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

La fonction d’équilibration est une fonction complexe qui implique une interaction entre les systèmes somatosensoriel, vestibulaire et visuelle qui en assurent la régulation. En pathologie, le contrôle de la posture et de l’équilibre peut être atteint comme dans le cas de neuropathies périphériques qui se caractérisent par une atteinte des fibres sensitives et motrices de niveau variable. Les neuropathies à prédominance sensitive sont dénommées neuropathies ataxiantes ; elles se caractérisent au niveau des membres inférieurs par l’atteinte proprioceptive qui peut entraîner des troubles de la posture et de l’équilibre en condition statique, dynamique ou encore lors de la marche. Ce travail rapporte trois méthodes d’évaluation élaborées dans les trois conditions d’équilibration afin de mieux caractériser les troubles de l’équilibre de cette population. L’évaluation de l’équilibre en condition statique sur une plateforme de force nous a permis de caractériser le poids des atteintes sensorielles et motrices dans les neuropathies à condition d’y inclure la mesure du paramètre de limite de l’équilibre qui dissocie le plus ces deux composantes. En condition dynamique, l’analyse de l’équilibre sur une plateforme de force motorisée « IsiMove » nous a permis de créer un score composé qui discrimine les troubles de l’équilibre d’une population de sujets ataxiques caractérisé par une instabilité majeure en conditions quasi statique (basse fréquence de déstabilisation) et une instabilité moins marquée en conditions plus dynamiques (hautes fréquences). Au cours de la marche, les lunettes eye-tracker se sont avérées constituer un outil pertinent pour l’analyse de la compensation visuelle, à la fois reproductible et sensible à la pathologie. Cette technologie nous a aidés à caractériser quantitativement une stratégie visuelle mise en place par les patients ataxiques lors de la locomotion. Les résultats de ce travail de thèse ouvrent différentes perspectives en ce qui concerne l’élaboration de programmes de rééducation plus spécifiques pour cette population, et la caractérisation instrumentale de nouveaux profils de troubles de l’équilibre des patients présentant une instabilité d’origine neurologique. / The balance function is a complex function that involves interaction between the somatosensory, the vestibular and the visual systems, the latter ensuring the equilibrium function regulation. In pathology, the control of posture and balance can be impaired as in the case of peripheral neuropathies, characterized by the impairment of sensory and motor fibers of variable level. Predominantly sensory neuropathies are called ataxic neuropathies; they are characterized by proprioceptive impairment in the lower limbs that can lead to disorders of posture and balance in static or dynamic condition, or even during gait. This study reports three assessment methods developed under the three balance conditions to better characterize balance disorders concerning this population. Balance assessment under static condition on a force platform has enabled us to characterize the weight of the sensory and motor impairments in neuropathies, provided that by the inclusion of measuring the limits of equilibrium balance parameter, which separates the most these two components. Under dynamic conditions, the analysis of balance on the motorized force platform "IsiMove" allowed us to create a composed score that distinguishes balance disorders in a population of ataxic subjects, which is characterized by major instability in quasi-static conditions (low frequency instability) and a less marked instability in more dynamic conditions (high frequencies). During gait, the eye tracker glasses have proven to be a relevant tool for the analysis of visual compensation, both reproducible and sensitive to the pathology. This technology has helped us to quantitatively characterize the visual strategy implemented by ataxic patients during locomotion. The results of this thesis open different perspectives regarding the development of more specific rehabilitation programs for this population. It also opens different perspectives on the instrumental characterization of new profiles of balance disorders in patients with instability of neurological origin.

