5 Summary: Currently, the outcomes from traumatic exsanguination cardiac arrest (CA) show that over 50% of deaths due to trauma occur at the scene, where medical care is limited. Less than 10% of patients who become pulseless from trauma survive. However, in an appropriate setting, some of those traumatic injuries could be surgically repairable. Emergency preservation and resuscitation (EPR) is a novel approach for resuscitation of exsanguination CA victims. EPR uses deep hypothermic preservation for prolonged CA to buy time for transport, damage control surgery, and delayed resuscitation with cardiopulmonary bypass (CPB). Initially, we used a dog model to maximize clinical relevance. We showed that the efficacy of EPR is related to the depth of hypothermia and duration of CA. Pharmacologic adjuncts tested to augment hypothermia generally failed. Extended hemorrhagic shock did not prevent the success of EPR vs. conventional resuscitation if extended post-resuscitative hypothermia was provided. Oxygenation of the flush allowed extending of survivable duration of deep hypothermic CA. Because of the lack of molecular tools available for use in dogs, we developed a rat EPR model to study the cellular and molecular mechanisms underlying deep hypothermic neuroprotection to allow us to define specific targets for...

La gravité du traumatisme crânien (TC) dépend de la sévérité immédiate des lésions primaires mais également de leur aggravation dans les heures et les jours qui suivent le TC, avec l’apparition de lésions secondaires. La neuro-inflammation constitue l’une des cascades physiopathologiques post-TC dont le contrôle a été décrit comme une stratégie neuroprotectrice potentielle. Elle compromet le taux de la forme soluble α du précurseur du peptide ß amyloÏde, sAPPα, un neuroprotecteur endogène issu de l’action des enzymes α-sécrétases (ADAMs). Dans ce contexte, mon travail de thèse a eu pour but d’étudier l’intérêt thérapeutique des composés pharmacologiques modulant le taux de sAPPα post-TC sur les conséquences biochimiques, histopathologiques et fonctionnelles, à court et à long terme, dans un modèle de TC par percussion mécanique chez la souris. Parmi les différents composés, la minocycline, une tetracycline de 2e génération aux effets anti-inflammatoires, et l’étazolate, une pyrazolopyridine récemment décrite comme activateur des α-sécrétases, ont été sélectionnés. Le traitement anti-inflammatoire par la minocycline permet de restaurer le taux de la sAPPα, et cet effet dans la phase précoce est accompagné d’une réduction des conséquences histopathologiques (atrophie callosale et striatale, lésion des bulbes olfactifs et ventriculomégalie) à 3 mois post-TC. Sur le plan fonctionnel, le test d’aversion olfactive a été pour la première fois mis au point sur un modèle expérimental de TC et a permis de révéler un déficit olfactif persistant dans notre modèle. De plus, un déficit cognitif persistant a été également mis en évidence par le test NORT « Novel Object Recognition Test ». Le même traitement par la minocycline a permis de corriger ces déficits olfactif et cognitif à court et à long terme (3 mois) post-TC. Les résultats obtenus sur l’étazolate (étude de fenêtre thérapeutique, étude d’effet-dose) ont montré, pour la première fois dans un modèle de lésion cérébrale, son potentiel anti-inflammatoire et anti-œdémateux, associé à la restauration du taux de la sAPPα, avec une fenêtre thérapeutique d’au moins de 2h. Le même traitement réduit les conséquences histopathologiques (activation microgliale, ventriculomégalie, lésion des bulbes olfactives) et fonctionnelles (hyperactivité locomotrice, déficit cognitif), à court à long terme (3 mois) post-TC. En conclusion, l’ensemble de ce travail a permis d’établir les bénéfices d’une stratégie pharmacologique s’opposant à la fois à la neuro-inflammation et à la chute du taux de la sAPPα dans la phase précoce de TC avec une amélioration histologique et fonctionnelle à long terme, soulignant son intérêt thérapeutique. Il est important de souligner que la minocycline est déjà entrée en essai clinique pour le traitement de TC, et que malgré le peu de données précliniques, l’étazolate (EHT-0202) est tout récemment entré en phase II pour le traitement de la maladie d’Alzheimer. / The severity of the sequelae of traumatic brain injury (TBI) depends on the extent of primary damage as well as the implication of secondary injury cascades that are triggered within the hours and days post- insult. Neuroinflammation is an important post-TBI cascade whose inhibition has been described as a potential neuroprotective strategy. Neuroinflammation has been associated to the decrease of an endogenous neuroprotector, the soluble form α of