La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie touchant spécifiquement les motoneurones (MN) qui se caractérise par la perte précoce des jonctions neuromusculaires (JNMs) et menant à une paralysie musculaire. La dénervation des JNMs des muscles squelettiques se produit en amont de la mort des MN de la moelle épinière. Des études récentes publiées ont révélé une altération de la transmission synaptique, une instabilité de la morphologie des JNMs ainsi que des mécanismes de réparations de la JNMs inappropriés dans le modèle SOD1, et ce avant l’apparition des symptômes moteurs. De manière intéressante, ces mécanismes sont régulés par les cellules de Schwann périsynaptiques (CSPs), la cellule gliale présente à la JNM suggérant ainsi que l’altération des fonctions des CSPs peut contribuer à la vulnérabilité des JNMs. Tandis que de nombreuses études ont démontré une susceptibilité à la dénervation qui est dépendante du type d’unité motrice (UM), l’innervation des muscles extraoculaires (EOMs) montre une importante résistance à la progression de la maladie. Afin d’investiguer les distinctions dans les JNMs des EOMs menant à cette résistance, nous avons procédé à une analyse de la morphologie des JNMs via microscopie confocale, nous avons étudié les propriétés fonctionnelles des CSPs par imagerie calcique ainsi qu’effectuer une analyse différentielle du protéome entre les JNMs résistantes de l’EOM et les JNMs vulnérables du soleus (SOL) ou de l’extensor digitorum longus (EDL) dans la souris SOD1G37R. Peu de dénervation des JNMs et aucune altération des JNMs sont observées dans l’EOM à un stade tardif de la maladie. Contrairement aux muscles vulnérables, la sensibilité des CSPs suite à l’application locale d’ATP et de muscarine n’est pas altérée dans les EOM. L’analyse du protéome entre l’EDL et l’EOM au stade symptomatique démontre des fonctions cellulaires distinctes. Dans l’EDL, au stade symptomatique, les cascades cellulaires catabolique et reliée au protéosome sont augmentées : reflétant le processus de dénervation en cours dans ce muscle. Dans l’EOM, une diminution de l’expression de SOD1 muté, une augmentation des processus d’oxydoréductions, des protéines importantes pour maintien du repliement des protéines, des neurofilaments ainsi qu’une expression distincte des enzymes régulant les neurotransmetteurs est observée dans les JNMs résistantes. Ainsi, comprendre les fonctions des CSPs ainsi que les profils d’expression protéomique distincte entre les JNMs vulnérables et résistantes durant la progression de la maladie peut nous fournir des informations sur les mécanismes impliqués durant la dénervation et aider à identifier les protéines potentielles qui peut favoriser la réparation et l’intégrité des JNMs. Ainsi, cette étude peut mener à l’identification de biomarqueur musculaire et de cible thérapeutique potentielle pour des perspectives curatives futures. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a motor neuron (MNs) disease characterized by the precocious loss of neuromuscular junctions (NMJs) and muscular paralysis. The denervation of NMJs at striated muscles is an early event that occurs before the loss of spinal cord MNs. Recent data revealed an alteration of synaptic transmission, morphological instability and inappropriate repair in NMJs of SOD1 mice model prior to motor symptoms. Interestingly, these mechanisms are known to be regulated by Perisynaptic Schwann cells (PSCs), glial cells at NMJs, suggesting that the alteration of PSC functions may contribute to NMJ vulnerability. While numerous studies demonstrated a motor unit type-dependent susceptibility to denervation, the extraocular muscles (EOM) innervation shows a prominent resistance to disease progression. We hypothesized that PSCs functions and intrinsic properties at extraocular NMJs contribute to the resistance of the disease progression. NMJ morphological analysis by immunostaining and confocal imaging, functional properties of PSCs by calcium imaging and a differential proteomic analysis using Tandem Mass Tags coupled to quantitative mass spectrometry was performed between the resistant EOM and the vulnerable, soleus (SOL) or Extensor digitorum longus (EDL) muscles in SOD1G37R mice. Fewer denervated NMJs and no alteration of NMJ integrity was observed in the EOM in comparison to the EDL. Sensitivity of EOM PSC to local application of ATP and muscarine are not altered in the EOM SOD1G37R in comparison to WT suggesting an adequate decoding of synaptic activity of PSC. Proteomics analysis between EDL and EOM at symptomatic stage demonstrates distinct cellular pathway. In the EDL, at symptomatic stage, catabolism and proteasome cellular pathways are upregulated reflecting the undergoing denervation processes observed. In the EOM, overall lower expression of SOD1, up-regulation of oxidoreduction process, of mechanism against protein unfolding, of neurofilament and distinct expression of enzymes regulating neurotransmitter homeostasis is observed in the resistant NMJ. Understanding PSC functions and investigating the distinctive protein expression profile between vulnerable and resistant NMJs during disease progression will help provide insights into the denervation mechanisms involved and help identify potential proteins that could favor NMJ repair and integrity. Also, this study may lead to the identification of muscle biomarkers and potential therapeutic targets moving toward curative perspectives.

