La Neuromyélite Optique (NMO) est une maladie auto-immune démyélinisante, rare et grave, du système nerveux central (SNC). Elle est caractérisée par une démyélinisation et une perte axonale ciblant principalement le nerf optique et la moelle épinière. La découverte d'un auto-anticorps (IgG-NMO) dirigé contre l'aquaporine-4 (AQP4), un canal hydrique exprimé par l'astrocyte, a été une étape clé dans la compréhension de la physiopathologie de la NMO, actuellement définie comme une astrocytopathie. La pathogénicité de l'IgG-NMO a été démontrée : il induit une internalisation d'AQP4 et des transporteurs au glutamate, provoquant une altération de la fonction astrocytaire. Cependant les mécanismes permettant de lier la dysfonction astrocytaire aux altérations caractéristiques de la NMO, notamment la démyélinisation, restent méconnus. Les astrocytes sont des cellules gliales essentielles à l'établissement et au maintien de l'homéostasie du SNC. Ils permettent la régulation des flux hydriques et ioniques, le contrôle extracellulaire des neuromédiateurs ainsi que l'apport de métabolites énergétiques aux neurones et aux oligodendrocytes. Ils sont aussi caractérisés par une très forte expression de connexines (Cx), des molécules transmembranaires s'assemblant sous une forme hexamérique : le connexon. Les connexines forment soit des hémicanaux, permettant l'échange de petites molécules entre les milieux intra- et extra-cellulaires, soit des jonctions communicantes par la juxtaposition de connexons appartenant à deux cellules, assurant le couplage intercellulaire avec le passage de petites molécules et d'ions (ATP, glutamate, lactate, calcium). Les fonctions hemicanal et jonction communicante sont fortement régulées en condition physiologique et altérées en condition pathologique, notamment en contexte neuroinflammatoire. Nous émettons l'hypothèse que les IgG-NMO altèrent l'expression et la fonction des connexines, et conduisent ainsi à la production d'un environnement toxique pour les oligodendrocytes et la myéline, et délétère pour le fonctionnement neuronal. Mon projet de thèse avait trois objectifs : i) la caractérisation du phénotype astrocytaire induit par les IgGNMO ; ii) l'identification d'altérations des connexines et leur implication dans la pathologie ; iii) la mise en évidence d'altérations de la transmission synaptique induites par les IgG-NMO et l'implication de connexines dans cet effet. Des modèles de cultures primaires gliales traitées par des IgG-NMO issue d'une cohorte de patients m'ont permis de caractériser le phénotype acquis par les astrocytes, et de proposer le concept d'un astrocyte réactif spécifique de pathologie. Les astrocytes réactifs spécifiques de la NMO induisent un milieu inflammatoire spécifique et toxique, provoquant une démyélinisation. Grâce au développement d'une coculture gliale et neuronale produisant des neurones myélinisés, et à l'utilisation de peptides inhibiteurs des Cx, j'ai pu montrer que les NMO-IgG ont un effet démyélinisant et que celui-ci implique les Cx. La démyélinisation est en effet associée à des modifications structurales et fonctionnelles des Cx astrocytaires, observées à la fois in vitro et dans notre modèle in vivo, le rat-NMO. Enfin, la mise en place d'une étude électrophysiologique en potentiel de champs local sur des tranches d'hippocampe de rats m'a permis d'étudier l'effet des IgG-NMO sur la transmission glutamatergique basale. J'ai pu mettre en évidence un effet dépresseur des IgG-NMO, partiellement bloqué par un inhibiteur de connexines, la carbenoxolone. Comme il a déjà été démontré par des études cliniques dans des pathologies neurodégénératives, l'utilisation de modulateurs de Cx semble être une voie thérapeutique prometteuse afin de prévenir la démyélinisation et les altérations du fonctionnement neuronal de la NMO / Neuromyelitis Optica (NMO) is a rare and severe auto-immune demyelinating disease of the central nervous system (CNS). It is characterized by demyelination and axonal loss targeted to the optic nerve dans the spinal cord. The identification of a specific autoantibody (NMO-IgG) directed against