the amyloid precursor protein (sAPPα), generated by the activity of the enzymes α-secretases or ADAMs. The aim of this work was to evaluate the therapeutic interest of pharmacological compounds that restore sAPPα levels on short- and long-term biochemical, histological and functional outcome in a mouse model of TBI by mechanical percussion. Among the potential candidates, the compounds selected were minocycline, a tetracycline that exerts anti-inflammatory activity, and etazolate, a pyrazolopyridine that activates α-secretases. The anti-inflammatory treatment with minocycline was able to restore post-TBI sAPPα levels, and this acute effect was accompanied by lasting neuroprotection, namely reduction of lesion size (corpus callosum, striatum and olfactory bulbs) and ventriculomegaly and attenuation of glial reactivity. The olfactory aversion test, developped for the first time in experimental TBI, unraveled a persistant olfactory deficit. Moreover, a durable cognitive deficit was revealed by the Novel Object Recognition Task (NORT). Treatment with minocycline was able to attenuate both the olfactory and cognitive deficits in an effective manner. Moreover, the results obtained in the pharmacological study with etazolate (therapeutic window, dose-response) demonstrated, for the very first time, the anti-inflammatory and anti-oedematous efficacy of etazolate, when administered at least 2 hours post-TBI. The same treatment protocol was also able to attenuate sAPPα levels and offered persistent neuroprotection, namely reduction of lesion size (ventriculomegaly, olfactory bulb lesion) and microglial activation, and attenuation of functional deficits (hyperactivity, cognitive deficit). In conclusion, the findings of this work highlight the therapeutic efficacy of compounds that attenuate neuroinflammation and restore sAPPa levels within the acute and critical post-TBI aftermath, on histological and functional outcome. It is worth noting that minocycline is actually in a clinical trial for the treatment of traumatic brain injury and etazolate (EHT 0202), despite the poor experimental data available, has managed to enter a clinical trial for the treatment of Alzheimer’s disease.

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L'obésité, caractérisée par une prise de poids excessive et un état inflammatoire, est une maladie métabolique qui devrait être prévenue car elle constitue un facteur de risque pour les maladies cardio-métaboliques. Les régimes riches en énergie et en graisses (high fat diet - HFD) sont une des causes de l'obésité. Plusieurs études suggèrent que les lipides alimentaires peuvent modifier la signalisation neuronale, l’excitabilité et la connectivité dans les aires cérébrales impliquées dans l’homéostasie énergétique. Dans le cerveau, les acides gras (AG) modulent la prise alimentaire, la prise de poids, et, plus récemment décrit, la motivation à obtenir de la nourriture. Ces effets semblent être médiés par l'incorporation des AG et/ou par leur métabolisme intra-neuronal, des mécanismes qui sont facilités par les protéines de transport, en particulier FATP1 (fatty acid transport protein-1). Il a aussi été montré que l’obésité altère l’intensité de l’effet de la dopamine (DA) et la neurotransmission dopaminergique dans le système mésolimbique, bien reconnu pour son implication dans les systèmes de récompense. Certaines études suggèrent que les neurones DA sont capables d’intégrer les AG, et que l'oléate, un acide gras à longue chaîne (AGLC), agit sur les neurones dans l’aire tegmentale ventrale (ventral tegmental area - VTA) d'où sont issus les neurones DA. L’oléate inhiberait l’activité neuronale dopaminergique, et donc les comportements de récompense. Cependant, notre compréhension du métabolisme des AG et de leur incorporation dans le VTA est encore trop partielle. Nous avons voulu : 1) mesurer la captation d’un analogue radiomarqué d’AGLC, le *FTHA, dans diverses régions du cerveau impliquées dans la régulation de la prise alimentaire; 2) vérifier si le blocage pharmacologique de l’entrée des AG dans les cellules, via un inhibiteur de FATP1, module les effets suppresseurs de l'oléate sur la récompense alimentaire lorsqu’injecté dans le VTA; et 3) évaluer les effets d’une longue HFD sur l’accumulation de graisse dans le cerveau, la neuroinflammation, et sur la barrière hémato- encéphalique (brain blood barrier - BBB) dans les régions impliquées dans la récompense. Pour l’objectif 1, nous avons élaboré un protocole permettant de quantifier l’incorporation et l’accumulation d’AG dans le cerveau. Après une injection de *FTHA dans la veine de la queue des souris, leurs cerveaux ont été disséqués, et la radioactivité était mesurée avec un compteur