La persistance du VIH-1 est associée au maintien de l’inflammation chronique chez les patients infectés, malgré la mise en place de combinaison de traitements antirétroviraux. L’inflammation chronique est associée à un risque augmenté de développer des comorbidités, non associées au SIDA. Les polynucléaires neutrophiles (PNN) sont des cellules myéloïdes qui ont été impliqués dans de multiples maladies inflammatoires chroniques. Néanmoins, leur rôle dans l’infection par le VIH-1 est moins bien connue. Afin de pallier ce manque de connaissances, nous avons évalué l’hétérogénéité des PNNs dans le modèle macaque cynomolgus infecté par le SIVmac251. L’analyse phénotypique par cytométrie de masse a révélé la circulation de PNNs immatures en phase chronique de l’infection. En caractérisant l’hétérogénéité des PNNs au cours de l’infection par le SIV, nous avons observé une augmentation des fréquences des neutrophiles immatures et activés dans le sang dès la primo-infection. En phase chronique, les PNNs immatures et activés étaient toujours significativement augmentés dans le sang et la moelle osseuse. Au cours de l’infection, les PNNs avaient une fonction immunostimulatrice envers la prolifération et la sécrétion cytokinique des lymphocytaire T. L’initiation d’un traitement antirétroviral précoce a permis de restaurer le phénotype des PNNs. Les PNNs sont des cellules à fort potentiel pro-inflammatoire abondantes qui devraient être ainsi considérés comme de nouveaux effecteurs de l’inflammation chronique associée au VIH-1. / Even under combinational antiretroviral treatments (cART), HIV-1 persistence is associated with chronic inflammation in infected patients, leading to an increased risk of non-AIDS-related comorbidities. Polymorphonuclear neutrophils (PMN), have been less studied in HIV infection whereas they were associated with chronic inflammation diseases. To evaluate PMN heterogeneity in SIVmac251 nonhuman primate infection model, we first performed multiparameter single-cell phenotyping by mass cytometry giving a global vision of the immune system. This analysis demonstrated circulation of immature PMN with impaired during chronic infection. Then, we characterized neutrophils heterogeneity in the course of SIV infection. In primary infection, there was an increased frequency of CD10- immature and CD62L-low primed PMNs in peripheral blood. In chronic phase, CD10- immature PMNs were significantly higher in bone marrow and blood, maintaining a primed profile. During SIV infection, PMNs demonstrated variable immunomodulatory function against T cells proliferation and cytokine production. Early cART allowed to restore PMN phenotype. In this study, we provide unprecedented insight into PMN heterogeneity in the course of SIV infection. Since PMN represent 40-70% of circulating leukocytes and primed PMN are more potent to release pro-inflammatory cytokines and to transmigrate, they should be considered as a new player in HIV-1 chronic inflammation.

La vaccination est considérée comme l’un des plus grandes découvertes de l’histoire des maladies infectieuses, ayant permis le déclin et l’éradication de plusieurs pathogènes. Cependant, nous ignorons encore tous les mécanismes impliqués dans la protection contre les pathogènes. Cette méconnaissance est la cause de notre incapacité à formuler des nouveaux vaccins contre le VIH, la tuberculose, le paludisme et les pathogènes émergents. Récemment, on note des efforts pour induire une réponse cellulaire efficace après une vaccination, qui joue un rôle crucial dans la clairance des pathogènes.Cette thèse s’appuie sur un modèle de vaccin vivant atténue issu du virus de la vaccine : le MVA (Modified Vaccinia Ankara) et sur le modèle de primate non-humain. Nous avons caractérisé la réponse cellulaire après une immunisation intradermique suivant un schéma en prime-boost homologue, avec un boost à 2, suivi d’un boost à 9 mois. Le MVA a induit une infiltration massive de Lymphocytes T CD8 au niveau du site d’injection, 7 jours après l’immunisation. La réponse cellulaire systémique était modérée et ne reflétait pas l’amplitude de la réponse locale. Les injections du prime et du boost ont orienté la réponse cellulaire de façon différente, ce qui a mené à une importante induction de cellules T CD4 et CD8, persistantes, spécifiques de l’antigène et polyfonctionnelles après l’injection du boost à 9 mois.Cette étude souligne la différence entre les réponses systémiques et locales, démontrant l’importance de se focaliser sur la réponse tissulaire. Elle a également mis en lumière l’impact du schéma d’immunisation sur la qualité de la réponse cellulaire. / Vaccination has been considered as one of the greatest discoveries in the history of infectious diseases by allowing pathogens decline or eradication. However, we still ignore all the mechanism that lead to protection and therefore, fail to elaborate new vaccines against HIV, tuberculosis, malaria and emergent pathogens. Recently, efforts have been made to elicit effective cellular response after vaccination, which is crucial for pathogen clearance.This thesis relied on live-attenuated vaccine model derived from the vaccinia virus: the MVA (Modified Vaccinia Ankara) and a non-human primate model. We characterized the cellular immune response triggered by a homologous prime-boost intradermal injection of MVA, with a 2 months and 9 months boost. The MVA induced a massive infiltration of CD8 T cells at the injection site 7 days post immunization. In comparison, the systemic cellular response was mild and did not reflect the magnitude of the local response. The prime and boost injections elicited distinct orientation of the systemic and local T cells, which led to an important induction of a persistent, antigen-specific and polyfunctional CD8 and CD4 T cell responses after the 9 months boost.This work emphasizes the difference between local and systemic response, demonstrating the importance of the focus on tissue immunity. It also highlights the impact of the immunization schedule on the quality of the cellular response.

