Les études d'interaction protéine-ligand aident à mieux comprendre la structure et la fonction des protéines. Dans la première partie de la thèse, la cyt bd oxydase a été étudiée. La protéine d'E. coli a été immobilisée avec succès sur des électrodes modifiées par des nanoparticules d'or. Ainsi, un biocapteur électrochimique a été créé, permettant de tester certains inhibiteurs potentiels de cyt bd provenant d’E. coli. Le cyt bd issue de G. thermodenitrificans thermophile a également été étudié. En faisant appel aux spectroscopies IR et Raman ainsi que l’électrochimie, il a été démontré que la protéine est distincte du cyt bd d’E. coli. Une influence mutuelle du pH et de la température sur la catalyse a été aussi démontrée. La deuxième partie de la thèse portait sur la protéine mitochondriale mitoNEET. L'influence du pH et de divers ligands (pioglitazone, resvératrol, ions phosphates) a été examinée. / Protein-ligand interaction studies help to better understand the structure and function of proteins. In the first part of the thesis cyt bd oxidase was studied. The protein from E. coli was successfully immobilised at gold nanoparticles modified electrodes. Thus, an electrochemical biosensor was created allowing testing some potential inhibitors of cyt bd from E. coli. The cyt bd from thermophilic G. thermodenitrificans was also studied. By means of IR, Raman spectroscopy and electrochemistry the protein was shown to be distinct from cyt bd from E. coli. A mutual influence of pH and temperature was demonstrated on the electrochemical and catalytical properties. The second part of the thesis focused on mitochondrial mitoNEET protein. The influence of the pH and various ligands was studied.

Les principales caractéristiques neuropathologiques de la maladie d’Alzheimer (MA) sont les plaques séniles extracellulaires composées de peptide amyloïde β (Aβ) et les enchevêtrements neurofibrillaires intracellulaires composés de Tau hyperphosphorylé. Les mécanismes conduisant à la formation de ces lésions sont encore peu connus et le laboratoire a récemment caractériser le gène “bridging integrator 1” (BIN1), deuxième facteur de risque génétique le plus associé au risque de MA, comme facteur de risque potentiellement associé à la pathologie Tau. Une interaction entre les deux protéines a été décrite in vitro et in vivo suggérant que BIN1 pourrait être impliqué dans le développement de la pathologie associée à Tau dans le cadre de la MA. Cependant, ce rôle de l'interaction BIN1-Tau dans le processus pathophysiologique de la MA n'est pas connu et il reste ainsi à déterminer si cette interaction constitue une cible thérapeutique potentielle. Ce projet a visé alors à mieux comprendre les acteurs de cette interaction en identifiant les modulateurs et les voies moléculaires impliquées dans le contrôle de l'interaction BIN1-Tau, puis de déterminer comment cette interaction est modulée dans le contexte de la MA. Nous avons utilisé pour cela des approches complémentaires de biochimie, de résonance magnétique nucléaire et de microscopie confocale. Comme modèle cellulaire, des cultures primaires de neurones de rat ont été utilisées, et la méthode “proximity ligation assay” (PLA) a été développée comme approche principale pour observer l'interaction BIN1-Tau dans ces cellules. Nous avons déterminé que l'interaction se produit entre les domaines SH3 de BIN1 et le PRD de Tau et nous avons démontré que l’interaction est modulée par la phosphorylation de Tau et BIN1: la phosphorylation de la Thréonine 231 de Tau diminue son interaction avec BIN1, tandis que la phosphorylation de BIN1 à la Thréonine 348 (T348) augmente son interaction avec Tau. Nous avons mis au point une approche de criblage d’haut contenu semi-automatisée et basé sur une bibliothèque de composés commerciaux. Ce criblage s’est basé sur des cultures primaires de neurones comme modèle cellulaire et le PLA pour détecter l'interaction BIN1-Tau. Nous avons identifié plusieurs composés capables de moduler l'interaction BIN1-Tau, notamment U0126, un inhibiteur de MEK-1/2, qui diminue cette interaction, et la cyclosporine A, un inhibiteur de la calcineurine, qui au contraire augmente celle-ci en augmentant la phosphorylation de T348 de BIN1. Par ailleurs les “Cyclin-dependent kinases” (CDK) ont été montré comme contrôlant aussi ce site de phosphorylation. Nous avons donc mis en évidence le couple Calcineurine/CDK comme contrôlant la phosphorylation T348 de Bin1 et donc l’interaction BIN1-Tau. Nous avons également développé un modèle murin de tauopathie dans lequel nous avons surexprimé BIN1 humain. Nous avons observé que la surexpression de BIN1 résorbait les déficits de mémoire à long terme et réduisait la présence d'inclusions intracellulaires de Tau phosphorylée, provoquées par la surexpression de Tau, ce qui était associé à une augmentation de l'interaction BIN1-Tau. En utilisant des échantillons de cerveau humain post-mortem, nous avons observé que les niveaux de l’isoforme BIN1 neuronal étaient diminués dans les cerveaux d’AD, alors que les niveaux relatifs de BIN1 phosphorylé à T348 étaient augmentés, suggérant un mécanisme compensatoire. Cette étude a démontré la complexité et la dynamique de l’interaction BIN1-Tau dans les neurones, a révélé des modulateurs et des voies moléculaires potentiellement impliquées dans cette interaction, et a montré que les variations de l’expression ou de l’activité de BIN1 ont des effets directs sur l’apprentissage et la mémoire, possiblement liés à la régulation de son interaction avec Tau. / The main neuropathological hallmarks of Alzheimer’s disease (AD) are the extracellular senile plaques composed of amyloid-β