gamma. Nous avons montré que le cortex préfrontal et certaines zones associées au système de récompense (striatum dorsal-DS, VTA et noyau accumbens-NAC), mais pas l'hypothalamus médiobasal (mediobasal hypothalamus – MBH), incorporent le *FTHA. De plus, le VTA et le DS affichaient des taux de radioactivité plus importants et, plus rapidement, que les autres zones d’intérêt. Nous avons aussi déterminé que 15 minutes est le temps d'incubation optimal pour mesurer le *FTHA. Pour l’objectif 2, nous avons confirmé in vitro l’action de l’inhibiteur de la FATP1. Cependant, contrairement à des travaux antérieurs de notre équipe, nous n'avons pas trouvé de différence dans les comportements de récompense suite à des injections intra-VTA d'oléate et/ou de l’inhibiteur de la FATP1. Pour l’objectif 3, des souris ont été nourries soit avec une HFD riche en AG saturées, soit avec une diète contrôle durant 20 semaines. Elles sont devenues obèses et, via des techniques immunohistochimiques, nous avons montré que la HFD avait induit une plus grande activation microgliale dans le VTA et le NAC, ainsi qu’une plus grande perméabilité de la BBB au niveau du VTA. En revanche, nous n’avons pas trouvé de différences pour la teneur en lipides, le nombre de microglies, ou les protéines de jonction de la BBB. L'interprétation de nos résultats tient compte de certaines limites dues à nos approches méthodologiques et à la petite taille de nos échantillons. Néanmoins, s’ils sont confirmés, nos travaux pourraient contribuer à mieux comprendre comment les AG circulants sont incorporés dans le cerveau. Nous avons démontré que les AGLC traversent la BBB et s’accumulent dans plusieurs zones de récompense (DS, VTA) de façon plus importante que dans le MBH, une région réputée pour être associée à l’homéostasie énergétique et à la détection des nutriments. Nous avons aussi montré que l’obésité induite par l’HFD est associée à une augmentation de la perméabilité de la BBB dans le VTA, et que l’on peut étendre au VTA la relation entre l’obésité et la neuroinflammation. Notre travail apporte de nouvelles données dans le domaine du métabolisme et de l’incorporation des AG circulants dans le cerveau ainsi que sur les conséquences potentielles d’une exposition prolongée à une HFD. Comme les AG semblent s’accumuler dans le système de récompense et qu’ils pourraient modifier le comportement alimentaire des humains, nos résultats pourraient avoir des implications en obésité. / Obesity is a preventable metabolic disorder characterized by excessive weight gain and inflammation, which predisposes to numerous cardiometabolic diseases. One of the causes of obesity is the continued consumption of an energy dense, high-fat diet (HFD). Increasing evidence suggests that lipid nutrients can modify neural signaling, excitability and connectivity in brain areas involved in energy homeostasis. Moreover, fatty acids (FA) in the brain have been shown to modulate food intake, weight gain, and, more recently, food-motivated behavior. These effects seem to be mediated by FA uptake and intra-cellular metabolism, which is facilitated by FA transport proteins such as FATP1. Obesity has been shown to induce alterations in dopamine (DA) tone and signaling in the mesolimbic system, well known for its implication in reward. Evidence suggests that DA neurons detect FAs and that oleate, a long chain fatty acid (LCFA), acts on neurons in the ventral tegmental area (VTA), where DA neurons originate, to suppress DA neural activity and food-seeking. However, our understanding of FA metabolism and its uptake into VTA is still to be refined. We sought to evaluate whether: 1) the incorporation of a radiolabeled LCFA analog, *FTHA, in brain regions implicated in the regulation of food intake; 2) blocking FA entry into cells of the VTA, using a pharmacological inhibitor of FATP1, modulates the suppressive effects of oleate on food-motivated behavior; and 3) prolonged HFD has effects on fat accumulation, neuroinflammation, and blood brain barrier (BBB) integrity and leakage in reward-related areas. Under objective 1, we developed a protocol to allow the quantification of FA uptake in the brain using tail-vein injections of *FTHA, brain dissections, and gamma counter. We found that the prefrontal cortex and reward-related areas (dorsal striatum [DS], VTA and nucleus accumbens [NAC]), but not the mediobasal hypothalamus (MBH), incorporate *FTHA, that the VTA and DS emitted proportionally more radioactivity, and may do so more rapidly, than the other brain regions assessed. We also determined that a 15-minute incubation was optimal for *FTHA detection. Under objective 2, we showed in vitro a reduction in lipid accumulation in neurons after FATP1 