The neuronal nitric oxide synthase (nNOS) inhibitor 7-nitroindazole (7-NI) protects against the neurotoxicity of MPTP in a mouse model of neurodegeneration. Since 7-NI also inhibits the monoamine oxidase-B (MAO-B) catalyzed bioactivation of MPTP, the role of nNOS inhibition as a mediator of 7-NI's neuroprotective properties have been challenged. In order to examine in greater detail the neuroprotective effects of indazolyl derivatives, the synthesis of water soluble indazolyltetrahydropyridinyl derivatives as potential "prodrugs" that may undergo MAO bioactivation in the brain was undertaken. During the course of the studies on the synthesis of indazolylpyridinium derivatives, precursors to these "prodrugs", an interesting reaction involving the rearrangement of 4-(2H-indazolyl)-1-methylpyridinium iodide to the corresponding 1H-isomer was encountered. A detailed investigation of this rearrangement reaction is reported in this thesis. The syntheses and interaction of nitroindazolyltetrahydropyridinyl "prodrugs" with MAO-B have been investigated previously. Molecular docking studies that attempt to explain the MAO-B substrate and inhibitor properties of members of this series of compounds are described. Finally, the MAO-A substrate properties of nitroindazolyltetrahydropyridinyl derivatives are reported. / Ph. D.

Parkinson's disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder of unknown cause that afflicts about 1.5 million Americans. The characteristic feature of PD is a deficiency of dopamine in the terminals of nigrostriatal neurons. Two enzyme systems, the neuronal form of nitric oxide synthase (nNOS) and monoamine oxidase B (MAO-B), have been linked to neurodegenerative pathways leading to PD. Several MAO-B and nNOS inhibitors have been evaluated for their neuroprotective properties in the mouse model of neurodegeneration which employs the parkinsonian inducing neurotoxin 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP). One such compound is 7-nitroindazole (7-NI), a compound which is reported to inhibit both enzymes. This thesis focuses on the synthesis and biological evaluation of a potential prodrug form of 7-NI and related indazolyl containing compounds which are designed to release the active drugs following a metabolic bioactivation process. These studies have led to a detailed description of the nucleophilic aromatic substitution reactions between 4-chloro-1-methylpyridinium iodide and the indazolyl reactants that were employed as the initial step in the synthesis of the target compounds. The MAO-B substrate and inhibition properties of these "prodrugs" as well as the parent indazolyl compounds were examined. The results are discussed in relation to a previously developed active site model of MAO-B. / Master of Science

La maladie d’Alzheimer (MA) est une démence progressive caractérisée dans ses stades précoces par une perte synaptique et une dégénérescence neuronale. Aucun traitement efficace n’est disponible à ce jour et les mécanismes moléculaires impliqués sont encore mal connus. Des études récentes, menées notamment par notre équipe, indiquent que les oligomères de peptide amyloïde-ß (Aß) interagissent avec la membrane plasmique et y induisent un stress cellulaire impliquant des cascades apoptotiques. Ce travail a été consacré à l’étude de l’influence du statut lipidique sur la sensibilité des neurones au peptide Aß soluble et sur la signalisation pro-apoptotique. Nous avons montré que ce peptide induit un remodelage membranaire conduisant à la mort neuronale en activant des voies pro-apoptotiques et en inhibant des voies de survie. Par contre, la supplémentation du milieu en acide docosahexaénoïque (DHA), acide gras polyinsaturé de type ?3, protège les neurones de la mort induite par le peptide Aß. Cet effet préventif semble dépendre d’une incorporation du DHA pouvant localement induire un remodelage membranaire discret capable de préserver des voies de croissance et de survie cellulaire. Le DHA n’agit toutefois pas en inhibant l’activation de la phospholipase A2 cytosolique (cPLA2) et le stress oxydant induits par le peptide Aß, mécanismes que nous avons observés être impliqués dans la voie pro-apoptotique menant à la production de céramides suite à l’activation des sphingomyélinases. Ces enzymes occupent une position essentielle dans la toxicité du peptide Aß, puisqu’un prétraitement par le DHA ou par la sphingosine-1-phosphate, connue pour son potentiel antiapoptotique, protège les neurones en inhibant la sphingomyélinase acide. Les travaux de cette thèse ont donc montré que les lipides, molécules structurales mais aussi médiateurs de signalisation, sont des acteurs essentiels à considérer pour le développement de stratégies préventives ou thérapeutiques contre la MA / Alzheimer’s disease (AD) is a progressive dementia characterised in the early stages by synaptic loss and neurodegeneration. Currently, no effective treatments are available and the molecular mechanisms implicated are still unknown. Recent studies, including ours, indicate that the direct interaction between soluble amyloid-ß (Aß) oligomers and the plasma membrane initiates a cellular stress involving apoptotic cascades. The present work focuses on the impact of lipid status on neuronal susceptibility to the toxicity of soluble Aß peptide and on the pro-apoptotic