El presente trabajo está centrado en la posible relación entre la formprecursora del Factor de Crecimiento de Neuronas (pro-NGF) y la muertecelular inducida durante el patogénesis de la Enfermedad de Alzheimer (EA).Hemos estudiado el efecto fisiológico de pro-NGF aislado de cerebrohumano, utilizando diversos modelos celulares expresores de p75NTR. Enpresencia de pro-NGF aislado de cerebro afectado por EA (hbi-pro-NGF) seobserva una fuerte inducción de apoptosis. El pro-NGF aislado de cerebroshumanos control no es capaz de inducir muerte celular en los modelosestudiados.P75 NTR esta descrito como receptor especifico para pro-NGF.Hemos observado niveles aumentados de su producto de procesamiento p75ICD en tejido de cerebro afectado de EA.En los modelos celulares estudiados, la inducción de apoptosis esposterior al procesamiento de p75NTR con liberación de su dominio intracelular(ICD). La liberación de p75NTR ICD depende de γ-Secretasa. La actividad deγ-Secretasa es imprescindible para la inducción de apoptosis. El fragmento ICDliberado se transloca hacia el núcleo. Hbi-pro-NGF aislado de cerebro controlno es capaz de inducir procesamiento de p75NTR, ni translocación de su ICD.Los niveles de modificaciones post-tranductionales no enzimáticos depro-NGF en hippocampo y en cortex entorhinal, se muestran aumentados enlos cerebros humanos afectados por EA.Pro-NGF modificado in vitro por glyoxal y methylglyoxal demuestra unaaumentada resistencia al procesamiento por furina y por consíguente unacapacidad más elevada de inducir muerte celular por p75NTR. Ratonesinyectados en ventrículo cerebral con este pro-NGF modificado presentandificultades significativas en procesos de aprendizaje comparados con losratones inyectados con pro-NGF no modificado y con ratones inyectados conBSA modificado de misma manera.Los resultados descritos hasta ahora abren una posible vía deinterpretación de los efectos de pro-NGF en cerebro humano durante desarrollode EA pudiendo ser causantes de neurodegeneración a través de una viadependiente de γ-Secretasa y activación de p75NTR. / The aim of the present work is to investigate a possible relationshipbetween the pro-form of the Neurotrophic Growth Factor (pro-NGF) and the celldeath induced during pathogenesis of Alzheimer Disease (AD).We studied the physiological effect of pro-NGF isolated from humanbrain (hbi-pro-NGF) in different cell models that express p75NTR. We show thathbi-pro-NGF is a potent pro-apoptotic agent. Interestingly, the hbi-pro-NGFisolated from control human brain was shown to be unable to induce cell deathin the used models.The specific receptor of pro-NGF was described to be p75NTR. Wedescribe that higher amounts of its processing products - p75NTR ICD, areobserved in brain tissue affected from AD.In the cellular models that we used, the induction of apoptosis waspreceded by processing of p75NTR with liberation of its ICD. p75NTRprocessing is γ-Secretase dependent. The induction of pro-apoptotic effect wasshown to be entirely dependent of γ-Secretase activity. Released p75NTR ICDis shown to be translocated to nuclei. Hbi-pro-NGF isolated from control brain isnot able to induce processing of p75NTR neither translocation of its ICD.The levels of non enzymatic post-translational modifications of pro-NGFin the hippocampus and enthorinal cortex increase in AD affected brains. Thiscan explain the greater stability and elevated physiological activity of pro-NGFisolated from human brains affected with AD.The in vitro modified pro-NGF by glyoxal and methylglyoxal showsgreater resistance against the furine cleavage and consequently greater abilityto induce cell death trough p75NTR. Mice intracerebroventricularly injected withthis modified rh-pro-NGF present significant learning difficulties compared withcontrols intracerebroventricularly injected with non modified pro-NGF and evengreater differences compared with modified BSA.The results that we describe suggest the possibility that highest levels ofnon enzymatic modifications of pro-NGF in human brain during the progress ofAD could lead to neuron loss by a γ-Secretase dependent activation ofp75NTR.

No description available.

