Multiple Sclerosis (MS) is an inflammatory disease which causes areas of demyelination in the Central Nervous System (CNS) and affects only humans. Current therapies for MS are focused on anti-inflammatory treatment, which reduce the occurrence and clinical relapses of the disease. However, progressive disability of the disease is related to axonal degeneration. After demyelination, remyelination occurs, which helps repair the demyelinated lesions and protects axons from degeneration. However, this endogenous remyelination is inefficient, and currently there are no therapies available to enhance remyelination. The aim of this thesis was to first characterize a fast and reliable model to study CNS remyelination in vitro, and second to investigate the role of semaphorin 3a (Sema3A) and semaphorin 3f (Sema3F) signaling in CNS remyelination. Various in vivo models have been developed to investigate the pathology of multiple sclerosis, and can be used to test remyelination therapies. However, in vivo models are expensive, animal- and time- consuming. Until now, there has been no well-characterized and robust in vitro model for remyelination study. In this thesis, an ex vivo slice culture system with mouse brain and spinal cord was developed, and characterized by immunofluorescent microscopy and transmission electron microscopy, for CNS remyelination study. Automated (re)myelinating quantification by image pro plus software was developed and validated to provide a fast and reliable way for testing factors that change remyelination efficiency. Two such factors are Sema3A and 3F, which were initially identified as axon guidance cues during development. Sema3A (repulsive) and 3F (attractive) were proved to play a role in oligodendrocyte precursor cell (OPC) migration during development, and hypothesized to be important in remyelination. In this thesis, I investigated the effects and mechanisms for this by adding recombinant SEMA3A or SEMA3F or by knockdown their obligatory receptors Neuropilin (Nrp) 1 and 2, using lentivirus induced miRNAi. Slice culture and primary OPC culture were used to determine the effect on OPC survival, migration, proliferation, differentiation and myelination.

Une des questions fondamentales en neurobiologie du développement est de comprendre quels sont les mécanismes responsables de la formation des circuits neuronaux. Alors que les circuits de neurones projecteurs ont fait l'objet d'études intensives, aujourd'hui encore peu de chose est connu sur les molécules et les voies de signalisation impliquées dans la croissance et la différentiation axonale des interneurones GABA. Au cours de ma thèse, j'ai étudié le rôle de la molécule de guidage axonal Semaphorine 3a (Sema3A) dans le développement des axones des interneurones GABA du cervelet. Pour mener à bien cette étude, j'ai développé de nouvelles approches expérimentales in vitro et in vivo. En utilisant ces nouveaux outils, j'ai montré que la SEMA3A était capable d'attirer l'axone des interneurones GABA. In vitro, la SEMA3A induit une augmentation locale de la formation de branches axonales et l'apparition précoce d'un marqueur présynaptique (GAD65). Nous avons également montré que la combinaison d'expression de SEMA3A avec une molécule d'adhésion de la famille L1CAM dans les cellules hétérologues était capable d'induire l'innervation de cette cellule de manière spécifique par les interneurones GABA du cervelet. Cette étude nous a permis de montrer que la combinaison entre une molécule de guidage axonal et une molécule d'adhésion cellulaire spécifique était suffisante pour induire des mécanismes de reconnaissance cellulaire par les interneurones GABA du cervelet. / GABAergic interneurons are fundamental component in neural processing and their specific innervation patterns are though to be the building block for physiological brain function and computing. However the molecular and cellular mechanisms that assemble inhibitory local circuits remain largely unknown. In cerebellar cortex, molecular layer GABAergic interneurons are key regulators of cerebellar signal coding and memory formation by sending specifically their axons to innervate the Purkinje cells. Here, we show that a combination of both secreted axon guidance and recognition molecules of L1CAM family is sufficient to trigger target cell recognition by molecular layer GABAergic interneuron˙s in vivo. Using BAC transgenic reporter mice for cell-type specific gene-expression profiling of secreted SEMAPHORIN molecules, we identified that SEMAPHORIN3A (SEMA3A) expression picked precisely at relevant time-point of GABAergic local circuit formati on. In vitro, in a co-culture model, we found that semaphorin3A (SEMA3A) secreted by CHO cells attracts GABAergic interneurons axons and triggers their local specific branching. In vivo, the injection of these heterologous cells expressing SEMA3A ectopically in the granule cell layer is able to disrupt the « crystal »like organization of molecular GABAergic interneurons and attracts their axons in this ectopic territory. Moreover we found that both in vitro and in vivo, the co-expression of SEMA3A and the L1CAM family recognition molécules, Neurofascin, but not their respective expression alone, are able to induced heterologous cells innervation by molecular GABAergic interneurons. These results suggest that specific combination between axon guidance molecules and L1CAM family is sufficient to specify cell type recognition in a space and timely dependent manner.