signalling pathways. We showed that this peptide induces membrane remodelling, thereby activating pro-apoptotic pathways and inhibiting survival signalling, which leads to neuronal cell death. This was however prevented in neurons cultured in a medium supplemented with docosahexaenoic acid (DHA), an ?3 polyunsaturated fatty acid. This protective effect seems to rely on subtle local membrane remodelling due to DHA incorporation, which maintains active survival and growth pathways. DHA did not prevent either cytosolic phospholipase A2 (cPLA2) or oxidative stress upon soluble Aß peptide exposure. These two events have already been reported by our team to be implicated in a pro-apoptotic cascade leading to ceramide production due to the activation of sphingomyelinases. These enzymes very likely play a central role in Aß peptide toxicity, as pretreatments with DHA or sphingosine-1-phosphate, a well-known anti-apoptotic compound, lead to neuronal protection through the inhibition of acid sphingomyelinase. This PhD thesis demonstrates that lipids, as structural molecules as well as signalling mediators, are essential players that could be used to develop strategies for the prevention or treatment of AD

Ce manuscrit détaille la stratégie utilisée par nos laboratoires pour identifier de nouvelles molécules neuroprotectrices pour le traitement curatif de la maladie de Parkinson (MP). La MP est une maladie neurodégénérative caractérisée par des symptômes moteurs invalidants qui résultent de la dégénérescence des neurones dopaminergiques (DA) des noyaux gris centraux. Précédemment, nos laboratoires ont synthétisé et identifié au cours d’un criblage 3 molécules chefs de file qui possèdent un effet neurotrophique sur les neurones DA embryonnaires. Des études préliminaires d’ADMEtox nous ont permis de sélectionner la molécule SF41, un dérivé 6-aminoquinoxaline, pour une première évaluation de l’effet neuroprotecteur in vivo de nos molécules. En effet, cette molécule est bien tolérée chez l’animal et, administrée par voie orale, elle est capable de traverser la BHE. SF41 a montré un faible effet protecteur vis-à-vis des fibres DA dans un modèle animal de la MP. Dans le but d’augmenter l’activité neurotrophique de cette molécule, une 50ène de dérivés de seconde génération ont été synthètisés et criblés in vitro dans un modèle de mort spontanée des neurones DA. Ce criblage nous a permis d’identifier 5 molécules lead plus puisssantes et efficaces que SF41. Ces molécules, qui possédent les mêmes propriétés physico-chimiques que SF41, pourraient également atteindre le système nerveux central et ainsi conduire à un effet neuroprotecteur marqué dans un modèle animal de la MP. De plus, ces molécules possèdent un profil pharmacologique intéressant car elles sont capables d’empêcher la mise en place de mécanismes qui peuvent potentiellement contribuer à la mort des neurones DA dans la MP (stress oxydant, stress médié par les astrocytes, dyshoméostasie calcique, stress médié par la diminution en facteur trophique…). Une étude préliminaire avec la molécule PAQ, l’une de ces 5 molécules, a permis d’obtenir un effet neuroprotecteur dans un modèle in vivo de la MP qui semble supérieur à celui de la molécule SF41. Ces résultats encourageants nous donnent bon espoir d’obtenir la preuve de concept de l’activité neuroprotectrice de nos dérivés 6-aminoquinoxaline. / This manuscript describes the strategy used by our laboratories to identify new neuroprotective molecules for the therapy of Parkinson disease (PD). PD is a neurodegenerative disease characterized by disabling motor symptoms resulting from the degeneration of dopaminergic (DA) neurons of the basal ganglia. Previously, our laboratories have synthesized and identified in a screening 3 lead compound which exhibited a neurotrophic effect on embryonic midbrain DA neurons. Preliminary ADMEtox studies allowed us to select the molecule SF41, a 6-aminoquinoxaline derivative, for a first in vivo evaluation of the neuroprotective effect of our molecules in an animal model of PD. Indeed, SF41 is well tolerated in animals and is able of crossing the BBB after oral treatment. SF41 showed a weak protective effect on DA fibers in an animal model of PD.In order to increase the neurotrophic activity of this molecule, around fifty second generation derivatives were synthesized and screened in vitro in a model of spontaneous death of DA neurons. This screening allowed us to identify five lead compounds more powerful and effective than SF41. These molecules, which possess the same physico-chemical properties that SF41, could also reach the central nervous system and lead to a marked neuroprotective effect in an animal model of PD. In addition, these molecules have an interesting pharmacological profile because they are able to prevent the establishment of mechanisms that can potentially contribute to the death of DA neurons in PD (oxidative stress, stress mediated by astrocytes, calcium dyshomeostasis, stress mediated by trophic factor deprivation...).A preliminary study with the molecule PAQ, one of these five molecules, yielded a neuroprotective effect in animal model of PD that seems higher than with SF41. These encouraging results give us hope to achieve proof of concept of the neuroprotective activity of our 6-aminoquinoxaline derivatives.