inhibition. However, contrary to previous experiments conducted in our lab, we found no significant difference in food-motivated behavior following an intra-VTA oleate and/or FATP1 inhibitor injection. Under objective 3, mice were fed either a HFD (high saturated FAs) or a control diet for 20 weeks. They became obese, and via immunohistochemical techniques, we found that HFD induced greater microglial activation in the VTA and NAC, and greater BBB permeability in the VTA. However, we did not find differences in cerebral lipid content, number of microglial cells, or changes in BBB tight junction proteins. Interpretation of these experiments are discussed within certain methodological limitations and the small size of our samples. Nonetheless, if confirmed, our data may provide additional insight in the transport of peripheral FAs into the brain. We showed that LCFA pass through BBB and accumulate in reward-related areas. The VTA, and DS had significantly greater accumulation of *FTHA compared to the MBH, a region traditionally associated with energy homeostasis and nutrient sensing. We also showed that diet-induced obesity is associated with increased BBB permeability in the VTA, and we extended the established relationship between obesity and neuroinflammation to the VTA. This work brings forth new insights in the realm of FA uptake and metabolism in the brain, as well as their potential impacts after prolonged exposure. Our data may have potential implications for obesity, as this facilitates this macronutrient uptake in the reward system, and may alter postprandial food-seeking behaviors in humans.

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La chiropratique est une profession de la santé qui s’intéresse au diagnostic, au traitement, et à la prévention des troubles musculosquelettiques. L’intervention la plus communément utilisée en chiropratique est la manipulation vertébrale (dite « ajustement chiropratique »). D’ailleurs, les consultations en chiropratique sont principalement pour des douleurs vertébrales, particulièrement dans la région lombaire. La lombalgie est la principale cause d'incapacité à travers le monde. Elle engendre des coûts considérables pour la société et les individus atteints. Chez environ un tiers des individus, la lombalgie persiste et devient chronique, entraînant une incapacité et une diminution de la qualité de vie. Chez ces individus, aucun processus pathologique affectant les tissus vertébraux ne peut être mis en évidence. En effet, cette douleur, dite nociplastique, serait plutôt causée par des mécanismes pathologiques du système nociceptif. La lombalgie chronique, dite primaire chez ces individus, est ainsi considérée comme le diagnostic en soi, et non un symptôme secondaire à une pathologie sous-jacente. Chez certains individus, les manipulations vertébrales peuvent soulager la lombalgie chronique primaire. Cependant, leur efficacité comme intervention de première ligne et leurs mécanismes hypoalgésiques restent à démontrer. L'objectif général de cette thèse est d’examiner les mécanismes hypoalgésiques des manipulations vertébrales. Le premier objectif spécifique est d’examiner les mécanismes hypoalgésiques d’une manipulation vertébrale à l’aide d’un modèle expérimental de douleur persistante chez des individus en santé. Le deuxième objectif spécifique est d’examiner les mécanismes du soulagement de la douleur lombaire chronique primaire par une intervention chiropratique de quatre semaines, qui comprend douze séances de manipulations vertébrales. La thèse comprend deux études empiriques, soit une étude expérimentale et une étude clinique, qui sont précédées d’une revue de littérature ciblée. Le premier article est une revue narrative explorant les mécanismes neurophysiologiques de la manipulation vertébrale pour soulager la douleur vertébrale. Le deuxième article décrit les résultats d’une étude expérimentale chez des individus en santé. Dans cette étude, nous avons examiné les mécanismes d'inhibition de la douleur en réponse à une manipulation vertébrale ciblant un segment vertébral dont la peau a été sensibilisée par une application topique de capsaïcine. Le troisième article est une revue narrative examinant l'efficacité des manipulations vertébrales pour le traitement des douleurs vertébrales. Le quatrième article décrit les résultats d’un essai contrôlé randomisé avec groupe placebo chez des individus atteints de lombalgie chronique primaire. Dans cette étude, nous avons examiné si le soulagement de la lombalgie chronique primaire par une intervention chiropratique s’accompagne d’une atténuation de processus pathologiques contribuant à la douleur nociplastique. Les résultats indiquent qu’une manipulation vertébrale peut atténuer l’hyperalgésie mécanique secondaire observée avec le modèle expérimental de douleur persistante. Ceci suggère qu’une manipulation vertébrale pourrait agir sur des processus pathologiques qui mènent à la douleur chronique. Ces résultats sont cohérents avec la réduction de la douleur observée chez les patients atteints de lombalgie chronique primaire recevant des manipulations vertébrales. De plus, la réduction de la lombalgie chronique était accompagnée d’une réduction de l’hyperalgésie mécanique lombaire et de la dramatisation de la douleur. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent qu’une intervention chiropratique comprenant des manipulations vertébrales est efficace pour réduire la lombalgie chronique primaire, et que cet effet pourrait découler en partie d’une réduction de processus contribuant à la douleur nociplastique. Ceci renforce les recommandations cliniques sur l’utilisation de la chiropratique pour le soulagement de la lombalgie chronique primaire. D’autres études seront nécessaires pour clarifier les mécanismes neurophysiologiques et anti-inflammatoires des manipulations vertébrales. / Chiropractic is a health profession focused on the diagnosis, treatment, and prevention of musculoskeletal disorders, mainly through spinal manipulation (also known as "chiropractic adjustment"). The majority of patients consult a chiropractor seeking spine pain relief, primarily in the lower back. Low back pain is the leading cause of global disability, generating considerable costs for society and affected individuals. At least one third of people with low back pain experience persistent pain, leading to chronic disability and a decrease in quality of life. In affected individuals, no pathological process affecting the spinal tissues can be identified. Instead, this pain, called nociplastic, is presumed to be caused by pathological mechanisms within the nociceptive system. Thus, in these individuals, low back pain is considered as chronic primary pain, and not the symptom of an underlying disease. In some individuals, spinal manipulations can relieve chronic primary low back pain. However, their effectiveness as a first-line intervention and their hypoalgesic mechanisms remain to be demonstrated. The overarching aim of this thesis is to examine the hypoalgesic mechanisms of chiropractic spinal manipulations. The first specific objective is to investigate the hypoalgesic mechanisms of a spinal manipulation using an experimental model of persistent back pain in healthy individuals. The second specific objective is to investigate the mechanisms of relief of chronic primary low back pain by a four-week chiropractic intervention, including twelve sessions of spinal manipulations. The thesis includes two empirical studies: an experimental study and a clinical study, both preceded by a targeted literature review. The first study is a narrative review exploring the neurophysiological mechanisms of spinal manipulation to relieve spine pain. The second article describes the results of an experimental trial on healthy individuals, where we examined the mechanisms of pain inhibition following a spinal manipulation targeting a spinal segment sensitized by the topical application of capsaicin The third article is a narrative review examining the effectiveness of spinal manipulation for the treatment of spine pain. The fourth article describes the results of a randomized placebo-controlled trial with individuals suffering from chronic primary low back pain. In this study, we examined whether the relief of chronic primary low back pain by a chiropractic intervention is accompanied by an attenuation of pathological processes contributing to nociplastic pain. The results indicate that a single spinal manipulation can mitigate segmental mechanical hyperalgesia observed with the experimental model of persistent pain. This suggests that spinal manipulations could act on pathological processes that lead to chronic pain. These results are consistent with the pain reduction observed in patients with chronic primary low back pain receiving spinal manipulations. Furthermore, low back pain relief was accompanied by a reduction in mechanical hyperalgesia and in pain catastrophizing. Overall, these results indicate that a chiropractic intervention including spinal manipulations is efficacious in reducing chronic primary low back pain, and that this effect could in part stem from a reduction in processes contributing to nociplastic pain. This reinforces clinical recommendations on the use of chiropractic for the relief of chronic primary low back pain. Further studies will be needed to clarify the neurophysiological and anti-inflammatory mechanisms of spinal manipulations.