peptide (Aβ) and the intracellular neurofibrillary tangles composed of hyperphosphorylated Tau. The mechanisms leading to the formation of these lesions is not well understood and our lab has recently characterized the bridging integrator 1 (BIN1) gene, the second most associated genetic risk factor of AD and the first genetic risk factor to have a potential link to Tau pathology. The interaction between BIN1 and Tau proteins has been described in vitro and in vivo, which suggests that BIN1 might help us to understand Tau pathology in the context of AD. However, the role of BIN1-Tau interaction in the pathophysiological process of AD is not known, and whether this interaction is a potential therapeutic target remains to be determined. The aim of this project is to better understand the actors of BIN1-Tau interaction through the identification of the modulators and the molecular pathways involved therein, as well as to understand how BIN1-Tau interaction is modulated in the context of AD. We employed biochemistry, nuclear magnetic resonance, and confocal microscopy. We used rat primary neuronal cultures (PNC) as the cellular model and developed the proximity ligation assay (PLA) as the main readout of the BIN1-Tau interaction in cultured neurons. We determined that the interaction occurs between BIN1’s SH3 domain and Tau’s PRD domain, and demonstrated that it is modulated by Tau and BIN1 phosphorylation: phosphorylation of Tau at Threonine 231 decreases its interaction with BIN1, while phosphorylation of BIN1 at Threonine 348 (T348) increases its interaction with Tau. We developed a novel, semi-automated high content screening (HCS) assay based on a commercial compound library, also using PNC as the cellular model and PLA as the readout of BIN1-Tau interaction. We identified several compounds that are able to modulate the BIN1-Tau interaction, most notably U0126, an inhibitor of MEK-1/2, which reduced the interaction, and Cyclosporin A, an inhibitor of Calcineurin, which increased the interaction through increasing the BIN1 phosphorylation at T348. Furthermore, Cyclin-dependent kinases (CDK) were also shown as regulator of this phosphorylation site. These results suggest that the couple Calcineurin/CDK regulates BIN1 phosphorylation at T348 and consequently the BIN1-Tau interaction. We also developed a mouse model of tauopathy in which we overexpressed human BIN1. We observed that the overexpression of BIN1 rescued the long-term memory deficits and reduced the presence of intracellular inclusions of phosphorylated Tau, caused by Tau overexpression, and this was associated with an increase of BIN1-Tau interaction. Also, using post-mortem human brain samples, we observed that the levels of the neuronal BIN1 isoform were decreased in AD brains, whereas the relative levels of BIN1 phosphorylated at T348 were increased, suggesting a compensatory mechanism. Altogether, this study demonstrated the complexity and the dynamics of BIN1-Tau interaction in neurons, revealed modulators of and molecular pathways potentially involved in this interaction, and showed that variations in BIN1 expression or activity have direct effects on learning and memory, possibly linked to the regulation of its interaction with Tau.

Le but de ce travail de thèse était de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes par lesquels nous nous représentons nos propres actions et celles d'autrui. En nous situant notamment dans la perspective de la théorie idéomotrice, nous avons examiné ces questions tout d'abord dans le cadre de l'imitation. Nos résultats indiquent un effet de l'apprentissage idéomoteur sur l'imitation intentionnelle (Etude 1), confirmant la flexibilité des liens perception-action, et démontrant le rôle des associations réponse-effet dans l'imitation. Toutefois, les performances à une tâche d'imitation automatique n'étaient pas influencées par un tel type d'apprentissage (Etude 2), possiblement en raison de processus différents n'ayant pas la même sensibilité à l'apprentissage idéomoteur. Nous avons ensuite étendu nos recherches au cadre des tâches conjointes (Etude 3). Nous montrons qu'une expérience idéomotrice corrélant l'exécution d'une action avec celle d'un agent non-humain conduit à la co-représentation de l'action de cet agent (présence d'un effet Simon social). Ainsi, l'expérience idéomotrice pourrait également permettre de modifier la co-représentation de l'action d'autrui en situation de tâche partagée. Ce travail confirme donc l'approche idéomotrice de la perception et de la représentation des actions d'autrui. / The aim of present work was to better understand the mechanisms by which we represent our own actions and those of others. Within the frame of the ideomotor theory, we first examined these questions in relation to imitation. Our results indicated an effect of ideomotor learning on intentional imitation (Study 1), confirming the flexibility of perception-action links, and demonstrating the role of action-effect associations in imitation. However, automatic imitation was not influenced by this type of learning (Study 2), which may suggest different processes with less sensitivity to learning ideomotor learning. We then extended our research to joint-action tasks (Study 3). We showed that an ideomotor experience, where action execution triggered actions of a non-human agent, induced a subsequent co-representation of this agent's actions (as indexed by social Simon effect). Ideomotor experience therefore seems to influence also the way we represent the actions of others in task-sharing. This work confirms the ideomotor approach to perception and representation of others' actions.