La compréhension des mécanismes physiologiques et physiopathologiques du contrôle la locomotion et de ses troubles, constitue un enjeu majeur de la recherche biomédicale, pour améliorer la qualité et l'espérance de vie des patients atteints de la maladie de Parkinson. A partir de données expérimentales, la stimulation cérébrale profonde de la formation réticulée mésencéphalique (FRM), incluant les noyaux pédonculopontins et cunéiformes, a été proposée en 2005 comme nouvelle stratégie thérapeutique pour traiter le freezing de la marche. Cependant, au regard de résultats cliniques très hétérogènes, de nombreuses interrogations se posent concernant les connaissances anatomiques et fonctionnelles de la FRM, marquées notamment par un nombre limité de données expérimentales chez le primate non-humain. Cette étude s'inscrit dans une approche translationnelle associant des données cliniques et pré-cliniques. Dans un premier temps, un modèle de locomotion bipède chez le primate non-humain a été développé puis validé à partir de données cinématiques. Une approche IRM multi-séquences a été développée pour permettre un suivi longitudinal du protocole et la construction d'un atlas du tronc cérébral de Macaca fascicularis. Un mapping électrophysiologique de la FRM a ensuite été réalisé chez deux primates éveillés, qui a permis de mettre en évidence pour la première fois, des activités neuronales qui répondaient à la locomotion, confirmant ainsi l'existence d'une région locomotrice mésencéphalique chez le primate. Après intoxication au MPTP, seule une modification du pattern de décharge des neurones de la FRM a été observée, ainsi que des arguments en faveur d'un dysfonctionnement de l'activité de certains neurones de la FRM durant le blocage du pas. Enfin, des enregistrements électrophysiologiques durant des phases de locomotion puis d'endormissement naturel, suggèrent une double implication de populations neuronales dans le contrôle de la locomotion et du niveau de vigilance. La réalisation d'un nouveau système de coordonnées adapté au tronc cérébral humain a permis de réaliser une étude de corrélations anatomo-cliniques des effets de la stimulation cérébrale profonde du noyau pédonculopontin et de proposer une cible probabiliste pour l'implantation d'électrodes dans la FRM pour traiter le freezing de la marche dans le contexte parkinsonien.

La transplantation d'organes est souvent la meilleure approche thérapeutique pour l'insuffisance organique au stade terminal. Le rejet de greffe est le principal obstacle pour une transplantation réussie, car cette dernière est le plus fréquemment réalisée entre individus génétiquement distincts. Les tissus ou organes transplantés sont généralement reconnus par le système immunitaire comme corps étrangers et sont rapidement détruits. Une série d'approches a été réalisée en clinique pour augmenter l'acceptation de la transplantation d’organes. Les immunosuppresseurs ont un rôle clé dans le combat contre le rejet de greffe. Actuellement, les résultats à court terme de la transplantation d'organes ont été considérablement améliorés avec l'émergence des inhibiteurs de la calcineurine (ICN), mais les résultats à long terme sont encore insatisfaisants. L'une des principales raisons est que les médicaments immunosuppresseurs actuels manquent de spécificité. Ces agents, en particulier ICN, sont considérés comme les facteurs de risque pour la perte tardive du greffon et les décès avec un greffon fonctionnel en raison de la toxicité des médicaments, de la sur-immunosuppression et d'autres effets secondaires. Ainsi, il y a un besoin urgent de rechercher de nouvelles thérapies idéales. Les lymphocytes T jouent un rôle central dans l'initiation du rejet des allogreffes. La pleine activation des cellules T nécessite au moins deux signaux combinés, mais distincts. En plus du signal généré par l'interaction entre le récepteur des cellules T (TCR) et les complexes CMH-peptides, le second signal, appelé signal de costimulation qui est délivré par l'engagement du récepteur de costimulation avec son ligand, est essentiel. L'engagement du TCR en l'absence de signaux de costimulation peut donner lieu à l'anergie des cellules T, un état d'absence de réponse immunitaire. Les molécules costimulatrices acquièrent ainsi l'attention en tant que cibles thérapeutiques potentielles. Du fait que ces molécules soient largement limitées à des cellules T et/ou des cellules présentatrices d'antigène, cibler la voie de signalisation de costimulation offre la possibilité de moduler le système immunitaire d'une manière plus sélective par rapport à des agents immunosuppresseurs conventionnels. À ce jour, de nombreuses molécules costimulatrices ont été identifiées et certaines ont été testées en tant que cibles thérapeutiques dans des modèles de transplantation d'organes. Les axes CD28–CD80/86 et CD40–CD40L sont importants et les deux voies de signalisation de costimulation les mieux connues. Bélatacept est un variant de l'antigène 4 des lymphocytes T cytotoxiques-immunoglobuline G (CTLA4-Ig) qui bloque la voie de signalisation CD28–CD80/86. C'est le seul bloqueur de la costimulation à être approuvé pour utilisation clinique en transplantation d'organes. Par rapport à la thérapie basée sur les ICN pour les receveurs de transplantation rénale, les thérapies à base de bélatacept montrent un taux similaire de survie, une fonction supérieure du greffon et l'amélioration du profil de risque cardiovasculaire. Cependant, bélatacept est également associée à des taux plus élevés de rejet aigu et de syndrome lymphoprolifératif post-greffe (SLPG). Dans notre étude, l'efficacité d'ASKP1240, un nouvel AcM anti-CD40 complètement humain qui bloque la voie de costimulation CD40–CD40L, a été évaluée sur la prévention du rejet d'allogreffe avec le modèle de transplantation rénale chez le singe cynomolgus. Quand ASKP1240 a été administré seul, il a réduit l'incidence du rejet aigu et a prolongé la survie de l'allogreffe rénale dépendamment de la dose administrée. L'acceptation de l'allogreffe rénale a été encore améliorée chez des singes qui ont reçus des traitements d'ASKP1240 combiné avec le tacrolimus (dose sub-thérapeutique) ou le mycophénolate mofétil (MMF). Le rejet aigu d'allogreffe a été totalement éliminé chez ces animaux et la médiane de survie du greffon rénal de ces groupes était significativement plus longue que ceux des groupes avec un traitement monothérapie. ASKP1240 a été bien toléré pour un traitement allant jusqu'à 180 jours. Il n'y avait pas d'effets secondaires évidents, y compris les complications thromboémboliques liées au