Thesis (Ph.D. in Neuroscience) -- University of Colorado Denver, 2008. / Typescript. Includes bibliographical references (leaves 145-165). Free to UCD affiliates. Online version available via ProQuest Digital Dissertations;

L’action du système nerveux périphérique sympathique sur le métabolisme osseux, via la sécrétion de neurotransmetteurs, comme le VIP, est clairement établie. Réciproquement, les cellules osseuses expriment des molécules possédant des propriétés chémo-attractives (NGF) ou répulsives (Sémaphorine 3a) suggérant que l’os est capable de contrôler sa propre innervation. Afin de mieux comprendre les relations entre système nerveux et cellules osseuses, notre travail s’est déroulé en deux étapes.Dans un premier temps, nous avons montré que la sympathectomie chimique à la guanéthidine monosulfatée, au niveau du périoste mandibulaire, modulait le ratio OPG/RANKL par l’intermédiaire de la voie cholinergique du système nerveux sympathique. Le traitement par du VIP des rats sympathectomisés a permis de rétablir le potentiel résorbant du système sympathique et ainsi confirmé le rôle prépondérant du VIP dans la modulation du métabolisme osseux au niveau du périoste mandibulaire. Dans un deuxième temps, nous avons évalué les variations d’expression du NGF et de la Séma3a, en fonction de la disponibilité locale en VIP. La sympathectomie, dans le compartiment ostéogène du périoste mandibulaire, a épuisé les réserves en proNGF et en Sema 3a et provoqué une migration de fibres sensorielles immunoréactives au CGRP où physiologiquement elles sont absentes. Dans compartiment non-ostéogène, la sympathectomie a induit une dégranulation des mastocytes et la libération de βNGF (forme mature) et le développement de fibres CGRP-IR.. Le traitement par le VIP10-28, un antagoniste des récepteurs du VIP, a provoqué des effets similaires à la sympathectomie. In vitro, le VIP n’a pas modifié l’expression relative des ARNm codant pour le NGF et la Séma 3a, augmenté celle de RANKL et diminué celle d’OPG. Le VIP10-28 a permis d’augmenter l’expression d’OPG, et de diminuer celle de Séma3a et de CGRP. L’ensemble de ce travail a permis de montrer que le système sympathique cholinergique, via le VIP, module à la fois le rapport OPG/RANKL et l’expression de NGF et de Sema3a au niveau des ostéoblastes et du périoste mandibulaire et renforce l’hypothèse d’une communication bidirectionnelle entre les cellules nerveuses et osseuses. / The action of the sympathetic nervous system on bone metabolism, via the secretion of neurotransmitters such as VIP, is clearly established. Conversely, bone cells express molecules with chemo-attractive properties (NGF) or -repulsive (Semaphorin3a), suggesting that bone can control its own innervation. To better understand the relationship between the nervous system and the bone cells, our work takes place in two stages. As a first step, we have shown that chemical monosulfate guanethidine sympathectomy, modulates in the mandible periosteum the OPG/RANKL ratio through the cholinergic nervous system. VIP treatment of sympathectomized rats restored to controls the resorption potential of the sympathetic system and thus confirmed the leading role of VIP in the modulation of bone metabolism in this bone envelope. In a second step, we evaluated, the variations in NGF and Sema3a expressions, according to the local availability in VIP. Sympathectomy, exhausted proNGF and Sema 3a stores in the osteogenic compartment of the periosteum and caused its invasion by CGRP immunoreactive sensory fibers, where they are physiologically absent. In the non-osteogenic compartment, sympathectomy induced mast cell degranulation and release of βNGF (the mature form) and sprouting of CGRP-IR fibers Treatment with VIP10-28, a VIP receptors antagonist, had effects similar to sympathectomy. In vitro, VIP did not alter the relative expression of mRNA encoding NGF and Sema 3a, increased RANKL and decreased OPG mRNAs. VIP10-28 increased OPG mRNA expression and decreased that of Sema3a and CGRP.In conclusion, this work showed that the cholinergic sympathetic system, via VIP, modulates the OPG/RANKL ratio and NGF and Sema3a expression in periosteal osteoblasts and strengthens the hypothesis of a bi-directional communication between nerve and bone cells.

