La Neuropathie à Axones Géants (NAG) est une maladie neurodégénérative rare et fatale caractérisée par une détérioration du système nerveux central et périphérique, impliquant les fonctions motrices et sensorielles. La détérioration massive du système nerveux est accompagnée d'une désorganisation générale des Filaments Intermédiaires ce qui la différencie de nombreuses maladies neurodégénératives où seuls les neurofilaments(NFs) sont affectés. La protéine déficiente, la gigaxonine, est la sous-unité d'une ubiquitine ligase E3, responsable de la reconnaissance spécifique des substrats MAP1B, MAP1S et TBCB, seuls connus à ce jour.Dans le but d'étudier le rôle de la gigaxonine sur la survie neuronale, la désorganisation du cytosquelette et d'avoir un modèle animal suffisamment fort pour envisager des tests thérapeutiques, j'ai caractérisé un modèle murin de NAG. Pour ce faire, j'ai réalisé une étude comportementale des fonctions motrices et sensorielles ainsi qu'une étude histopathologique. Les souris NAG (129/SvJ) développent un phénotype moteur modéré dès 60 semaines alors que les souris NAG (C57BL/6) présentent un phénotype sensoriel dès 60 semaines. Les données histopathologiques ne présentent pas de mort neuronale mais les NFs sont sévèrement altérés. Les NFs sont plus abondant, leur diamètre est augmenté et leur orientation hétérogène, comme c'est observé chez les patients NAG.Nos résultats montrent que l'absence de gigaxonine induit un phénotype moteur et sensoriel modéré mais par contre reproduit la désorganisation massive des NFs observée chez les patients. Ce modèle va nous permettred'étudier le rôle de la gigaxonine, une ligase E3, sur l'organisation des NFs et ainsi comprendre les processus pathologiques impliqués dans d'autres maladies neurodégénératives caractérisée par une accumulation des NFs et un dysfonctionnement du système ubiquitine-protéasome comme les maladies d'Azheimer, de Parkinson etd'huntington ou la sclérose latérale amyotrophique. / Giant Axonal Neuropathy (GAN) is a rare and fatale neurodegenerative disorder characterized by a deterioration of the peripheral and central nervous system. The broad deterioration of the nervous system is accompanied with a general disorganization of the Intermediate Filaments which makes it different from other neurodegenerative disorders wherein only neurofilaments (NFs) are affected. The defective protein, gigaxonin, is the substrate adaptator of an E3 ubiquitin ligase, in charge of the specific recognition of MAP1B, MAP1S and TBCB. In order to study the role of gigaxonin on neuronal survival, the cytoskeleton disorganization and to have a relevant GAN animal model to evaluate efficacy of GAN treatments, I have characterized a GAN mouse model. I did a motor and sensory behavioural study and an histopathologic study. The GAN mice (129/SvJ) shown mild motordeficits starting at 60 weeks of age while sensory deficits were evidenced in C57BL/6 GAN mice. No apparent neurodegeneration was evidenced in GAN mice, but dysregulation of NFs was massive. NFs were more abundant, they shown the abnormal increased diameter and misorientation that are characteristics of the human pathology. Our results show that gigaxonin depletion induces mild motor and sensory deficits but recapitulates the severe NFs dysregulation seen in patients. Our model will allow us to study the role of the gigaxonin-E3 ligase in organizing NFs and understand the pathological processes engaged in other neurodegenerative disorders characterized by accumulation of NFs and dysfunction of the Ubiquitin Proteasome System, such as Amyotrophic Lateral Sclerosis, Huntington's, Alzheimer's and Parkinson's diseases.