médicament. L'administration d'ASKP1240 n'a pas induite de libération de cytokines. Ensuite, nous avons étudié les effets d'ASP2409 sur le rejet de l'allogreffe rénale et la survie chez des singes cynomolgus. ASP2409 est une nouvelle CD86-sélective variante de CTLA4-Ig, qui possède une affinité de liaison au CD86 14 fois plus élevée que le bélatacept in vitro et une amélioration de la puissance immunosuppressive. Une haute dose d'ASP2409 en monothérapie a montré des résultats supérieurs dans la réduction de rejet aigu et la prolongation de la survie de l'allogreffe rénale en comparaison avec une faible dose d'ASP2409 en monothérapie. Une faible dose d'ASP2409 en combinaison avec tacrolimus (dose sub-thérapeutique) inhibe complètement le rejet aigu d'allogreffe et prolonge significativement la survie de l'allogreffe rénale par rapport à une monothérapie avec une faible dose d'ASP2409 ou une dose sub-thérapeutique de tacrolimus. La médiane de survie de l'allogreffe des animaux recevant un traitement à base d'une dose élevée d'ASP2409, bélatacept, ou une dose thérapeutique de tacrolimus étaient identiques (> 91 jours). Les traitements à base d'une dose élevée d'ASP2409 présentaient de meilleurs résultats histopathologiques que le traitement à base de bélatacept. En outre, la fréquence des cellules FoxP3+ dans les allogreffes rénales a été observée plus haute dans les traitements à base d'ASP2409 et de bélatacept comparés aux traitements à base de tacrolimus. L'étude a également montré que ASP2409 est sans danger pour les animaux pour les doses qui ont été testées. Nous n'avons pas trouvé de graves effets secondaires liés à ASP2409 au cours des 91 jours d'étude. Collectivement, ces résultats suggèrent que la modulation sélective de la costimulation des cellules T avec des bloqueurs de la costimulation est une stratégie réalisable pour la prévention et le traitement du rejet d'allogreffe. ASKP1240 et ASP2409 sont tous deux des agents immunosuppresseurs prometteurs pour les régimes d'évitement ou de réduction des inhibiteurs de la calcineurine. / Organ transplantation is often the best therapeutic approach for end-stage organ failure. Graft rejection is the major obstacle to successful transplantation because transplantation is most frequently carried out between genetically distinct individuals. Transplanted tissues or organs are usually recognized by the immune system as foreign and are rapidly destructed without immune interventions. A series of approaches have thus been applied in clinic to inhibit the allogenic immune responses and in turn increase organ transplant acceptance. Immunosuppressive drugs are the key players in the "war" against immune cell-mediated rejection of allogenic transplants. Currently, the use of calcineurin inhibitors (CNIs) has dramatically decreased the risk of acute transplant rejection and improved the short-term outcomes of organ transplantation, but the long-term outcomes are still unsatisfied. One of the main reasons causing unsatisfied long-term outcomes is that current immunosuppressive drugs do not specifically target immune cells that cause transplant rejection. These immunosuppressive agents, especially CNIs, are the risk factors for late graft loss and death with functioning graft (DWFG) due to drug toxicity, over-immunosuppression, and other side-effects. Thus there is an urgent need for seeking novel therapies that can selectively eliminate the alloreactive immune responses while preserving the integrity of the remainder of the host immune system. It has been known that T cells play a central role in initiating allograft rejection. Full activation of T cells requires at least two collaborative but distinct signals. The first signal is generated by the interaction between T cell receptor (TCR) and MHC-peptide complex. The second signal, termed costimulatory signal, is delivered through the engagement of costimulatory receptors by their ligands. Importantly, TCR engagement in the absence of costimulatory signals can result in T cell anergy, a state of T cell unresponsiveness. Costimulatory molecules thus gain attention as potential therapeutic targets. Because these molecules are primary expressed on T cells and/or antigen-presenting cells, targeting costimulatory signaling pathway offers the oppertumities to modulate immune system in a more selective way relative to conventional immunosuppressive agents. To date, numerous costimulatory molecules have been identified and some have been tested as therapeutic targets in organ transplant models. CD28–CD80/86 and CD40–CD40L axis are two important and the most well known costimulatory signaling pathways. Belatacept, a variant of cytotoxic T lymphocyte antigen 4-immunoglobulin G (CTLA4-Ig) that blocks CD28–CD80/86 signaling pathway, is the only costimulation blocker to be approved for clinical use in organ transplantation. Compared to CNI-based regimen for kidney transplant recipients, belatacept-based regimens show similar patient and graft survival rate, superior graft function, and improved cardiovascular risk profile. However, belatacept is also associated with higher rates of acute rejection and posttransplant lymphoproliferative disorder (PTLD). Disruption of CD40–CD40L interaction with anti-CD40L mAbs has also been demonstrated to be a reliable approach for preventing acute rejection and for prolonging allograft survival. Unfortunately, unexpected thromboembolic complications in preclinical studies and clinical trials discontinued the development of anti-CD40L mAbs. The main objective of this thesis is to identify the optimal T cell costimulation blockers that can show improved safety and non-inferior efficacy in promoting allograft acceptance relative to current costimulatory blocking agents. Anti-CD40 mAbs are an alternative approach to block CD40–CD40L costimulatory pathway. CD40 is not involved in the stability of platelet thrombi and anti-CD40 mAbs are expected to not cause thromboembolic events. ASKP1240 is a novel fully human anti-CD40 mAb. In this study, the efficacy of ASKP1240 in the prevention of renal allograft rejection was evaluated in cynomolgus monkey kidney transplantation model. When ASKP1240 was administered alone, it dose-dependently reduced the incidence of acute rejection and prolonged renal allograft survival. Renal allograft acceptance was further improved in the monkey which received regiments using ASKP1240 combined with conventional immunosuppressive drugs tacrolimus (sub-therapeutic dose) or mycophenolate mofetil (MMF). Acute allograft rejection was totally eliminated in these animals and the kidney allograft