Ce travail de thèse a permis la caractérisation de deux familles de modulateurs mitochondriaux: les analogues de l’alloprégnanolone et les nouveaux ligands synthétiques de la protéine de translocation mitochondriale ou translocator protein (TSPO) impliquée dans la neurostéroidogenèse. Nos résultats clés ont montré que: i) in vitro, BR297, un analogue de l'alloprégnanolone atténue les déficits bioénergétiques liés à la maladie d'Alzheimer et présente un effet protecteur contre le stress oxydatif, en réduisant les espèces réactives de l'oxygène et la mort dans un modèle cellulaire de la maladie d'Alzheimer, avec une plus grande efficacité comparé à l’allopregnanolone; ii) in vivo, premièrement l’effet protecteur de BR297 a été confirmé dans un modèle de souris transgénique de la maladie d’Alzheimer en atténuant les déficits mitochondriaux,puis deuxièmement, BR297 et BR351 ont démontré des effets neuroprotecteurs sur les dysfonctionnements mitochondriaux liés à l'âge par l'amélioration de bioénergétique cellulaire et des activités des complexes mitochondriaux; et iii) in vitro, les ligands TSPO représentent des molécules prometteuses qui sont capables d'augmenter bioénergétique cellulaire avec des effets comparable ou plus important que des molécules de référence dans un modèle cellulaire de la maladie d'Alzheimer. / This PhD work allowed the characterization of two families of mitochondrial modulators: novel analogues of allopregnanolone, and novel synthetic ligands of translocator protein (TSPO) implicated in the neurosteroidogenesis. Our key findings showed that: i) in vitro, BR297, an analog of allopregnanolone alleviated Alzheimer’s disease-related bioenergetics deficits and exhibited protective effects against oxidative stress by reducing reactive oxygen species and decreasing death in a cellular model of Alzheimer’s disease,with a higher effectiveness compared to allopregnanolone; ii) in vivo, firstly the protective effect of BR297 was confirmed in the transgenic Tg2576 mouse model by alleviating the mitochondrial deficits, secondly BR297and another analog BR351 demonstrated neuroprotective effects on age-related mitochondrial dysfunctions via enhancement of cellular bioenergetics and complex activities; and iii) in vitro, TSPO ligands represent promising molecules which are able to increase cellular bioenergetics with similar/ or higher effects compared to different reference molecules in a cellular model of Alzheimer’s disease.

Le refroidissement in vivo du myocarde jusqu'à 32-34°C est une stratégie cardioprotectrice extrêmement puissante expérimentalement. La ventilation liquide totale (VLT) par des perfluorocarbones permet d'induire cette hypothermie très rapidement en utilisant le poumon comme bioéchangeur thermique, tout en maintenant des échanges gazeux normaux. L'objectif de notre travail de thèse a été d'étudier les effets de la VLT hypothermisante sur les lésions d'ischémie-reperfusion dans des modèles d'ischémie myocardique régionale et d'arrêt cardiorespiratoire chez le lapin. Dans une première étude, nous avons démontré que l'instauration per-ischémique d'un épisode de VLT hypothermisante permettait d'atteindre la température cible de 32-33°C en seulement 5 min chez des lapins chroniquement instrumentés soumis à 30 min d'occlusion coronaire. Cela permettait d'atténuer non seulement la taille d'infarctus mais également la dysfonction contractile post-infarctus. La taille d'infarctus était ainsi respectivement réduite de 89 et 71% lorsque la VLT était débutée à la 5ème ou à la 15ème min d'occlusion coronaire par rapport au groupe Témoin. Cette protection était associée à un effet bénéfique sur la fonction mitochondriale dont la capacité de rétention calcique était significativement accrue par l'hypothermie.Dans une seconde étude, nous avons montré que cet effet cardioprotecteur de la VLT hypothermisante n'était pas limité par un plateau de cardioprotection puisqu'il persistait lors d'ischémies prolongées (60 min) chez des lapins anesthésiés. Les tailles de l'infarctus et du no-reflow étaient en effet respectivement diminuées de 45 et 74% dans un groupe d'animaux soumis à une VLT hypothermisante à partir de la 5ème min d'occlusion coronaire par rapport au groupe Témoin. Lorsque la VLT était instaurée plus tardivement (20ème min d'occlusion coronaire), ces réductions restaient significatives (respectivement -30% et -60%) alors qu'un refroidissement conventionnel par application de couvertures froides n'induisait aucun bénéfice, même lorsqu'il était débuté dès la 5ème min d'occlusion coronaire.Grâce aux travaux précédents, nous avons obtenu la preuve de concept de l'effet cardioprotecteur de la VLT hypothermisante au cours d'une ischémie myocardique régionale. Cependant, la translation clinique de cette stratégie est probablement délicate dans la situation de l'infarctus du myocarde. Il