La maladie de Parkinson (MP) est une affection neurodégénérative fréquente d’étiologie inconnue, touchant environ 5% de la population mondiale après 80 ans. Environ 10% des cas correspondent à des formes familiales à transmission mendélienne. Pendant longtemps, un dysfonctionnement mitochondrial a été soupçonné jouer un rôle dans la physiopathologie de la MP. Cette possibilité a été récemment corroborée par des découvertes majeures réalisées dans le cadre des formes autosomiques récessives. Parkine et PINK1, les produits de deux gènes associés à ces formes familiales, participent au sein d’une même voie moléculaire au contrôle de la qualité mitochondriale, par la régulation du transport, de la dynamique, de la biogenèse et de la clairance de ces organites.L’objectif de ce travail a été d’élucider certains des mécanismes moléculaires sous-jacents à la régulation de l’homéostasie mitochondriale par Parkine et PINK1. Nous avons utilisé un ensemble d’approches de biologie moléculaire et cellulaire, de biochimie et de microscopie confocale, afin d’identifier et de caractériser des interacteurs moléculaires de Parkine et PINK1 à la membrane mitochondriale externe (MME).Dans la première partie de ce travail, nous avons découvert que la Parkine et PINK1 s’associent sur la MME de mitochondries dysfonctionnelles à proximité de la translocase de la MME (TOM), un complexe dédié à l’import de la grande majorité des protéines mitochondriales. Nous avons montré que ces interactions protéiques jouent un rôle clé dans l’activation du programme de dégradation mitochondriale régulé par la voie PINK1/Parkine. Nous avons également observé que la GTPase de type dynamine Drp1, impliquée dans la fission mitochondriale, est recrutée au niveau de mitochondries endommagées à proximité de Parkine et PINK1 ; ainsi, les processus de fission et de dégradation mitochondriales pourraient être spatialement coordonnés. Dans la deuxième partie de ce projet, nous avons caractérisé l’interaction fonctionnelle entre la Parkine et l’enzyme neuroprotectrice multifonctionnelle de la matrice mitochondriale, 17B-hydroxystéroïde déshydrogénase de type 10 (HSD17B10), dont les taux s’étaient révélés être diminués chez la souris déficiente en Parkine. Nous avons mis en évidence un effet protecteur d’HSD17B10 vis-à-vis de la mitochondrie qui était indépendant de son activité catalytique. Nous avons de plus montré que la Parkine interagit directement avec HSD17B10 à proximité de la machinerie TOM et qu’elle régule positivement l’abondance mitochondriale de cette protéine ; cela suggère qu’elle pourrait promouvoir son import.Dans l’ensemble, ces résultats approfondissent notre connaissance des mécanismes moléculaires mis en jeu par la Parkine et PINK1 dans le contrôle de la qualité mitochondriale, élargissant ainsi notre compréhension de leur rôle dans la physiopathologie des formes autosomiques récessive de MP. / Parkinson’s disease (PD) is a common neurodegenerative disorder of unknown etiology, affecting nearly 5% of the world population over the age of 80. Nearly 10% of PD cases are familial forms with Mendelian inheritance pattern. Mitochondrial dysfunction has long been suspected to play a role in the physiopathology of sporadic PD. This possibility has been recently corroborated by major discoveries in the field of autosomal recessive PD. Parkin and PINK1, the products of two genes associated with these forms, participate in a common molecular pathway focused on maintenance of mitochondrial quality, with roles in mitochondrial transport, dynamics, biogenesis and clearance.The aim of this work was to elucidate some of the molecular mechanisms underlying the regulation of mitochondrial homeostasis by Parkin and PINK1. We used a combination of approaches in molecular and cell biology, biochemistry and confocal microscopy to identify and characterize molecular interactors of Parkin and PINK1 on the outer mitochondrial membrane (OMM).In the first part of my project, we discovered that Parkin and PINK1 associate on dysfunctional mitochondria in proximity of the translocase of the OMM (TOM), a complex devoted to the mitochondrial import of the vast majority of the mitochondrial proteins. We provided evidence that these associations play a key role in activation of the mitochondrial degradation program mediated by the PINK1/Parkin pathway. We also observed that the dynamin-related GTPase Drp1, involved in mitochondrial fission is recruited to defective mitochondria in proximity of Parkin and PINK1, suggesting that mitochondrial fission occurs at sites where mitochondrial clearance is initiated.In the second part of my project, we characterized the functional interaction between Parkin and the multifunctional neuroprotective mitochondrial matrix enzyme 17B-hydroxysteroid dehydrogenase type 10 (HSD17B10), previously found by the team to be altered in abundance in Parkin-deficient mice. We demonstrated that HSD17B10 exerts a mitochondrion-protective function independent of its enzymatic activity. In addition, we provided evidence that Parkin directly interacts with HSD17B10 at the TOM machinery and that it positively regulates its mitochondrial levels, possibly through the regulation of its mitochondrial import.Altogether, these results provide novel insights into the molecular mechanisms by which Parkin and PINK1 control mitochondrial quality, and deepen our understanding of the role of these proteins in the physiopathology of autosomal recessive PD.