Si l'imagerie par résonance magnétique (IRM) montre la charge lésionnelle qui reflète le caractère inflammatoire de la sclérose en plaques (SEP), il n'existe pas de marqueur permettant de prédire son évolution ou de caractériser les phénomènes de neurodégénérescence. Par conséquent, cette étude a pour objectif premièrement d'identifier des marqueurs de l'intégrité tissulaire par IRM de tenseur de diffusion (DTI), permettant de détecter les dommages tissulaires de type inflammatoire et/ou dégénératif, et deuxièmement de caractériser leur évolution par une analyse longitudinale, chez des patients de différentes formes cliniques. A cette fin, nous avons proposé une première approche régionale des substances blanche (SB) et grise (SG) sous-corticale et une deuxième approche statistique globale analysant par TBSS les variations d'anisotropie de la SB et par VBM la densité de la SG. Les résultats obtenus dans la SB montrent des variations de la fraction d'anisotropie (FA), et des diffusivités radiales et axiales reflétant respectivement une atteinte myélinique et une atteinte axonale alors que la SG présente une augmentation de la FA suggérant une atteinte dendritique neuronale. L'analyse par TBSS et VBM montre des anomalies touchant plutôt les régions sous-corticales chez les patients rémittents qui s'étendent aux régions corticales chez les patients de forme progressive. Longitudinalement, on retrouve essentiellement des changements de FA dans la SB et d'atrophie de la SG chez les patients rémittents. Ces travaux montrent que la DTI constitue une méthode sensible pour une meilleure détection et compréhension des altérations cérébrales et de leur évolution dans la SEP.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative incurable caractérisée par la perte sélective des motoneurones du cerveau et de la moelle épinière. Elle se manifeste par une faiblesse musculaire qui évolue vers une paralysie, entrainant la mort du patient dans les 3 à 5 ans après l’apparition des symptômes. Une réponse inflammatoire associée à l'accumulation de cellules immunitaire dans le système nerveux central (SNC) est une signature de la SLA. Ce travail propose d'étudier le rôle des cellules résidentes du SNC, notamment les astrocytes, et des cellules immunitaires périphériques, notamment les lymphocytes T CD8+, dans la SLA. Nous montrons qu'une fois infiltrées dans le SNC des souris mutantes modèles de la SLA (lignée SOD1G93A) des cellules T CD8+ s'activent et subissent une expansion de type oligoclonale. In vitro, les cellules T CD8+ issues de souris SOD1G93A sont capables d'induire la mort des motoneurones spécifiquement, par un mécanisme dépendant de la liaison du TCR avec le CMH de classe I. Nous rapportons que la déplétion périphérique des cellules T CD8+ chez les souris modèles de SLA permet de protéger une partie des motoneurones des processus neurodégénératifs. Une approche génétique permettra de confirmer l'implication des lymphocytes cytotoxiques dans l'évolution de la maladie. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease that is characterized by the selective loss of upper and lower motoneurons. Symptoms appears as muscular weakness, which irrevocably leads to muscle paralysis and death of patients within 3 to 5 years after onset of symptoms. An inflammatory response, along with the accumulation of blood-derived immune cells in the central nervous system (CNS) is a hallmark of the disease. This work proposes to investigate the role of resident cells of the brain, such as astrocytes and especially peripheral immune cells such as T CD8+ lymphocytes, in ALS pathogenesis. We show that once infiltrated in the CNS of SOD1G93A mice, CD8+ T cells become activated and undergo an oligoclonal expansion. In vitro, CD8+ T cells isolated from ALS mouse model (SOD1G93A strain) can trigger motoneuron death, in a manner that is dependent on the recognition of the MHC class I by TCR. We report that peripheral immunodepletion of CD8+ T cells is not sufficient to improve lifespan of SOD1G93A mice, but still permit to protect motoneurons from neurodegeneration. A genetic approach will confirm implication of CD8+ T lymphocytes in the disease.

Les modifications post-traductionnelles (MPTs) permettent un haut degré de régulation de l'expression des gènes en générant une diversité fonctionnelle au niveau du protéome. Dans le système nerveux, les MPTs régulent entre autres des facteurs de transcription permettant une adaptation rapide à un microenvironnement dynamique. Dans ce contexte, je me suis concentrée sur l’étude des Glycogène Synthase Kinases 3 (GSK3s). Elles sont au centre de la régulation de nombreuses voies de signalisation et contrôlent la stabilité de multiples cibles par phosphorylation. Au cours du développement du cerveau, les kinases GSK3 contrôlent la balance entre la prolifération et la différenciation. La dérégulation de l'activité des kinases GSK3 a un rôle clé dans les maladies neurodégénératives du cerveau. En revanche, le rôle important de ces kinases au cours du développement rétinien ainsi que dans les maladies neurodégénératives rétiniennes reste une question ouverte.L'objectif de ma thèse était d'étudier le rôle de ces kinases au cours du développement et de l'homéostasie rétinienne. J’ai montré que l'absence totale de Gsk3α et de Gsk3β très tôt au cours du développement rétinien entraîne une microphtalmie chez l'adulte. Les deux kinases jouent des rôles redondants puisque l'expression d'un seul allèle Gsk3 est suffisante pour prévenir le phénotype de microphtalmie. Cependant, une analyse phénotypique approfondie dans ce contexte génétique (un seul allèle Gsk3) a révélé une forte augmentation du nombre de cellules ganglionnaires déplacées (dRGCs) dans la couche nucléaire interne, associée à une modification des projections axonales des cellules ganglionnaires dans le cerveau par rapport aux contrôles. Dans l’ensemble, ces