nous a en revanche semblé qu'elle pourrait être également bénéfique au cours de la réanimation post-arrêt cardiaque. Pour étudier ce phénomène, nous avons mis au point un modèle expérimental d'arrêt cardiaque et de réanimation cardiopulmonaire chez des lapins soumis à un épisode de fibrillation ventriculaire. Nous avons ainsi montré que la VLT hypothermisante permettait d'augmenter significativement la survie et d'atténuer le syndrome post-arrêt cardiaque par rapport à une réanimation conventionnelle. Après 10 min d'arrêt cardiaque, la survie était par exemple respectivement de 7/10 vs 0/10 chez les animaux soumis à la VLT hypothermisante par rapport au groupe Témoin. Ces effets bénéfiques étaient directement liés à la rapidité d'induction de l'hypothermie par la VLT puisqu'une hypothermie conventionnelle par refroidissement externe et perfusion de fluides refroidis n'a pas permis d'induire de protection significative.En conclusion, la VLT hypothermisante est une approche puissamment protectrice lors d'ischémie myocardique régionale et au décours d'un arrêt cardiaque. L'évaluation plus approfondie de cette stratégie nécessite à présent le développement de dispositifs sécurisés pouvant être utilisés sur un modèle gros animal.MOTS-CLES : Ventilation liquide totale, perfluorocarbone, hypothermie, infarctus, no-reflow, arrêt cardiaque. LABORATOIRE D'ACCUEIL : Laboratoire de pharmacologie, INSERM U955 équipe 3, Ecole nationale vétérinaire d'Alfort, Faculté de médecine de Créteil, Université Paris-Est, Créteil. / Cooling the ischemic myocardium to 32-34 °C is known to be potently cardioprotective. Total liquid ventilation (TLV) with perfluorocarbons can induce such an hypothermia very fastly using the lung as a heat exchanger while maintaining normal gas exchanges. The aim of this thesis was to investigate its beneficial effects in experimental models of myocardial ischemia and cardiac arrest in rabbits.In our first study, we demonstrated that the institution of hypothermic TLV allowed achieving a cardiac temperature of 32-33°C within only 5 min in chronically instrumented rabbits subjected to 30 min of coronary artery occlusion. This was associated with a significant reduction in infarct size along with a dramatic attenuation of the post-ischemic myocardial contractile dysfunction. As example, infarct size was reduced by 89 and 71% when TLV was initiated at the 5th or 15th min of coronary artery occlusion, respectively. This protection was associated with an attenuation of the mitochondrial dysfunction, as shown by an increased calcium restrain capacity.In a second study, we demonstrated that the protective effect of hypothermic TLV was not limited by a ceiling of cardioprotection since infarct size reduction persisted following prolonged ischemia (60 min) in anesthetized rabbits. Infarct and no-reflow sizes were indeed reduced by 45 and 74% in animals subjected to hypothermic TLV from the 5th min of coronary occlusion as compared to corresponding Controls, respectively. In comparison, a conventional external cooling with cold blankets did not reduce infarct size even when instituted since the 5th of ischemia.Thanks to the previous works, we obtained the proof of concept that hypothermic TLV could offer a dramatic cardioprotection during regional myocardial ischemia. However, the clinical translation of this strategy might be challenging in the clinical scenario of ST-elevation myocardial infarction. This might conversely be less challenging and also beneficial to prevent the post-cardiac arrest syndrome in patients resuscitated from cardiac arrest. In order to investigate this phenomenon, we developed an experimental model of cardiac arrest and cardiopulmonary resuscitation in rabbits submitted to an episode of ventricular fibrillation. Accordingly, we have demonstrated in this model that hypothermic TLV significantly increased survival and attenuated the post-cardiac arrest syndrome as compared to conventional resuscitation. After 10 min of cardiac arrest, survival was for example 7/10 vs 0/10 in animals subjected to hypothermic TLV vs corresponding Controls, respectively. These beneficial effects were directly related to the rapidity at inducing hypothermia with TLV since conventional hypothermia using external cooling and infusion of cold fluids failed to induce a significant protection.In conclusion, hypothermic TLV can induce a dramatic protection during regional myocardial ischemia or following cardiac arrest and resuscitation. In order to further investigate this strategy, we are now requiring a secured device that can be used in large animals.KEYWORDS: total liquid ventilation, perfluorocarbon, hypothermia, infarct, no-reflow, cardiac arrest.Laboratory: Laboratory of Pharmacology, INSERM U955 équipe 3, Ecole nationale vétérinaire d'Alfort, Faculté de médecine de Créteil, Université Paris-Est, Créteil.