L'inhibition est au cœur du contrôle cognitif. Mais son étude est ardue parce qu'elle s'adapte mal des méthodes psychophysiologiques classiques. En effet si l'inhibition est efficacement implémentée, tout comportement observable est supprimé! En conséquence, les modèles psychologiques existants sont fragiles, et les méthodes d'imagerie rapportent des résultats discordants. Une méta-analyse a d'abord été utilisée pour montrer que les travaux classiques confondent activations liées aux mécanismes d'inhibition réactive et sélective et activations liées aux fonctions cognitives corolaires mises en jeu dans les tâches expérimentales. Cela nous a amené à proposer un modèle alternatif d'inhibition, conçu comme un verrouillage anticipé et non-sélectif (contrôle proactif). Ce modèle a d'abord été testé au moyen de deux expériences psychophysiques. Les résultats suggèrent que l'inhibition proactive est le mode de fonctionnement par défaut du système exécutif. Le modèle proactif a ensuite été éprouvé en même temps que ses deux concurrents (réactif sélectif et réactif non-sélectif) à l'aide d'une étude IRMf. Les résultats confirment que le modèle réactif sélectif est peu plausible, au contraire de ses deux concurrents plus récents et moins populaires. La dernière partie est consacrée aux conséquences cliniques de ce renversement théorique. Alors que le modèle standard assume que l'impulsivité est la seule conséquence de troubles de l'inhibition, le modèle proactif prédit aussi des difficultés à initier un mouvement. C'est ce que nous démontrons, en faisant le lien entre hyperactivation du réseau de contrôle proactif et l'akinésie chez le patient parkinsonien / The inhibition is a key function of the cognitive control. But its assessment is made difficult by its very definition. Indeed, if the inhibition is properly implemented, the observable outcomes are suppressed. In consequences, the existing psychological models are fragile, and the imaging results inconsistent. A meta-analysis was first used to prove that the classical studies confound activations related to the reactive and selective inhibition and the activity elicited by parallel functions involved in experimental tasks. This led us to propose a new model of inhibition, defined as proactive mechanisms implemented in anticipation of stimulation. This model was first tested with two behavioral experiments. The results suggest that proactive inhibition is the default mode of the executive control. The proactive model was then assessed together with its two competing models (reactive selective and reactive non-selective) in an fMRI study. The results confirmed that the reactive selective model is less plausible than the two non-selective models. Finally we focused on the clinical consequence of this theoretical upheaval. When the standard model predicts that the impulsivity is the only consequence of inhibition deficit, the proactive model also predicts a deficit in movement initiation. This is what we showed by associating a hyperactivation of the proactive control network and the akinesia in Parkinson’s disease

Le contrôle cognitif de l’action est un processus permettant de supprimer un comportement inapproprié au profit d’une action dirigée par l’intention. Il est particulièrement important en situation de conflit où l’expression de comportements alternatifs entre en compétition. Ce processus est largement soutenu par des réseaux cortico-sous-corticaux frontaux dont le bon fonctionnement est impacté par la maladie de Parkinson. Nous nous sommes intéressés au rôle de ces différentes structures cérébrales dans le contrôle cognitif de l’action en s’appuyant sur l’impact de la maladie de Parkinson et de ses traitements. Plus précisément, nous avons discuté des aspects dynamiques de sélection et de suppression des réponses impulsives tel que proposé par le modèle d’activation-suppression dans le cas de réponses oculaires. Nous avons donc adapté une tâche expérimentale de conflit classique, la Simon task, utilisant les mouvements oculaires, et validé son utilisation de notre dans le cadre de ce modèle. Les travaux suivant ont porté sur l’impact de divers facteurs sur ce processus. Nous avons montré que le vieillissement normal exacerbe la sélection impulsive des actions qui pourrait être compensée par la mise en place d’une inhibition sélective plus efficace. Ces résultats sont en accord avec de récentes théories proposant le recrutement plus important des structures préfrontales afin de pallier aux déficits cognitifs entrainés par le vieillissement. Nos résultats ont également indiqué que la maladie de Parkinson entraine une augmentation très importante de la sélection impulsive des actions ce que nous attribuons au dysfonctionnement des boucles cortico-sous-corticales causé par la maladie. Finalement, nous nous sommes intéressés à l’impact de la stimulation cérébrale profonde du noyau subthalamique. Nos résultats préliminaires n’ont pas montré d’effet de ce traitement sur les capacités de contrôle cognitif de l’action. Nous discutons l’ensemble de nos résultats à la lumière des travaux majeurs portant sur les structures cérébrales impliquées dans le contrôle cognitif de l’action et proposons plusieurs perspectives de recherches pouvant avoir un impact fondamental ou clinique. / Cognitive action control is a process that allows suppressing an inappropriate behavior to the benefit of an intentionally-guided action. It is particularly important in situations of conflict when alternative behaviors compete for their expression. This process relies mostly on cortical-subcortical