Le réseau neuronal se base sur l’axone et les dendrites pour former des milliards de connexions, ce qui fait du cerveau l'une des structures les plus complexes existantes. Pour que ce réseau fonctionne bien, il doit être régulé et maintenu. Cela pose de grands défis au cerveau lors du vieillissement, particulièrement dans le cadre d’une maladie neurodégénérative. Les premiers symptômes de plusieurs maladies neurodégénératives corrèlent d’ailleurs plus fréquemment avec le début de la dégénérescence axonale qu’avec la mort cellulaire des neurones. Une meilleure compréhension des mécanismes qui régulent cette dégénérescence axonale pourrait permettre de trouver de nouveaux traitements potentiels agissant dans la phase précoce de la manifestation de ces maladies. Dans cette thèse, nous étudions les mécanismes de dégénérescence et régénérescence axonale impliqués dans la sclérose latérale amyotrophique (SLA) et la maladie de Huntington (MH) en utilisant le nématode Caenorhabditis elegans (C. elegans). Nous nous basons sur les connaissances acquises sur les régulateurs de la régénérescence axonale pour investiguer leur implication et leur potentiel thérapeutique dans la SLA et la MH. Le C. elegans permet d’étudier la dégénérescence axonale dans le cadre des maladies neurodégénératives, puisque la visualisation des axones par fluorescence en facilite l’étude in vivo. Les modèles transgéniques C. elegans de la SLA et de la MH démontrent des bris axonaux pathologiques spontanés lors du vieillissement, permettant ainsi d’évaluer les mécanismes qui influencent cette dégénérescence axonale. Le modèle C. elegans permet aussi de mener des études à plus grande échelle. Nous avons donc pu effectuer un criblage génétique d’environ 40 gènes connus pour être des inhibiteurs de la régénérescence axonale après un dommage axonal mécanique. Selon notre hypothèse, l’inhibition de gènes inhibiteurs de la régénérescence axonale devrait augmenter le potentiel régénérateur des axones et, ainsi, réduire la dégénérescence axonale caractéristique de notre modèle SLA. Effectivement, nous avons pu identifier plusieurs voies de signalisation capables de réduire la dégénérescence axonale pathologique, notamment Dual zipper kinase DLK, la régulation des phosphoinositides et la signalisation de stress des ARNt par le stalled ribosome sensor GCN1. La voie de signalisation de DLK est indispensable dans la régénérescence axonale. Il a été démontré que sa suractivation permet de stimuler la régénérescence. Nous avons prouvé que la suractivation de DLK-1 par l’inhibition de ses inhibiteurs RPM-1 et FSN-1 réduit la dégénérescence axonale ainsi que la paralysie dans le contexte de la SLA. Pour évaluer la meilleure approche thérapeutique, nous avons investigué plus en détail les différents membres de cette voie de signalisation. Ainsi, nous avons trouvé que l’inhibition génétique et, surtout pharmacologique, de PARP1 et PARP2 peut réduire la dégénérescence axonale dans nos modèles de la SLA et de la MH. Les inositol polyphosphate phosphatases (INPP) sont des régulateurs des messagers secondaires d’inositol phosphates et de phosphatidylinositols, qui agissent dans la même voie de signalisation que PTEN, un inhibiteur de régénérescence axonale bien documenté. Dans nos études, nous avons identifié des nouvelles approches et cibles génétiques afin de réduire la dégénérescence axonale reliée à l’ALS et la MH. En résumé, nous avons identifié de multiples gènes qui agissent dans des voies de signalisation qui régulent la dégénérescence axonale, spécifiquement lors du vieillissement, dans le cadre de l’ALS et la MH. Il est primordial de mieux comprendre la signalisation intrinsèque qui régule l’axonopathie dans les maladies neurodégénératives pour établir de nouvelles approches thérapeutiques. Dans cette thèse, nous avons donc identifié plusieurs cibles thérapeutiques potentielles dans la voie de signalisation de DLK, et dans la voie de signalisation des phosphatidylinositols. / The neural network relies on axons and dendrites to form billions of connections, making the brain one of the most complex structures. These connections are both stable and highly dynamic, keeping the network in place while allowing connections to be modulated as needed. This network must be perfectly regulated and maintained for proper functioning, which can be a great challenge for the brain during aging and in the context of neurodegenerative diseases. Indeed, most neurodegenerative diseases