Alzheimer's disease (AD) is the most common cause of dementia. No strong disease-modifying treatments are currently available. Amyloid-beta peptide (Abeta) appears to play a pivotal role in the pathogenesis of AD. We focused our interest on revealing the pathogenesis of the disease and developing novel therapeutic modalities. The thesis consists of three projects: 1. Prevention of AD by intramuscular delivery of an anti-Abeta single chain antibody (scFv) gene: Immunotherapy is effective in removing brain Abetaƒzbut was associated with detrimental effects. In the present study, the gene of an anti-Abeta scFv was delivered in the hind leg muscles of APPSwe/PS1dE9 mice with adeno-associated virus at three months of age. Six months later, we found that brain Abeta accumulation, AD-type pathologies and cognitive impairment were significantly attenuated in scFv-treated mice relative to enhanced green fluorescence protein (EGFP)-treated mice. Intramuscular delivery of scFv gene was well tolerated by the animals. These findings suggest that peripheral application of scFv is effective and safe in preventing the development of AD, and would be a promising non-inflammatory immunological modality for prevention and treatment of AD. 2. Prevention of AD with grape seed derived polyphenols: Polyphenols extracted from grape seeds are able to inhibit Abetaƒnaggregation, reduce Abeta production and protect against Abeta neurotoxicity in vitro. We investigated the therapeutic effects of a polyphenol-rich grape seed extract (GSE) in vivo. APPSwe/PS1dE9 transgenic mice were fed with normal AIN-93G diet (control diet), AIN-93G diet with 0.07% curcumin, or diet with 2% GSE beginning at 3 months of age for 9 months. Total phenolic content of GSE was 592.5 mg/g dry weight, including gallic acid, catechin, epicatechin and proanthocyanidins. Long-term feeding of GSE diet was well tolerated. The Abetaƒnlevels in the brain and serum of the mice fed with GSE were reduced by 33% and 44% respectively compared with the mice fed with the control diet. Amyloid plaques and microgliosis in the brain of mice fed with GSE were also reduced by 49% and 70% respectively. In conclusion, polyphenol-rich GSE is promising to be a safe and effective drug to prevent the development of AD. 3. Roles of p75NTR in the development of AD: P75NTR has been suggested to mediate Abeta induced neurotoxicity. However, its role in the development of AD is undetermined. APPSwe/PS1dE9 transgenic mice were crossed with p75NTR knockout mice to generate APPSwe/PS1dE9 mice with p75NTR gene deleted. P75NTR mainly expressed in the basal forebrain neurons and degenerative neurites in neocortex and hippocampus. Genetic deletion of p75NTR gene in APPSwe/PS1dE9 mice reduced soluble Abeta levels, but increased the insoluble Abeta accumulation and Abeta plaque formation in the brain. P75NTR deletion decreased Abeta production of cortical neurons in vitro. Recombinant extracellular domain of p75NTR attenuated the oligomerization and fibrillation of synthetic Abeta42 peptide in vitro, and reduced local Abeta plaques after hippocampus injection in vivo. Our data suggest that p75NTR plays an important role in AD development and may be a valid therapeutic target for the treatment of AD.

Le brain-derived neurotrophic factor (BDNF) est une protéine de la famille des neurotrophines ayant été initialement découverte au système nerveux central, où elle est impliquée dans la mémoire et l‘apprentissage par la régulation de la croissance et de la survie neuronale. Les effets du BDNF sont médiés par le tropomyosin receptor kinase B (TrkB) et le récepteur pan-neurotrophique de 75 kDa (p75NTR). Le BDNF est le résultat du clivage d’une protéine précurseur, le proBDNF, laquelle a plutôt des effets pro-apoptotiques sur les neurones. Malgré sa découverte au cerveau, le BDNF est retrouvé en concentrations beaucoup plus importantes dans la circulation sanguine, où il est majoritairement contenu dans les plaquettes. Il est rapporté que ces cellules peuvent contenir des concentrations de BDNF allant de 100 à 1000 fois celles retrouvées au cerveau et que celles-ci peuvent être altérées par certaines maladies neurologiques. Malgré les importantes concentrations de BDNF qu’elles contiennent, très peu d’études ont investigué la présence du proBDNF ainsi que des récepteurs TrkB et p75NTR dans les plaquettes. Dans ces études, l’identification de ces protéines au niveau plaquettaire ne représentait pas un objectif primaire et les résultats obtenus ne sont souvent pas présentés. Jusqu’à présent, le proBDNF et les récepteurs TrkB et p75NTR n’ont pas été répertoriés dans les plaquettes. L’objectif principal de ce mémoire était d’investiguer la présence du proBDNF ainsi que des récepteurs TrkB et p75NTR dans les plaquettes de volontaires sains humains et de caractériser ces protéines dans le cas où elles seraient présentes. Les résultats obtenus suggèrent que les plaquettes expriment chacune de ces trois protéines, mais que les isoformes retrouvées au niveau plaquettaire diffèrent de celles retrouvées au cerveau. Les résultats proposent également que ces différences ne résident pas dans le profil de N-glycosylation des protéines. L’identité exacte des protéines étudiées n’a pas pu être confirmée par séquençage et leur nature demeure donc à confirmer. La présence plaquettaire du proBDNF et des récepteurs TrkB et p75NTR pourrait s’avérer intéressante au niveau des biomarqueurs périphériques de certaines maladies neuronales et psychiatriques. Leur présence pourrait aussi permettre la progression des connaissances dans le domaine de la biologie plaquettaire. / The brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is a protein that was initially identified in the central nervous system, where it is involved in learning and memory by promoting neuronal growth and survival. These effects of BDNF are mediated through its binding to the tropomyosin receptor kinase B (TrkB) and the 75 kDa pan-neurotrophic receptor (p75NTR). Mature BDNF results from the cleavage of its precursor protein proBDNF, which rather has a proapoptotic effect on neurons. While discovered in the brain, BDNF is found in much higher abundance in the blood circulation, where it is mostly contained within platelets. It has been shown that BDNF concentration in platelets can reach up to 1000 times those of the brain, and that peripheral BDNF levels are altered in certain neurological and psychiatric diseases. Despite these important BDNF concentrations in platelets, very few studies assessed the presence of proBDNF, TrkB and p75NTR in these cells. Furthermore, identification of these proteins in platelets was not a main objective of the studies that did assess that question. Consequently, methodology is not always described, and the results are mostly reported as data not shown. Until now, proBDNF, TrkB and p75NTR have not been reported in platelets. The main objective of this master’s thesis was to investigate the presence of proBDNF as well as receptors TrkB and p75NTR in healthy human platelets, and to characterize them if they were found in these cells. The results suggest that platelets express all three proteins, but that the isoforms found in platelets differ from the ones found in the brain. Also, the results show that these differences are not explained by differential N-glycosylation patterns. The identity of the proteins of interest could not be verified by protein sequencing, and their exact nature is yet to be confirmed. The presence of proBDNF as well as the TrkB and p75NTR receptors in platelets could be of interest in the search of peripheral biomarkers for neurological diseases. In addition, presence of these proteins at the platelet level could pave the way for further studies investigating their functions in platelets, and possibly result in advances in our knowledge of platelet biology.