the astrocytic protein AQP4 was a key step in the understanding of NMO physiopathology: it is now considered as an astrocytopathy. NMO-IgG is also a biomarker of NMO, and its pathogenicity has been demonstrated. NMO-IgG induce an internalization of AQP4 together with other membrane proteins such à glutamate transport GLT1. This could alter astrocyte functions but the mechanisms connecting astrocytopathy and demyelination remain unclear. Astrocytes are abundant glial cells crucial for the establishment and the maintenance of CNS homeostasis. They regulate water flux and ion homeostasis and control extracellular volume and neurotransmitter concentrations. They also provide neurons and oligodendrocytes with energy substrates. Astrocytes are characterized by a high expression of connexins (Cx), transmembrane proteins assembling in hexameric form, called connexon. Cx form either hemichannels, unopposed connexon at the membrane, allowing the exchange of small molecules (<1,2kDa e.g. glutamate, ATP) and ions (Ca2+, K+) between extra- and intra-cellular compartments. Cx also form gap junctions, formed by the juxtaposition of two connexons at the membrane of two different cells, and allow the quick cell to cell exchange of small molecules, metabolites and ions (e.g. glucose, lactate, Ca2+). Hemichannel and gap junction functions are tightly regulated under physiological conditions and can be altered in pathological condition for example during neuroinflammation. We proposed that NMO-IgG by altering connexins expression and/or function could lead to the production of a toxic environment for oligodendrocytes and myelin but also for neuronal functioning. This feature of astrocyte dysfunction could participate to NMO alterations. My thesis project had three main goals: i) the characterisation of astrocyte phenotype induced buy NMO-IgG, ii) the identification of connexins alterations and their implication NMO physiopathology, iii) the highlight of synaptic alterations induced by NMO-IgG and the involvement of connexins in this effect. Primary glial cell cultures treated with NMO-IgG from a cohort of NMO patients, were used to characterize astrocyte phenotype and we proposed the concept of a specific reactive dysfunctioning astrocyte induced by NMO-IgG. Those astrocytes, called “NMO-astrocytes” are responsible for the production of a proinflammatory toxic microenvironment for oligodendrocytes and leading to demyelination. With the development of a myelinated culture model, composed of glial cells and neurons with myelinated axons, together with the use of specific inhibitors of Cx functions, we showed that NMO-IgG induced demyelination involved connexin dysfunction. In fact, demyelination was associated with structural and functional alterations of astrocytic connexins observed both in vitro and in vivo in the NMO-rat model. Electrophysiological recording of basal glutamatergic synaptic activity in the rat hippocampus showed a strong depression of synaptic responses induced by NMO-IgG. Connexins could be implicated in this alteration since blocking all connexins with carbenoxolone blocked NMO-IgG effect

La neuromyélite optique (NMO) est une maladie inflammatoire du système nerveux central récemment mieux comprise par la découverte d'un anticorps sérique spécifique dirigé contre l'aquaporine 4 (anticorps anti-AQP4). L'objectif de cette thèse a été de développer une recherche translationnelle pour améliorer la connaissance de la réponse immunitaire dans la NMO. Nous avons d'abord développé et étudié un modèle animal de NMO en laboratoire afin de mieux comprendre la physiopathologie d'une inflammation optico-médullaire. Nous avons aussi amélioré la connaissance de la NMO humaine. Nous avons montré que la réactivité anti-AQP4 n'était pas corrélée à l'activité de la maladie et retrouvé une réactivité contre d'autres protéines que l'AQP4. Nous avons aussi mis en évidence des anomalies métaboliques sériques (scyllo-inositol et acétate), et une diminution du volume de la substance blanche cérébrale, ce qui ouvre la voie à de nouvelles recherches pour confirmer et exploiter ces résultats.