Les maladies neurodégénératives liées à l’âge, telle celle de Parkinson, sont un problème majeur de santé publique. Cependant, la maladie de Parkinson reste incurable et les traitements sont très limités. En effet, les causes de la maladie restent encore mal comprises et la recherche se concentre sur ses mécanismes moléculaires. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à deux phénomènes anormaux se produisant dans la maladie de Parkinson : l’agrégation de l’α-synucléine et l’activation des cellules microgliales. Pour étudier la polymérisation de l’α-synucléine, nous avons établi de nouvelles méthodes permettant la production in vitro de différents types d’oligomères d’α-synucléine. Grâce à des méthodes biophysiques de pointe, nous avons caractérisé ces différents oligomères à l’échelle moléculaire. Puis nous avons étudié leurs effets toxiques sur les neurones. Ensuite, nous nous sommes intéressés à l’activation des microglies et en particulier à leurs canaux potassiques et aux changements liés au vieillissement. Nous avons identifié les canaux Kv1.3 et Kir2.1 et montré qu’ils étaient impliqués dans l’activation des microglies. En parallèle, nous avons établi une méthode originale qui permet l’isolation et la culture de microglies primaires issues de cerveaux adultes. En comparaison à celles de nouveaux-nés, les microglies adultes montrent des différences subtiles mais cruciales qui soutiennent l’hypothèse de changements liés au vieillissement. Globalement, nos résultats suggèrent qu’il est possible de développer de nouvelles approches thérapeutiques contre la maladie de Parkinson en modulant l’action des microglies ou en bloquant l’oligomérisation de l’ α-synucléine. / Age-related neurodegenerative disorders like Parkinson’s disease take an enormous toll on individuals and on society. Despite extensive efforts, Parkinson’s disease remains incurable and only very limited treatments exist. Indeed, Parkinson’s pathogenesis is still not clear and research on its molecular mechanisms is ongoing. In this study, we focused our interest on two abnormal events occurring in Parkinson’s patients, namely α-synuclein aggregation and microglial activation. We first investigated α-synuclein and its abnormal polymerisation. For this purpose, we developed novel methods, which allowed the in vitro production of different types of α-synuclein oligomers. Using highly sensitive biophysical methods, we characterised these different oligomers at a single-particle level. Then, we tested their biological effects on neurons. Afterwards, we studied microglial activation. We concentrated our efforts on two axes, namely age-related changes in microglial function and K+ channels in microglia. We showed that Kv1.3 and Kir2.1 K+ channels are involved in microglial activation. In parallel, we developed a new approach, which allows the effective isolation and culture of primary microglia from adult mouse brains. Adult primary microglia presented subtle but crucial differences in comparison to microglia from neo-natal mice, confirming the hypothesis of age-related changes of microglia. Taken together, our results support the hypotheses that microglial modulation or inhibition of α-synuclein oligomerisation are possible therapeutic strategies against Parkinson's disease.

But : La perte de l’intégrité de la barrière hémo-encéphalique (BHE) est l’une des caractéristiques principales de la sclérose en plaques. Cette augmentation de la perméabilité est associée à une désorganisation des molécules de jonction serrée et à une augmentation de l’expression de molécules d’adhérence essentielles à l’extravasation des cellules immunitaires. Identifier de nouvelles molécules impliquées dans ce processus est donc crucial pour le développement de nouvelles thérapies contre la sclérose en plaques visant à promouvoir l’intégrité de la BHE et à diminuer la migration des leucocytes dans le système nerveux central (SNC) au cours du processus neuro-inflammatoire. Dans cette étude, le rôle spécifique de la molécule d’adhérence ALCAM, qui est exprimé à la surface des cellules endothéliales de la BHE (CE-BHE) et de certains sous-types de leucocytes, a été évalué. Méthodologie : À l’aide d’une analyse protéomique exhaustive, notre laboratoire a identifié ALCAM comme étant une molécule d’adhérence surexprimée par les CE-BHE mises en culture dans un milieu pro-inflammatoire. Dans le but d’étudier le rôle spécifique d’ALCAM durant la diapédèse leucocytaire, nous avons induit chez des souris de type sauvages et des souris ALCAM déficientes l’encéphalite auto-immune expérimentale (EAE), le modèle animal de la sclérose en plaques. Le rôle d’ALCAM a aussi été étudié à l’aide d’un système d’adhérence sous flux laminaire. Cet appareil, qui imite un capillaire cérébral, permet de suivre en temps réel le mouvement des leucocytes, soumis à une pression physiologique, dans un tube couvert à sa base par des CE-BHE. Résultats : En utilisant ce système d’adhérence, j’ai pu démontrer que des anticorps dirigés contre ALCAM réduisent de façon significative le roulement et l’adhérence de monocytes CD14+ humains à la surface de CE-BHE. Par ailleurs, ces anticorps préviennent de façon marquée la diminution de la vitesse moyenne des cellules au cours de l’expérience. Par le fait même, j’ai aussi observé une réduction significative de l’extravasation des monocytes traités avec de l’anti-ALCAM au travers de CE-BHE dans un modèle statique de migration. Subséquemment, j’ai démontré que ces monocytes migrent plus rapidement