networks which functioning is impaired by Parkinson’s disease. We were interested in the role of these different brain structures in cognitive action control by focusing on the impact of Parkinson’s diseases and its treatments. More precisely, we addressed the dynamic aspects of impulsive action selection and suppression as proposed by the recent activation-suppression model regarding oculomotor responses. We thus adapted a classical experimental conflict task, the Simon task, using eye movements, and validated its use within the context of the activation-suppression model. Our further work focused on the impact of several factors on cognitive action control. We showed that normal aging enhances impulsive action selection that could be compensated for by the set-up of a more efficient selective inhibition. These results are in accordance with recent theories proposing that age-related cognitive deficits are compensated for by an increased recruitment of prefrontal structures. Our results also revealed that Parkinson’s disease results in a strong increase in impulsive action selection which we attribute to the impairment of the cortical-basal ganglia loops. Finally, we were interested by the impact of deep brain stimulation of the subthalamic nucleus. Our preliminary results revealed no effect of this treatment on cognitive action control. We discuss all of our results according to previous researches on the brain structures involved in cognitive action control and we propose several perspective that can have a fundamental or clinical impact.

La maladie de Parkinson est une affection neurodégénérative principalement associée à la dégénérescence progressive des neurones dopaminergiques du mésencéphale provoquant un dysfonctionnement des noyaux gris centraux. En parallèle de symptômes moteurs bien connus, cette affection entraîne également l’émergence de déficits émotionnels impactant en outre l’expression et la reconnaissance des émotions. Ici, se pose la question d’un déficit de reconnaissance des émotions faciales chez les patients parkinsoniens lié au moins en partie aux troubles moteurs. En effet, selon les théories de simulation des émotions, copier les émotions de l’autre nous permettrait de mieux les reconnaître. Ce serait le rôle du mimétisme facial. Automatique et inconscient, ce phénomène est caractérisé par des réactions musculaires congruentes à l’émotion exprimée par autrui. Dans ce contexte, une perturbation des capacités motrices pourrait conduire à une altération des capacités de reconnaissance des émotions. Or, l’un des symptômes moteurs les plus fréquents dans la maladie de Parkinson, l’amimie faciale, consiste en une perte de la mobilité des muscles du visage. Ainsi, nous avons examiné l’efficience du mimétisme facial dans la maladie de Parkinson, son influence sur la qualité du processus de reconnaissance des émotions, ainsi que l’effet du traitement dopaminergique antiparkinsonien sur ces processus. Pour cela, nous avons développé un paradigme permettant l’évaluation simultanée des capacités de reconnaissance et de mimétisme (corrugator supercilii, zygomaticus major et orbicularis oculi) d’émotions exprimées sur des visages dynamiques (joie, colère, neutre). Cette expérience a été proposée à un groupe de patients parkinsoniens comparé à un groupe de sujets sains témoins. Nos résultats supportent l’hypothèse selon laquelle le déficit de reconnaissance des émotions chez le patient parkinsonien pourrait résulter d’un système « bruité » au sein duquel le mimétisme facial participerait. Cependant, l’altération du mimétisme facial dans la maladie de Parkinson et son influence sur la reconnaissance des émotions dépendraient des muscles impliqués dans l’expression à reconnaître. En effet, ce serait davantage le relâchement du corrugateur plutôt que les contractions du zygomatique ou de l’orbiculaire de l’œil qui nous aiderait à bien reconnaître les expressions de joie. D’un autre côté, rien ne nous permet ici de confirmer l’influence du mimétisme facial sur la reconnaissance des expressions de colère. Enfin, nous avons proposé cette expérience à des patients en condition de traitement habituel et après une interruption temporaire de traitement. Les résultats préliminaires de cette étude apportent des éléments en faveur d’un effet bénéfique du traitement dopaminergique tant sur la reconnaissance des émotions que sur les capacités de mimétisme. L’hypothèse d’un effet bénéfique dit « périphérique » sur la reconnaissance des émotions par restauration du mimétisme facial reste à tester à ce jour. Nous discutons l’ensemble de ces résultats selon les conceptions récentes sur le rôle des noyaux gris centraux et sous l’angle de l’hypothèse de feedback facial. / Parkinson’s disease is a neurodegenerative condition primarily resulting from a dysfunction of the basal ganglia following a progressive loss of midbrain dopamine neurons. Alongside the well-known motor symptoms, PD patients also suffer from emotional disorders including difficulties to recognize and to produce facial emotions. Here, there is a question whether the emotion recognition impairments in Parkinson’s disease could be in part related to motor symptoms. Indeed, according to embodied simulation theory, understanding other people’s emotions would be fostered by facial mimicry. Automatic and non-conscious, facial mimicry is characterized by congruent valence-related facial responses to the emotion expressed by others. In this context, disturbed motor processing could lead to impairments in emotion recognition. Yet, one of the most