show some form of degeneration of their axonal projections in the early stages. Increasingly, it is observed that the first symptoms of many neurodegenerative disorders correlate with the onset of axonal degeneration rather than cell death of neurons. A better understanding of the mechanisms regulating this axonal degeneration could lead to new treatments that could act in this particularly interesting therapeutic window. In this thesis, we aimed to study the genetic mechanisms of axonal degeneration involved in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and Huntington's disease (HD). More specifically, we investigated if axonal regeneration-associated genes can be targeted to reduce or even repair the age-dependent axonal damage observed in ALS and HD. To do this, we used Caenorhabditis elegans (C. elegans) models of ALS and HD, as they reproduce age-dependent axonal degeneration well. In addition, the use of fluorescent markers allows the visualization of axons in living animals, which makes it a unique model to study in vivo the dynamics of axonal damage and degeneration. We hypothesized that the stimulation of axonal regeneration pathways should increase the regenerative potential of axons and thus reduce the axonal degeneration characteristic of our ALS and HD models. Another advantage of using C. elegans is the possibility of large-scale genetic screens, allowing us to perform an RNAi-based genetic screen of 40 genes known as inhibitors of axonal regeneration. We identified multiple genes that act as drivers of axonal degeneration. Further analysis allowed us to identify an age-specific signaling network that regulates axonal degeneration through several main pathways, such as the Dual zipper kinase DLK pathway, the regulation of phosphatidylinositol phosphate, and the tRNA-related GCN1 stress response. The DLK signaling pathway is essential for axonal regeneration, and its overactivation has been shown to stimulate regeneration. We demonstrated that overactivation of DLK-1 by inhibiting its inhibitors RPM-1 and FSN-1 reduces axonal degeneration and paralysis in ALS. Furthermore, amongst the DLK pathway, we identified that genetic and pharmacological inhibition of PARP1/2 can consistently reduce axonal degeneration in our models of ALS and HD. Furthermore, we identified that the dysregulation of membrane-bound phosphoinositides is another major regulator of age-dependent axonal degeneration. We identified therapeutic targets similar to PTEN, a well-documented inhibitor of axonal regeneration and modulator of neurodegeneration. In our studies, we identified an alternative therapeutic target to PTEN and a new approach to trat ALS and HD-related axonal degeneration. In summary, we have identified multiple genes acting in an age-dependent network that drives axonal degeneration in ALS and HD. A better understanding of the intrinsic signaling that regulates axonopathy in neurodegenerative diseases is essential to establish new therapeutic approaches. In this thesis, we identified several potential therapeutic targets in the DLK signaling pathway and in the phosphoinositide signaling pathway.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) et la démence fronto-temporale (DFT) sont des maladies neurodégénératives fatales, actuellement sans traitement. Ces maladies entrainent la dégénérescence des neurones moteurs et corticaux, engendrant des troubles moteurs et cognitifs et ultimement menant à la mort des patients souvent par détresse respiratoire trois à cinq ans après l’apparition des premiers symptômes. À l’échelle d’une vie, le risque de développer ces pathologies est de 1 pour 300-400 pour la SLA et 1 pour 742 pour la DFT, faisant de ces pathologies un risque majeur. Avec le vieillissement de la population que nous connaissons actuellement, il est évident que l’incidence de ces maladies deviendra de plus en plus élevée. Ainsi il est essentiel de comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents à ces pathologies dans le but de développer des thérapies effectives et prévenir l’impact de ces pathologies dans notre société. À ce jour, l’étiologie de la SLA-DFT est encore débattue, cependant la communauté scientifique s’accorde sur le fait que l’interaction entre la génétique et l’environnement joue un rôle essentiel dans le développement de ces maladies. La caractéristique moléculaire principale de ces pathologies est la localisation cytoplasmique de la protéine, normalement, nucléaire TDP-43. TDP-43 