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

Le diabète est une maladie grave et très fréquente. Elle est responsable de complications macrovasculaires dont l’artérite des membres inférieurs et microvasculaires dont les neuropathies périphériques. Desert hedgehog (Dhh) est l’un des trois membres de la famille hedgehog (Hh); cette protéine est notamment exprimée par les nerfs périphériques dont elle permet l’organisation structurale. Les membres de la famille Hh sont en outre impliqués dans la régulation de la physiologie des vaisseaux sanguins. Du fait de la diminution de l’expression de Dhh dans des conditions pathologiques comme le diabète, l’objectif de cette thèse a été de comprendre le rôle de cette protéine dans la physiopathologie des complications vasculaires associées au diabète. Nous avons montré d’une part que le défaut de Dhh altère la survie des nerfs en condition ischémique et ainsi entraîne un défaut de production par le nerf des facteurs pro-angiogéniques nécessaire à la réparation musculaire. D’autre part nous avons mis en évidence que le défaut d’expression de Dhh dans le nerf diabétique est responsable de la perte de l’intégrité de la barrière nerf-vaisseau et en conséquence de la neuropathie diabétique. Dhh apparait donc comme un nouvel acteur important du cross-talk nerf-vaisseau. La compréhension de sa fonction et de sa signalisation en font un candidat intéressant pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques (thérapie génique Dhh, agonistes de la voie Hh) dans le traitement des complications du diabète. / Diabetes is a serious and frequent illness. It is responsible for macrovascular complications such as peripheral arterial disease and microvascular complications such as peripheral neuropathy. Desert Hedgehog (Dhh) is one of the three hedgehog (Hh) family members; this protein is expressed by Schwann cells of peripheral nerves and is necessary to orchestrate the organisation of nerve sheaths (i.e. Epi-, Peri-, and Endoneurium) by signaling to perineurial cells. Moreover, the Hh family members are also known to regulate blood vessel physiology. Because we found that Dhh is downregulated in pathological conditions such as diabetes, the purpose of this PhD thesis is to understand the contribution of Dhh in diabetes-associated vascular complications. We have shown that Dhh deficiency impairs peripheral nerve survival in the ischemic muscle and, by doing so, decreases the pool of nerve-derived proangiogenic factors. Then we have found that Dhh knockdown in peripheral nerves is responsible for blood nerve barrier breakdown and consequently diabetic neuropathy. Dhh appears as a new actor that plays a crucial role in nerve-vessel cross-talk. The understanding of Dhh function and signaling makes it an interesting candidate for the development of new therapeutic strategies (gene therapy, Hh agonists) in the setting of diabetic complications.

Les neuropathies périphériques héréditaires (NP) sont caractérisées par des phénotypes très divers et une hétérogénéité génétique importante. La maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT) représente la majeure partie des neuropathies périphériques sensitivo-motrices. D’autres symptômes peuvent être associés, telle que la surdité. A l’heure actuelle, aucune estimation précise de la surdité n’existe dans cette population et la pathogénicité est incertaine. L’objectif de cette thèse était de mieux comprendre la physiopathologie de la surdité chez les patients atteints de neuropathies périphériques. Pour cela plusieurs approches complémentaires ont été mises en œuvre : 1) Approche clinique sur une cohorte française de patients atteints à la fois de neuropathie périphérique et de surdité et tests de génétique moléculaire avec séquençage NGS (Panels NP, surdités et/ou exomes) ; 2) Approche biochimique sur des prélèvements de nerfs cochléaires murins et humains ; 3) Approche bioinformatique afin d’identifier des réseaux de protéines impliquées dans l’apparition de surdité liée à une neuropathie périphérique. Grâce à ce travail, nous avons pu caractériser les phénotypes variés des patients atteints de NP génétique et surdité, et ainsi constater que la surdité peut être endo, rétro ou endo et rétrocochléaire. Trente-six gènes ont été rapportés comme associées à NP et surdité. Le génotype de nos patients NP+Surdité a pu être établi dans 60% des cas, avec la découverte de sept nouveaux variants pathogènes dans cinq gènes différents. Nos travaux suggèrent également que PMP22, le gène le plus retrouvé dans les CMT, n’est probablement pas ou peu impliqué dans l’apparition de la surdité des patients NP. Chez deux de