Les acides gras de la série n-3 et notamment l’acide docosahexaénoïque (DHA) jouent un rôle important dans la prévention des maladies cardiovasculaires. Un de ses métabolites, la protectine DX (PDX), qui est un isomère de la protectine D1 (PD1), inhibe l’agrégation des plaquettes sanguines. D’autres composés similaires appelés "poxytrins", qui possèdent aussi un triène conjugué avec une géométrie E,Z,E, ont également été synthétisés à partir d'autres acides gras polyinsaturés (AGPI) via la lipoxygénase de soja. Ces composés présentent des propriétés anti-agrégantes en inhibant la cyclo-oxygénase plaquettaire et le récepteur du thromboxane A2. Dans cette thèse, nous décrivons de nouveaux composés dihydroxylés synthétisés par la 15-lipoxygénase de soja à partir de l’acide alpha-linolénique (18:3n-3), un acide gras polyinsaturé indispensable consommé au niveau du gramme chez l’Homme adulte. Il est converti en acides gras monohydroxylés et dihydroxylés. Ces composés ont été séparés par HPLC en phase inverse et caractérisés par GC-MS après dérivation adéquate. Un acide gras monohydroxylé, majoritaire, l’acide 13(S)-octadécatriénoïque et quatre acides gras dihydroxylés ont été détectés. Ces derniers présentent tous un spectre UV caractéristique avec une absorption maximale à 270 nm et deux épaulements à 260 et 280 nm. Les spectres UV de deux d'entre eux sont superposables à celui de la PDX, ce qui suggère une géométrie E,Z,E des doubles liaisons de leur triène. La caractérisation complète de ces composés a été réalisée par RMN à haut champ et par GC-MS. Ce sont les acides 9(R),16(S)-dihydroxy-octadéca-10E,12E,14E-triénoïque, 9(S),16(S)-dihydroxy-octadéca-10E,12E,14E-triénoïque, 9(S),16(S)-dihydroxy-octadéca-10E,12Z,14E-triénoïque et 9(R),16(S)-dihydroxy-octadéca-10E,12Z,14E-triénoïque. Ils sont également synthétisés par la 15 lipoxygénase recombinante humaine de type 2. Ces composés dihydroxylés 9,16-diHOTEs ont été testés sur les plaquettes isolées à partir du sang humain. Nous avons observé que seules les molécules ayant la géométrie E,Z,E du triène conjugué inhibent l'agrégation plaquettaire induite par le collagène et inhibent la cyclooxygénase-1 (COX-1) de mouton. Les propriétés anti-inflammatoires de ces produits ont également été étudiés. Tous les isomères 9,16-diHOTEs, possédant un triène conjugué avec une géométrie E,Z,E, inhibent la COX-2 recombinante humaine et seul l’acide 9(R),16(S)-dihydroxy-octadéca-10E,12Z,14E-triénoïques inhibe la 5-lipoxygénase des leucocytes, siège de la synthèse des leucotriènes issus de l’acide arachidonique. En conclusion, les composés dihydroxlés possédant un triène conjugué E,Z,E, issus du 18:3n-3, ainsi que la PDX, inhibent l’activité des COX-1 et 2, et seraient anti-agrégants et anti-inflammatoires. Ces résultats donnent des perspectives pharmacologiques aux recommandations nutritionnelles promouvant la consommation d’acide alpha linolénique. / N-3 fatty acids, especially docosahexaenoic acid (DHA), play an important role in the prevention of cardiovascular diseases. One metabolite of DHA, protectin DX (PDX), an isomer of protectin D1 (PD1) (Chen P et al., 2009),possesses inhibits blood platelet aggregation. Similar compounds called "poxytrins", which have a conjugated triene with a E,Z,E geometry have also been synthesized from other polyunsaturated fatty acids (PUFA) by soybean lipoxygenase. They have anti-aggregating properties by inhibiting platelet cyclooxygenase and thromboxane A2 receptor (Chen P et al., 2011). In this thesis, we describe new dihydroxy compounds synthesized by the soybean 15-lipoxygenase from alpha-linolenic acid (18:3n-3), an essential PUFA that is consumed in the gram range in human adults . It is converted into monohydroxylated and dihydroxylated derivatives. These compounds were separated by reverse phase high performance liquid chromatography (HPLC) and characterized by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) after appropriate derivatization. A main monohydroxylated fatty acid, 13(S)-octadecatrienoic acid (13(S)-OH-18:3) and four dihydroxylated fatty acids were detected. The last ones have all a characteristic UV spectrum with a maximum absorbance at 270 nm with two shoulder peaks at 260 and 280 nm. The UV spectra from two of