est un régulateur clef de l’homéostasie des ARNs. Parmi ces nombreuses fonctions, TDP-43 régule la formation des granules de stress, en régulant leur protéine régulatrice G3BP1. Ces granules formés d’ARN et de protéines se forment pour protéger les cellules durant une période de stress. Récemment, ces granules ont fait l’objet de nombreuses études et leurs dysfonctions ont été associées à la SLA-DFT. Dans cette thèse, nous avons approfondi l’étude de la régulation de TDP-43 sur G3BP1. Nous avons défini que TDP-43 stabilise les transcrits de G3BP1 de par une liaison forte à une séquence conservée à travers l’évolution se situant dans le 3’UTR de G3BP1. La perte de localisation nucléaire, la présence de mutations ou de TDP-35, une isoforme pathologique de TDP-43, sont associées à une diminution des niveaux de G3BP1. Également, d’un point de vue histopathologique, dans le cortex orbitofrontal des patients atteints de SLA-DFT, les neurones présentant une localisation cytoplasmique de TDP-43 ont une perte des niveaux transcriptionnels de G3BP1, associant alors directement G3BP1 à la maladie. Par la suite, nous avons défini que la perte de fonction en tant que stabilisateur, permet la liaison de microARNs sur les transcrits de G3BP1, engendrant leur dégradation. Le blocage de la liaison de microARNs sur G3BP1 empêche la dégradation des transcrits et restaure les fonctions de la protéine. Ainsi, nous avons déterminé un moyen de contrer la perte de fonction de TDP-43 sur G3BP1. De façon intéressante, en plus de la formation des granules de stress, G3BP1 est essentielle pour l’homéostasie neuronale et la survie neuronale post-stress. Par conséquent, la restauration de la protéine est potentiellement une avenue thérapeutique multi-approche pour le traitement de ces maladies. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD) are two fatal neurodegenerative diseases, currently without cure. These diseases lead to the degeneration of motor and cortical neurons, causing motor and cognitive disorders and ultimately leading to death, often from respiratory distress three to five years after the onset. Over a lifetime, the risk of developing these conditions is 1 in 300-400 for ALS and 1 in 742 for FTD, making these conditions a major risk. With the current aging of the population, it is evident that the incidence of these diseases will become increasingly high. It is therefore essential to understand the molecular mechanisms underlying these pathologies in order to develop effective therapies. To this day, the etiology of ALS-FTD is still debated. However, the scientific community agrees that the interaction between genetics and the environment play an essential role in the development of these diseases. The main molecular characteristic of these pathologies is the cytoplasmic localization of the normally nuclear protein TDP-43. TDP-43 is a key regulator of RNA homoeostasis. Among these many functions, TDP-43 regulates the formation of stress granules, by regulating their nucleator protein G3BP1. These granules of RNA and protein form to protect cells during times of stress. Recently these granules have been the subject of several studies and their dysfunction has been associated with ALS-FTD. In this thesis, we have deepened the study of the regulation of TDP-43 on G3BP1. We have defined that TDP-43 stabilizes G3BP1 transcripts by strong binding to a sequence conserved through evolution located in the 3'UTR of G3BP1. Loss of nuclear localization, the presence of mutations or of TDP-35, a pathological isoform of TDP-43, are associated with decreased levels of G3BP1. Also, histopathologically, in the orbitofrontal cortex of patients with ALS-DFT, neurons with cytoplasmic localization of TDP-43 have a loss of transcriptional levels of G3BP1, directly associating G3BP1 with the disease. Subsequently, we defined that TDP-43 loss of function as a stabilizer allows the binding of two microRNAs on the G3BP1 transcripts, causing their degradation. Blocking the binding of these microRNAs to G3BP1 prevents the degradation of the transcripts and restores the functions of the protein. Thus, we have determined a way to counter the loss of function of TDP-43 on G3BP1. Interestingly, in addition to the formation of stress granules, G3BP1 is essential for neuronal homoeostasis and post-stress neuronal survival. Therefore, the restoration of the protein is potentially a multi-approach therapeutic avenue for the treatment of these diseases.