et en plus grand nombre au travers d’une barrière constituée de cellules endothéliales méningées à comparer à des CE-BHE. Bien que des observations similaires ont été effectuées en utilisant des lymphocytes T CD4+ humains ex vivo, j’ai été incapable de reproduire ces résultats à l’aide de cellules Th1 et Th17 réactivées in vitro. Par opposition à nos données in vitro, j’ai découvert que les souris déficientes en ALCAM développent une EAE active plus sévère que celle observée chez des souris de type sauvages. Cette EAE est par ailleurs associée à une infiltration périvasculaire de lymphocytes T pro-inflammatoires et de monocytes/macrophages de type M1 plus marqué chez les souris ALCAM déficientes. L’induction d’une EAE par transfert adoptif, dans laquelle des cellules immunitaires de type sauvage réactivées par du MOG sont injectées à des souris déficientes en ALCAM, suggère que la pathophysiologie observée durant l’EAE active serait liée à l’absence d’ALCAM au niveau de la BHE. Une caractérisation de la barrière des souris ALCAM déficientes non immunisées a par la suite révélé une réduction de l’expression de certaines molécules de jonction serrée. Une analyse plus poussée a par ailleurs démontré qu’ALCAM est lié indirectement à des molécules de jonction serrée des CE-BHE, ce qui expliquerait l’augmentation de la perméabilité de celle-ci chez les souris déficientes en ALCAM. Une analyse de la perméabilité intercellulaire de la BHE effectuée in vitro a d’autre part corrélé ces résultats. Conclusion : Collectivement, nos données prouvent qu’ALCAM joue un rôle prépondérant dans la diapédèse des monocytes, mais pas des lymphocytes Th1 et Th17 au travers de la BHE. Par ailleurs, nos résultats suggèrent qu’ALCAM remplit une fonction biologique cruciale favorisant le maintien de l’intégrité de la BHE en agissant comme molécule adaptatrice intermédiaire entre les molécules de jonction serrées et le cytosquelette. De cette façon, l’absence d’ALCAM au niveau des CE-BHE promeut indirectement le recrutement de leucocytes pro-inflammatoires dans le SNC des souris atteintes de l’EAE en augmentant la perméabilité des vaisseaux sanguins de la BHE. / Aim: The loss of blood-brain barrier (BBB) integrity is a hallmark of multiple sclerosis. It is associated with a disorganization of junctional molecules and an upregulation of cell adhesion molecules essential for immune cell transmigration. Identifying novel key players involved in this process is thus crucial for the development of MS therapies aimed at promoting BBB integrity and decreasing leukocytes trafficking into the central nervous system (CNS) during neuroinflammation. In this study, the specific role of the adhesion molecule ALCAM, found on BBB endothelial cells (BBB-ECs) and subsets of leukocytes, was assessed. Methods: We first identified ALCAM as an important molecule upregulated during inflammation in a proteomic screen of in vitro cultured primary human BBB-ECs. In order to study the effects of ALCAM on leukocyte transmigration, both active and passive experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) was induced in ALCAM KO and WT animals. The specific role of ALCAM during leukocyte transmigration was also assessed using a modified adhesion assay under sheer-stress, in which leukocytes flow across a capillary-like channel lined with a monolayer of BBB-ECs under physiological pressure. Results: Using the modified adhesion assay, we demonstrated that anti-ALCAM blocking antibodies significantly reduce the rolling and the adhesion of human CD14+ monocytes interacting with primary human BBB-ECs, as well as prevent their overall decrease in velocity. Concurrently, we also observed a significant reduction in the migration of ex vivo CD14+ monocytes, across a monolayer of human BBB-ECs. These monocytes also migrated more rapidly and in higher number across meningeal endothelial cells, as compared to BBB-ECs. While similar observations were made using ex vivo CD4+ T lymphocytes, we failed to reproduce these results using in vitro activated Th1 and Th17 cells. In opposition to our in vitro data, ALCAM KO mice developed a more severe active EAE associated with a significant increase in perivascular infiltration of pro-inflammatory lymphocytes (Th1/Th17) and M1 monocytes/macrophages, as compared to WT controls. In addition, EAE transfer experiments, in which ALCAM KO mice received WT MOG-reactivated splenocytes, suggested that the pathophysiology observed in active EAE was linked to the absence of ALCAM on BBB-ECs. Phenotypic characterization of un-immunized ALCAM KO mice revealed a reduced expression of BBB junctional proteins. Further analysis showed that ALCAM is indirectly associated with tight junction molecules of the BBB-ECs, which explains the increased CNS parenchymal blood vessel in vivo permeability in ALCAM KO animals. Correlating with these data, primary culture of mouse brain BBB-ECs was shown to possess a lower TEER and an increased permeability coefficient. Conclusion: Collectively, our data provide evidence of the implication of ALCAM in monocyte transmigration, but not Th1 or Th17 lymphocyte diapedesis across CNS endothelium. Our results also point to a biologically crucial function of ALCAM in maintaining BBB integrity by acting as an adaptor molecule between tight junctions and the cytoskeleton. As such, the absence of ALCAM at the level of BBB-ECs indirectly promotes the recruitment of pro-inflammatory leukocytes in the CNS of EAE animals by increasing the BBB vessels permeability.