them are superimposable to that of PDX, suggesting a E,Z,E geometry for their conjugated triene. The complete characterization of these compounds was performed by high field nuclear magnetic resonance (NMR) and by GC-MS. These are the 9(R),16(S)-dihydroxy-octadeca-10E,12E,14E-trienoic, 9(S),16(S)-dihydroxy-octadeca-10E,12E,14E-trienoic, 9(S),16(S)-dihydroxy-octadeca-10E,12Z,14E-trienoic and 9(R),16(S)-dihydroxy-octadeca-10E,12Z,14E-trienoic acids. They can also be synthesized by the (type 2) 15 human recombinant lipoxygenase. These dihydroxylated compounds (9,16-diHOTEs)were tested on isolated human blood platelets. We observed that only molecules containing a conjugated triene with a E,Z,E geometry are able to inhibit platelet aggregation induced by collagen, and inhibit sheep cyclooxygenase-1 (COX-1). The anti-inflammatory properties of these products were also studied. All 9,16-diHOTEs isomers having a conjugated triene with a E,Z,E geometry, inhibit human recombinant cyclooxygenase-2 (COX-2) and only 9(R),16(S)-dihydroxy-octadeca-10E,12Z,14E-trienoic acid inhibits polymorphonuclear leukocytes (PMN) 5-lipoxygenase which is involved in the leukotriene synthesis from arachidonic acid. In conclusion, the E,Z,E dihydroxlated compounds from 18:3n-3, as well as PDX, inhibiting the COX-1 and 2 activities appear to be anti-aggregatory and anti-inflammatory agents. These results provide pharmacological perspectives to nutritional recommendations promoting the intake of alpha-linolenic acid.

L'objectif de cette thèse repose sur le développement et la mise en œuvre des techniques de transmission parallèle (pTx) en Imagerie par Résonance Magnétique pour homogénéiser l’excitation des spins dans le cerveau humain à ultra-haut champ. Afin de permettre des démonstrations in-vivo, un concept de sécurité conservateur mais viable est introduit pour le contrôle de la puissance de la radiofréquence (RF) transmise. Par la suite, de nouvelles méthodes de minimisation du Taux d’Absorption Spécifique local et de conception d’impulsions RF non-sélectives sont investiguées. L’impact de ces impulsions courtes et relativement peu énergétiques, appelées « kT-points », est d'abord démontré dans l’approximation des petits angles de bascule de l’aimantation. Pour cibler un éventail d’applications plus large, la conception de type kT-points est ensuite généralisée en englobant les excitations à grand angle de bascule et les inversions. Cette méthode est appliquée à l'une des séquences pondérées en T1 les plus couramment utilisées en neuro-imagerie. Les résultats ainsi obtenus à 7 Tesla sont comparés à des images acquises avec une configuration clinique à 3 Tesla. Les principes de la méthode sont ainsi validés et démonstration est faite que la transmission parallèle permet aux systèmes à très haut champ d’être aussi compétitifs en imagerie pondérée en T1. Enfin, des simplifications dans la conception globale de la pTx sont étudiées pour un meilleur rapport coût-efficacité des solutions proposées. / The focus of this thesis lies on the development, and implementation, of parallel transmission (pTx) techniques in magnetic resonance imaging for flip-angle homogenization throughout the human brain at ultra-high field. In order to allow in-vivo demonstrations, a conservative yet viable safety concept is introduced to control the absorbed radiofrequency (RF) power . Subsequently, novel methods for local SAR control and non-selective RF pulse-design are investigated. The impact of these short and energy-efficient waveforms, referred to as kT-points, is first demonstrated in the context of the small-tip-angle domain. Targeting a larger scope of applications, the kT-points design is then generalized to encompass large flip angle excitations and inversions. This concept is applied to one of the most commonly used T1-weighted sequences in neuroimaging. Results thus obtained at 7 Tesla are compared to images acquired with a clinical setup at 3 Tesla, validating the principles of the kT-points method and demonstrating that pTx-enabled ultra-high field systems can also be competitive in the context of T1-weighted imaging. Finally, simplifications in the global design of the pTx-implementation are studied in order to obtain a more cost-effective solution.