Les modèles murins de la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) ont permis des avancées dans la compréhension des mécanismes pouvant conduire à la mort sélective et progressive des motoneurones (Mns) mais ils présentent des disparités dans la sévérité et le décours temporel de la maladie. Parmi les hypothèses avancées figurent des modifications des propriétés intrinsèques des motoneurones conduisant à des modifications de l’excitabilité et de l’homéostasie du calcium intracellulaire et à la mort du motoneurone.Nous avons donc étudié les propriétés électrophysiologiques des Mns lombaires de souris SOD1G85R et SOD1G93A, deux modèles à faible nombre de copies du gène humain muté, durant les deux premières semaines postnatales afin d’identifier d’éventuelles anomalies pré-symptomatiques précoces. Nos travaux ont été réalisés sur deux préparations in vitro de moelle entière isolée et de tranches de moelle épinière. Les Mns mutants présentent, sur les deux types de préparations, une altération des propriétés du potentiel d’action se traduisant par un allongement de la durée associée à une diminution des vitesses maximales de dépolarisation et repolarisation et une réduction d’amplitude. Ces altérations apparaissent entre P2-P5 dans les Mns SOD1G85R et entre P6-P10 dans les Mns SOD1G93A et suggèrent une diminution de la densité des canaux sodiques et potassiques associés au potentiel d’action. Nous avons aussi observé sur des tranches de moelle épinière entre P6-P10 que le gain de fréquence des Mns SOD1G85R diminue et celui des SOD1G93A augmente sans aucune modification des densités des courants entrants persistants sodiques et calciques. On note également que, sur tranches de moelle épinière, les Mns SOD1G93A présentent un potentiel de repos diminué. En présence d’une surcharge calcique extracellulaire, les propriétés membranaires des Mns SOD1G85R entre P6-P10 sont moins affectées que celles des Mns témoins. Les effets différentiels de cette surcharge peuvent être dus à des modifications différentes de la dépendance au voltage des canaux voltage-dépendants et/ou à la modulation de certains types de canaux activés par le calcium extracellulaire. Une arborisation dendritique plus ramifiée que celle de Mns témoins, comparable à celle précédemment décrite dans les Mns SOD1G85R, a été observée dans les Mns SOD1G93A à P8-P9 avec des altérations du potentiel d’action citées plus haut et une réduction de la rhéobase. Ces altérations morphologiques et électriques pourraient indiquer des modifications de cinétiques et/ou de densités de canaux sur des sites différents dans ces Mns. Nos travaux montrent donc, d’une part que les mutations SOD1G85R et SOD1G93A induisent dans ces deux modèles murins des altérations des propriétés des Mns lombaires comparables mais décalées dans le temps et d’autre part que certaines altérations semblent être spécifiques à une mutation SOD1 donnée. / The SOD1 murine models of Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) allowed major progress in the understanding of mechanisms which could lead to a selective loss of motoneurons (Mns), but these models display differences in the severity and time course of the disease. Changes in intrinsic properties of motoneurons may induce changes in excitability and intracellular calcium homeostasis leading to motoneuron death.Therefore, we studied electrophysiological properties of lumbar Mns from SOD1G85R and SOD1G93A mice, low expressor lines, during the first two postnatal weeks in order to identify possible early presymptomatic abnormalities. Our studies were carried out on two in vitro preparations: the whole isolated spinal cord and acute spinal cord slices. Mutant Mns display, in the two preparations, a modified action potential characterized by an increased duration due to a decrease of the maximal speeds of depolarisation and repolarisation and a reduction of the spike amplitude. These alterations appeared between P2-P5 in SOD1G85R Mns and between P6-P10 in SOD1G93A Mns and suggest a decrease of the density of sodium and potassium channels related to action potential. We also showed on spinal cord slices between P6-P10 that the gain of frequency decreases for SOD1G85R Mns and increases for SOD1G93A Mns without any change in the density of persistent inward sodium or calcium currents in these different mutant Mns. We observed also that the resting membrane potential of SOD1G93A Mns on spinal cord slices is decreased. The membrane properties of SOD1G85R Mns between P6-P10 were less susceptible to changes in presence of an extracellular calcium overload. Differential effects of this extracellular calcium overload on membrane properties of WT and SOD1G85R Mns could be due to different alterations of the potential dependence of voltage-gated channels and/or to the modulation of some types of channels sensitive to extracellular calcium. An over-branching of dendritic arborization, similar to that previously described in SOD1G85R Mns, was observed in SOD1G93A at P8-P9 with the above-mentioned action potential alterations and a weak rheobasic current. These morphogical and electrical changes could indicate together alterations of kinetics and/or density of channels on different sites on these Mns. In conclusion, our work shows on one hand that SOD1G85R and SOD1G93A mutations induce similar alterations of lumbar Mns properties but time-shifted in these two murine models and on the other hand that some alterations seem to be specific to a given SOD1 mutation.