données suggèrent que les kinases GSK3s sont essentielles au maintien des progéniteurs rétiniens et sont impliquées dans la genèse des dRGCs. Compte tenu du très faible nombre de dRGCs en conditions normales, la fonction de ces cellules a été très peu étudiée à ce jour. Le modèle génétique que j’ai développé offre par conséquent un modèle de choix pour étudier l’ontogenèse et la fonction de ces cellules.Mes travaux de thèse se sont ensuite concentrés sur le rôle de GSK3 dans les photorécepteurs. En effet, des défauts de développement ou leur mort est l’une des principales causes de dégénérescence rétiniennes. Afin de mieux comprendre la fonction de ces kinases dans la maintenance des photorécepteurs, j'ai donc utilisé des souris invalidées de manière conditionnelle pour Gsk3α et Gsk3β spécifiquement dans les précurseurs des photorécepteurs. L’absence de GSK3 conduit à une altération de la maturation et de la fonction des photorécepteurs, suivie de leur dégénérescence. J’ai alors combiné des analyses transcriptomiques et des approches in vitro pour élucider les mécanismes sous-jacents. Mes données m’ont conduit à proposer un modèle selon lequel l’absence de GSK3 dans les photorécepteurs conduit à des défauts de phosphorylation de NRL (facteur de transcription nécessaire au développement des photorécepteurs de type bâtonnet), augmentant sa stabilité. Cette dérégulation post-traductionnelle conduit à la diminution d’expression d'un sous-ensemble de gènes cibles de NRL, co-régulés par CRX, et impliqués dans le développement et l'homéostasie des photorécepteurs. Cette dérégulation conduirait alors à la dégénérescence des photorécepteurs observée dans les mutants GSK3. Ce travail suggère donc que GSK3 joue un rôle essentiel dans la régulation de NRL pour contrôler la maturation et l'homéostasie des photorécepteurs. De telles données suggèrent également que ce mécanisme de régulation pourrait être déficient chez les patients atteints de rétinites pigmentaires dues à des mutations de NRL empêchant sa phosphorylation par GSK3. / Post-translational modifications (PTMs) allow a higher degree of regulation for the control of gene expression by generating functional diversity at the proteome level. In the central nervous system, PTMs regulate stability or activity of transcription factors allowing a rapid response to external signals and a quick adaptation to a dynamic cellular microenvironment. In this context, I focused on the ubiquitously expressed and highly conserved Glycogen Synthase Kinases 3 (GSK3s). They are at the crossroad of multifunctional signalling pathways. During mammalian brain development, GSK3 kinases control the balance between proliferation and differentiation. Deregulation of GSK3 kinases activity has also a key role in neurodegenerative diseases by causing the accumulation/aggregations of proteins causing neuronal cell death. Drugs targeting GSK3s hold a lot of promises to treat such diseases. Whether these kinases are also important during retinal development and involved in retinal diseases remains an open question. Several studies suggest the importance of regulating GSK3 function in photoreceptor under pathological conditions. Therefore, the main objective of my PhD was to investigate the role of these kinases during photoreceptor development and homeostasis. To better understand the role of these two kinases during retinal development and to highlight potential differences with the developing brain, we also investigated their function in the control of the balance between proliferation and differentiation of retinal progenitors. To achieve my work, I used conditional knockout mice for Gsk3α and Gsk3β specifically deleted either in photoreceptor precursors or in retinal progenitors during early development. The lack of GSK3 kinases in photoreceptor precursors led to impaired photoreceptor maturation and function followed by their degeneration. Transcriptomic analysis (RNAseq) 6, 10 and 14 days postnatally prior degeneration revealed several genes downregulated belonging to biological processes involved in eye development and visual functions. Among them, the expression of the transcription factor Nrl that is required for rod photoreceptor development was decreased. Astonishingly, NRL expression was highly increased at protein level. By in vitro approaches, I demonstrated that GSK3-dependent phosphorylation regulates NRL protein stability. Despite such increase, a large number of NRL target genes were downregulated leading to impaired photoreceptor maturation and function. Surprisingly, a vast majority of these downregulated genes were also target genes for CRX, another transcription factor working in synergy with NRL. This work demonstrates that PTMs of NRL play a critical role in fine tuning the expression of a subset of genes involved photoreceptor development and homeostasis. Such findings could allow the development of innovative therapeutic strategies for retinal dystrophies. The functional characterisation of GSK3 in the course of retinal development by invalidating both Gsk3α and Gsk3β in retinal progenitors early during development revealed their requirement for controlling cell cycle exit and neuronal differentiation. Indeed, the complete lack of Gsk3α and Gsk3β led to microphtalmia in adults. Interestingly, the expression of only one Gsk3 allele was enough to rescue the phenotype. However, further analysis revealed a large number of displaced ganglion cells in the inner nuclear layer. The function of these cells remains to be determined, but their timing of production corresponds to other ganglion cells. Strikingly, these displaced ganglion cells project in distinct brain regions than normal ganglion cells. Therefore, our work could provide the first step toward determining the function of the displaced ganglion cells, which appear at low number in wildtype but whose function remains to be clarified.