median survival times (MST) of these groups were significantly longer than those of monotherapy groups. ASKP1240 administration did not induce cytokine release. This agent was well tolerated in monkey kidney transplant recipients during the 180-day treatment period. There were no obvious side effects including drug-related thromboembolic complications. Next, we tested the hypothesis that a CD86-selective variant of CTLA4-Ig might show non-inferior efficacy on the prevention of allograft rejection and prolongation of graft survival in comparison with belatacept. CD86 is the dominating ligand between the two natural ligands for CD28 in alloimmune response. Improvements in CD86 binding affinity of CTLA4-Igs confer increased immunosuppressive potency. A CD86-selective CTLA4-Ig variant may reach therapeutic levels of CD86 occupancy while occupies substantially less CD80 ligand than non-CD86-selective CTLA4-Igs. Preservation of CD80 signaling may be favoring to retain protective immunity and to improve safety of CTLA4-Ig therapy. This thesis investigated the effects of a novel CD86-selective CTLA4-Ig variant, ASP2409, on renal allograft rejection and survival in cynomolgus monkeys. ASP2409 possesses 14-fold higher in vitro CD86 binding affinity than belatacept and improved immunosuppressive potency. Compared to no-treatment control, low-dose (0.3 mg/kg) ASP2409 monotherapy significantly prolonged renal allograft survival (MST = 5 and 26 days, respectively) but did not decrease the incidence of acute rejection (8/8). The rate of acute renal allograft rejection was reduced in the group of high-dose ASP2409 monotherapy (2/7) and, correspondingly, a much longer MST (>91 days) was shown in this group. Combination therapy of low-dose ASP2409 and tacrolimus (sub-therapeutic dose) completely eliminated acute allograft rejection and notably prolonged renal allograft survival (MST >91 days). The MSTs of renal allografts in the animals receiving high-dose ASP2409-, belatacept-, and therapeutic dose tacrolimus-based immunosuppressive regimens were same (>91 days). High-dose ASP2409-based regimens exhibited better histopathological results than belatacept-based regimen. Furthermore, higher frequencies of FoxP3+ Tregs in renal allografts were observed in ASP2409- and belatacept-based regimens compared to tacrolimus-based regimen. ASP2409 was also demonstrated to be safe for animals with the doses to be tested. There were no serious side effects related to ASP2409 to be found in term of 91-day study. This study demonstrates that ASKP1240 is as effective as anti-CD40L mAbs on inhibition of acute rejection and prolongation of renal allograft survival, and do not cause thromboembolic complications. Previous studies indicated that CNIs could diminish the effects of anti-CD40L mAbs. In our study, ASKP1240 in combination with tacrolimus or MMF shows improved efficiency. Furthermore, the effects of ASP2409 on promoting renal allograft acceptance are not inferior to belatacept. These results collectively suggest that ASKP1240 and ASP2409 both are the promising immunosuppressive agents for solid organ transplantation.

Plus de 150 millions de personnes souffrent de troubles dépressifs à travers le monde. Malgré le nombre croissant d’études s’intéressant à la physiopathologie de ce trouble, aucune amélioration majeure concernant ses traitements ou la compréhension des mécanismes biologiques sous-jacents n’a été faite. Bien qu’une prédisposition génétique et des évènements stressants aient été proposés comme facteurs de risque, ni les gènes impliqués ni le fonctionnement des interactions gène x environnement ne sont encore connus. Cela peut s’expliquer par le manque de modèles animaux satisfaisants et par le fossé existant entre les connaissances / méthodes de diagnostic appliquées en recherche clinique et celles disponibles en recherche fondamentale. Des manipulations pharmacologiques, lésionnelles, génétiques ou de l’environnement sont quasi exclusivement utilisées chez le rongeur. Certains primates non-humains (PNH), plus proches de nous sur les plans comportementaux et phylogénétiques, montrent pourtant, comme l’Homme, des modifications comportementales et physiologiques atypiques et spontanées en réponse à des conditions de vie stressantes. Malgré les travaux pionniers et prometteurs d’Harlow et de ses collaborateurs dans les années 60, rares sont les équipes qui étudient la dépression chez le macaque aujourd’hui. Nous avons émis l’hypothèse que parmi des grandes populations de PNH captifs, une petite proportion d’individus exprime des comportements atypiques pouvant s’apparenter à des symptômes dépressifs. Mon projet de thèse a eu pour but de proposer une approche novatrice et non invasive d’identification de ces profils « depressive-like » chez le macaque, en combinant les compétences et connaissances de l’éthologie, de la psychiatrie et des neurosciences. L’impact des expériences de vie précoces et de l’espèce a également été abordé. Les comportements, les postures et orientations du corps, les localisations spatiales, les regards et/ou les distances inter-individuelles ont été relevés chez plus de 200 macaques rhésus et cynomolgus d’élevage, nés en captivité ou dans la nature. Des sous-groupes d’individus ont été identifiés à l’aide d’analyses multifactorielles. Dans chaque population observée, un profil « depressive-like » a été mis en évidence par comparaison avec les symptômes décrits dans le Manuel Diagnostique et Statistiques des Troubles Mentaux et avec les modèles animaux existants dans la littérature. La prévalence de ces profils étant supérieure chez les macaques rhésus et chez les animaux nés en captivité, nos résultats concordent avec le rôle suggéré du stress dans l’expression des troubles dépressifs. En plus d’exprimer ce profil comportemental atypique dans leur environnement habituel, les singes « depressive-like » présentaient une réactivité émotionnelle altérée au cours 2 tests comportementaux, associée à des taux élevés de cortisol plasmatique et noradrénaline cérébro-spinale. Pris dans leur ensemble, ces résultats prometteurs confèrent une bonne validité de représentation à notre modèle macaque de symptômes dépressifs. Une caractérisation plus complète de ce modèle est bien sûr nécessaire et pourrait ouvrir de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’étiologie et de la physiopathologie des troubles dépressifs. / More than 150 million people worldwide suffer from major depressive disorder (MDD). Although investigations of its pathophysiology have dramatically increased in the last decade, no substantial improvement