Les Granule de Stress (GS) sont des inclusions cytoplasmiques contenant des protéines et des ARNm qui s’assemblent en réponse à l’exposition à un stress. Leur formation fait partie intégrante de la réponse cellulaire au stress et est considérée comme une étape déterminante pour la résistance au stress et la survie cellulaire. Actuellement, les GS sont reliés à divers pathologies allant des infections virales aux maladies neurovégétatives. L’une d’entre elle, la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est particulièrement agressive, caractérisée par une perte des neurones moteurs aboutissant à la paralysie et à la mort du patient en cinq ans en moyenne. Les mécanismes de déclenchement de la pathologie restent encore à déterminer. TDP-43 (TAR DNA binding protein 43) et FUS (Fused in liposarcoma) sont deux protéines reliées à la pathologie qui présentent des similarités de structure et de fonction, suggérant un mécanisme commun de toxicité. TDP-43 et FUS sont toutes les deux recrutées au niveau des GS en condition de stress. Nous avons démontré pour la première fois que la fonction des GS est de protéger les ARNm de la dégradation induite par l’exposition au stress. Cette fonction n’était que suspectée jusqu’alors. De plus nous avons mis en évidence que G3BP1 (Ras GTPase-activating protein-binding protein 1) est l’effectrice de cette fonction via son implication dans la dynamique de formation des GS. TDP-43 étant un régulateur de G3BP1, nous prouvons ainsi que la perte de fonction de TDP-43/G3BP1 aboutit à un défaut de réponse au stress aboutissant à une vulnérabilisation cellulaire. Le mécanisme de toxicité emprunter par FUS diffère de celui de TDP-43 et ne semble pas passer par une perte de fonction dans le cadre de la réponse au stress. / Stress Granule (SGs) are cytoplasmic inclusions sequestering proteins and mRNAs following a stress exposure. Their assembly is part of the cell stress response and is considered an important step for stress resistance and cell survival. SG are currently linked to different pathogenesis from viral infection to neurodegenerative diseases such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS).ALS is an aggressive disease, characterized by neuronal death leading to paralysis and death within five years. Pathogenesis mechanisms are still not fully understood. TDP-43 (TAR DNA binding protein 43) and FUS (Fused in liposarcoma) are two proteins linked to the disease that share many structural features and functions suggesting a common toxicity mechanism. TDP-43 and FUS are both recruited to SGs in stress conditions. We demonstrate for the first time that SGs function to protect mRNA from degradation induced after stress exposure, a function that was only suspected until now. We also prove that G3BP1 (Ras GTPase-activating protein-binding protein 1) is the effector of this function via it’s implication in the dynamics of SG formation. As TDP-43 is a regulator of G3BP1, we prove that loss of TDP-43/G3BP1 function leads to a stress response defect yielding increased cellular vulnerability. Furthermore, we have discovered that the mechanism of toxicity for FUS is different from TDP-43, and does not implicate a loss of function mechanism during the cell stress response.