Dans le cortex visuel des mammifères, une cellule à panier (BC) qui représente un sous-type majoritaire d’interneurones GABAergiques, innerve une centaine de neurones par une multitude de synapses localisées sur le soma et sur les dendrites proximales de chacune de ses cibles. De plus, ces cellules sont importantes pour la génération des rythmes gammas, qui régulent de nombreuses fonctions cognitives, et pour la régulation de la plasticité corticale. Bien que la fonction des BC au sein des réseaux corticaux est à l'étude, les mécanismes qui contrôlent le développement de leur arborisation complexe ainsi que de leurs nombreux contacts synaptiques n’ont pas été entièrement déterminés. En utilisant les récepteurs allatostatines couplés aux protéines G de la drosophile (AlstR), nous démontrons in vitro que la réduction de l'excitation ainsi que la réduction de la libération des neurotransmetteurs par les BCs corticales individuelles des souris, diminuent le nombre de cellules innervées sans modifier le patron d'innervation périsomatique, durant et après la phase de prolifération des synapses périsomatiques. Inversement, lors de la suppression complète de la libération des neurotransmetteurs par les BCs individuelles avec l’utilisation de la chaîne légère de la toxine tétanus, nous observons des effets contraires selon le stade de développement. Les BCs exprimant TeNT-Lc pendant la phase de prolifération sont caractérisées par des arborisations axonales plus denses et un nombre accru de petits boutons homogènes autour des somas innervés. Toutefois, les cellules transfectées avec TeNT-Lc après la phase de la prolifération forment une innervation périsomatique avec moins de branchements terminaux d’axones et un nombre réduit de boutons avec une taille irrégulière autour des somas innervés. Nos résultats révèlent le rôle spécifique des niveaux de l’activité neuronale et de la neurotransmission dans l'établissement du territoire synaptique des cellules GABAergiques corticaux. Le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) est un modulateur puissant de la maturation activité-dépendante des synapses GABAergiques. Grâce à l'activation et à la signalisation de son récepteur tyrosine kinase B (TrkB), la liaison de mBDNF module fortement la prolifération des synapses périsomatiques GABAergiques formés par les BCs. Par contre, le rôle du récepteur neurotrophique de faible affinité, p75NTR, dans le développement du territoire synaptique des cellules reste encore inconnu. Dans ce projet, nous démontrons que la suppression de p75NTR au niveau des BCs individuelles in vitro provenant de souris p75NTRlox induit la formation d'une innervation périsomatique exubérante. BDNF est synthétisé sous une forme précurseur, proBDNF, qui est par la suite clivée par des enzymes, y compris la plasmine activée par tPA, pour produire une forme mature de BDNF (m)BDNF. mBDNF et proBDNF se lient avec une forte affinité à TrkB et p75NTR, respectivement. Nos résultats démontrent qu’un traitement des cultures organotypiques avec la forme résistante au clivage de proBDNF (mut-proBDNF) réduit fortement le territoire synaptique des BCs. Les cultures traitées avec le peptide PPACK, qui inactive tPA, ou avec tPA altèrent et favorisent respectivement la maturation de l’innervation synaptique des BCs. Nous démontrons aussi que l’innervation exubérante formée par les BCs p75NTR-/- n’est pas affectée par un traitement avec mut-proBDNF. L’ensemble de ces résultats suggère que l'activation de p75NTR via proBDNF régule négativement le territoire synaptique des BCs corticaux. Nous avons ensuite examiné si mut-proBDNF affecte l’innervation périsomatique formée par les BCs in vivo, chez la souris adulte. Nous avons constaté que les boutons GABAergiques périsomatiques sont significativement diminués dans le cortex infusé avec mut-proBDNF par rapport à l’hémisphère non-infusé ou traité avec de la saline. En outre, la plasticité de la dominance oculaire (OD) est rétablie par ce traitement chez la souris adulte. Enfin, en utilisant des souris qui ne possèdent pas le récepteur p75NTR dans leurs BCs spécifiquement, nous avons démontré que l'activation de p75NTR via proBDNF est nécessaire pour induire la plasticité de la OD chez les souris adultes. L’ensemble de ces résultats démontre un rôle critique de l'activation de p75NTR dans la régulation et le maintien de la connectivité des circuits GABAergiques, qui commencent lors du développement postnatal précoce jusqu’à l'âge adulte. De plus, nous suggérons que l'activation contrôlée de p75NTR pourrait être un outil utile pour restaurer la plasticité dans le cortex adulte. / Cortical GABAergic basket cells (BC) innervate hundreds of postsynaptic targets with synapses clustered around the soma and proximal dendrites. They are important for gamma oscillation generation, which in turn regulate many cognitive functions, and for the regulation of developmental cortical plasticity. Although the function of BC within cortical networks is being explored, the mechanisms that control the development of their extensive arborisation and synaptic contacts have not been