Une perturbation de la signalisation dopaminergique dans le striatum est à l’origine de troubles moteurs tels que la maladie de Parkinson (MP) ou de Huntington (MH). Une diminution de la signalisation par l’AR a été observée chez les patients atteints de troubles de la voie nigro-striée et dans des modèles de MH et MP. Nos données indiquent que l’AR synthétisé par RALDH1 et se liant au récepteur RARβ dans le striatum est nécessaire au maintien du système nigro-strié. Une perturbation de cette signalisation entraîne une diminution de l’activité mitochondriale qui conduit à une augmentation du stress oxydatif puis à l’entrée en apoptose de la cellule. Il en résulte des troubles moteurs de type MH et MP. Le rétablissement du niveau striatal de l’AR et la stimulation de RARβ par un agoniste spécifique permettent de prévenir ces phénotypes. Nos travaux nous permettent de proposer RARβ comme une nouvelle cible thérapeutique potentielle dans le cadre des neurodégénérescences de type MH et MP. / A disturbed dopaminergic signaling in the striatum leads to motor disorders such as Huntington’s (HD) and Parkinson’s (PD) diseases. A decrease of the retinoic acid (RA) signaling is observed in patients presenting disorders of the nogro-striatal pathway as well as in HD and PD models. Our data indicate that RALDH1-synthesized RA that binds the receptor RARβ in the striatum is essential to maintain the nigro-striatal system. A disturbance in this RA signaling leads to a decreased mitochondrial respiration, an increased oxidative stress and an increased apoptosis in the dorso-lateral striatum. This cellular alterations lead to HD-like and PD-like motor disorders A rescue of the striatal RA level or the stimulation of RARβ by a specific agonist prevent this phenotypes. Our work allow us to point at RARβ as a new potential therapeutic target for neurodegenerescences like HD and PD.

Les maladies neurodégénératives sont typiquement caractérisées en fonction de leurs symptômes et des observations pathologiques effectuées après le décès. Les symptômes spécifiques à la maladie sont également normalement associés aux dysfonctionnements et à la dégénérescence de certaines sous- populations spécifiques de neurones dans le système nerveux. La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative principalement caractérisée par des symptômes moteurs dus à la dégénérescence spécifique des neurones dopaminergiques (DA) de la substantia nigra pars compacta (SNpc/SNc). Il semble cependant que les neurones DA de la SNc ne soient pas la seule population de neurones qui dégénère dans la MP. L'analyse post-mortem, l'imagerie in vivo et les symptômes cliniques démontrent que le dysfonctionnement et la dégénérescence se produisent dans plusieurs autres régions du système nerveux, incluant par exemple des neurones noradrénergiques (NA) du locus coeruleus (LC), des neurones sérotoninergiques des noyaux du raphé et des neurones cholinergiques du noyau moteur dorsal du nerf vague (DMV) et du noyau pédonculopontin. Comme d'autres maladies neurodégénératives, la MP est causée par plusieurs facteurs, tant génétiques qu'environnementaux. De nombreuses observations suggèrent que ces facteurs soient associés au dysfonctionnement de plusieurs systèmes ou fonctions cellulaires incluant la production d’énergie par la mitochondrie, l’élimination de protéines dysfonctionnelles par le protéasome et le lysosome, la régulation de l’équilibre entre la production d'espèces oxydatives réactives et les mécanismes antioxydants, la régulation des niveaux de calcium intracellulaire et l’inflammation. Il semble donc que le dysfonctionnement de ces facteurs converge pour provoquer la dégénérescence neuronale dans le contexte du vieillissement. Ce qui rend les neurones de certaines régions du système nerveux intrinsèquement plus vulnérables aux facteurs associés à la MP est une question fondamentale qui n’est pas résolue pour le moment. Les travaux de cette thèse sont basés sur l’hypothèse proposant que cette vulnérabilité sélective découle de propriétés communes retrouvées chez les neurones vulnérables. En particulier, les neurones vulnérables auraient en commun d’être des neurones de projections dotés d’un axone complexe qui projette sur de longues distances, formant un nombre très élevé de terminaisons axonales sur de vastes territoires du système nerveux. De plus, ces neurones présenteraient des propriétés physiologiques distinctives, incluant notamment une décharge autonome (pacemaker). Ensemble, ces caractéristiques pourraient contribuer à placer ces neurones dans des conditions de fonctionnement aux limites de leur capacités bioénergétiques et homéostatiques, rendant difficile toute adaptation aux dysfonctionnements cellulaires associés au vieillissement et causés par les facteurs de risques de la MP. Dans cette thèse, je présenterai une revue systématique de la littérature sur la perte de neurones dans le cerveau des personnes atteintes de la maladie de