has been made concerning the treatments and the understanding of its underlying mechanisms. A genetic predisposition and stressful experiences have been acknowledged as risk factors involved in MDD. However, no specific genes have been identified so far and little is known about the gene x environment interactions. This is likely due to the lack of bona fide animal models of depressive-like symptoms. Indeed, there is a huge gap between the knowledge / diagnostic methodology of clinical research and the animal models used in fundamental research, mainly focusing on environmental, pharmacological, lesional or genetic manipulations. Phylogenetically and behaviourally closer to Humans compared to rodents, non-human primates (NHPs) can show spontaneous behavioural and physiological modifications in response to stressful life events. Although promising results had been reported in the 1960’s by the pioneering studies of Harlow and colleagues, the investigation of depressive-like symptoms in macaques are scarce in the current literature. We hypothesize that, among large captive NHP populations, a few individuals will display atypical behaviours that could mimic depressive symptoms. Combining the skills and knowledge of ethology, psychiatry and neurosciences, my PhD project aimed at proposing an innovative non-invasive detection method of such depressive-like profiles. The impact of birth origin and species was questioned as well. Behaviours, body postures, body orientations, spatial location, gaze direction and/or inter-peer distances were collected among more than 200 rhesus and cynomolgus captive- or wild-born farm-bred macaques. Using multifactorial analyses, clusters of individuals displaying distinct behavioural profiles were identified. In each population, a common depressive-like profile was characterised by its similarities with symptoms described in the Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorder and with other animal models of depression. The prevalence of such profiles was increased in the rhesus populations and by captive early life experience, corroborating the role of stress in the development of MDD. In addition to expressing depressive-like features in their home cage, these animals displayed higher levels of plasmatic cortisol and cerebrospinal noradrenaline which correlated with a passive emotional reactivity in 2 behavioural paradigms. Altogether these promising results conferred good face validity to our NHP model of depressive-like symptoms. Further characterization of this model is required and might bring new insights to the understanding of MDD pathophysiology and etiology.

Dans mes travaux de thèse, je me suis intéressé à la fonction de la barrière hémato-encéphalique (BHE) et son impact dans le développement de médicaments à visée du système nerveux central (SNC). Cependant, plusieurs obstacles limitant le processus de développement de nouveaux médicaments ont été identifiés. Parmi eux, une faible biodisponibilité cérébrale est reconnue pour être un facteur limitant majeur. Malgré ce constat, la biodisponibilité et la pharmacodynamie cérébrales sont souvent inconnues ou globalement négligées durant le processus de développement des médicaments. Actuellement, 3 méthodes permettent d'explorer la pharmacocinétique cérébrale in vivo, à savoir l'analyse du liquide céphalorachidien, la tomographie par émission de positron et la microdialyse cérébrale. Chaque approche présente certaines contraintes, la première fournit des informations restreintes, la seconde est coûteuse et limitée à une utilisation principalement académique, la troisième est souvent réalisée sur des modèles rongeurs rendant la transposabilité des données à l’homme complexe. Le projet de recherche réalisé s’est articulé autour de cette problématique et a suivi deux axes de développement. Le premier s’est orienté sur l’étude du passage dans le contexte particulier de la maladie de Parkinson. Le second aborde le manque de modèles pertinents utilisables lors du développement d’un nouveau médicament et présente une solution possible, la microdialyse intracérébrale sur macaque vigile. Les études en lien avec la maladie de Parkinson ont mis en évidence que premièrement, les statines sont inefficace dans le traitement des dyskinésies lévodopa induites chez les patients parkinsoniens. Cet échec peut être en partie explicable par une biodisponibilité cérébrale insuffisante du principe actif. Deuxièmement, la fonction de BHE est modifiée sur le modèle de référence de la maladie de Parkinson, le macaque traité au 1-méthyle 4-phényl 1,2,3,6-tétrahydro pyridine (MPTP). Le travail réalisé selon le second axe démontre la faisabilité de l’échantillonnage du liquide extracellulaire cérébral sur macaque vigile par microdialyse. / While working on my thesis, I focused on the function of the blood-brain barrier (BBB) and its impact in drug development to target the central nervous system (CNS). However, several obstacles that slow down the process of developing new successful drugs have been identified. Among several factors, the poor brain bioavailability is acknowledged as a primary limiting factor. Despite this statement, both brain bioavailability and brain pharmacodynamic are either unknown or globally overlooked during the drug development process. Currently, 3 methods allow exploring in vivo brain pharmacokinetic: cerebral spinal fluid sampling analysis, Positron Emission Tomography imaging and brain microdialysis. Each approach has its own constraints, the first provides restricted information, the second is expensive and limited to a mainly academic use, and the third is often carried out on rodent models making the transferability of data in complex man. The research project is focused on this issue and followed two paths of development. The first is focused on the study of the crossing in the particular context of Parkinson's disease. The second addresses the lack of appropriate model used in the development of a new drug and presents a possible solution, intracerebral microdialysis in awake macaque. Studies linked with Parkinson's disease show that statins has proved ineffective in the treatment of levodopa-induced dyskinesia in parkinsonian patients. This failure can be explained in part by insufficient brain bioavailability of the active compound. Secondly, in macaques treated with 1-methyl 4-phenyl 1,2,3,6-tetrahydro pyridine (MPTP), the gold standard model of Parkinson's disease, the BBB is modified. The work done along the second axis shows the feasibility of sampling brain extracellular fluid by microdialysis in awake macaque.