Cette thèse présente le développement d’une méthodologie qui permet d’analyser la structure en couches du cortex cérébral, en utilisant l’imagerie par résonance magnétique en champ intense (IRM à 7 teslas). Alors que l’architecture corticale est traditionnellement étudiée par imagerie microscopique de coupes de tissu post-mortem, l’utilisation d’une technique non invasive telle que l’IRM permet d’envisager d’étudier la lamination corticale in vivo, et ainsi de dépasser les atlas architecturaux classiques comme celui de Brodmann.Deux approches ont été utilisées pour l’acquisition d’images à haute résolution. La première, développée pour l’imagerie in vivo, utilise une reconstruction super-résolue à partir de coupes épaisses acquises dans différentes géométries. La seconde, basée sur une séquence tridimensionnelle optimisée pour l’imagerie post-mortem, a permis l’acquisition d’images de pièces anatomiques.La contribution principale de cette thèse réside dans le développement d’un couple de méthodes permettant d’extraire automatiquement, en chaque point du cortex, un profil caractérisant son architecture en couches. Pour permettre l’extraction robuste de ces profils, un modèle original de l’influence de la courbure corticale a été développé et implémenté.Ces méthodes ont été testées et validées sur plusieurs pièces anatomiques. Ce travail permet d’envisager la caractérisation de l’architecture des aires corticales, voire leur délimitation automatique, en utilisant l’IRM en champ intense. / This thesis presents the development of a methodology for the analysis of the layered structure of the cerebral cortex, using high-field magnetic resonance imaging (7-tesla MRI). While cortical layers are traditionally studied using microscopic imaging of post-mortem tissue slices, the use a non-invasive technique such as MRI will enable in vivo studies, and thus allow new approaches beyond the use of classical architectural atlases such as Brodmann's.Two imaging methodologies have been used to acquire high-resolution images. First, a method based on super-resolution reconstruction from thick slices acquired in different geometries was developed for in vivo imaging. Second, a three-dimensional imaging sequence optimized for post-mortem tissue allowed imaging excised brain specimen.The main contribution of this thesis consists of a pair of methods that perform an automatic extraction of cortical profiles, which characterize the laminar architecture at any cortical location. In order to allow robust extraction of these profiles, an original model of the influence of cortical curvature was developed and implemented.These methods were tested and validated on multiple brain specimen. This work allows envisaging an automatic microarchitectural characterization of cortical areas, and even architectural parcellation, using high-field MRI.

La science a avancé depuis le XIX ème siècle. Des nouveaux outils sont apparus : la microscopie optique nous donne la vision des cellules, la microscopie électronique nous entraine au cœur de celles-ci. L’imagerie par résonance magnétique est apparue dans les années soixante-dix. Depuis son évolution, l’IRM nous entraine de plus en plus loin dans les profondeurs secrètes de nos cerveaux. La possibilité d’observer l’activité neuronale à l’aide de l’imagerie fonctionnelle est une grande révolution. Cette thèse montrera la possibilité que l’on a d’observer l’activité d’un neurone individuel sans modification de son réseau grâce à l’imagerie rehaussée au manganèse. L’étude sera effectuée sur des Aplysies à très haut champ (17T). Ces animaux sont des mollusques marins gastropodes qui possèdent une particularité : leurs neurones sont de tailles importantes, ils peuvent atteindre 1 mm de diamètre. Leurs neurones sont regroupés en plusieurs ganglions. Mon étude portera sur le ganglion buccal, qui est le ganglion le plus étudié dans les recherches en électrophysiologie. Avant de réaliser les acquisitions, j’ai dû concevoir plusieurs antennes de tailles microscopiques adaptées à la taille des ganglions. En réduisant la taille des antennes, le rapport signal sur bruit augmente. Dans un deuxième temps, une double antenne a été développée permettant l’acquisition de deux échantillons simultanément. Cette antenne a nécessité de créer des préamplificateurs fonctionnant à 730 MHz. La première série d’expériences a permis d’observer l’évolution de l’activité neuronale selon différents stimulus liés au comportement alimentaire des aplysies in-vivo. J’ai montré grâce à la technique mise en place que l’on peut distinguer par IRM l’activité de chaque neurone face à un stimulus. Par la suite, pour continuer ce travail, une deuxième série d’expériences a été effectuée in-vitro. J’ai étudié le comportement des neurones selon les neuro-stimulateurs perfusés : la dopamine et la sérotonine, tous les deux présents naturellement dans l’aplysie. Globalement les neurones ont été activés mais après les avoir observés individuellement, j’ai remarqué quelques différences selon les neurotransmetteurs. Cette technique peut maintenant être utilisée pour étudier d’autres conduites de l’aplysie comme le comportement compulsif. L’étude sur la mémoire peut être aussi envisagée. Les origines comportementales ont probablement des mécanismes identiques entre les différentes espèces animales et donc avec l’Homme comme l’a démontré les études d’Eric Kandel sur la mémoire. / Science has evolved since the 19th century. New tools have appeared such as optical microscopy which gives us the vision of cells and electronic microscopy which leads us into their hearts. The magnetic resonance imaging appeared in the seventies. Evolving over time, the MRI has taken us farther and farther into the secret depths of our brains. The possibility of observing the neuronal activity thanks to the functional imaging is a major evolution. This thesis will show the possibility we have to observe the activity of a single neuron without modification of its network thanks to the manganese enhanced magnetic resonance imaging technique. The study was done on the Aplysia at very high field magnet (17T). These animals are marine gastropod mollusks with a peculiarity: their neurons are of important size and can reach 1 mm in diameter. Their neurons are grouped into several ganglia. My study concerns the buccal ganglion which is the most studied ganglia in the research in electrophysiology. Before making any acquisitions, I had to conceive several microscopic coils adapted to the size of the ganglions. By reducing the size of the coils, the signal of the noise ratio increases. Then, a double coil allowing the simultaneous acquisition of two samples was built. This antenna required the construction of pre-amplifiers operating at 730 MHz. The first series of experiments helped observe the evolution of the neuronal activity according to different stimuli linked to the eating habits of the Aplysia in vivo. Thanks to the technique implemented, I shall show that, using MRI, it is possible to distinguish the activity of each neuron with respect to a stimulus. Afterwards, to continue this work, a second series of experiments was made in vitro. I studied the behavior of neurons when perfused with neural stimulators: dopamine and serotonin, both naturally present in the Aplysia. Generally, all neurons were activated but when observing them individually, I noticed some differences. Studies in electrophysiology will allow us to get a better understanding and a confirmation of the results of this study. The MEMRI technique can be used in the future to study various disorders such as compulsive behaviors, which are present in the Aplysia, and probably have the same origins as in humans, given that many fundamental processes (such as memory studied by Eric Kandel who he demonstrated that human and Aplysia memories works with the same mechanism) are similar between the two species.