Parkinson, montrant que l'identité neurochimique précise des neurones qui dégénèrent dans la maladie de Parkinson, et l'ordre temporel dans lequel cela se produit, n’est pas clair. Cependant, en analysant les points de vue présentés dans les publications citant cette revue, nous avons remarqué que la majorité de ceux-ci ne reflètent pas le message central de notre publication. Puisque l’identification de l’identité des neurones vulnérables et non vulnérables à la MP est fondamentale pour le développement de théories et hypothèses sur les causes de la MP, nous suivons cette première publication avec une lettre réaffirmant l'importance de faire face aux problèmes identifiés dans notre revue. Nous présentons ensuite des données in vitro montrant que les neurones vulnérables à la MP, comparés à ceux qui sont moins vulnérables, ont une capacité intrinsèque à développer des champs axonaux plus importants et plus complexes, avec un nombre plus élevé de sites actifs de libération de neurotransmetteurs. De plus, nous constatons que ces observations sont corrélées à une vulnérabilité plus élevée face à un stress oxydatif pertinent pour la MP. Ces données sont en accord avec l'hypothèse selon laquelle le domaine axonal, et en particulier le nombre de sites de libération de neurotransmetteurs par neurone, est un facteur important qui contribue à rendre un neurone sélectivement vulnérable dans le contexte de la MP. Enfin, nous présentons une méthode d’analyse d’image open-source visant à aider les biologistes et les neuroscientifiques à automatiser la quantification du nombre de neurones dans des cultures primaires de neurones, telle qu’utilisée dans les travaux de cette thèse. Nous proposons que cet algorithme simple — mais robuste — permettra aux biologistes d'automatiser le comptage des neurones avec une grande précision, quelque chose de difficile à effectuer avec les autres approches open-source disponibles présentement. Nous espérons que les travaux présentés dans cette thèse permettront de contribuer à raffiner les théories visant à expliquer l’origine de la MP et à terme, de développer de nouvelles approches thérapeutiques. / Neurodegenerative diseases are typically characterized based on their symptoms, and pathological factors identified after death. The disease-specific symptoms are due to the dysfunction and degeneration of specific subpopulations of neurons, which cause dysfunction in particular brain functions. Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disease primarily characterized by motor symptoms due to the specific degeneration of dopamine (DA) neurons of the substantia nigra pars compacta (SNpc/SNc): a population of neurons essential for motor control. SNc DA neurons are, however, not the only population of neurons that degenerate in PD. Post-mortem analysis, in vivo imaging, and clinical symptoms demonstrate that dysfunction and degeneration occur in several other neuronal nuclei. These include, but are not limited to, noradrenergic (NA) locus coeruleus (LC) neurons, serotonin neurons of the raphe nuclei, and cholinergic neurons of the dorsal motor nucleus of the vagus (DMV) and pedunculopontine nucleus. Like other neurodegenerative diseases, PD is linked to several risk factors, both genetic and environmental. The evidence suggests that these risk factors are associated with the dysfunction in systems of cellular bioenergetics (including mitochondrial function); proteostatic homeostasis; endolysosomal function; an imbalance between the production of reactive oxidative species (ROS), and antioxidant mechanisms; calcium homeostasis; alpha-synuclein misfolding; and neuroinflammation. Consequently, together with aging, these risk factors converge on causing the selective degeneration of "PD-vulnerable" nuclei. What makes these neurons intrinsically vulnerable to PD-associated risk factors is a fundamental question — and understanding these neurons will reveal biological mechanisms that we can target to protect these cells from degeneration. Our best hypotheses to explain why these neurons are based on the observations that most PD- vulnerable neurons are long-range projection neuromodulatory neurons sharing common characteristics: projecting to voluminous territories, having very long and highly branched unmyelinated axonal domains with vast numbers of neurotransmitter release sites, and exhibiting a unique physiology such as pacemaker firing. Taken together, this suggests that these neurons function at the tail-end of their bioenergetic and homeostatic capacity, unable to tolerate any further demands, such as those incurred in the presence of risk factors associated with PD. In this thesis, I will present a systematic review on the literature on purported cell loss in PD brains, showing that — given the actual primary evidence — the precise neurochemical identity of neurons that degenerate in PD, and the temporal order of this degeneration, is far less clear than described by most