distinctive clinical features in Parkinson’s disease is facial amimia, a reduction in facial expressiveness. Thus, we studied the ability to mimic facial expression in Parkinson’s disease, its effective influence on emotion recognition as well as the effect of dopamine replacement therapy both on emotion recognition and facial mimicry. For these purposes, we investigated electromyographic responses (corrugator supercilii, zygomaticus major and orbicularis oculi) to facial emotion among patients suffering from Parkinson’s disease and healthy participants in a facial emotion recognition paradigm (joy, anger, neutral). Our results showed that the facial emotion processing in Parkinson’s disease could be swung from a normal to a pathological, noisy, functioning because of a weaker signal-to-noise ratio. Besides, facial mimicry could have a beneficial effect on the recognition of emotion. Nevertheless, the negative impact of Parkinson’s disease on facial mimicry and its influence on emotion recognition would depend on the muscles involved in the production of the emotional expression to decode. Indeed, the corrugator relaxation would be a stronger predictor of the recognition of joy expressions than the zygomatic or orbicularis contractions. On the other hand, we cannot conclude here that the corrugator reactions foster the recognition of anger. Furthermore, we proposed this experiment to a group of patients under dopamine replacement therapy but also during a temporary withdrawal from treatment. The preliminary results are in favour of a beneficial effect of dopaminergic medication on both emotion recognition and facial mimicry. The potential positive “peripheral” impact of dopamine replacement therapy on emotion recognition through restoration of facial mimicry has still to be tested. We discussed these findings in the light of recent considerations about the role of basal ganglia-based circuits and embodied simulation theory ending with the results’ clinical significances.

La maladie de Parkinson est l'une des principales pathologies neurodégénératives, mais il existe peu de données françaises sur sa fréquence. Des études antérieures suggèrent que l'exposition aux pesticides est un facteur de risque de maladie de Parkinson ; la population agricole représente donc une population particulièrement intéressante. Nous avons étudié l’intérêt d’une méthode utilisant les remboursements de médicaments antiparkinsoniens pour identifier les patients parkinsoniens parmi les affiliés de la Mutualité Sociale Agricole dans cinq départements en 2007 en développant, à partir de 1 114 consommateurs de médicaments antiparkinsoniens, un modèle prédictif dont nous avons estimé les performances (sensibilité =92,5 %, spécificité = 86,4 %, statistique c = 0,953 %). A partir de ce modèle, nous estimons que la prévalence de la maladie de Parkinson dans les cinq départements est de 6,20 ‰ après18 ans et de 2,76 ‰ après standardisation sur l’âge et le sexe (population française de 2007comme référence). La prévalence est 1,3 fois plus élevée dans les cantons où la densité en exploitations spécialisées en vergers et autres cultures permanentes est la plus élevée ; ce typed’exploitation est caractérisé par une utilisation intensive de pesticides, notamment d’insecticides. Des informations détaillées sur l’utilisation professionnelle de pesticides ont été recueillies dans une étude cas-témoins (331 cas, 660 témoins). Nous observons une association entre la maladie de Parkinson et l’utilisation intensive (nombre élevéd’applications par an) de fongicides et d’insecticides. Parmi les différents types d’exploitations, une association avec la maladie de Parkinson est uniquement retrouvée pour l’utilisation de pesticides dans les exploitations viticoles. Enfin, l’association avec l’exposition professionnelle aux pesticides semble plus marquée pour la présentation clinique de la maladie caractérisée par la présence d'un tremblement de repos / Parkinson's disease is one the main neurodegenerative diseases, but there are little French data on its frequency. Previous studies suggest that pesticide exposure is a risk factor for Parkinson's disease; the agricultural population is therefore particularly interesting. Westudied the value of a method using antiparkinsonian drugs claims to identify Parkinson's disease patients among members of the Mutuality Sociale Agricole in five districts in 2007 by developing, based on 1,114 antiparkinsonian drugs users, a predictive model and estimatingits performances (sensitivity = 92.5%, specificity = 86.4%, c-statistic = 0.953). Based on thismodel, we estimate that the prevalence of Parkinson's disease in the five districts is of 6.20 ‰after 18 years and 2.76 ‰ after standardization on the age- and sex-distribution of the 2007 French population. The prevalence is 1.3 times higher in cantons where the density of farms specialized in orchards and other permanent crops is highest; this activity is characterized by intensive use of pesticides, especially insecticides. Detailed information on professional useof pesticides were collected in a case-control study (331 cases, 660 controls). We observed anassociation between Parkinson's disease and intensive use (high number of applications peryear) of fungicides and insecticides. Among different types of farms, an association with Parkinson's disease is only found for pesticide use in vineyards. Finally, the association with occupational exposure to pesticides seems more pronounced for the clinical presentation of the disease characterized by the presence of resting tremor.