Mes travaux de thèse se sont axés sur deux thématiques. Elles ont en commun un possible dysfonctionnement de la transmission dopaminergique. La première visait à étudier l’implication de la dopamine dans les troubles de la régulation veille/sommeil se produisant dans la maladie de Parkinson en utilisant le modèle de référence de cette pathologie, le primate non-humain (PNH) intoxiqué au 1-methyl-4-phenyl-1, 2, 3, 6-tetrahydropyridine (MPTP). Pour y parvenir, nous avons utilisé un système télémétrique totalement implantable autorisant des enregistrements électroencéphalographiques, électrooculographiques et électromyographiques de longue durée chez des animaux libres de leurs mouvements. L’induction d’un syndrome parkinsonien a eu pour conséquence une totale dérégulation de l’architecture des cycles veille/sommeil persistant durant des années après les injections de MPTP. La somnolence diurne excessive et la dérégulation du sommeil paradoxal sont les signes les plus marquants de l’intoxication au MPTP et apparaissent avant l’émergence des signes moteurs. Ces dérégulations précoces sont concomitantes d’une perturbation profonde de l’homéostasie dopaminergique qui se rétablit partiellement sur le long cours grâce à des mécanismes compensatoires au sein du système dopaminergique. L’ensemble étant responsable d’une réapparition partielle du sommeil paradoxal ainsi qu’une diminution de la somnolence diurne, parallèlement à la récupération motrice. En conclusion, ces résultats soulignent la validité du modèle du primate non-humain intoxiqué au MPTP pour la modélisation des troubles du sommeil de la maladie de Parkinson. Il permettra in fine de comprendre le rôle de la déplétion dopaminergique et, au-delà, de l’intervention des autres systèmes de neurotransmission dans la physiopathologie de ces troubles. La seconde partie de ma thèse a été consacrée à l’étude anatomo-fonctionnelle de la voie dopaminergique diencéphalospinale (groupe A11) chez le PNH. En effet, si cette voie semble impliquée dans les processus sensori-moteurs et son dysfonctionnement supposé dans de nombreuses pathologies, son organisation anatomique reste méconnue, à la fois chez l’homme et le PNH. L’hybridation in situ réalisée au niveau médullaire a révélé que le sous-type de récepteur dopaminergique D1 est absent alors que les récepteurs D2 et D5 sont exprimés au niveau des cornes dorsales et les récepteurs D3 dans l’ensemble de la substance grise. Des injections unilatérales du traceur rétrograde FluoroGold au niveau de la moelle cervicale ont quasi-exclusivement marqué les neurones hypothalamiques du groupe A11 parmi l’ensemble des régions dopaminergiques. Des analyses détaillées de ces neurones par immunohistochimie indiquent qu’ils sont positifs pour la tyrosine hydroxylase et négatifs pour la dopa-décarboxylase et le transporteur à la dopamine, suggérant un noyau de nature « L-Dopaergique ». Cependant, une intoxication au MPTP conduisant au développement d’un syndrome Parkinsonien a induit une perte de 50% des neurones de l’aire A11. En conclusion, la voie diencéphalospinale serait la source majeure de L-dopa dans la moelle épinière du PNH où elle jouerait un rôle dans la modulation de l’intégration sensori-motrice principalement au travers des récepteurs D2 et D3 soit directement, soit indirectement par conversion de la L-dopa en dopamine au niveau des cellules médullaires monoenzymatiques pour la dopa-décarboxylase. La remarquable correspondance anatomique entre l’homme et le PNH renforce la pertinence de cette espèce pour l’étude de la physiologie des circuiteries dopaminergiques hypothalamiques et des conséquences fonctionnelles de leurs dysfonctionnements. / My thesis work was based on two topics bridged by a common dopaminergic neurotransmission dysfunction. The first one aimed to investigate the role of dopaminergic denervation in the pathophysiology of the sleep-wake disorders that occur in Parkinson’s disease (PD) by using the gold-standard model of parkinsonism, the 1-methyl-4-phenyl-1, 2, 3, 6-tetrahydropyridine (MPTP)-treated non-human primate (NHP) model. To this end, we performed long-term continuous electroencephalographic monitoring of vigilance states in unrestrained rhesus monkeys using a completely implanted miniaturized telemetry device and tested the effect of MPTP intoxication on their sleep-wake organization. MPTP injection yielded a dramatic disruption of sleep-wake architecture with reduced sleep efficacy that persisted years after MPTP administration. Primary deregulation of REM sleep and increased daytime sleepiness occurring before the emergence of motor symptoms were the most striking features of the MPTP administration. This was concomitant with a breakdown of the dopaminergic homeostasis, as evidenced by a decreased dopamine turnover measured after a single MPTP injection. In the long term, partial reemergence of REM sleep and resolution of excessive daytime sleepiness paralleled the partial adaptation to parkinsonism, the latter being known to result from compensatory mechanisms within the dopaminergic system. Altogether, these findings highlight the suitability of the MPTP model of PD as a valid tool to model the sleep/wake disturbances of the human disease. Ultimately, this may help in deciphering the specific role of dopamine depletion and the different interventions of other neurotransmitters in the occurrence of these disorders. The second part of my thesis was dedicated to an anatomical study of the diencephalospinal pathway (A11 cell group) in the NHP. This pathway is thought to be involved in sensorimotor integration and, when disrupted, in some pathological conditions such as PD or Restless Legs Syndrome. However, its anatomical organization is almost unknown both in human and NHP. In situ hybridization of dopamine receptors showed that D1 receptor mRNA is absent while D2 and D5 receptor mRNAs are expressed in the dorsal horn and D3 receptor mRNA in both the dorsal and ventral horns. Unilateral injections of the retrograde tracer FluoroGold (FG) into the cervical spinal enlargement labeled A11 neurons quasi-exclusively among all others dopamine areas. Detailed immunohistochemical analysis showed that these FG-labeled A11 neurons are tyrosine hydroxylase-positive and dopa-decarboxylase and dopamine transporter-negative, suggestive of a L-DOPAergic group. Nevertheless, MPTP intoxication with subsequent development of a parkinsonian syndrome produced a 50% neuronal cell loss in the A11 group. In conclusion, the diencephalic A11 area could be the major source of L-DOPA in the NHP spinal cord, where it may play a role in the modulation of sensorimotor processes through D2 and D3 receptors either directly or indirectly via dopamine formation in spinal monoenzymatic dopa-decarboxylase cells.