nos patients présentant un variant pathogène de PMP22, un deuxième gène impliqué a été trouvé avec respectivement COCH et MYH14. Des corrélations génotypes-phénotypes ont pu être mises en évidence avec les gènes ABHD12, SH3TC2, NEFL et PRPS1. Deuxièmement, l’étude préliminaire immunohistochimique sur des nerfs auditifs de rats sauvages a permis de mettre en évidence l’expression de pmp22, mpz, nefl et trpv4 au niveau du nerf cochléaire et de pister une différence d’expression chez les rats CMTpmp22/+. L’étude chez l’humain n’a pas été concluante. Dernièrement, la recherche in silico de voies communes aux différents gènes décrits comme impliqués dans NP+surdité a permis de confirmer le lien direct entre PMP22 et MPZ. Des liens indirects entre plusieurs autres protéines ont été pistés. Cette thèse montre également que la surdité est très certainement sous-diagnostiquée dans cette population de NP génétique. Nous proposons donc un suivi audiométrique systématique des patients atteints de NP héréditaire, et une évaluation neurologique pour les enfants diagnostiqués pour surdité. / Hereditary Peripheral Neuropathies (PN) are characterized by various phenotypes and great genetic heterogeneity. Charcot-Marie-Tooth disease (CMT) accounts for most sensori-motor peripheral neuropathies. Besides, other symptoms can be associated, such as deafness. No precise estimation of deafness within this population exist and its pathogenicity is uncertain. The aim of this PhD was to better understand the physiopathology of deafness in patients suffering from PN. Various complementary approaches were used; 1) a clinical approach on a French cohort of patients suffering from both PN and hearing loss and molecular genetic tests with NGS sequencing (PN, deafness panels, and/or exomes), 2) a biochemical approach on murine and human cochlear nerve samples and 3) a bioinformatic approach to identify protein hubs implicated in the onset of PN-associated deafness.This has enabled us to characterize the various phenotypes of patients suffering from both hereditary PN and deafness, and then notice that deafness can be endo-, retro- or endo- and retrocochlear. Thirty-six genes were reported to be associated with both PN and hearing impairment. Sixty percent of our patients were genotyped, highlighting seven novel pathogenic variants in five different genes. Our research also suggests that PMP22, the most frequent gene in CMT, is probably not or poorly implicated in deafness onset in PN patients. In two of our patients with PMP22 pathogenic variants, a second involved gene was found with COCH and MYH14 respectively. Genotype-phenotype correlations were found out with the ABHD12, SH3TC2, NEFL and PRPS1 genes. Secondly, the preliminary immunohistochemical study on wild-type rats auditory nerves highlighted the expression of pmp22, mpz, nefl and trpv4 on the cochlear nerve and tracked a different expression in CMTpmp22/+ rats. However, the study on humans was not conclusive. Recently, in silico research of pathways common to the different genes described to be involved in both PN and deafness, has found the direct link between PMP22 and MPZ. Indirect links between several other proteins have been tracked.This thesis also shows that hearing impairment is most probably under-diagnosed in this population of genetic PN sufferers. We suggest regular audiologic follow-up for PN patients and neurological assessment for deaf children.

Les neuropathies à anticorps anti-MAG sont secondaires à une gammapathie monoclonale IgM dirigée contre la MAG des gaines de myéline des nerfs périphériques. Le traitement est celui de l’hémopathie sous‐jacente. Même si les thérapeutiques sont de plus en plus efficaces, les hémopathies restent le plus souvent incurables. Le rituximab est couramment utilisé dans le traitement des neuropathies à anticorps anti‐MAG, mais son efficacité n’a pas pu être clairement démontrée dans deux études contrôlées. Le FTY720 ou fingolimod est un sphingolipide, analogue de la sphingosine, qui inhibe les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate (S1P). Il est utilisé comme immunosuppresseur dans la Sclérose en Plaques. Des études ont également rapporté un effet cytotoxique du FTY720 dans des hémopathies sans toutefois clairement expliquer son mécanisme d’action. L’objectif de ce travail est d’élucider les mécanismes moléculaires de l’effet cytotoxique du FTY720 dans un modèle d’hémopathie B, la leucémie lymphoïde chronique (LLC). Des cellules leucémiques primaires de LLC et une lignée cellulaire MEC1 ont été utilisées comme modèle expérimental in vitro. Le FTY720, comme la sphingosine, entraîne une cytotoxicité