La neuromyélite optique (NMO) est une maladie inflammatoire du système nerveux central récemment mieux comprise par la découverte d’un anticorps sérique spécifique dirigé contre l’aquaporine 4 (anticorps anti-AQP4). L’objectif de cette thèse a été de développer une recherche translationnelle pour améliorer la connaissance de la réponse immunitaire dans la NMO. Nous avons d’abord développé et étudié un modèle animal de NMO en laboratoire afin de mieux comprendre la physiopathologie d’une inflammation optico-médullaire. Nous avons aussi amélioré la connaissance de la NMO humaine. Nous avons montré que la réactivité anti-AQP4 n’était pas corrélée à l’activité de la maladie et retrouvé une réactivité contre d’autres protéines que l’AQP4. Nous avons aussi mis en évidence des anomalies métaboliques sériques (scyllo-inositol et acétate), et une diminution du volume de la substance blanche cérébrale, ce qui ouvre la voie à de nouvelles recherches pour confirmer et exploiter ces résultats. / Neuromyelitis optica (NMO) is an inflammatory disease of the central nervous system in which a specific antibody targeting aquaporin 4 (anti-AQP4) was recently found. The aim of this thesis is to develop a translational research in order to improve our knowledge of the immune response in NMO. We have therefore studied a animal model mimicking NMO and allowing a better comprehension of optico-spinal inflammation. In the human subjects suffering from NMO, we have also found that anti-AQP4 reactivity was not correlated to the disease activity and that reactivities against other proteins may exist. We have discovered changes in the serum concentrations of some metabolites (scyllo-inositol and acetate) and a decrease in the volume of brain white matter. These findings have to be confirmed by other studies and may improve our comprehension of NMO.

Les récepteurs du Fc des Immunoglobulines G (FcγR) sont impliqués dans de nombreuses réactions immunitaires. Deux groupes de faible affinité existent : les FcγRIIa/b/c et les FcγRIIIa/b, FcγRIIb étant le seul inhibiteur. Plusieurs polymorphismes, modifiant l’affinité au ligand et la réponse du récepteur, sont favorisés par une pression de sélection infectieuse et associés aux Maladies Auto-Immunes (MAI). Nous avons étudié l’association des polymorphismes FcγRIIa-R131H, FcγRIIb-I232T, FcγRIIIa-F158V, FcγRIIIb-Na1/Na2 aux Lupus érythémateux systémique (LES), la neuromyélite optique (NMO) et la sclérose en plaque (SEP) en Martinique. Nos résultats montrent une forte fréquence des allèles T232, V158 et des génotypes 232TT et 158VV dans la population générale, une augmentation de la fréquence de l’homozygote Na1, des allèles Na1 et 158F dans le LES, une augmentation du génotype 131RR ainsi que des allèles 131R et 158V dans le LES avec atteinte rénale, une augmentation du génotype 131RR et une diminution du NA2/NA2 dans la SEP ainsi qu’une augmentation de l’allèle 232T dans les NMO. L’étude de l’influence du FcγRIIb-I232T sur l’activation du récepteur à l’antigène des lymphocytes B (BCR) chez des lupiques et des témoins sains porteurs des formes IT, TT ou II montre que la régulation du BCR est effective même en présence de la forme TT. Ces résultats démontrent pour la première fois que la population martiniquaise possède un terrain génétique particulier qui faciliterait l’apparition de MAI avec pronostic plus sévère. / Receptors of Fc of Immunoglobulin G (FcγR) are involved in many immune responses. Two low affinity groups exist: FcγRIIa/b/c, and FcγRIIIa/b, FcγRIIb is the only inhibitor. Several polymorphisms, altering the affinity ligand and receptor response, are selected by an infectious pressure and associated with autoimmune diseases (AID). We studied the association of polymorphisms FcγRIIa-R131H, FcγRIIb-I232T, FcγRIIIa-F158V, FcγRIIIb-Na1/Na2 to systemic lupus erythematosis (SLE), neuromyelitis optica (NMO) and multiple scelrosis (MS) in Martinique. Our results show a high frequency of alleles T232, V158 and 232TT and 158VV genotypes in Martinican, an increase in the frequency of the homozygous Na1, Na1 and 158F alleles in SLE, an increase of 131RR genotype, the 131R and 158V alleles in SLE with kidney disease, an increase of 131RR genotype and a decrease of NA2 / NA2 in MS but an increase in the 232T allele in NMO. Study of the influence of FcγRIIb-I232T on the activation of the B cells receptor (BCR) in lupus and healthy controls controls exibiting IT, TT or II forms, shows that the regulation of BCR is effective even in the presence TT form. These results show for the first time Martinican population has a particular genetic background which would facilitate the appearance of MAI particularly serious.