entirely resolved. By using the Drosophila allatostatin G-protein-coupled receptors (AlstR), we show that reducing excitation, and thus neurotransmitter release, in mouse cortical single BC in slice cultures decreases the number of innervated cells without changing the pattern of perisomatic innervation, both at the peak and after the proliferation phase of perisomatic synapse formation. Conversely, suppressing neurotransmitter release in single BCs by using the tetanus toxin light-chain can have completely opposite effects depending on the developmental stage. Basket cells expressing TeNT-Lc during the peak of the proliferation were characterized by denser axonal arbors and an increased number of smaller, homogenous boutons around the innervated somatas compared with control cells. However, after the peak of the synapse proliferation, TeNT-Lc transfected BCs formed perisomatic innervation with fewer terminal axon branches and fewer irregular-sized boutons around innervated somatas. Our results reveal a remarkably specific and age-dependent role of neural activity and neurotransmission levels in the establishment of the synaptic territory of cortical GABAergic cells. Brain derived neurotrophic factor (BDNF) has been shown to be a strong modulator of activity-dependent-maturation of GABAergic synapses. Through the activation and signaling of their receptor Tropomyosin-related kinase B (TrkB), mBDNF binding strongly modulates the proliferation of GABAergic perisomatic synapses formed by BCs. Whether the low-affinity neurotrophin-receptor p75NTR also play a role in the development of basket cell synaptic territory is unknown. Here, we show that single-cell deletion of p75NTR in BCs in cortical organotypic cultures from p75NTRlox mice induce the formation of exuberant perisomatic innervations by the mutant basket cells, in a cell-autonomous fashion. BDNF is synthesized as a precursor, proBDNF, which is cleaved by enzymes, including tPA-activated plasmin, to produce mature (m)BDNF. mBDNF and proBDNF bind with high-affinity to TrkB and p75NTR, respectively. Our results show that treating organotypic cultures with cleavage-resistant proBDNF (mut-proBDNF) strongly reduces the synaptic territory of BCs. Treating cultures with the tPA-inactivating peptide PPACK or with tPA impairs and promotes the maturation of BC synaptic innervations, respectively. We further show that the exuberant innervations formed by p75NTR-/- basket cells are not affected by mut-proBDNF treatment. All together, these results suggest that proBDNF-mediated p75NTR activation negatively regulates the synaptic territory of BCs. We next examined if mut-proBDNF affects perisomatic innervation formed by BCs in vivo, in the adult mouse. We found that perisomatic GABAergic boutons are significantly decreased in the cortex infused with mut-proBDNF as compared to non-infused or saline-treated hemispheres. Further, ocular dominance (OD) plasticity is restored by this treatment in adult mice. Finally, we found that proBDNF-mediated activation of p75NTR is necessary to induce OD plasticity in the adult mice, by using mice that lack p75NTR specifically in BCs. All together, these results demonstrate a critical role of p75NTR activation in regulating and maintaining GABAeric circuit connectivity from early postnatal development to adulthood. Further, we suggest that controlled activation of p75NTR could be a useful tool to restore plasticity in adult cortex.

At the plasma membrane, both NGF receptors have been shown to localized to lipid rafts, specific subdomains that are enriched in cholesterol, sphingolipids and the presence of caveolin proteins (Cav1 and/or Cav2). The focus of this work is on this membrane microenvironment mediated modulation of NGF signaling which via two receptors: p75NTR and TrkA. In the present work we found that overexpression of Cav-1 in mouse dorsal root ganglia neurons significantly impacted neurite extension. Similarly, overexpression of Cav-1 in PC12 cells strongly inhibits their ability to grow neurites in response to NGF. It inhibits NGF signaling without, impairing transient MAPK pathway activation. Rather, it does so by sequestering NGF receptors in lipid rafts, which correlates with the cell surface localization of downstream effectors, and phosphorylated-Rsk2, resulting in the prevention of the phosphorylation of CREB. By contrast, overexpression of Cav-2 potentiates NGF induced differentiation, which is accompanied by sustained activation of downstream effectors, and standard internalization of the receptors. This differential effect could be due to the different localization of Caveolins, that modifies the microenvironment, thereby affecting NGF signaling. Furthermore, PC12 cells expressing the non-phosphorylatable Cav-1 mutant (S80V), neither TrkA trafficking or CREB phosphorylation are inhibited and the response resembles that observed in Cav-2 expressing PC12 cells. These studies underline the interplay between caveolins and NGF signalling, offering insight into the potential impact of Caveolin-1 and mutations thereof in certain cancers where NGF signaling is involved.