dose‐dépendante dans la LLC. Cet effet, médié par la forme non phosphorylée de FTY720, est indépendant des récepteurs au S1P. Le FTY720 induit l’expression de marqueurs d’apoptose: exposition de la phosphaJdylsérine, clivage de PARP et de caspase 3. Cependant sa toxicité apparaît indépendante des caspases. La lipidation accrue de LC3 et la formation d’autophagolysosomes indiquent que le FTY720 augmente également le flux autophagique. Cependant, des inhibiteurs de l’autophagie ne permettent pas de bloquer la mort cellulaire induite par le FTY720, suggérant que l’autophagie a ici un rôle protecteur vis à vis de la toxicité du FTY720. Plusieurs éléments permettent de conclure que le FTY720 est responsable d’une nécrose cellulaire : aspect morphologique de nécrose en microscopie électronique, perméabilisation membranaire précoce avec relocalisation cytoplasmique de HMGB1, libération extracellulaire de LDH, perméabilisation de la membrane lysosomale associée à une activation des cathepsines. Au niveau moléculaire, l’action du FTY720 n’est pas bloquée par la nécrostatine 1, indiquant que la nécrose induite par le FTY720 est indépendante de RIPK1 (receptor interacJng protein 1), une kinase clef des voies extrinsèques de nécrose cellulaire programmée. Par contre, nos travaux ont établi l’implication de DRP1 (dynamin related protein), une enzyme régulatrice de la fission mitochondriale, dans le processus de nécrose induite par le FTY720. En plus d’une relocalisation précoce de DRP1 à la mitochondrie accompagnée d’une augmentation de sa phosphorylation sur des sites régulateurs de son activité, nos expériences montrent que la suppression de son expression par interférence à ARN dans les cellules leucémiques réduit fortement la mort cellulaire induite par le FTY720. Le FTY720 est donc responsable dans la LLC d’une nécrose cellulaire programmée dépendante de DRP1. Nos résultats illustrent l’implication des sphingolipides dans la régulation de la survie cellulaire et dans les voies de nécrose programmée. Le FTY720 a un mode d’action original différent de l’apoptose induite par les chimiothérapies classiques. Le FTY720 pourrait donc être une alternative thérapeutique dans les néoplasies B résistantes aux chimiothérapies usuelles et dans certaines manifestations auto‐immunes des hémopathies comme les neuropathies à anticorps anti‐MAG. / Fingolimod (FTY720) is an immunosuppressive drug that was recently approved for the treatment of multiple sclerosis and is currently under pre-clinical investigation as a therapy for a number of haematological malignancies. Previous studies have indicated a role for FTY720 in inducing autophagy and caspase-independent cell death in cancer cells through incompletely characterized molecular mechanisms. Our study thus aims at a beeer understanding of the way of action of FTY720. In chronic lymphocytic leukaemia (CLL) cells, FTY720 induced cell death with typical features of apoptosis, including phosphatidylserine exposure and caspase-3 activation, and features of autophagy, including LC3 conversion, autophagolysosome formation and lysosomal cathepsins activation. However, neither caspase nor autophagy blockade prevented the cytotoxic effect of FTY720, suggesting another mechanism of cell death. Using electron and fluorescence microscopy, flow cytometry and biochemical analyses, we found that FTY720 treatment increased a fraction of annexin V-/7-AAD+ cells both in primary and transformed leukemic cells and induced morphological changes representative of necrosis, including oncosis, mitochondrial and plasma membrane alteration. FTY720 treatment resulted in increased plasma membrane permeability as shown by the extracellular translocation of the nuclear high mobility group box 1 (HMGB1) protein and by the release into the culture medium of the cytosolic enzyme lactate dehydrogenase (LDH). Interestingly, cell death induced by FTY720 was not prevented by pharmacological inhibition of RIPK1 and PP2A. In contrast, FTY720--‐induced necrosis was accompanied by an early relocation to the mitochondria of Dynamin Related Protein 1, DRP1. Importantly, FTY720 stimulation led to ma tior changes in the phosphorylation of serine residues associated with the mitochondrial fission activity of DRP1. Finally, siRNA--‐mediated knockdown of DRP1 significantly reduced necrotic cell death induced by FTY720. In this study, we thus demonstrate that in leukemic cells the cytotoxic effect of the immunosuppressive drug Fingolimod involves a DRP1--‐dependent regulated necrosis. These observations are important in line of the future development of Fingolimod as a new therapeutic agent in haematological malignancies.