publications. This review — at the time of writing — has gone on to be highly cited. However, analyzing the claims made in publications citing this review, we discover that the majority of claims do not reflect the core message of our publication. Since the identity of PD-vulnerable and non-PD-vulnerable neurons is fundamental to theory and hypotheses when trying to understand PD, we follow this first publication with a letter restating the importance to address our observations. We then present in vitro data showing that classically PD-vulnerable neurons, when compared to non-PD vulnerable neurons, have an intrinsic capacity to develop larger and more complex axonal domains, with higher numbers of active neurotransmitter release sites. Moreover, we find that these observations correlate to elevated vulnerability to PD-relevant stress assays. These data provide additional support for the hypothesis that the axonal domain — and in particular — the number of active neurotransmitter sites per neuron, is a cell-autonomous factor rendering a neuron selectively vulnerable in the context of PD. Finally, we present an open-source tool to support biologists and neuroscientists in automating the quantification of neuron numbers in medium-throughput primary cell cultures. Where the application of other open-source solutions is either too simplistic for the use-case or technically challenging to implement, this simple — yet robust algorithm — allows biologists with limited computational nous to automate neuron counting with high precision. We hope that the work presented in this thesis will contribute to the refinement of theories aimed at explaining the origin of PD and, ultimately, to the development of new therapeutic approaches.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de la réaction microgliale et des interactions microglie/neurones dans un modèle murin de neurodégénérescence dopaminergique induit par l'injection de 6‐hydroxydopamine (6‐ OHDA). Dans ce modèle, nous décrivons tout d'abord les cinétiques d'activation microgliale, de perte neuronale et d'altérations comportementales en relation avec le déficit dopaminergique. Dans la substance noire lésée ont été observées une perte progressive des neurones dopaminergiques TH+ (Tyrosine Hydroxylase) ainsi qu'une activation microgliale précoce mais transitoire. Le rôle délétère de cette activation microgliale est fortement suggéré par la mise en évidence d'une protection partielle contre la toxicité induite par la 6‐OHDA dans des souris génétiquement modifiées DAP12 Knock‐In, dont la densité microgliale est constitutivement diminuée. Par ailleurs, nous avons identifié différents types de contacts intercellulaires entre les neurones et la microglie de la substance noire lésée. Ces interactions physiques sont matérialisées entre autres sous la forme de contacts intimes entre le corps cellulaire des cellules microgliales et le soma des neurones dopaminergiques. De façon intéressante, ce type d'interaction se met en place quelques jours avant le pic de mort neuronale et dans la grande majorité des cas, concerne des neurones présentant des signes morphologiques d'apoptose. Finalement, nous avons également identifié un nouveau type d'interaction physique entre neurones et microglie sous la forme de ramifications microgliales pénétrant le soma des neurones. Ces interactions s'apparentent aux "tunelling nanotubes" décrits dans la littérature et représentent un type particulier de ramifications microgliales perforantes que nous avons nommées "tunelling ramifications". La présence de vacuoles TH+ dans le cytoplasme de nombreuses cellules microgliales suggère que les ramifications microgliales pénétrantes sont le support d'un processus de microphagocytose ciblant le cytoplasme des neurones dopaminergiques. La fonction précise de ces interactions et les mécanismes moléculaires qui les suscitent restent à définir. Toutefois, ce travail de thèse apporte un ensemble de données originales sur le dialogue microglie/neurones dans un modèle murin de la maladie de Parkinson / This thesis work is aimed to study microglial reaction and microglia/neuron interactions in a murine model of dopaminergic neurodegeneration induced by the injection of 6‐hydroxydopamine (6‐OHDA). In this model, we first describe the kinetics of microglial activation, neuronal cell loss and behavioral alterations in relation with the dopaminergic defect. In the injured substantia nigra, we observed a progressive loss of TH+ (Tyrosine Hydroxylase ‐positive) dopaminergic neurons and an early but transient microglial activation. The deleterious role of microglial activation is strongly suggested by the observation of a partial neuroprotection against 6‐OHDA‐induced toxicity in genetically DAP12 Knock‐In mice, in which microglial cells are defective in regard to their number and function. In addition, we identified various types of cell‐tocell contacts between neurons and microglia in the injured substantia