INTRODUCTION._Le handicap associé aux maladies inflammatoires du système nerveux central (SNC), représentées par la sclérose en plaques (SEP) et la neuromyélite optique de Devic (NMOSD), est sous-tendu par la perte neuronale._x000D_La tomographie par cohérence optique (OCT) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM) sont des outils robustes et reproductibles permettant de mesurer la perte axonale in vivo.OBJECTIFS.Développer des biomarqueurs OCT et IRM pour le diagnostic, le pronostic et le suivi des patients atteints de maladies inflammatoires du SNC.MATERIELS et METHODES.Notre IRM est de champ magnétique 3 teslas (Achieva, Philips, Best, Pays Bas). L'appareil OCT est de 4éme génération (Heidelberg Spectralis, Allemagne). (1) Nous avons développé une séquence en tenseur de diffusion (DTI) de la moelle épinière cervicale en acquisition coronale et (2) évalué les corrélations entre les paramètres DTI et le handicap clinique d'une cohorte de patients SEP. (3) Nous avons comparé la séquence 3D-Double Inversion Récupération (DIR) à la séquence 2D-STIR FLAIR coronal pour la détection des hypersignaux inflammatoires du nerf optique.Sur le plan OCT, (4) nous avons participé à une étude multicentrique pour la validation de critères de qualité OCT. (5) Nous avons réalisé une étude OCT comparative de patients SEP, NMOSD et de sujets sains, afin de mettre en évidence des paramètres OCT différenciant les 2 maladies, parmi lesquels l'épaisseur de la pRNFL (globale ou en secteurs) et des couches maculaires (logiciel de segmentation HEYEX). (6) Nous avons évalué la longueur de l'hypersignal DIR du nerf optique comme potentiel biomarqueur de la perte axonale rétinienne évaluée en OCT.RESULTATS.(1) Les paramètres DTI (fraction d'anisotropie [FA], diffusivité moyenne [MD] et radiale [rD]) étaient significativement différents entre les sujets SEP et sains. Chez les sujets SEP, la FA diminue, la MD et la rD augmentent.(2) Dans la SEP, la FA mesurée au sein de la moelle épinière cervicale (C2-C6) était modérément corrélée au handicap clinique du patient mesuré par le score EDSS et les scores fonctionnels pyramidal, sensitif et sphinctérien._x000D_(3) La séquence 3D-DIR était plus précise que le 2D STIR FLAIR pour la détection d'un hypersignal inflammatoire du nerf optique (Se 95%, Sp 94%) et montrait une concordance inter-observateur plus élevée (kappa = 0.96).(4) La concordance inter-observateur des critères de qualité OCT OSCAR-IB était substantielle (kappa = 0.7).(5) Nous mettons en évidence une atrophie rétinienne post ON comparable entre la SEP et la NMOSD. Les patients SEP présentent une atrophie maculaire et de la pRNFL temporale sur les yeux sans névrite optique. Nos résultats suggèrent une possible atrophie maculaire infraclinique chez les sujets NMOSD. Les corrélations entre OCT et handicap visuel étaient bonnes et nombreuses. Dans la NMOSD, les corrélations entre OCT et handicap clinique étaient moins nombreuses et liée à la présence d'un handicap visuel.(6) Nous avons mis en évidence une bonne association (p<0.0001) entre la longueur de l'hypersignal DIR du nerf optique, l'épaisseur de la pRNFL, le volume des couches maculaires internes et le handicap visuel. Près de 40% des yeux indemnes de NO présentaient un hypersignal du nerf optique.CONCLUSIONS.Nous avons développé une séquence DTI analysant la moelle épinière cervicale, applicable en routine et de façon prospective. Les corrélations entre la FA ou la MD et le handicap restent toutefois modérées [...] / BACKGROUND.Inflammatory diseases affecting the central nervous system (CNS) are mainly represented by multiple sclerosis (MS) and neuromyelitis optica spectrum disorders (NMOSD). Both diseases may be