La glycyl-ARNt synthétase humaine (GRS) est une enzyme clé dans la traduction des protéines dans le cytosol et la mitochondrie. Chez l’Homme, des mutations de la GRS conduisent à la neuropathie périphérique Charcot-Marie-Tooth (CMT). Bien que l’activité de la GRS soit ubiquitaire, les mutations associées à la CMT n’affectent que les nerfs périphériques, suggérant un rôle supplémentaire de la GRS dans les neurones. Pour comprendre ce rôle, nous avons d’abord élucidé le mécanisme particulièrement complexe qui contrôle l’expression de la GRS mitochondriale et cytosolique à partir du même gène. Nous avons identifié deux ARNm : un codant pour les deux enzymes ; et un autre plus long qui contient une IRES fonctionnelle et un uORF. Cet ARNm complexe, ne génère que la GRS cytosolique et montre que son expression et localisation sont étroitement contrôlées. De plus, nous avons montré une distribution particulière de la GRS dans des neurones, qui est un premier indice sur un rôle non canonique. / Human Glycyl-tRNA synthetase (GRS) is a housekeeping enzyme with a key role in protein synthesis, both in the cytosol and the mitochondria. In human, mutations in GRS cause the Charcot-Marie-Tooth (CMT) peripheral neuropathy. Though GRS activity is required in all cells, the CMT-associated mutations affect only the peripheral nervous system, suggesting an additional non canonical role.To understand how GRS is involved in CMT pathology, we first elucidated the original post-transcriptional regulatory mechanism that controls the expression of both the mitochondrial and the cytosolic GRS from a single gene. We identified two mRNA isoforms: one coding for both enzymes; and a longer one containing a functional IRES and an uORF encoding only the cytosolic GRS, evidence that expression and localization of human GRS are tightly controlled. Furthermore, we found a particular Ca2+ dependant distribution of GRS in neurons, giving us a first clue about a potential non-canonical role in neurons.

La chimiothérapie néoadjuvante (CNA) est une avancée majeure dans les traitements des cancers du sein. La CNA réduit nettement la tumeur primaire et permet une chirurgie conservatrice à tous les stades du cancer. Malheureusement, elle s’accompagne de dysfonctionnements neurologiques qui limitent le succès du traitement anti-tumoral. La prise en charge médicale de ces troubles neurologiques est problématique compte tenu de l’inefficacité des neuroprotecteurs disponibles. De plus, la recherche de nouvelles thérapeutiques est handicapée par l’absence de modèles expérimentaux reproduisant fidèlement les symptômes évoqués par la CNA séquentielle « épirubicine (EPI)/docétaxel (DO) » ou CNA-[EPI-DO] fréquemment utilisée. Ce travail de thèse a permis de caractériser pour la première fois un modèle animal pertinent de troubles neurologiques périphériques et centraux évoqués par la CNA-[EPI-DO]. Ce modèle préclinique a été utilisé pour révéler l’efficacité d’un traitement concomitant de duloxétine et d’alloprégnanolone contre la neuropathie périphérique douloureuse induite par la CNA-[EPI-DO]. Nos travaux montrent aussi que la duloxétine exerce une action bénéfique contre les déficits cognitifs évoqués par la CNA-[EPI-DO]. La thèse ouvre des perspectives prometteuses à explorer pour le développement de thérapies efficaces contre les altérations neurologiques CNA-induites. / Neoadjuvant chemotherapy (NAC) represents a major progress in breast cancer therapy. By shrinking significantly, the tumor volume, NAC allows conservative surgery at all stages of breast cancer. Unfortunately, NAC also induces neurological dysfunctions that jeopardize the chances of success of anti-tumor treatments. Therapeutic management of these neurological disorders remains a major concern because neuroprotective drugs currently available are not effective. Furthermore, investigations to characterize novel effective therapeutics are hampered by the lack of reliable experimental models mimicking the neurological symptoms evoked by the sequential epirubicin (EPI)/docetaxel (DO)-NAC or [EPI-DO]-NAC frequently used in humans. The present thesis work allowed the first characterization of a relevant animal model of [EPI-DO]-NAC-induced peripheral and central neurological disorders. This preclinical model has successfully been used to demonstrate the efficacy of duloxetine and allopregnanolone concomitant treatment against [EPI-DO]-NAC-evoked painful peripheral neuropathy. Our results also reveal a beneficial action of duloxetine against [EPI-DO]-NAC-induced cognitive deficits. The thesis opens promising perspectives to be explored for the development of effective therapies against [EPI-DO]-NAC-induced neurological alterations.