La maladie d'Alzheimer est la pathologie neurodégénérative la plus courante affectant les personnes âgées. Cette neuropathologie se caractérise par une étiologie complexe dont le déficit en acétylcholine, les plaques amyloïdes, les dégénérescences neurofibrillaires ou le stress oxydant en sont les principaux acteurs.Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'application des réactions multicomposants de Ugi et de Passerini, pour la synthèse de nouveaux adduits multi-cibles basées sur différents motifs antioxydants et anticholinestérasiques. Ces réactions permettent d'accéder à une vaste diversité chimique en une étape, ce qui les rend adaptées pour la synthèse rapide de molécules ayant plusieurs pharmacophores d'intérêt et ciblant ainsi différentes cause étiologiques de la maladie d'Alzheimer.Au total, 56 composés finaux, répartis dans cinq séries, ont été synthétisés :les alpha-acylaminocarboxamides prototypes (série A)les hybrides tacrine-acide férulique (série B)les hétérotrimères tacrine-mélatonine-acides antioxydant (série C)> les hybrides donépézil-acide férulique (série D)^ les dérivés chromone (série E)Toutes les séries ont été évaluées pour leur capacité à inhiber les enzymes cholinestérases et leur pouvoir antioxydant. L'hépatotoxicité des séries B et C. portant un motif tacrine, a été évaluée sur les cellules HepG2. Par ailleurs, l'étude de la série B a été complétée par d'autres tests pharmacologiques, physico-chimiques et toxicologiques.Ces différents travaux démontrent et valident l'utilisation des réactions de Ugi et de Passerini dans le développement de molécules multi-cibles pour le traitement potentiel de la maladie d'Alzheimer. / Alzheimer's disease (AD) is thé most common type of dementia affecting elderly people. This neuropathology is characterized by a highiy complex and intricated etiology including cholinergic déficit, amyloid deposits, neurofibrillary tangles and oxidative stress.During this thesis, we sought to apply Ugi and Passerini multicomponent reactions for thé synthesis of new multi-target adducts based on différent antioxidant and anticholinergic scaffolds.Thèse réactions provides access to a broad range of chemical diversity in a one-pot fashion, which makes them suitable for thé expeditious synthesis of molécules having several pharmacophores of interest and hitting différent targets related to thé multifaceted etiology of Alzheimer's disease.A total of 56 final compounds, spread over 5 séries, hâve been synthesized:alpha-acylaminocarboxamides prototypes (A séries)tacrine-ferulic acid hybrids (B séries)tacrine-melatonin-antioxydant acids heterotrimers (C séries)donepezil-ferulic acid hybrids (D séries)Chromone derivatives (E séries)Ail thé séries were tested for their ability to inhibit thé cholinesterases enzymes and for their antioxidant power. Hepatotoxicity of thé B and C séries, bearing a tacrine fragment, was evaluated on HepG2 cells. Moreover, thé study of thé B séries was supplemented by further pharmacological, physicochemical and toxicological tests (NMR conformational study, neuroprotection on SH-SY5Y cells. self-induced Abetai.42 peptide aggregation inhibition, docking ADMET).Such work demonstrated and validated thé use of Ugi and Passerini reactions for thé development of new multi-target directed molécules for thé potential treatment of AD.