nigra. Such physical interactions were established between microglia and neuronal cell bodies several days before the peak of neuronal death and in the majority of cases in neurons showing morphological signs of apoptosis. Finally, we also identified a new type of physical interactions consisting in microglial ramifications penetrating the soma of TH+ neurons. These interactions present similarities with the so‐called « tunelling nanotubes » previously described in the literature and represent a particular type of penetrating microglial ramifications the we named "tunelling ramifications.". Interestingly, in the injured substantia nigra, the presence of TH+ vacuoles in the cytoplasm of numerous microglial cells strongly suggests that microglial ramifications support microphagocytosis targeted toward the cytoplasm of dopaminergic neurons. The precise function and molecular mechanisms of such unique interactions need to be further assessed. However, our work provides a set of original data that deepens our knowledge on the dialogue between microglia and neurons in a mouse model of Parkinson's disease

Ce travail de thèse décrit et analyse la réaction neuro-inflammatoire accompagnant la mort cellulaire neuronale dans un modèle murin de la maladie de Parkinson. Dans ce modèle, induit par l’injection intrastriatale d'un analogue toxique de la dopamine, la 6-hydroxydopamine (6-OHDA), nous décrivons les caractéristiques et la cinétique de l’activation microgliale, de l'infiltration lymphocytaire T, de la perte de neurones dopaminergiques TH+ (Tyrosine Hydroxylase) et des altérations du comportement moteur. Nos observations sont complétées par une étude neuropathologique de la substance noire chez des patients atteints de maladie de Parkinson. Les résultats montrent que, chez l'homme comme chez la souris, la mort de neurones dopaminergiques induit une infiltration T de faible intensité, limitée à la substance noire et s'accompagnant d'une activation microgliale. Dans un deuxième temps, nous analysons l'impact d'une déficience lymphocytaire T génétiquement déterminée sur les paramètres histologiques et fonctionnels caractérisant le modèle 6-OHDA. Nos résultats montrent que, comparées à des souris contrôles immunocompétentes, les souris immunodéficientes de souche Foxn1 KO, CD3 KO, NOD SCID ou RAG1 KO présentent toutes, à des degrés divers, une susceptibilité significativement accrue aux effets neurotoxiques de la 6-OHDA. L'aggravation observée de la perte neuronale s'accompagne d'une accentuation majeure des troubles du comportement moteur et de l'activation microgliale. Ce travail démontre l'importance de la neuro-inflammation et de l'immunité adaptative dans la physiopathologie du modèle 6-OHDA. Il suggère également que les LyT infiltrant la substance noire des patients atteints de maladie de Parkinson exercent un rôle inhibiteur sur l'activation microgliale et pourraient par ce mécanisme ralentir l'évolution de la perte neuronale dopaminergique. En résumé, ce travail de thèse apporte un ensemble de données originales sur les interactions entre LyT, microglie et neurones dopaminergiques dans le contexte de la maladie de Parkinson et du modèle murin 6-OHDA / This thesis work describes and analyzes the neuroinflammatory reaction that accompanies neuronal cell death in a murine model of Parkinson's disease. In this model, induced by the intrastriatal injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA), a toxic dopamine analog, we report on the main features and kinetics of microglial activation, T-cell infiltration, loss of TH+ (Tyrosine Hydroxylase) dopaminergic neurons and motor behavior alterations. We also assessed the presence of T-cells in the susbstantia nigra of Parkinson's disease patients and found that, as observed in the 6-OHDA murine model, the neuronal cell death of dopaminergic neurons triggers a low-grade T-cell infiltration that accompanies microglial activation. We then studied the impact of genetically-determined T-cell immunodeficiency on histological and functional outcomes in the 6-OHDA model. Our results show that, as compared to immunocompetent control mice, immunodeficient strains consisting in Foxn1 KO, CD3 KO, NOD SCID or RAG KO mice consistently presented, at varied levels, a highest susceptibility to 6-OHDA induced dopaminergic neurodegeneration. The observed accentuation of neuronal cell loss was accompanied by a marked increase of microglial activation and motor behavior alterations. Our work demonstrates the pathophysiological role of neuroinflammation and adaptative immunity in the 6-OHDA model. It also suggests that T-cells infiltrating the substantia nigra of Parkinson's disease patients dampen microglial activation and could, via this inhibitory effect, slow the progression of dopaminergic cell loss. Overall this thesis work provides original data on the interactions between T-cells, microglia and dopaminergic neurons in the context of Parkinson's disease and the murine 6-OHDA model