Elle peut être estimée par deux indices : la distensibilité de la paroi aortique et la vitessede propagation de l'onde de pouls (VOP) le long de l'artère. Ces marqueurs peuvent êtreobtenus dans l'aorte proximale grâce à l'imagerie de résonance magnétique (IRM) et sontreliés entre eux par le modèle de Bramwell-Hill. L'objectif de cette thèse est, d'une part, deproposer et de valider cliniquement des méthodes d'estimation de la distensibilité et de laVOP aortique, et, d'autre part, d'étudier le modèle théorique de Bramwell-Hill, au regarddes données cliniques. Nous avons dans un premier temps comparé différentes méthodesd'estimation de la distensibilité de l'aorte. Cette étude a permis d'identifier l'approche quifournit la meilleure description physiologique de l'aorte ascendante et descendante. Ensuite,nous avons proposé une nouvelle méthode de mesure de la VOP proximale. Celle-cia été validée par comparaison avec les méthodes proposées dans la littérature en termesde reproductibilité et de corrélations des mesures avec : 1) l'âge : facteur de risque "naturel " de la rigidité aortique chez des sujets sains, et 2) la VOP carotido-fémoralemesurée par tonométrie, méthode de référence utilisée en routine clinique pour estimer larigidité globale de l'aorte. Enfin, nous avons validé le modèle théorique de Bramwell-Hillau niveau des sections de l'aorte ascendante et descendante. En conclusion, nous avonsproposé des approches locale et régionale d'évaluation de la rigidité de l'aorte proximaleet nous en avons validé la robustesse, notamment dans le cadre du vieillissement artériel. / The aortic stiffness is recognized as a major factor of cardiovascular risk, and is characterizedby distensibility and pulse wave velocity (PWV) measurements. These aorticindices are related according to the Bramwell-Hill model and can be assessed in the proximalaorta with magnetic resonance imaging (MRI). The aims of this thesis were : 1) topropose and validate clinical methods for estimating the distensibility and aortic PWVfrom MRI data, and 2) to study the theoretical model of Bramwell-Hill in the light ofclinical data. First, we compared different methods for estimating the distensibility ofthe aorta. This study permitted to identify the approach which provides the best physiologicaldescription of the ascending and descending aorta. Then we proposed a newmethod for estimating the PWV in the proximal aorta, which was validated by comparisonwith previously described methods in terms of reproducibility and correlation ofaortic PWV with : 1) age : major risk factor of aortic stiffness in healthy subjects, and 2)carotid-femoral PWV measured by tonometry, gold standard method in clinical routinefor estimating the overall stiffness of the aorta. Finally, we validated the theoretical modelof Bramwell-Hill at the sections of the ascending and descending aorta. In conclusion, weproposed local and regional approaches to assess the stiffness of the proximal aorta, andwe validated its robustness, particularly in the context of aging.