Les neuropathies à anticorps anti-MAG sont secondaires à une gammapathie monoclonale IgM dirigée contre la MAG des gaines de myéline des nerfs périphériques. Le traitement est celui de l'hémopathie sous‐jacente. Même si les thérapeutiques sont de plus en plus efficaces, les hémopathies restent le plus souvent incurables. Le rituximab est couramment utilisé dans le traitement des neuropathies à anticorps anti‐MAG, mais son efficacité n'a pas pu être clairement démontrée dans deux études contrôlées. Le FTY720 ou fingolimod est un sphingolipide, analogue de la sphingosine, qui inhibe les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate (S1P). Il est utilisé comme immunosuppresseur dans la Sclérose en Plaques. Des études ont également rapporté un effet cytotoxique du FTY720 dans des hémopathies sans toutefois clairement expliquer son mécanisme d'action. L'objectif de ce travail est d'élucider les mécanismes moléculaires de l'effet cytotoxique du FTY720 dans un modèle d'hémopathie B, la leucémie lymphoïde chronique (LLC). Des cellules leucémiques primaires de LLC et une lignée cellulaire MEC1 ont été utilisées comme modèle expérimental in vitro. Le FTY720, comme la sphingosine, entraîne une cytotoxicité dose‐dépendante dans la LLC. Cet effet, médié par la forme non phosphorylée de FTY720, est indépendant des récepteurs au S1P. Le FTY720 induit l'expression de marqueurs d'apoptose: exposition de la phosphaJdylsérine, clivage de PARP et de caspase 3. Cependant sa toxicité apparaît indépendante des caspases. La lipidation accrue de LC3 et la formation d'autophagolysosomes indiquent que le FTY720 augmente également le flux autophagique. Cependant, des inhibiteurs de l'autophagie ne permettent pas de bloquer la mort cellulaire induite par le FTY720, suggérant que l'autophagie a ici un rôle protecteur vis à vis de la toxicité du FTY720. Plusieurs éléments permettent de conclure que le FTY720 est responsable d'une nécrose cellulaire : aspect morphologique de nécrose en microscopie électronique, perméabilisation membranaire précoce avec relocalisation cytoplasmique de HMGB1, libération extracellulaire de LDH, perméabilisation de la membrane lysosomale associée à une activation des cathepsines. Au niveau moléculaire, l'action du FTY720 n'est pas bloquée par la nécrostatine 1, indiquant que la nécrose induite par le FTY720 est indépendante de RIPK1 (receptor interacJng protein 1), une kinase clef des voies extrinsèques de nécrose cellulaire programmée. Par contre, nos travaux ont établi l'implication de DRP1 (dynamin related protein), une enzyme régulatrice de la fission mitochondriale, dans le processus de nécrose induite par le FTY720. En plus d'une relocalisation précoce de DRP1 à la mitochondrie accompagnée d'une augmentation de sa phosphorylation sur des sites régulateurs de son activité, nos expériences montrent que la suppression de son expression par interférence à ARN dans les cellules leucémiques réduit fortement la mort cellulaire induite par le FTY720. Le FTY720 est donc responsable dans la LLC d'une nécrose cellulaire programmée dépendante de DRP1. Nos résultats illustrent l'implication des sphingolipides dans la régulation de la survie cellulaire et dans les voies de nécrose programmée. Le FTY720 a un mode d'action original différent de l'apoptose induite par les chimiothérapies classiques. Le FTY720 pourrait donc être une alternative thérapeutique dans les néoplasies B résistantes aux chimiothérapies usuelles et dans certaines manifestations auto‐immunes des hémopathies comme les neuropathies à anticorps anti‐MAG.