MRI systems. Post-processing was applied using seven algorithms: BBSI, FreeSurfer, Jacobian Integration, KNBSI, an algorithm based on segmentation/classification, SIENA and SIENAX. Second, a longitudinal and prospective study was performed in 90 MS patients. The study of inter-technique and inter-site variabilities showed that direct measurement techniques and SIENAX provided heterogeneous values of atrophy. In contrast, indirect measurement algorithms such as BBSI, KNBSI, Jacobian Integration and to a lesser extent SIENA obtained reproducible results. However BBSI, KNBSI and Jacobian Integration algorithms showed lower percentages, suggesting a possible underestimation of atrophy. The evaluation of brain volume loss by Jacobian Integration has shown an atrophy rate of 1.21% over 2 ½ years of the 90 patients’ follow up, and of 1.55%, 1.51%, 0.84%, 1.21% for CIS, RR, SP and PP patients respectively. Jacobian Integration showed its importance in individual monitoring. In the future, assessing brain volume loss requires overcoming of some technical challenges to improve the reliability of the currently available algorithms.