Les maladies neurodégénératives sont des pathologies progressives qui affectent le système nerveux, entraînant la mort des cellules nerveuses. Les plus connues et les plus fréquentes sont la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson, mais il en existe d’autres. Toutes ces maladies se caractérisent par la perte progressive de neurones dans des régions plus ou moins localisées du système nerveux, entraînant des complications cognitives, motrices ou perceptives. La maladie de Parkinson (MP) est causée par la dégénérescence de neurones dopaminergiques de la substance noire et de leurs terminaisons nerveuses qui normalement libèrent la dopamine dans le striatum. Les deux principaux facteurs de risque communs aux maladies neurodégénératives sont l’âge et le stress oxydant. Le stress oxydant joue un rôle central dans la physiopathologie de la MP, mais les mécanismes impliqués dans le contrôle de ce stress dans les cellules dopaminergiques ne sont pas totalement élucidés. De nombreuses études montrent que les sélénoprotéines jouent un rôle central dans le contrôle de l'homéostasie redox et la protection cellulaire, mais la contribution précise des membres de cette famille de protéines au cours des maladies neurodégénératives est encore peu connue. Des études antérieures de l’Unité ont permis de découvrir le rôle essentiel d’une nouvelle sélénoprotéine, la sélénoprotéine T (SelT) dans les processus de différenciation neuronale, mais le rôle de cette sélénoprotéine dans les processus neurodégénératifs n’était pas connu. Nous avons montré d'abord que la SelT dont l’invalidation génétique est létale pendant l'embryogenèse, exerce une puissante activité oxydoréductase de type thiorédoxine. Dans un modèle cellulaire de neurones dopaminergiques, représenté par les cellules de neuroblastome SH-SY5Y, la modification de l’expression de la SelT affecte le niveau du stress oxydant et la survie cellulaire. Le traitement de souris sauvages par des neurotoxines ciblant les neurones dopaminergiques telles que le 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP) ou la roténone induit une expression massive de la SelT dans la voie nigro-striée, suggérant que la SelT pourrait protéger ces neurones dans les conditions de dégénérescence. En revanche, ce même traitement administré chez les souris invalidées pour la SelT dans le cerveau provoque un syndrome parkinsonien, avec apparition de symptômes moteurs confirmant donc que la présence de la SelT doit participer à la protection des neurones dopaminergiques dans des conditions mimant la MP. Les symptômes moteurs observés sont associés à un stress oxydant et une dégénérescence marquée des neurones dopaminergiques. De même, nous avons observé une diminution de la forme active de la tyrosine hydroxylase, ce qui se traduit par des taux de dopamine réduits dans le striatum des souris invalidées et traitées par les neurotoxines. Ces données montrent que la SelT est essentielle à la survie et à la fonctionnalité des neurones dopaminergiques in vitro et in vivo dans les conditions de neurodégénérescence mimant la MP. Enfin, chez les patients souffrant de la MP, nous avons observé une augmentation considérable de la SelT au niveau du caudate-putamen mais pas d’autres structures cérébrales. L’ensemble de ces résultats révèle l'activité d'une nouvelle enzyme de type thiorédoxine qui protège les neurones dopaminergiques contre le stress oxydant et empêche l’apparition précoce de symptômes moteurs sévères chez les modèles animaux de la MP. Nos données indiquent que des sélénoprotéines telles que la SelT dont les taux sont élevés chez des parkinsoniens, jouent un rôle crucial dans la protection des neurones dopaminergiques contre le stress oxydant et la mort cellulaire ouvrant ainsi la voie au développement de nouvelles stratégies de neuroprotection ciblant ces protéines dans la MP. / Neurodegenerative diseases are progressive pathologies that affect the nervous system, causing the death of nerve cells. The best known and most frequent are Alzheimer's and Parkinson's disease, but there are others. All these diseases are characterized by the progressive loss of neurons of the nervous system, leading to cognitive, motor or perceptual complications. Parkinson's disease (PD) is caused by the degeneration of dopaminergic neurons of the substantia nigra and their nerve endings that normally release dopamine into the striatum. The two main risk factors common to neurodegenerative diseases are age and oxidative stress. Oxidative stress plays a central role in the pathophysiology of PD, but the mechanisms involved in controlling this stress in dopaminergic cells are not fully elucidated. Many studies show that selenoproteins play a central role in the control of redox homeostasis and cell protection, but the precise contribution of members of this family of proteins during neurodegenerative diseases is still unknown. Previous studies performed in our laboratory have uncovered the essential role of a new selenoprotein, selenoprotein T (SelT) in the processes of neuronal differentiation, but the role of this selenoprotein in neuroprotection was not known. We first showed that SelT, whose gene knock-out is lethal during embryogenesis, exerts a potent thioredoxin-like oxidoreductase activity. In a cellular model of dopaminergic neurons, represented by SH-SY5Y neuroblastoma cells, modification of SelT expression affects the level of oxidative stress and cell survival. Treatment of wild-type mice by neurotoxins targeting dopaminergic neurons such as 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) or rotenone induced massive expression of SelT in the nigro-striatal system, suggesting that SelT could protect these neurons under conditions of degeneration. On the other hand, this same treatment given in mice invalidated for SelT in the brain caused a parkinsonian syndrome with the appearance of motor symptoms, thus confirming that the presence of SelT must participate in the protection of dopaminergic neurons under conditions mimiking PD. The observed motor symptoms are associated with oxidative stress and marked degeneration of dopaminergic neurons. Similarly, we observed a decrease in the active form of tyrosine hydroxylase, resulting in reduced dopamine levels in the striatum of invalidated and neurotoxin-treated mice. These data show that SelT is essential for the survival and functionality of dopaminergic neurons in vitro and in vivo under the conditions of neurodegeneration mimicking PD. Finally, in patients with PD, we observed a considerable increase in SelT levels in the caudate-putamen but not in other cerebral structures. Together, these results uncovered the activity of a novel thioredoxin-like enzyme that protects dopaminergic neurons against oxidative stress and prevents the early onset of severe motor symptoms in animal models of PD. Our data indicate that selenoproteins such as SelT, whose levels are increased in PD play a crucial role in protecting dopaminergic neurons against oxidative stress and cell death, thus paving the way for the development of new neuroprotection strategies targeting these proteins in PD.