Les cellules gliales sont essentielles au fonctionnement du système nerveux. Dans la rétine, les cellules gliales de Müller assurent à la fois l’homéostasie du tissu et la protection des neurones, notamment celle des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs). L’hypothèse principale de la thèse est que les cellules de Müller joueraient un rôle primordial dans la survie neuronale tant au plan de la signalisation des neurotrophines/proneurotrophines par suite d’une blessure que lors des mécanismes d’excitotoxicité. Contrairement au brain-derived neurotrophic factor (BDNF), le nerve growth factor (NGF) n’est pas en mesure d’induire la survie des CGRs après une section du nerf optique. Le premier objectif de la thèse a donc été de localiser les récepteurs p75NTR et TrkA du NGF dans la rétine adulte et d’établir leur fonction respective en utilisant des ligands peptidomimétiques agonistes ou antagonistes spécifiques pour chacun des récepteurs. Nos résultats ont démontré que TrkA est surexprimé par les CGRs après l’axotomie, tandis que p75NTR est spécifiquement exprimé par les cellules de Müller. Alors que NGF n’est pas en mesure d’induire la survie des CGRs, l’activation spécifique de TrkA par des ligands peptidomimétique est nettement neuroprotectrice. De façon surprenante, le blocage sélectif de p75NTR ou l’absence de celui-ci protège les CGRs de la mort induite par l’axotomie. De plus, la combinaison de NGF avec l’antagoniste de p75NTR agit de façon synergique sur la survie des CGRS. Ces résultats révèlent un nouveau mécanisme par lequel le récepteur p75NTR exprimé par les cellules gliales de Müller peut grandement influencer la survie neuronale. Ensuite, nous avons voulu déterminer l’effet des proneurotrophines dans la rétine adulte. Nous avons démontré que l’injection de proNGF induit la mort des CGRs chez le rat et la souris par un mécanisme dépendant de p75NTR. L’expression de p75NTR étant exclusive aux cellules de Müller, nous avons testé l’hypothèse que le proNGF active une signalisation cellulaire non-autonome qui aboutit à la mort des CGRs. En suivant cette idée, nous avons montré que le proNGF induit une forte expression du tumor necrosis factor α (TNFα) dans les cellules de Müller et que l’inhibition du TNF bloque la mort neuronale induite par le proNGF. L’utilisation de souris knock-out pour la protéine p75NTR, son co-récepteur sortiline, ou la protéine adaptatrice NRAGE a permis de montrer que la production de TNF par les cellules gliales était dépendante de ces protéines. Le proNGF semble activer une signalisation cellulaire non-autonome qui cause la mort des neurones de façon dépendante du TNF in vivo. L’hypothèse centrale de l’excitotoxicité est que la stimulation excessive des récepteurs du glutamate sensibles au N-Methyl-D-Aspartate (NMDA) est dommageable pour les neurones et contribue à plusieurs maladies neurodégénératives. Les cellules gliales sont soupçonnées de contribuer à la mort neuronale par excitotoxicité, mais leur rôle précis est encore méconnu. Le dernier objectif de ma thèse était d’établir le rôle des cellules de Müller dans cette mort neuronale. Nos résultats ont démontré que l’injection de NMDA induit une activation du nuclear factor κB (NF-κB) dans les cellules de Müller, mais pas dans les CGRs, et que l’utilisation d’inhibiteurs du NF-κB empêche la mort des CGRs. De plus, nous avons montré que les cellules de Müller en réaction à l’activation du NF-κB produisent la protéine TNFα laquelle semble être directement impliquée dans la mort des CGRs par excitotoxicité. Cette mort cellulaire se produit principalement par l’augmentation à la surface des neurones des récepteurs AMPA perméables au Ca2+, un phénomène dépendant du TNFα. Ces donnés révèlent un nouveau mécanisme cellululaire non-autonome par lequel les cellules gliales peuvent exacerber la mort neuronale lors de la mise en jeu de mécanismes excitotoxiques. / Glial cells are essential for the functioning of the nervous system. In the retina, the Müller glial cells ensure the homeostasis of this tissue as well as the protection of neurons including the retinal ganglion cells (RGCs). The main hypothesis of this thesis is that Müller cells play a predominant role in neuronal survival both at the levels of neurotrophin/proneurotrophin signaling following injury and excitotoxic mechanisms. Unlike the brain-derived neurotrophic factor (BDNF), the nerve growth factor (NGF) is unable to induce RGCs survival following optic nerve transection. The first objective of the thesis was therefore to describe the expression of the two receptors of NGF, p75NTR and TrkA, in the adult retina and to address their functional role by using peptidomimetic agonistic or antagonistic ligands specific for each receptor. Our results showed that TrkA is overexpressed by RGCs following axotomy, whereas p75NTR is specifically expressed by Müller cells. While NGF by itself does not promote RGC survival, selective activation of TrkA receptors using peptidomimetic ligands is markedly neuroprotective. Surprisingly, selective blockers of p75NTR, or the absence of p75NTR, protect RGCs from axotomy-induced death. Moreover, combination of NGF or TrkA agonists with p75NTR antagonists functions synergistically to enhance RGC survival. These results reveal a new mechanism by which p75NTR expression by Müller glia may profoundly influence neuronal survival. Next, we wanted to address the effect of proneurotrophins in the adult retina. We showed that injection of proNGF induces the death of RGCs in rats and mice by a p75NTR-dependent signaling mechanism. Expression of p75NTR in the adult retina being confined to Müller glial cells, we tested the hypothesis that proNGF activates a non-cell autonomous signaling pathway to induce RGC death. Consistent with this notion, we showed that proNGF induced a robust expression of tumor necrosis factor α (TNFα) in Müller cells, and that genetic or biochemical ablation of TNFα blocked proNGF-induced death of retinal neurons. Mice rendered null for p75NTR, its co-receptor sortilin, or the adaptor protein NRAGE were defective in proNGF-induced glial TNFα production and did not undergo proNGF-induced retinal ganglion cell death. We concluded that proNGF activates a non-cell autonomous signaling pathway that causes TNFα-dependent death of retinal neurons in vivo. The central hypothesis of excitotoxicity is that excessive stimulation of neuronal N-Methyl-D-Aspartate (NMDA)-sensitive glutamate receptors is harmful to neurons and contributes to a variety of neurological disorders. Glial cells have been proposed to participate in excitotoxic neuronal loss, but their precise role is poorly defined. In this in vivo study, we showed that NMDA induces a strong NF-κB activation in Müller glia, but not in retinal neurons. Intriguingly, NMDA-induced death of retinal neurons was effectively blocked by inhibitors of NF-κB activity. We demonstrated that TNFα protein produced in Müller glial cells via an NMDA-induced NF-κB dependent pathway plays a crucial role in the excitotoxic loss of retinal neurons. This cell loss occurs mainly through a TNFα-dependent increase in Ca2+-permeable AMPA receptors on susceptible neurons. Thus, our data reveal a novel non-cell-autonomous mechanism by which glial cells can profoundly exacerbate neuronal death following excitotoxic injury.