La maladie de Parkinson (PD) est considérée comme la deuxième maladie neurodégénérative la plus fréquente. L'examen post-mortem de patients parkinsoniens et des modèles physiologiques d’études de la maladie de Parkinson suggèrent la participation de la mort cellulaire programmée, l'inflammation et l'autophagie dues au stress oxydatif, à des mutations ou l’agrégation de protéines au sein des neurones DA. Les aptamères peptidiques sont de petites protéines combinatoires, consistitués d’une plateforme (dans notre cas, la thiorédoxine humaine, hTRX) et une boucle variable insérée dans le domaine actif de hTRX. Deux aptamères peptidiques ont été identifiés par la sélection fonctionnelle. L’aptamère peptide 32 (Apta-32) ,est spécifique liant deux paralogues T32 impliqués dans le processus d'endocytose. L’aptamère peptidique 34(Apta-34) lie à une cible "T34", une protéine pro-apoptotique ayant un rôle dans la voie apoptotique provenant du noyau. Le travail de cette thèse visait à étudier la fonction anti-apoptotique de nos deux aptamères peptidiques dans deux modèles d’étude de la maladie de Parkinson: un modèle cellulaire (in vitro) et un modèle transgénique D. melanogaster (in vivo). Deux toxines majeures ont été appliquées dans ce travail, 6-hydroxindopamine (6-OHDA) et le paraquat, un pesticide couramment utilisé. Nos observations montrent que la drosophile exprimant Apta-32 dans tous les neurones ont montré une meilleure résistance après 48h de traitement avec le paraquat comparé à deux autre aptamères peptidiques, Apta-34 et Apta-TRX (sans boucle de contrôle variable). Une autre étude a révélé un défaut dans la phagocytose des corps apoptotiques au cours du développement embryonnaire de la drosophile exprimant Apta-32 dans les macrophages, ce qui suggère qu’Apta-32 pourrait participer à et peut-être interférer avec le processus de l’autophygie, et que Apta-32 pourrait protéger contre l'autophagie induite par paraquat dans les neurones. / Parkinson’s disease is considered as the second most common neurodegenerative disease. Although the cause of the progressive cell loss of PD remains unclear to date, programmed cell death, inflammation and autophagy due to oxidative stress, gene mutations or protein aggregations within DA neuron have been suggested as potential causes. Peptide aptamers are small combinatorial proteins, with a variable loop inserted into a scaffold protein, human thioredoxin, hTRX. They are used to facilitate dissection of signaling networks by modulating specific protein interactions and functions. Two peptide aptamers were identified by functional selection which inhibit Bax-dependent cell death in mammalian models. One peptide aptamer (Apta-32) is binding two paralogues involved in endocytotic trafficking T32. The second peptide aptamer (Apta-34) is binding to a target "T34", a pro-apoptotic protein mediating apoptosis emanating from the nucleus. The work of my PhD thesis aimed to investigate the anti-apoptotic function of our two peptide aptamers in different PD models including cell model (in vitro), brain tissue slice and D. melanogaster (in vivo) ; in particular their impact on neuron survival after exposure to specific toxins. Two major toxins were applied in this work, 6-hydroxindopamine (6-OHDA) and Paraquat, a commonly used pesticide. Our observations indicated that Drosophila expressing Apta-32 in all neurons showed more resistance 48h after treatment with Paraquat, compared to drosophila expressing Apta-34 or TRX. Another study revealed a defect in phagocytosis of apoptotic bodies in drosophila embryo’s expressing Apta-32 in macrophage, suggesting Apta-32 could be involved in, and perhaps interfere with, the process of autophagy. This suggests that Apta-32 could protect against paraquat induced autophagy in neurons.