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La technologie de reprogrammation de cellules somatiques en cellules souches pluripotentes induites (iPS) offre aujourd'hui l'opportunité de modéliser des maladies neurodégénératives et d'étudier des neurones de patients. Nous avons utilisé cette technologie pour générer deux modèles de maladies neurodégénératives : la mucopolysaccharidose de type IIIB (MPSIIIB) et la forme ALS2 de la sclérose latérale amyotrophique (SLA). Dans le modèle MPSIIIB, nous avons montré que les iPS et les neurones de patients présentaient des défauts caractéristiques de la pathologie telle que l'accumulation de vésicules de surcharge. Des altérations de l'appareil de Golgi dans ces cellules ont également été mises en évidence. Une analyse du transcriptome de précurseurs neuraux MPSIIIB a montré des modifications transcriptionnelles touchant notamment des gènes impliqués dans les interactions de la cellule avec la matrice extracellulaire. Ainsi, dans une seconde étude, des altérations de la migration et de l'orientation de cellules de souris mutantes MPSIIIB ou de patients ont été démontrées. Ces altérations pourraient être responsables des perturbations de la neurogénèse et de la neuritogénèse chez les enfants malades. Dans le modèle SLA/ALS2, nous avons montré que les neurones de patients présentaient des défauts incluant une diminution de la surface des endosomes et des anomalies de la croissance neuritique. Alors qu'il n'existait jusqu'alors aucun modèle cellulaire pertinent reproduisant cette maladie, ce modèle permettra à présent d'étudier les processus physiopathologiques impliqués dans la maladie. En conclusion, la génération de cellules iPS permet de modéliser des maladies neurodégénératives et d'étudier les processus physiopathologiques qui sont associés sur des neurones humains en culture. Ces modèles cellulaires pourraient permettre dans un avenir proche de réaliser des criblages de molécules à visée thérapeutique

Les patients SLA et les souris modèles présentent un dysfonctionnement métabolique qui coïncide avec le changement de concentration de différentes espèces lipidiques. Notre hypothèse est qu'un tel dysfonctionnement métabolique au niveau musculaire conduirait aux premiers changements observés dans la SLA. Nous avons montré que l'expression de la stéaroyl-coenzyme A désaturase 1 (SCD1), une enzyme clé de la synthèse des acides gras mono-insaturés à partir des acides gras saturés, est diminuée dans le muscle avant les premiers symptômes moteurs observés chez les souris modèles de SLA. Dans ce modèle murin, les altérations en acides gras au niveau circulant et hépatique, traduisant les changements de SCD1,apparaissent lors des premiers symptômes de la pathologie. De plus, l'inhibition pharmacologique de l'activité de SCD1 mime le phénotype métabolique des souris modèles de SLA. Notre étude a ainsi montré que la diminution de la SCD1 joue un rôle important pour l'activité neuromusculaire. Elle module les besoins énergétiques, maintien l'activité musculaire par augmentation du métabolisme oxydatif et agit sur l'expression de gènes impliqués dans le développement et le fonctionnement de la jonction neuromusculaire. De plus, l'ablation du gène SCD1 stimule la récupération fonctionnelle musculaire après lésion du nerf. L'inhibition pharmacologique de SCD1 apporte également une protection au muscle. Nous avons pu conclure de cette étude qu'une modification de l'expression de SCD1 ainsi que du profil d'acides gras peut apporter une protection au muscle pour lutter contre la pathologie. En outre, des inhibiteurs de l'activité enzymatique de la SCD1 pourraient être développés comme traitement thérapeutique dans la SLA.