Les cellules gliales sont essentielles au fonctionnement du système nerveux. Dans la rétine, les cellules gliales de Müller assurent à la fois l’homéostasie du tissu et la protection des neurones, notamment celle des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs). L’hypothèse principale de la thèse est que les cellules de Müller joueraient un rôle primordial dans la survie neuronale tant au plan de la signalisation des neurotrophines/proneurotrophines par suite d’une blessure que lors des mécanismes d’excitotoxicité. Contrairement au brain-derived neurotrophic factor (BDNF), le nerve growth factor (NGF) n’est pas en mesure d’induire la survie des CGRs après une section du nerf optique. Le premier objectif de la thèse a donc été de localiser les récepteurs p75NTR et TrkA du NGF dans la rétine adulte et d’établir leur fonction respective en utilisant des ligands peptidomimétiques agonistes ou antagonistes spécifiques pour chacun des récepteurs. Nos résultats ont démontré que TrkA est surexprimé par les CGRs après l’axotomie, tandis que p75NTR est spécifiquement exprimé par les cellules de Müller. Alors que NGF n’est pas en mesure d’induire la survie des CGRs, l’activation spécifique de TrkA par des ligands peptidomimétique est nettement neuroprotectrice. De façon surprenante, le blocage sélectif de p75NTR ou l’absence de celui-ci protège les CGRs de la mort induite par l’axotomie. De plus, la combinaison de NGF avec l’antagoniste de p75NTR agit de façon synergique sur la survie des CGRS. Ces résultats révèlent un nouveau mécanisme par lequel le récepteur p75NTR exprimé par les cellules gliales de Müller peut grandement influencer la survie neuronale. Ensuite, nous avons voulu déterminer l’effet des proneurotrophines dans la rétine adulte. Nous avons démontré que l’injection de proNGF induit la mort des CGRs chez le rat et la souris par un mécanisme dépendant de p75NTR. L’expression de p75NTR étant exclusive aux cellules de Müller, nous avons testé l’hypothèse que le proNGF active une signalisation cellulaire non-autonome qui aboutit à la mort des CGRs. En suivant cette idée, nous avons montré que le proNGF induit une forte expression du tumor necrosis factor α (TNFα) dans les cellules de Müller et que l’inhibition du TNF bloque la mort neuronale induite par le proNGF. L’utilisation de souris knock-out pour la protéine p75NTR, son co-récepteur sortiline, ou la protéine adaptatrice NRAGE a permis de montrer que la production de TNF par les cellules gliales était dépendante de ces protéines. Le proNGF semble activer une signalisation cellulaire non-autonome qui cause la mort des neurones de façon dépendante du TNF in vivo. L’hypothèse centrale de l’excitotoxicité est que la stimulation excessive des récepteurs du glutamate sensibles au N-Methyl-D-Aspartate (NMDA) est dommageable pour les neurones et contribue à plusieurs maladies neurodégénératives. Les cellules gliales sont soupçonnées de contribuer à la mort neuronale par excitotoxicité, mais leur rôle précis est encore méconnu. Le dernier objectif de ma thèse était d’établir le rôle des cellules de Müller dans cette mort neuronale. Nos résultats ont démontré que l’injection de NMDA induit une activation du nuclear factor κB (NF-κB) dans les cellules de Müller, mais pas dans les CGRs, et que l’utilisation d’inhibiteurs du NF-κB empêche la mort des CGRs. De plus, nous avons montré que les cellules de Müller en réaction à l’activation du NF-κB produisent la protéine TNFα laquelle semble être directement impliquée dans la mort des CGRs par excitotoxicité. Cette mort cellulaire se produit principalement par l’augmentation à la surface des neurones des récepteurs AMPA perméables au Ca2+, un phénomène dépendant du TNFα. Ces donnés révèlent un nouveau mécanisme cellululaire non-autonome par lequel les cellules gliales peuvent exacerber la mort neuronale lors de la mise en jeu de mécanismes excitotoxiques. / Glial cells are essential for the functioning of the nervous system. In the retina, the Müller glial cells ensure the homeostasis of this tissue as well as the protection of neurons including the retinal ganglion cells (RGCs). The main hypothesis of this thesis is that Müller cells play a predominant role in neuronal survival both at the levels of neurotrophin/proneurotrophin signaling following injury and excitotoxic mechanisms. Unlike the brain-derived neurotrophic factor (BDNF), the nerve growth factor (NGF) is unable to induce RGCs survival following optic nerve transection. The first objective of the thesis was therefore to describe the expression of the two receptors of NGF, p75NTR and TrkA, in the adult retina and to address their functional role by using peptidomimetic agonistic or antagonistic ligands specific for each receptor. Our results showed that TrkA is overexpressed by RGCs following axotomy, whereas p75NTR is specifically expressed by Müller cells. While NGF by itself does not promote RGC survival, selective activation of TrkA receptors using peptidomimetic ligands is markedly neuroprotective. Surprisingly, selective blockers of p75NTR, or the absence of p75NTR, protect RGCs from axotomy-induced death. Moreover, combination of