Les progrès technologiques récents en imagerie par résonance magnétique (IRM) ont ouvert la voie à une résolution spatiale de l’ordre de quelques microns, et donc à l’imagerie de cellules biologiques. Dans le cadre de ce projet, nous avons réalisé des expériences de microscopie IRM sur le système nerveux de l’aplysie (Aplysia californica), particulièrement adapté de par sa simplicité et de par la très grande taille de ses neurones, en vue d’étudier des processus à échelle cellulaire avec divers contrastes IRM. Les expériences d’imagerie ont été effectuées sur un aimant horizontal 17.2 Tesla, à des résolutions spatiales jusqu’à 25 µm isotrope. Le travail initial a consisté en la conception et fabrication de micro-antennes radiofréquences adaptées à la taille de neurones uniques et de ganglions. La première partie du projet a porté sur l’utilisation de l’ion manganèse (Mn2+) comme traceur de réseaux neuronaux dans le ganglion buccal de l’aplysie. Le manganèse (Mn) est un agent de contraste IRM qui pénètre dans les neurones par les canaux de calcium. La cartographie des projections axonales des neurones moteurs du ganglion dans chacun des nerfs périphériques a été établie. Il a également été démontré l’existence d’un transport actif du Mn2+ au sein du réseau neuronal activé par le neurotransmetteur dopamine. Dans un second temps, on s’est intéressé à deux méthodes de mesure de diffusion par IRM, à échelle microscopique. D’une part, un mécanisme de pondération en diffusion, DESIRE (Diffusion Enhancement of SIgnal and REsolution), original et particulièrement adapté à des échantillons petits, a été exploré. La séquence DESIRE a été implémentée en deux dimensions et testée avec succès sur fantôme. Le rehaussement mesuré était en accord avec les prévisions théoriques. Le grand défi à venir sera d’utiliser cette séquence pour acquérir des images de tissu biologique pondérées en diffusion avec un contraste unique. D’autre part, une séquence plus « classique » a été implémentée pour mesurer le coefficient de diffusion apparent (ADC) dans le tissu nerveux. Il s’agit d’une DP-FISP (Diffusion Prepared Fast Imaging with Steady-state free Precession) en trois dimensions, qui répond aux critères de résolution spatiale et de rapidité, avec un minimum d’artefacts. Cette séquence a permis d’étudier l’évolution de l’ADC de l’eau à différentes échelles du tissu nerveux en réponse à un stress cellulaire. Les deux sollicitations retenues étaient un choc hypotonique ou l’ajout d’ouabaïne. Des mesures d’ADC ont été effectuées sur des corps neuronaux isolés et sur du tissu de ganglion, avant et après sollicitation. Les deux types de stress ont entraîné une augmentation de l’ADC dans la cellule et une diminution globale de l’ADC dans le tissu. Ces résultats soutiennent l’hypothèse que la diffusion ralentie de l’eau habituellement observée dans un tissu ischémié (ou dans d’autres conditions associées à un gonflement cellulaire) est due à l’augmentation de surface membranaire. / Recent progress in magnetic resonance imaging (MRI) has opened the way for micron-scale resolution, and thus for imaging biological cells. In this thesis work, we performed magnetic resonance microscopy (MRM) on the nervous system of Aplysia californica, a model particularly suited due to its simplicity and to its very large neuronal cell bodies, in the aim of studying cellular-scale processes with various MR contrasts. Experiments were performed on a 17.2 Tesla horizontal magnet, at resolutions down to 25 µm isotropic. Initial work consisted in conceiving and building radiofrequency microcoils adapted to the size of single neurons and ganglia. The first major part of the project consisted in using the manganese ion (Mn2+) as neural tract tracer in the buccal ganglia of Aplysia. Manganese is an MR contrast agent that enters neurons via voltage-gated calcium channels. We performed the mapping of axonal projections from motor neurons into the peripheral nerves of the buccal ganglia. We also confirmed the existence of active Mn2+ transport inside the neural network upon activation with the neurotransmitter dopamine. In the second major part of the project, we tested the potential of two diffusion MRI sequences for microscopy. On the one hand, we explored a very original mechanism for diffusion weighting, DESIRE (Diffusion Enhancement of SIgnal and REsolution), particularly suited for small samples. The two-dimensional DESIRE sequence was implemented and successfully tested on phantoms. The measured enhancement was consistent with theoretical predictions. Using this sequence to produce diffusion weighted images with an unprecedented contrast in biological tissue remains a challenge. On the other hand, a more “standard” sequence was implemented to measure the apparent diffusion coefficient (ADC) in nervous tissue with MRM. This sequence was a three-dimensional DP-FISP (Diffusion Prepared Fast Imaging with Steady-state free Precession), which met criteria for high resolution in a short acquisition time, with minimal artifacts. Using this sequence, we studied the changes in water ADC at different scales in the nervous system, triggered by cellular challenges. The challenges were hypotonic shock or exposure to ouabain. ADC measurements were performed on single isolated neuronal bodies and on ganglia tissue, before and after challenge. Both types of stress produced an ADC increase inside the cell and an ADC decrease at tissue level. The results favor the hypothesis that the increase in membrane surface area associated with cell swelling is responsible for the decrease of water ADC in tissue, typically measured in ischemia or other conditions associated with cell swelling.