Les troubles exécutifs de la maladie de Parkinson sont invalidants et sans solution thérapeutique satisfaisante. La raison est liée au fait que les fonctions exécutives sont difficiles à appréhender, tant au niveau de leur modélisation cognitive qu'anatomo-fonctionnelle ou neurochimique. Ici, nous nous appuyons sur des avancées théoriques et méthodologiques récentes pour revisiter ces troubles exécutifs. Nous nous intéressons à une fonction, récemment mise en évidence, destinée à verrouiller par anticipation le déclenchement de toute action en situation d'incertitude : le contrôle proactif de l'inhibition non sélective de l'action. Notre hypothèse directrice est que son dysfonctionnement est susceptible de générer une grande variété de troubles exécutifs. Nous avons : 1) recherché les liens entre marqueurs cliniques et troubles du contrôle proactif ; 2) identifié les dysfonctionnements cérébraux associés au moyen de méthodes électroencéphalographiques innovantes combinées à l'enregistrement des effets de la stimulation du noyau sous-thalamique ; et 3) sondé l'origine neurochimique de cette fonction. Nos résultats suggèrent qu'un dysfonctionnement de l'inhibition proactive n'engendre pas uniquement des troubles impulsifs mais explique également des comportements hypo-productifs comme l'akinésie. Ils indiquent que ces troubles ne sont pas d'origine dopaminergique et qu'ils sont liés au dysfonctionnement de l'activité du cortex frontal médian et du noyau sous-thalamique. Ces travaux ouvrent la voie à de nouvelles perspectives thérapeutiques pour la maladie de Parkinson et à une meilleure appréhension de la clinique d'autres pathologies / Executive impairments in Parkinson’s disease are debilitating and have no satisfying therapeutic option. This is partly due to the fact that executive functions are difficult to investigate from cognitive, neuro-functional and neurochemical standpoints. Here, we build on recent theoretical and methodological improvements to revisit executive impairments. We are interested in a function that consists in locking in advance movement initiation mechanisms in the face of uncertainty: proactive control of non-selective inhibition of action. Our leading hypothesis is that dysfunction of proactive inhibitory control could generate widespread and heterogeneous executive impairments. We thus: 1) tried to relate clinical markers of the disease to behavioral indexes of proactive control impairment; 2) identified the associated cerebral dysfunctions by means of advanced electroencephalographic methods and manipulation of deep brain stimulation of the subthalamic nucleus; and 3) investigated the neurochemical origin of this function. Our results suggest that impulsivity is not the only outcome of inhibitory impairment. Disorder of proactive inhibitory control may also account for hypo-productive behaviors such as akinesia. Results also indicate that this mechanism is of non-dopaminergic origin and relies on medial frontal and subthalamic activity. This work opens the way for new therapeutic approaches for Parkinson’s disease as well as a better understanding of clinical symptoms observed in others diseases

Dans la maladie de Parkinson (MP), la perte progressive des neurones dopaminergiques (DA) touche principalement la substantia nigra pars compacta (SNc). Les symptômes moteurs sont classiquement gérés par une thérapie dopaminergique de remplacement (TDR). Conjointement à la levodopa, l’utilisation d’agonistes dopaminergiques permet de prévenir les complications motrices mais peut être associée à des troubles du système de récompense. Jusqu’à 14% des patients parkinsoniens sous TRD peuvent souffrir de comportement « addiction-like » tels que le pari pathologique, l’hypersexualité ou une prise compulsive de la médication DA. A ce jour la seule solution thérapeutique consiste à diminuer la TRD ce qui détériore les symptômes moteurs. Les neuroadaptations conduisant à ces troubles du système de récompense demeurent mal comprises. Nous proposons un travail dans lequel nous avons évalué les propriétés appétitives de l’agoniste D2/D3 pramipexole (ppx) après une exposition chronique à la L-dopa dans un modèle de rat parkinsonien alpha-synucléine. Dans une première étude, nous avons évalué l’effet d’une stimulation répétée des récepteurs DA sur la sensibilisation du système de récompense en contexte parkinsonien. Nos résultats montrent un effet récompensant du ppx après administrations chronique de L-dopa et perte DA nigrostriatal induite par surexpression de l’alpha-synucléine. Aucune modification transcriptionnelle n’a été observée pour les récepteurs DA. Cependant, nous avons identifié une association entre lésion/traitement pharmacologique et des changements transcriptionnels potentiellement liés à un contexte d’addiction aux psychostimulants. Cette