La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée par une dégénérescence progressive et irréversible des neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire. Lorsque la perte DA atteint 60 à 80%, les patients vont développer des symptômes. Les traitements DA permettent de contrecarrer l'expression de ces symptômes mais induisent également à long terme l'apparition de complications invalidantes. De plus les patients développent également des symptômes non- moteurs pouvant émerger avant, pendant ou après l'apparition des symptômes moteurs. Parallèlement à la dégénérescence DA, les patients parkinsoniens présentent des altérations du système sérotoninergique (5-HT) qui ont été mises en évidence en post-mortem et plus récemment par imagerie par tomographie à émission de positons (TEP). Des corrélations ont également été démontrées entre l'altération du système 5-HT et la sévérité de certains symptômes parkinsoniens. Cependant, à ce jour, aucune étude n'a mis en évidence de lien causal direct entre l'altération 5-HT et l'expression des symptômes parkinsoniens. Il était donc crucial de clarifier le rôle exact de la 5-HT dans le développement des symptômes parkinsoniens ainsi que dans la réponse aux traitements dopaminergiques. Dans ce contexte, nous avons développé un nouveau modèle de la MP. Ce modèle nous a permis d'étudier l'impact de la lésion 5-HT sur la symptomatologie parkinsonienne. Ce travail a permis de démontrer l'implication du système sérotoninergique dans l'expression de la rigidité parkinsonienne. Par ailleurs, ce travail a également permis de démontrer le rôle causal des fibres 5-HT dans le développement de complications induites par un traitement chronique à la L- DOPA / Parkinson's disease (PD) is characterized by a progressive and irreversible degeneration of dopaminergic (DA) neurons localized in the substantia nigra, leading to the loss of dopamine within the target structures (mainly the striatum). When the DA loss reaches 60 to 80%, PD patients develop motor symptoms (rigidity, tremor, akinesia/bradykinesia). DA treatments allow counteracting symptoms expression but also induce after a certain time the appearance of disabling complications. Moreover, patients also develop non-motor symptoms that can emerge before, during or after the appearance of motor symptoms. ln addition to DA degeneration, PD patients present serotoninergic (5-HT) alteration evidenced in post-mortem and more recently by position emission tomography (PET) imaging. Correlations have been shown between the 5-HT alteration and the severity of some motor and non-motor symptoms as well as L-DOPA-induced dyskinesia. However, to date, none study evidenced a direct causal link between the 5-HT alteration and the expression of parkinsonian symptoms. lt was crucial to clarify the exact role of 5-HT in the development of parkinsonian symptoms. ln this context, we have developed a new model of PD. This model has allowed studying the impact of the 5-HT lesion on the parkinsonian symptomatology. We have evidenced the involvement of the 5-HT system in the expression of parkinsonian rigidity. Moreover, we have demonstrated the causal role of the 5-HT fibers in the development of complications induced by the L-DOPA treatment

L’impulsivité décisionnelle est une des multiples dimensions de l’impulsivité. Elle est définie comme la préférence d’une petite récompense immédiate à une grande récompense différée, et dérive du fait que la valeur que l’on attribue à une récompense diminue avec le temps. Quand la dévaluation temporelle est excessive, l’impulsivité de choix devient un symptôme présent dans de nombreuses pathologies. Le striatum, structure cérébrale profonde composée de trois sous-territoires, le noyau caudé, le striatum ventral et le putamen, est un élément clé dans le traitement de l’impulsivité décisionnelle. En effet, il constitue la principale cible de la dopamine, connue pour être un modulateur de l’impulsivité. En lien avec le cortex, le striatum antérieur est impliqué dans les processus de prise de décision, de motivation liée à la récompense, et de sélection de l’action. Nous avons étudié le rôle spécifique des territoires du striatum dans l’impulsivité de choix chez le singe réalisant une tâche de dévaluation temporelle. En utilisant une approche comportementale et d’imagerie, nous avons montré que le noyau caudé était impliqué dans l’impulsivité de choix induite par le Pramipexole, un agoniste dopaminergique des récepteurs D2/3. Dans une seconde étude, nous avons montré que le Méthylphénidate, un inhibiteur de recapture de la dopamine utilisé comme traitement du trouble du déficit attentionnel/hyperactivité, diminuait l’impulsivité décisionnelle en passant par une action sur le striatum ventral. En résumé, ces résultats confirment le rôle de la dopamine dans l’impulsivité décisionnelle et montrent les rôles spécifiques du noyau caudé et du striatum ventral dans les processus décisionnels liés à la dévaluation temporelle / Temporal discounting is the process by which future rewards are subjectively devalued by the decision maker. Impulsive choices, defined as the tendency to prefer small immediate rewards over larger but delayed ones, derive from a high temporal discounting. This particular dimension of impulsivity is a trait of personality, but also a symptom in many neuropsychiatric disorders. It has been shown many times that impulsive choices can be modulated by dopaminergic agents. The dopamine targets the striatum, a cerebral structure linked to cortex, subdivided into three territories – the Ventral Striatum (VS), the Caudate Nucleus (CdN) and the Putamen - and involved in motivation, goal directed behaviors, decision making and action selection. All these functions are involved in impulsive behaviors, although the specific role of each territory in impulsivity remains unknown. Here, using pharmacologic and imaging approaches, we aimed to study the role of the anterior striatum in impulsive choices using the delay discounting task in non-human primates. First, we showed that the CdN supports impulsive choices triggered by Pramipexole, a D2/3 agonist suspected to produce impulsive control disorders. In a second study, we used Methylphenidate, a blocker of dopamine transporter used in attention deficit hyperactivity disorder, and we demonstrated that the VS supports Methylphenidate therapeutic effects on impulsive choices expressed in temporal discounting task. Together, our results show that dopaminergic modulation plays a specific role on the CdN and the VS in the processes of impulsive choices, and suggest a dual action between ventral and dorsal striatal territories