NGF or TrkA agonists with p75NTR antagonists functions synergistically to enhance RGC survival. These results reveal a new mechanism by which p75NTR expression by Müller glia may profoundly influence neuronal survival. Next, we wanted to address the effect of proneurotrophins in the adult retina. We showed that injection of proNGF induces the death of RGCs in rats and mice by a p75NTR-dependent signaling mechanism. Expression of p75NTR in the adult retina being confined to Müller glial cells, we tested the hypothesis that proNGF activates a non-cell autonomous signaling pathway to induce RGC death. Consistent with this notion, we showed that proNGF induced a robust expression of tumor necrosis factor α (TNFα) in Müller cells, and that genetic or biochemical ablation of TNFα blocked proNGF-induced death of retinal neurons. Mice rendered null for p75NTR, its co-receptor sortilin, or the adaptor protein NRAGE were defective in proNGF-induced glial TNFα production and did not undergo proNGF-induced retinal ganglion cell death. We concluded that proNGF activates a non-cell autonomous signaling pathway that causes TNFα-dependent death of retinal neurons in vivo. The central hypothesis of excitotoxicity is that excessive stimulation of neuronal N-Methyl-D-Aspartate (NMDA)-sensitive glutamate receptors is harmful to neurons and contributes to a variety of neurological disorders. Glial cells have been proposed to participate in excitotoxic neuronal loss, but their precise role is poorly defined. In this in vivo study, we showed that NMDA induces a strong NF-κB activation in Müller glia, but not in retinal neurons. Intriguingly, NMDA-induced death of retinal neurons was effectively blocked by inhibitors of NF-κB activity. We demonstrated that TNFα protein produced in Müller glial cells via an NMDA-induced NF-κB dependent pathway plays a crucial role in the excitotoxic loss of retinal neurons. This cell loss occurs mainly through a TNFα-dependent increase in Ca2+-permeable AMPA receptors on susceptible neurons. Thus, our data reveal a novel non-cell-autonomous mechanism by which glial cells can profoundly exacerbate neuronal death following excitotoxic injury.

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La plasticité cérébrale est régulée de façon dynamique au cours d’une vie : atteignant des sommets au cours de l’enfance, elle est réduite chez l’adulte. Toutefois, des circonstances particulières appellent à vouloir stimuler la malléabilité du cerveau adulte : pour favoriser la réhabilitation suite à un accident vasculaire cérébral ou un traumatisme crânien, pour aider l’adaptation spécifique nécessaire pour vivre avec une nouvelle prothèse ou encore pour améliorer l’efficacité de la thérapie cognitivo-comportementale suite à un traumatisme émotionnel qui a laissé un souvenir de peur qui s’est développé en syndrome de choc post-traumatique. Toutes ces situations demandent des capacités d’adaptation et une flexibilité exceptionnelles au système nerveux central. Or, pour retrouver une plasticité cérébrale telle qu’au niveau juvénile, la littérature nous apprend qu’il faut diminuer la puissance inhibitrice générée par un type d’interneurones particuliers, ceux exprimant la parvalbumine (PV+). Les fonctions des interneurones PV+ dépendent autant de leur patron de connectivité que de l’environnement extracellulaire dans lequel ils évoluent. En effet, en innervant des centaines de neurones cibles, délivrant une forte inhibition périsomatique en formant de multiples synapses autour de leur corps cellulaire et de leurs dendrites proximales, ils ont été impliqués dans l’intégration synaptique des neurones pyramidaux et dans la synchronisation des circuits corticaux. Toute manipulation ciblant cette arborescence axonale complexe pourrait s’avérer efficace à l’augmentation de la plasticité cérébrale en diminuant l’inhibition qu’elle génère. Ainsi, comprendre la signalisation moléculaire restreignant la croissance de l’arborescence axonale et la formation de boutons fonctionnels au cours de la longue phase développementale qui caractérise les interneurones PV+ aiderait à identifier des méthodes efficaces afin d’activer cette signalisation moléculaire chez l’adulte. De plus, comprendre les régulations épigénétiques liées au développement et à la maturation structurelle et fonctionnelle des interneurones PV+ offrirait une cible de choix afin de dématurer ces circuits inhibiteurs et lever un frein sur la plasticité cérébrale adulte. Nous démontrons ici que l’expression du récepteur des neurotrophines p75NTR chez les interneurones PV+ au cours de leur développement restreint la maturation de leur arborescence axonale, autant in vitro que in vivo, ainsi que l’agglomération des filets périneuronaux, autour de leur corps cellulaire. Aussi, en utilisant une version modifiée du test de ligation de proximité, nous avons résolu une controverse et démontré que le récepteur est toujours exprimé chez les interneurones PV+ du cortex adulte. Enfin, l’activation de la signalisation via p75NTR des interneurones PV+ par son ligand proBDNF est suffisante pour déstabiliser leur connectivité et restaurer la plasticité du cortex visuel