L’hépatite allo-immune post-greffe de moelle osseuse (GMO) est très mal définie. Le premier objectif de notre thèse était d’identifier, par analyse sérologique du protéome, les antigènes (Ag) cibles d’auto-anticorps (Ac) présents dans le sérum de patients. Cinq patients, ayant reçu une GMO, ont développé des troubles hépatiques à l’arrêt du traitement immunosuppresseur, avec des signes histologiques ressemblant à ceux des hépatites auto-immunes (HAI). Avant et pendant l’épisode hépatique, des serums ont été testés sur des immunoblots réalisés avec des protéines nucléaires, cytosoliques, microsomiques et mitochondriales obtenues à partir d’homogénat de foie de rat, séparées par électrophorès bi-dimensionnelle et transférées sur membrane de nitro-cellulose. Après digestion trypsique, les protéines d’intérêt, marquées uniquement ou plus intensément par les sérums en phase d’hépatite, étaient identifiées par spectrométrie de masse MALDI-TOF/TOF et nanoHPLC LTQ-Orbitrap®. Un nombre total de 103 protéines antigéniques a été identifié, parmi lesquelles 12 sont reconnues par les sérums de 3 patients. A l’issue de cette première description immunologique des hépatites allo-imunes post-GMO, nous formulons des hypothèses physiopathologiques permettant d’expliquer l’évolution d’un mécanisme allo-immun vers une réaction auto-immune. En outre, nous recommandons la réduction très progressive des doses d’immunosuppresseur après GMO.La protéine hnRNP A2/B1 est une cible des anticorps anti-nucléaires (AAN) dans le lupus érythémateux disséminé (LED), la polyarthrite rhumatoïde (PR) et l’HAI. Dans la deuxième partie de la thèse, le but était de caractériser les interactions Ag-Ac en fonction de la pathologie, en utilisant la résonance plasmonique de surface par imagerie (SPRi). Trente-neuf peptides chevauchants de 17 acides aminés, couvrant l’ensemble de l’isoforme B1 de la protéine humaine, ont été immobilisés à la surface d’un prisme. Les interactions entre les peptides immobilisés et les sérums de 8 patients de chaque pathologie et de donneurs sains (D) ont été étudiées en temps réel. Les constantes de vitesse de dissociation koff, calculées pendant la phase de dissociation des complexes Ag-Ac formés, reflètent la stabilité de ces complexes.Plusieurs interactions significatives ont été observées : i) avec une stabilité élevée entre P55-70 et les sérums d’HAI par rapport aux contrôles (p= 0.003); ii) avec une faible stabilité entre P118-133 et P262-277 et les serums de LED, P145-160 et les sérums de PR par rapport aux serums D (p=0, 006; p=0,002; p=0,007). Le peptide P55-70 est donc un biomarqueur potentiel dans l’HAI. Les courbes d’interaction et les koff observés après la formation de complexes avec des anticorps anti-IgG et anti-IgM d’une part, et le traitement des sérums par des nucléases d’autre part, montrent que : i) les IgM sont majoritaires et ii) des acides nucléiques, présents ou non selon la maladie auto-immune, participent aux interactions entre les anti-hnRNP B1 et le peptide AA55-70 ainsi qu’entre les autres peptides et les sérums témoins, et contribuent à la stabilité des complexes Ag-Ac. Les résultats de nos travaux et les innovations technologiques en spectrométrie de masse et en SPR permettent d’envisager la mise au point de nouveaux tests pour le suivi des patients atteints d’hépatites auto et allo-immunes. / Alloimmune hepatitis following bone marrow transplantation (BMT) is poorly characterized. The first goal of this thesis was to identify antigens (Ag) targets of autoantibodies (auto-Ab) in sera from patients, using serological proteome analysis. Five patients who received an allogeneic BMT developed liver dysfunctions with histological features suggestive of autoimmune hepatitis (AIH) after the withdrawal of immunosuppressive therapy. Before and during the onset of hepatic dysfunction, sera were tested on immunoblots performed with cytosolic, microsomal, mitochondrial and nuclear proteins from rat liver homogenate, resolved by two-dimensional electrophoresis and transferred onto nitrocellulose membranes. After tryptic digestion, antigenic targets were identified by two tandem mass spectrometry techniques: MALDI-TOF/TOF and nanoHPLC LTQ Orbitrap®. A total of 103 different proteins were identified. Twelve of them were recognized by sera from three patients. This is the first immunological description of hepatitis occurring after BMT, enabling a discussion of the mechanisms that transform an alloimmune reaction into an autoimmune response. Any decision to withdraw immunosuppression after allogeneic BMT should be made with caution and hepatic parameters monitored systematically.Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein (hnRNP) A2/B1 is a target for antinuclear autoantibodies in systemic lupus erythematosus (SLE), rheumatoid arthritis (RA), and autoimmune hepatitis (AIH). In the second part of the thesis, the goal was to characterize Ag-Ab interactions as a function of pathology, using surface plasmon resonance imagery (SPRi). Sera from 8 patients from each pathology and healthy donors (D) were passed across a SPRi surface containing 39 overlapping peptides of 17 mers covering the human hnRNP B1. Interactions involving the immobilised peptides were followed in real time and dissociation rate constants koff for each interaction were calculated. koff values reflect the stability of the complex. Several significant interactions were observed: i) high stability (lower koff values) between P55-70 and the AIH sera compared to controls (p= 0.003); ii) lower stability (higher koff values) between P118-133 and P262-277 and SLE sera, P145-160 and RA sera compared to controls (p=0.006, p=0.002, p=0.007). These results indicate that P55-70 of hnRNP B1 is a potential biomarker for AIH in immunological tests.The binding curves and koff values observed after the formation of complexes with anti-IgM and anti-IgG antibodies and after nuclease treatment of the serum indicate that i) IgM isotypes are prevalent and ii) circulating nucleic acids, present or absent according to the autoimmune disorders, participate in the interaction between anti-hnRNP B1 and P55-70 and also between controls and the peptides studied and are involved in antigen-antibody stability. Results from our work as well as promising innovations in mass spectrometry and SPR technologies lead us to consider the development of new tests, usable in monitoring patients with auto and alloimmune liver diseases.