Les maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington sont des pathologies progressives qui affectent le système nerveux, conduisant à la mort de certaines cellules nerveuses. Toutes ces maladies se caractérisent par la perte progressive de neurones dans des régions plus ou moins localisées du système nerveux, entraînant des complications cognitives, motrices ou perceptives. La MP est caractérisée par une dégénérescence sélective et progressive des neurones dopaminergiques situés dans la substance noire pars compacta (SNc), et de leurs terminaisons nerveuses qui normalementlibèrent la dopamine dans le striatum. Bien que les causes exactes de la MP soient inconnues, de nombreuses études ont démontré le rôle important du stress oxydatif dans la dégénérescence des neurones dopaminergiques. D’ailleurs, un niveau élevé de radicaux libres est observé dans le cerveau de patients post-mortem. Ces observations suggèrent que les protéines qui jouent un rôle dans la protection des neurones contre les effets du stress oxydatif peuvent représenter des cibles thérapeutiques intéressantes. En effet, pour maintenir l'équilibre d'oxydo-réduction, les cellules recrutent plusieurs enzymes réductrices dont des membres de la famille des sélénoprotéines. Des résultats obtenus dans notre laboratoire ont montré que la sélénoprotéine T (SelT), une nouvelle sélénoprotéine identifiée dans les cellules nerveuses dans notre laboratoire, est fortement exprimée dans les conditions de dégénérescence des neurones suite à un stress oxydant, et exerce un rôle neuroprotecteur. Ce rôle est assuré par son site actif contenant une cystéine et une sélénocystéine. Le but de ce travail de thèse était de valider l’utilisation d’un peptide nommé PSELT contenant le coeur actif de la SelT en tant que traitement neuroprotecteur dans la MP. Le traitement des cellules de neuroblastome SH-SY5Ypar le peptide PSELT réduit significativement les niveaux des radicaux libres et stimule la survie cellulaire en inhibant l’apoptose. Le PSELT semble traverser la membrane plasmique pour exercer son effet. In vivo, l’administration intranasale du PSELT protège les neurones et les fibres dopaminergiques dans un modèle de la MP chez la souris traitée par le 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP). Le peptide PSELT augmente le taux de la tyrosine hydroxylase et inhibe l’apoptose, ce qui aboutit à une amélioration des troubles moteurs induits par le MPTP chez les animaux. L’ensemble de ces résultats montrent pour la première fois qu’un peptide issu de la SELT, le PSELT, est capable de protéger les neurones dopaminergiquesin vitro et in vivo et d’améliorer l’activité motrice des animaux modèles de la MP, ouvrant la voie au développement d’une nouvelle thérapie de neuroprotection pour la MP. / Résumé en anglais non fourni

Les progrès médicaux de la prise en charge des nouveau-nés prématurés ont permis la diminution de la mortalité néonatale, mais la prévalence des handicaps neurologiques d'origine périnatale reste stable. Ainsi, la mise en place de stratégies de neuroprotection est un enjeu primordial de la médecine périnatale actuelle. Parmi ces stratégies, l'administration de sulfate de magnésium en cas de menace d'accouchement prématuré permet l'amélioration du devenir neurologique des enfants à l'âge de deux ans. La neuroprotection concerne aussi l'ensemble des interventions qui ont lieu après la naissance, pendant la période néonatale. Depuis les années 2000, les agents anesthésiques sont mis en cause dans la survenue d'anomalies du développement lorsqu'ils sont administrés chez le nouveau-né. La balance bénéfice/risque doit donc être évaluée pour chaque anesthésique prescrit en période néonatale afin de limiter une potentielle neurotoxicité. La première partie de cette thèse a pour objectif le suivi à l'âge scolaire d'une cohorte d'enfants prématurés exposés en anténatal au sulfate de magnésium. La deuxième partie est consacrée à l'évaluation in vivo de l'impact du rémifentanil, morphinique de synthèse utilisé comme agent anesthésique, sur le cerveau immature du souriceau en condition excitotoxique. 