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière. / At the end of the 19th century, Dr. Ramón y Cajal, a scientific pioneer, discovered that the nervous system was composed of individual cellular elements, later called neurons. He also noticed the complexity of this system and mentioned the impossibility of new neurons to be integrated into the adult nervous system. One of his famous quotes: “In adult centers the nerve paths are something fixed, ended, immutable. Everything may die, nothing may be regenerated” is representative of the prevalent dogma at the time (Ramón y Cajal 1928). Key studies conducted in the 1960-1970s suggested a different point of view. It was demonstrated that new neurons could be born during adulthood, but this discovery created an omnipresent skepticism in the scientific community. It took 30 years for the concept of adult neurogenesis to become widely accepted. This discovery, along with more advanced techniques, opened doors to potential therapeutic avenues for neurodegenerative diseases. Adult neural stem cells (NSCs) reside mainly in two niches in the brain: the subventricular zone of the lateral ventricles and the dentate gyrus of the hippocampus. Under normal conditions, neurogenesis level is relatively high in the SVZ whereas some steps are rate-limiting in the hippocampus. In contrast, the spinal cord is rather defined as a quiescent environment. One of the main questions that arose from these discoveries is: how do you activate adult NSCs in order to increase neurogenesis levels? In the hippocampus, environmental enrichment (including cognitive stimulation, exercise and social interactions) has been shown to promote hippocampal neurogenesis. The plasticity potential of this region is important as it could play a crucial role in rescuing learning and memory deficits. In the spinal cord, studies conducted in vitro demonstrated that ependymal cells found around the central canal have self-renewal and multipotency capacities (neurons, astrocytes, oligodendrocytes). Interestingly, it turns out that in vivo, following a spinal cord lesion, ependymal cells become activated, can self-replicate, but can only give rise to glia cell fate (astrocytes and oligodendrocytes). This new post-injury function shows that plasticity can still occur in a quiescent environment and could be exploited to develop endogenous spinal cord repair strategies. v As mentioned above, NSCs play important roles in normal brain function and neural repair following injury. However, little information is known about how a quiescent NSC becomes activated in order to perform these functions. The general objective of this project was to investigate the mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system. My specific aims were to address this question using adult mice in two complementary models: 1) activation of hippocampal NSCs by environmental enrichment, and 2) activation of spinal cord NSCs by injury-induced neuroinflammation. Moreover, 3) to gain new insights into the molecular mechanisms of these models, we will perform transcriptomics studies to open new lines of investigation. The first project is expected to provide us with new insights into the basic cellular and molecular mechanisms through which environmental enrichment modulates adult brain plasticity. We first evaluated the contribution of individual environmental enrichment components to hippocampal neurogenesis (Chapter II). Voluntary exercise promotes neurogenesis, whereas a social context increases neuronal activation. We then determined the effect of these components on behavioural performances and transcriptome using an eight-arm radial maze to assess spatial memory, novel object recognition, and RNA-Seq, respectively (Chapter III). Runners show stronger spatial short-term memory recall, whereas mice exposed to social interactions had a better cognitive flexibility to abandon old memory. Surprisingly, RNA-Seq analysis indicated clear differences in the expression of modified transcripts between low runners and high runners, as well as for social interacting mice (within the complex environment). The second project consists of discovering how ependymal cells acquire NSC properties in vitro or multipotentiality following lesions in vivo. A RNA-Seq analysis revealed that the transforming growth factor-β1 (TGF-β1) acts as an upstream regulator of significant changes following spinal cord injury (Chapter IV). We therefore confirmed the presence of this cytokine after lesion and investigated its role on proliferation, differentiation, and survival of neurosphere-initiating cells from the spinal cord. Our results suggest that TGF-β1 regulates the acquisition and expression of stem cell properties of spinal cord-derived ependymal cells.