Aujourd’hui la restriction calorique modérée et chronique (RC) est la seule intervention non génétique capable de ralentir l’apparition de pathologies liées à l’âge et d’accroître la longévité chez plusieurs espèces animales. Le resvératrol (RSV), un composé appartenant au groupe des polyphénols, présente des propriétés thérapeutiques intéressantes et constitue un candidat prometteur comme mimétique des effets d’une RC. Afin d’évaluer l’impact de tels protocoles nutritionnels à long terme, une étude longitudinale a été menée sur une cohorte de 53 mâles microcèbes (Microcebus murinus), modèle primate pertinent pour les recherches sur le vieillissement normal ou pathologique au vue de sa longévité maximale de 12 ans en captivité. Depuis l’intégration des animaux dans l’étude (3 ans d’âge) à l’avancement actuel du projet (8 ans d’âge), des paramètres physiologiques et comportementaux ont été évalués régulièrement au sein de la cohorte, partagée en trois groupes: un groupe soumis à une RC (-30%) et un groupe supplémenté en RSV (200 mg.kg-1.jour-1), comparés à un groupe contrôle (CTL). Avec l’âge, chez les microcèbes CTL, des perturbations sont apparues : diminution de la sensibilité à l’insuline, accumulation de dommages cellulaires, déclin moteur et cognitif (mémoire spatiale de reférence) et déclin de certains marqueurs prédictifs du vieillissement chez cette espèce. La RC a permis une amélioration de la sensibilité à l’insuline et a limité l’accumulation de certains marqueurs du stress oxydant, elle n’a pas entraîné d’amélioration des capacités cognitives, mais a diminué l’anxiété, amélioré les performances motrices et augmenté l’activité locomotrice spontanée. La RC a aussi induit une réponse adaptative métabolique avec une perte de masse corporelle sans réduire les dépenses énergétiques, un abaissement des taux hormonaux d’IGF-1 et de la testostérone suggérant un compromis entre reproduction et survie. Le RSV a mimé une partie des effets bénéfiques démontrés sous RC. Cependant il a permis une amélioration de la mémoire spatiale de travail, absente chez les animaux restreints. Le RSV a également montré des effets opposés à ceux de la RC comme un maintien de la masse corporelle et des taux d’hormones par rapport aux CTL, une augmentation des dépenses énergétiques et des niveaux de testostérone pendant la période de jours longs. Finalement les données de survie actuelles sont prometteuses ; moins de 50% de l’effectif de départ des animaux CTL a survécu, alors que plus de 50% des animaux RC et RSV sont encore vivants, présentant de surcroît un âge moyen à la mort plus élevé d’environ 1 an par rapport aux CTL. Malgré des effets hétérogènes et pourtant bénéfiques, la RC et le RSV sont capables de ralentir l’apparition de certains déclins intrinsèques au vieillissement et d’améliorer la survie des microcèbes, soutenant l’hypothèse selon laquelle ces effets pourraient être induits par des mécanismes différents mais permettant d’atteindre les mêmes issues favorables notamment au niveau de l’espérance de vie. Ces résultats constituent un véritable outil pour la compréhension future des mécanismes sous-jacents au processus du vieillissement mais aussi des voies de régulation cellulaires mises en jeu par la RC et le RSV à moyen et long terme chez un primate / Nowadays moderate and chronic calorie restriction (CR); is the only non-genetic intervention known to slow the onset of age-related diseases and to increase longevity in several animal species. Resveratrol (RSV), a natural compound belonging to the polyphenols group, has therapeutic properties and is a promising candidate as CR effects mimetic. To assess the impact of such long-term nutritional protocols, a longitudinal study was conducted on a cohort of 53 males grey mouse lemurs (Microcebus murinus), a relevant primate model for normal and pathological aging research as regards to its high longevity in captivity, up to 12 years. Since the integration of the animals in the study (3 years old) to the current status of the project (8 years of age), physiological and behavioral parameters were assessed regularly in the cohort divided into three groups: a group submitting to a -30% CR and a group supplemented with RSV (200 mg.kg-1.day-1), compared to a control group (CTL). With age, disturbances appeared in CTL mouse lemurs: decreased insulin sensitivity, accumulation of cellular damage, motor and cognitive decline associated with particular type of memory and a decline of certain predictive biomarkers of aging in this species. CR has improved insulin sensitivity and limited the accumulation of markers of oxidative stress, it has not resulted in improved cognitive abilities but in a decreased anxiety, improved motor performances and an increased spontaneous locomotor activity. CR also induced an adaptive metabolic response with body weight loss without lowering energy expenditure, lower hormone levels of IGF-1 and testosterone, supporting a probable trade-off between reproduction and survival. RSV mimicked some of the beneficial effects demonstrated in CR. However, it has improved the spatial memory task, which was not observed in restricted animals. RSV also showed opposite effects to those of CR, as maintained body weight and hormone levels compared to CTL, an increase in energy expenditure and in testosterone levels during the long day’s season. Finally, the current survival data are promising; less than 50% of the CTL animals survived, while more than 50% of CR and RSV animals are still alive, with in addition a mean age at death about 1 year higher compared with CTL animals. Despite heterogeneous, but yet beneficial effects, CR and RSV were able to slow the appearance of some intrinsic age-related declines and to improve the lemurs’ survival, supporting the hypothesis that these effects may be mediated by different mechanisms achieving the same positive outcomes including enhanced life expectancy. These evidences are a real tool for the future understanding of the mechanisms underlying the aging process but also of cellular regulatory pathways that are involved in long term CR and RSV treatment in a primate