1 - Etude de l'influence de l'administration anténatale du sulfate de magnésium sur le développement psychomoteur à l'âge scolaire de prématurés de moins de 33 semaines d'aménorrhée : essai Premag. L'étude Premag, débutée en France en 1997, avait permis l'inclusion de 688 nouveau-nés prématurés exposés au sulfate de magnésium ou à un placebo, dont 606 ont été suivis à l'âge de deux ans. Un suivi à plus long terme était nécessaire pour affirmer l'innocuité de la molécule sur le devenir neurocognitif à l'âge scolaire. Entre 'décembre 2009 et avril 2012, les familles qui avaient participé à l'essai Premag ont été recontactées. Quatre-cent-trente-et-un enfants (moyenne d'âge 11 ans) parmi les 606 survivants ont été évalués à l'âge scolaire par un questionnaire parental. Le critère d'évaluation principal était un critère combiné déficit moteur et/ou décès. Il n'a pas été mis en évidence d'effet délétère de l'exposition anténatale au sulfate de magnésium. Par ailleurs, une diminution non significative des troubles du comportement, une meilleure scolarisation et une réduction du recours aux services d'éducation à domicile ont été observées en cas d'exposition au sulfate de magnésium. 2 - Effet neuroprotecteur du rémifentanil dans un modèle murin de lésion excitotoxique néonatale. Le rémifentanil, morphinique de synthèse, est utilisé en période périnatale, chez la mère en cas d'anesthésie générale ou chez le nouveau-né en cas de nécessité d'anesthésie/analgésie. Nous avons évalué in vivo l'impact du morphinique en contexte lésionnel. Les lésions cérébrales ont été obtenues par administration intracorticale d'iboténate, agoniste glutamatergique, au deuxième jour de vie (P2) chez le souriceau. Après exposition au rémifentanil, la taille de la lésion induite par l'iboténate était significativement réduite à P7. Cet effet protecteur était accompagné par une diminution de la production des dérivés réactifs de l'oxygène et de l'astrogliose réactionnelle, suggérant un effet modulateur de la neuroinflammation par le rémifentanil. L'activité caspase était également réduite dans le groupe rémifentanil. Enfin, les performances sensori-motrices (géotaxie négative entre P6 et P8 et réflexe d'agrippement entre P10 et P12) étaient améliorées chez les animaux lésés exposés au morphinique. A P18, l'analyse du comportement des souris dans l'open field semblait suggérer que l'exposition au rémifentanil à P2 entraînait un effet anxiolytique, particulièrement chez les femelles. / Better protecting the developing brain of very preterm infants remains a dailychallenge for all specialists in perinatal care. Despite improvement of neonatal mortality andmorbidity, very preterm infants remain vulnerable and at risk of developing neurologicalimpairments. To limit the occurrence of such events, implementing of neuroprotectionduring brain development is essential. Neuroprotection in the context of preterm birth is thesubject of extensive research, but few strategies have currently been demonstrated to beeffective. One part of these strategies takes place before birth, as antenatal corticosteroidsadministration that is known to reduce intraventricular hemorrhage, or in utero transfer totertiary maternity hospitals. There is now strong evidence to support antenatal magnesiumsulfate infusion in order to prevent cerebral palsy in context of prematurity.Neuroprotection may also occur after birth and evaluate the benefit/risk balance for eachpotentially deleterious drug administered during this period, such as anesthetics, is one ofthose strategies. Fetuses and preterm newborns are exposed to general anesthesia duringcesarean delivery or in neonatal intensive care when sedation and analgesia isrecommended. The role of these agents remains extremely controversial and could appearto be neurotoxic.This thesis work is part of the development and evaluation of neuroprotectionstrategies for preterm neonates. The first part aims at the follow up of the French PREMAGcohort to evaluate the children for any long-term deleterious effects of magnesium sulfate,and to assess developmental and psychomotor outcomes at school-age. The second part isdevoted to the evaluation of the in vivo impact of remifentanil, synthetic opiate, on theimmature brain of mouse pups in an excitotoxic condition.