étude fournit des preuves suggérant fortement la lésion parkinsonienne et la thérapie L-dopa comme des facteurs conjointement impliqués dans le remodelage cérébral sous-tendant une préférence de place conditionnée pour le ppx. Les données moléculaires et pharmacologiques générées ont suggéré un rôle clé de la voie glutamatergique dans cette réponse comportementale. Ce résultat est cohérent avec la littérature décrivant un déséquilibre glutamatergique striatal dans les contextes d’addiction aux psychostimulants et de complications motrices associées à la MP. Ainsi, nous avons conçu une deuxième étude visant à investiguer plus avant le potentiel thérapeutique d’une inhibition des récepteurs glutamatergiques. Une lésion bilatérale de la SNc a été réalisée par surexpression de la protéine alpha-synucléine au moyen d’un vecteur AAV. Suite à cette lésion, un traitement chronique à la L-dopa a été réalisé. L’effet de l’antagoniste des récepteurs mGluR5 (metabotropic glutamate receptor 5) MPEP sur les propriétés renforçatrices du ppx a été évalué dans un paradigme de préférence de place conditionnée. Enfin, une analyse des changements d’expression de protéines d’intérêt a été réalisé afin d’associer changements comportementaux drogue/lésion induits et paramètres moléculaires. L’acquisition et l’expression de la préférence de place ppx-induite a été abolie par le MPEP. De plus, nous avons identifié des réseaux neuraux et des modifications d’expression protéiques sous-tendant les plasticités striatales associées à la réponse comportementale. L’ensemble de ces travaux apporte de nouvelles idées sur le contexte physiopathologique associé aux troubles du système de récompense dans la MP. Des données moléculaires et pharmacologiques convergentes suggèrent fortement le mGluR5 comme une cible thérapeutique prometteuse. / In Parkinson’s Disease (PD), the progressive dopaminergic (DA) cell loss mainly affects the substantia nigra pars compacta (SNc). The motor symptoms are classically managed by DA replacement therapies (DRT). Although adding DA agonists to levodopa treatment may contribute to prevent motor complications, it may be associated with drug‑induced changes in reward related pathways. Up to 14% of PD patients under DRT may suffer from ‘addiction‑like’ behavior such as pathological gambling, hypersexuality or DA medication‑induced substance abuse. To date, the only therapeutic answer consists in lowering the DA medications which deteriorates the motor symptoms. Neuroadaptations leading to reward bias in PD patients under DRT are still poorly understood. To address this challenge, we propose a work in which we have assessed the rewarding effect of the D2/D3 agonist pramipexole (ppx) after chronic exposure to L‑dopa in an alpha-synuclein PD rat model. In a first study, we assessed the effect of repeated DA receptors stimulations on sensitization of the reward system in a parkinsonian context. Our findings demonstrated that ppx had a rewarding effect after chronic L-dopa administrations and alpha-synuclein-mediated nigral loss. No transcriptional changes within DA receptors were highlighted. However, we identified an association between the main drug or lesion and transcriptional changes which were potentially related to the context of psychostimulant addiction. This study provides evidences strongly suggesting that PD-like lesion and L-dopa therapy were concomitant factors involved in striatal remodeling underlying the ppx-induced place preference. Molecular and pharmacological data suggested a key involvement ofthe glutamatergic pathway in this behavioral outcome. These data were consistent with literature describing major striatal glutamate imbalance as a common feature of drug addiction and Parkinson’s disease physiopathological contexts. Hence, we designed a second study aiming to further investigate the therapeutic potential of glutamatergic receptors inhibition. A bilateral lesion of the SNc was performed in the rat using AAV-mediated overexpression of the alpha-synuclein. This lesion was followed by chronic L-dopa administrations. Then, the effect of the metabotropic glutamate receptor 5 (mGluR5) antagonist MPEP on ppx reinforcing properties was assessed in a place conditioning paradigm. Finally, analysis at the protein level was conducted to associate drug and lesion induced behavioral changes to molecular endpoints. Acquisition and expression of the ppx-induced place preference was abolished by the MPEP. Furthermore, we identified neural networks and protein changes underlying the striatal remodeling associated with the behavioral outcome. All this work provides new insights into the physiopathological context associated to the PD/DRT related reward bias. Convergent molecular and pharmacological data strongly suggest mGluR5 as a promising therapeutic target.