associated with slight to severe clinical disability. There is a need for developing imaging biomarkers which could be used for diagnostic purposes and as potential therapeutic biomarkers. Optical coherence tomography (OCT) and magnetic resonance imaging (MRI) are robust and reproducible tools enabling us to measure axonal loss in vivo.OBJECTIVES.To develop OCT and MRI biomarkers for the diagnosis, prognosis and follow-up of inflammatory diseases affecting CNS.METHODS.Our MRI is a 3 teslas MRI (Achieva, Philips, Best the Netherlands) devoted to research at CHRU de Lille. The OCT tool is a 4th generation spectral-domain OCT (Heidelberg Spectralis, Germany).(1) We firstly developped a coronal diffusion tensor imaging (DTI) sequence for cervical spinal cord and (2) applied it to a large MS cohort in order to evaluate potential DTI/clinical disability correlations. (3) We interested in 3D-Double Inversion Recovery (DIR) sequence for the detection of T2 optic nerve hypersignal and compare its diagnosis accuracy with coronal 2D STIR-FLAIR sequence.Considering OCT, (4) we participated to a multicenter study for validating OCT quality criteria by measuring inter rater agreement. (5) We made a comparative OCT study in MS, NMOSD and healthy controls (HC), in order to describe potential OCT parameters differentiating both diseases. OCT parameters will be peripapillary retinal nerve fiber layers thickness (pRNFL; global and values per quadrants) and macular layers thickness evaluated by HEYEX segmentation software. (6) We investigated the length of optic nerve DIR hypersignal as a potential biomarker for retinal axonal loss measured by OCT.RESULTS.(1) The DTI parameters (fractional anisotropy [FA], mean diffusivity [MD], radial diffusivity [rD]) were significantly different between HC and MS patients. FA was reduced. MD and rD were increased.(2) In MS, FA within cervical spinal cord (C2-C6) was moderately correlated with physical disability measured by EDSS, pyramidal, sensory and bowel/urinary functional scores.(3) 3D-DIR sequence was more accurate than 2D STIR FLAIR for the detection of optic nerve hypersignal (Se 95%, Sp 94%) and showed the higher inter-rater agreement (kappa = 0.96).(4) The inter-rater agreement for OSCAR-IB quality criteria for retinal OCT was substantial (kappa = 0.7).(5) We found comparable post ON atrophy between MS and NMOSD and significant macular and temporal pRNFL atrophy in MS non ON eyes. We suggested possible subclinical macular atrophy in NMOSD. Correlations were good and numerous between OCT parameters and visual disability in both diseases. In NMOSD, correlations between OCT and clinical disability were fewer and more related to visual disability.(6) We found good associations (p<0.0001) between optic nerve DIR hypersignal length, pRNFL thicknesses, inner retinal layers volumes and visual disability. A subclinical radiological involvement of non ON eyes was found in 38.5%.CONCLUSION.We developed a DTI sequence for cervical spinal cord analysis which seems applicable in routine and in a prospective follow-up. However, correlations between FA or MD and clinical disability remain moderate.OCT may help to differentiate NMOSD and MS by focusing on the non ON eyes (temporal pRNFL atrophy more severe in MS). Moreover we discuss the possibility of subclinical retinal degenerative process in NMOSD.We showed the 3D-DIR interest in optic nerve inflammatory lesion detection. 3D-DIR sequence which has largely been considered as a marker of demyelination, may be more pathologically specific (i.e retinal axonal loss) by focusing on a specific part of the CNS (i.e optic nerve). Optic nerve DIR hypersignal may be a new biomarker of retinal axonal loss.