L'utilisation intensive des produits phytosanitaires, en particulier les insecticides, provoque des effets indésirables sur les organismes vivants et leur environnement. Mon travail de thèse a consisté à évaluer l'effet de deux insecticides chez un insecte modèle la drosophile. Une première étude concernait l'effet d'un néonicotinoïde, l'imidaclopride. Nous avons pu montrer que l'exposition chronique à des doses sublétales de cet insecticide perturbe la fonction de reproduction chez la drosophile. D'autre part, une exposition aiguë à l'imidaclopride a mis en évidence une résistance chez les femelles d'une souche de drosophile dite ''des champs''. Deux mécanismes différents ont été mis en évidence dans la résistance à l'imidaclopride de cette souche. Le premier concerne la sous expression d'une sous-unité (D1) du récepteur nicotinique à l'acétylcholine, cible de l'imidaclopride. Le deuxième concerne l'implication des glutathion S-transférases, enzymes de détoxification, dans le métabolisme de l'imidaclopride. Ces études montrent que les insecticides peuvent avoir en plus des effets sur les insectes ravageurs, des effets néfastes sur des organismes non cibles. La deuxième étude avait pour but de modéliser chez la drosophile, l'impact d'un organochloré, la dieldrine, potentiellement impliquée dans la maladie de Parkinson chez l'homme. L'exposition à cet insecticide conduit à une dégénérescence des neurones dopaminergiques ainsi qu'une perturbation de la structure de régions particulières du cerveau. Nous avons également montré des altérations du métabolisme et l'implication de processus épigénétiques dans la neurodégénérescence induite par la dieldrine. Au cours de ce travail, nous avons pu montrer l'intérêt de nouvelles méthodes comme l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) ou le High Resolution Magic Angle Spinning (HRMAS) dans ce type d'étude.

Si l’imagerie par résonance magnétique (IRM) montre la charge lésionnelle qui reflète le caractère inflammatoire de la sclérose en plaques (SEP), il n’existe pas de marqueur permettant de prédire son évolution ou de caractériser les phénomènes de neurodégénérescence. Par conséquent, cette étude a pour objectif premièrement d’identifier des marqueurs de l’intégrité tissulaire par IRM de tenseur de diffusion (DTI), permettant de détecter les dommages tissulaires de type inflammatoire et/ou dégénératif, et deuxièmement de caractériser leur évolution par une analyse longitudinale, chez des patients de différentes formes cliniques. A cette fin, nous avons proposé une première approche régionale des substances blanche (SB) et grise (SG) sous-corticale et une deuxième approche statistique globale analysant par TBSS les variations d’anisotropie de la SB et par VBM la densité de la SG. Les résultats obtenus dans la SB montrent des variations de la fraction d’anisotropie (FA), et des diffusivités radiales et axiales reflétant respectivement une atteinte myélinique et une atteinte axonale alors que la SG présente une augmentation de la FA suggérant une atteinte dendritique neuronale. L’analyse par TBSS et VBM montre des anomalies touchant plutôt les régions sous-corticales chez les patients rémittents qui s’étendent aux régions corticales chez les patients de forme progressive. Longitudinalement, on retrouve essentiellement des changements de FA dans la SB et d’atrophie de la SG chez les patients rémittents. Ces travaux montrent que la DTI constitue une méthode sensible pour une meilleure détection et compréhension des altérations cérébrales et de leur évolution dans la SEP. / If magnetic resonance imaging (MRI) shows the inflammatory nature of multiple sclerosis (MS) lesions, there is no marker capable of predicting its evolution or characterizing neurodegeneration. Therefore, the aim of this work was first, to identify markers of tissue integrity by diffusion tensor MRI (DTI) for the detection of inflammatory and/or degenerative tissue damages, and second, to characterize their changes with time using a longitudinal analysis of patients with different clinical forms. To this end, we first proposed a regional approach based on several white (WM) and gray (GM) matter regions of interest, and second, a statistical approach for the analysis of global WM anisotropy changes (TBSS) and GM density changes (VBM). WM analysis showed variations of the fractional anisotropy (FA), and radial and axial diffusivities, reflecting myelin and axonal damage respectively, while the GM analysis showed increased FA suggesting neuronal dendritic loss. TBSS and VBM analysis showed abnormalities affecting mostly subcortical regions in patients with relapsing-remitting (RR) MS which extended to cortical regions in patients with progressive MS. Longitudinally, we mainly observed WM FA changes and GM atrophy in RR patients. This work showed that DTI is a sensitive method for the detection and a better understanding of brain alterations and their progression in MS