suite à une privation monoculaire. Également, l’inactivation d’un régulateur épigénétique, l’histone déacétylase Hdac2, spécifiquement chez les interneurones PV+ suffit à diminuer leur connectivité efférente ainsi que l’agglomération des filets périneuronaux autour de leurs corps cellulaire tout en augmentant la rétention de l’extinction des souvenirs de peur, témoignant d’une augmentation de la plasticité cérébrale adulte. Par le séquençage d’ARNm en cellule unique, suivi de l’hybridation in situ RNAscope, nous avons identifié le gène Acan, codant pour aggrécane, une composante protéique des filets périneuronaux, comme étant exprimé de façon autonome à la cellule par les interneurones PV+ du cortex préfrontal adulte. Enfin, nous avons démontré qu’une seule injection d’un nouvel inhibiteur spécifique pour Hdac2 avant le paradigme d’extinction suffit à augmenter la rétention des souvenirs d’extinction chez l’adulte, tout en réduisant l’expression de Acan et l’agglomération des filets périneuronaux dans le cortex préfrontal. En somme, nos travaux ont montré que le remodelage des circuits des interneurones PV+ en ciblant soit le récepteur p75NTR, soit l’histone déacétylase Hdac2, peut efficacement augmenter la plasticité cérébrale chez l’adulte. / Brain plasticity is dynamically regulated during a lifespan: it reaches a peak during juvenile age and decreases in adulthood. However, exceptional circumstances can drive the need to foster adult brain plasticity: to help rehabilitation after a stroke or a head trauma, to increase the adaptability of an individual facing a new life with a prosthetic, to improve the efficiency of cognitive behavioral therapy to cope with the indelible fear memory trace created by an emotional trauma. All these situations require exceptional adaptation capabilities and cognitive flexibility. Several studies have suggested that reducing inhibitory drive, in particular of a specific GABAergic interneuron population, the parvalbumin-expressing interneurons (PV+), could be an effective approach to recover juvenile brain plasticity, thereby increasing adult brain plasticity. PV+ interneuron functions depend on their axonal connectivity pattern as well as their specific extracellular environment. Indeed, by contacting hundreds of postsynaptic neurons and delivering a strong perisomatic inhibitory drive by forming multiple synapses on their somata and proximal dendrites, PV+ interneurons strongly regulate pyramidal cell synaptic integration and cortical circuit synchronisation. PV+ interneuron maturation is a prolonged process, which reaches plateau only after the end of adolescence, and correlates with the decline of developmentally regulated- brain plasticity. We hypothesize that manipulations specifically targeting PV+ interneuron highly complex axonal arborisation, and thus reducing their inhibitory drive, could be efficient tools to foster adult brain plasticity. Understanding the molecular signalling that restricts PV+ cell axonal arborisation growth and the formation of functional presynaptic boutons during their long developmental phase may help identifying efficient methods to activate this molecular pathway, thus reducing PV+ interneuron connectivity, in adults. In addition, understanding the epigenetic regulation of structural and functional maturation of PV+ interneurons may offer a choice target to dematurate these inhibitory circuits and lift a brake on adult brain plasticity. Here, we demonstrate that the expression levels of neurotrophin receptor p75NTR during PV+ interneurons development constrain the maturation of their connectivity as well as the perineuronal net agglomeration around their cell bodies in a cell-autonomous fashion, both in vitro and in vivo. Also, by using a modified version of the proximity ligand assay, we solve a long-standing debate by demonstrating p75NTR expression in PV+ interneurons in adult cortex. Finally, we show that promoting p75NTR signalisation in PV+ cortical interneurons by its ligand proBDNF is sufficient to destabilize their connectivity and restore cortical plasticity following monocular deprivation in the adult visual cortex. We further show that the deletion of the epigenetic regulator histone deacetylase 2 (Hdac2), specifically in PV+ interneurons, is sufficient to decrease their efferent connectivity and perineuronal net agglomeration around their cell bodies, while increasing fear extinction retention, a measure of brain plasticity. By single-cell RNA sequencing, followed by RNAscope in situ hybridization, we found that the Acan gene, which encodes for aggrecan, a critical perineuronal net protein component, is expressed cell-autonomously by PV+ interneurons in adult prefrontal cortex. Finally, we showed that a single injection of a novel Hdac2 specific inhibitor before extinction training is sufficient to increase fear extinction retention in adults, while reducing Acan expression and perineuronal net agglomeration in prefrontal cortex. In summary, our work shows that increasing remodeling of PV+ interneuron circuits by targeting either p75NTR receptor or histone deacetylase Hdac2 efficiently foster adult brain plasticity.