Les maladies neurodégénératives (MND) comprennent principalement les maladies neuromusculaires, dont la sclérose latérale amyotrophique (SLA), les démences, dont la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson, la sclérose en plaques, la maladie de Huntington. Du fait de la multiplicité des facteurs à l’origine d’une perte pondérale, les MND sont à risque de dénutrition, ce qui peut altérer l’évolution de ces pathologies et la qualité de vie des patients. Le but de ce travail était d’étudier le statut nutritionnel et/ou l’effet de la prise en charge de patients atteints de SLA et de troubles cognitifs (démence vraie et/ou Mild Cognitive Impairment [MCI]) en France dans le cadre d’un réseau de santé, mais aussi en Afrique Centrale. Le réseau de santé Limousin Nutrition (LINUT) réalise des évaluations et interventions nutritionnelles au domicile de patients atteints de SLA et pour les résidents d’Etablissements d’Hébergement pour Personnes Agées Dépendantes (EHPAD). La première évaluation par le réseau des patients à domicile atteints de SLA retrouvait plus de troubles de la déglutition qu’en consultation spécialisée (60,0% vs 47,5%) ainsi que des troubles du goût (43,8%), non encore décrits lors de la SLA. Des améliorations de pratiques étaient proposées. Le réseau évaluait également des résidents en EHPAD, déments ou non déments, à la fois initialement et après un suivi d’environ 4 mois. La dénutrition touchait plus souvent les patients déments (56,1% vs 46,4% p=0,004), et les apports énergétiques de tous les résidents (26,4 ± 8,8 kcal/kg/j) étaient inférieurs aux recommandations. L’intervention du réseau permettait d’améliorer le statut nutritionnel des patients déments (+0,29 ± 0,07 point de MNA®/mois, p=0,003) ainsi que les apports énergétiques de tous les résidents à 4 mois. Les études « Epidémiologie de la Démence en Afrique Centrale » (EDAC) et « Epidemiology of Dementia in Central Africa » (EPIDEMCA) étaient menées en République Centrafricaine (RCA) et au Congo. Dans ces deux études, les personnes âgées démentes étaient plus souvent dénutries que les non démentes (EDAC : 34,7% vs 17,7%, p<0,0001 ; EPIDEMCA : 60,0% vs 31,3%, p<0,001). Dans l’étude EDAC, le fait de ne consommer qu’un repas par jour constituait un risque de dénutrition chez les déments (OR=7,23 [IC95% : 1,65-31,7, p=0,003]. De plus, les déments consommaient moins de fruits que les non déments (aucune consommation : 54,0% vs 36,7%, p=0,008). Dans l’étude EPIDEMCA, en RCA, une faible consommation d’oléagineux en zone rurale était associée à la présence d’une démence (OR=2,80 [IC95% : 1,02-7,70, p=0,046]), et une consommation d’alcool (quantités non étudiées) en population générale était négativement associée (OR=0,34 [IC95% : 0,14-0,83, p=0,018]). Aucune association n’était retrouvée au Congo. Des facteurs nutritionnels associés aux troubles cognitifs étaient identifiés : un Indice de Masse Corporelle <18,5kg/m2 , un périmètre brachial <24cm et une circonférence musculaire brachiale <5èmepercentile étaient associés en RCA à la démence (OR=2,66 [IC95% : 1,39-5,07, p=0,003] ; OR=1,97 [IC95% : 1,03-3,77, p=0,041] ; OR=2,94 [IC95% : 1,34-6,45, p=0,007], respectivement), et au Congo seule la circonférence musculaire brachiale <5èmepercentile était associée aux MCI (OR=3,61 [IC95% : 1,70-7,64, p=0,001]). Ces différents travaux permettent de disposer de nouvelles données concernant les patients atteints de SLA et de troubles cognitifs dans deux régions du globe. En France, une prise en charge par un réseau de santé est possible et semble améliorer le statut nutritionnel des personnes atteintes de MND. En Afrique Centrale, plusieurs facteurs associés aux troubles cognitifs ont été identifiés. Ces premiers résultats doivent être confirmés afin de proposer des moyens de prévention ciblés. / Neurodegenerative diseases (NDD) mainly concern neuromuscular diseases, including amyotrophic lateral sclerosis (ALS), dementia, including Alzheimer's disease, Parkinson's disease, multiple sclerosis, Huntington's disease. Due to the multiplicity of factors inducing a weight loss, the NDD are at risk of malnutrition, which can alter the evolution of these diseases and the quality of life of patients. The purpose of this work was to assess the nutritional status and / or the effect of treatment of patients with ALS and cognitive disorders (dementia and / or mild cognitive impairment [MCI]) in France with a health network, but also in Central Africa. The health network Limousin Nutrition (LINUT) realizes assessments and nutritional interventions in ALS patients at home and in residents of nursing homes (NH). The first evaluation by the network of ALS patients found more swallowing disorders than specialized consultation (60.0% vs. 47.5%) and taste disorders (43.8%), not further described in ALS. Improvements of practices were proposed. The network assessed also residents in NH, with or without dementia, initially and after a 4 months follow-up. Malnutrition affected more often demented patients (56.1% vs. 46.4% p=0.004), and energy intakes of all residents (26.4 ± 8.8 kcal/kg/d) were below the recommendations. The network intervention improved the nutritional status of patients with dementia (+0.29 ± 0.07 point of MNA®/month, p=0.003) and energy intake of all residents at 4 months. Two studies named