La queue de l’aire tegmentale ventrale (tVTA) est le principal contrôle inhibiteur des neurones dopaminergiques du mésencéphale. Cette structure, bien qu’aujourd’hui très étudiée, n’est cependant pas encore référencée dans les atlas stéréotaxiques. Anatomiquement, nous avons pu apporter une définition de référence de la tVTA, à travers son analyse neurochimique, stéréologique, hodologique et génomique. Fonctionnellement, nous avons montré son rôle dans la réponse à des expériences émotionnelles aversives et nous avons testé son influence sur les symptômes moteurs et non-moteurs de la maladie de Parkinson. Nous avons ainsi montré qu’une co-lésion de la tVTA dans un modèle murin de la maladie permet une amélioration des performances motrices, des seuils nociceptifs et des symptômes de type dépressifs. Ce travail a ainsi participé au progrès de nos connaissances sur la tVTA et ouvre de nouvelles pistes d’exploration quant à son implication fonctionnelle. / The tail of the ventral tegmental area (tVTA) is the major brake of the midbrain dopamine neurons. This structure although studied, is not yet referenced in stereotaxic atlases. Anatomically, this work allowed to obtain a reference definition of the tVTA through its neurochemical, stereological, connectivity-based and genomic analyses. Functionally, we studied its role for the response of aversive stimuli and we tested its influence on motor and non-motor symptoms of Parkinson’s disease. We observed that a co-lesion of the tVTA in a rodent model of the disease induce motor, nociceptive and depressive-like symptoms improvements. This work has thus contributed to the progress of our knowledge on the tVTA and opens new explorative track for its functional implication.

La maladie de Parkinson (MP) est une pathologie neurodégénérative fréquente. Différents mécanismes moléculaires ont été mis en cause, dont une dysfonction mitochondriale. Des mutations du gène LRRK2, codant la protéine leucine-rich repeat kinase 2, sont responsables de formes autosomiques dominantes. La substitution la plus fréquente, G2019S, confère à la protéine un gain de fonction. LRRK2 semble réguler l’homéostasie mitochondriale, rôle initialement attribué aux protéines Parkine et PINK1, qui régulent en particulier la mitophagie. Nous avons étudié le rôle de LRRK2 et de son variant LRRK2-G2019S dans la régulation de la mitophagie dépendante de PINK1/Parkine. Nous avons également évalué l’effet de l’activité kinase sur ce processus dans un modèle cellulaire et dans des fibroblastes de patients. Nous avons exploré l’effet de LRRK2 sur la régulation d’interactions protéiques essentielles dans la mitophagie. Enfin, nous avons comparé l’efficacité de la mitophagie dans les formes familiales de la MP liées aux gènes LRRK2 et PARK2. Nous avons montré que LRRK2 et son variant LRRK2 G2019S retardent la mitophagie. Au travers de son activité kinase, LRRK2 compromet des interactions protéiques clefs impliquant Parkine et la GTPase Drp1. Nous avons mis en évidence un défaut de ce processus dans les fibroblastes de patients porteurs de mutations du gène PARK2. Ce défaut est également retrouvé dans les fibroblastes de patients porteurs de la substitution G2019S, dans lesquels il est corrigé par l’inhibition de l’activité kinase de la protéine. Ces résultats mettent en évidence un rôle de LRRK2 et de sa substitution pathogène dans la mitophagie dépendante de la voie PINK1/Parkine. / Parkinson’s disease (PD) is a frequent neurodegenerative disorder. Different molecular mechanisms are suspected, among which mitochondrial dysfunction stands out. Mutations in LRRK2, encoding leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2), cause autosomal dominant PD forms. The most frequent G2019S substitution leads to a gain of function. LRRK2 seems to modulate mitochondrial homeostasis, initially associated with Parkin and PINK1 proteins, which regulate in particular mitophagy. Here, we explored the involvement of LRRK2 and its kinase activity in the regulation of PINK1/Parkin-dependent mitophagy, and evaluated the consequence of the G2019S substitution, both in a cell line (COS7) and in primary fibroblasts from PD patients. In particularly, we studied the impact of LRRK2 on the regulation of protein-protein interactions essential for mitophagy initiation. We also compared the efficiency of PINK1/Parkin-dependent mitochondrial clearance in familial PD forms linked to LRRK2 and PARK2. Our results show that LRRK2 and its LRRK2 G2019S variant delay mitophagy. Moreover, these proteins compromised key interactions involving Parkin and the GTPase dynamin related protein 1 (Drp1) on the outer mitochondrial membrane. We confirmed a defect in this process in fibroblasts from patients with PARK2 mutations and found a similar alteration in fibroblasts from patients with the G2019S substitution. Inhibition of LRRK2 kinase activity restored mitophagy induction in cells from LRRK2 patients, but not in cells from PARK2 patients. Altogether, these results highlight a role of LRRK2 and its pathogenic substitution in the regulation of PINK1/Parkin-dependent mitophagy.