Le diabète, caractérisé notamment par une atteinte neuro-vasculaire, représente aujourd’hui un réel problème de santé publique. Cependant plus de 30% des patients, ne peuvent bénéficier des traitements actuels (chirurgie et pharmacothérapie) d’où, la nécessité de développer de nouvelles approches thérapeutiques innovantes. L’objectif de ce travail a été de caractériser un modèle murin de neuro-angiopathie diabétique, représentatif de la pathologie humaine puis, d’évaluer les effets des molécules guidance neuronale dans la récupération de la fonction neuro-vasculaire. Dans un premier temps, nous avons mis en place un modèle et des techniques exploratoires de l’étude de la fonction neuro-vasculaire chez les souris diabétiques. Nous avons observé que suite à l’ischémie du membre inférieur, la revascularisation est altérée chez les animaux diabétiques par comparaison aux animaux non-diabétiques. A ce défaut de la fonction vasculaire, s’ajoute également un défaut de la fonction nerveuse. En effet, les paramètres électrophysiologiques, le flux sanguin nerveux, le nombre de capillaires dans le nerf sciatique et la régénération nerveuse sont fortement impactés chez les animaux diabétiques. Afin de palier au défaut de revascularisation et/ou de régénération nerveuse, nous avons proposé que le ciblage thérapeutique des molécules de guidance neuronale, éphrine-B2 et Sémaphorine-3A (Séma-3A) améliorerait la fonction neuro-vasculaire. Après ischémie, les cellules mononuclées du sang périphérique (CM-SP) provenant de patients diabétiques ou de sujets contrôles, traitées préalablement avec l’éphrine-B2/Fc, ont été ensuite injectées aux animaux diabétiques. Une nette amélioration de la revascularisation a été observée dans les groupes d’animaux traités avec l’éphrine-B2/Fc par rapport aux animaux non-traités ou traités avec des CM-SP non stimulées. Enfin, nous avons administré un inhibiteur de Séma-3A, SM-345431 (Vinaxanthone) à des animaux contrôles et diabétiques après ischémie du membre inférieur. Ce qui nous a permis de montrer que cette inhibition améliore significativement la revascularisation et régule notamment la voie de signalisation des MAPK, Erk1/2 et p38 ainsi que, les niveaux de VEGF et de TGF-β1. Dans l’ensemble, l’effet sur la fonction nerveuse périphérique n’a pas montré de différences majeures entre les groupes traités et non-traités. En somme, nos travaux ont permis de montrer que la thérapie cellulaire utilisant les CM-SP stimulées avec l’éphrine-B2/Fc, ou bien l’injection intramusculaire d’un inhibiteur de Séma-3A, à visée pro-angiogénique et/ou pro-neurorégénérative, apparaît comme une stratégie prometteuse et susceptible d’améliorer la qualité de vie des malades atteints de diabète. / Diabetes, characterized by neuro-vascular damages, is a real public health problem. More than 30% of diabetic patients can benefit from existing therapies (surgery and drug therapy), therefore, the need to develop new innovative therapeutic approaches. The objective of this work was to characterize a diabetic neuro-angiopathy mouse model, reproducible of human pathology and to assess the effects of neuronal guidance molecules in recovery of the neuro-vascular function. Firstly, we characterized a model and exploratory techniques to study the neuro-vascular functions in diabetic mice. After hindlimb ischemia induction, we observed that revascularization were impaired in diabetic animals compared to non diabetic animals. This alteration is associated of the nerve function defect. Indeed, the electrophysiological parameters, nerve blood flow, the number of capillaries in sciatic nerve and nerve regeneration are strongly affected in diabetic animals. Then, to rescue the revascularization or nerve regeneration, we proposed that the therapeutic targeting of molecules of neuronal guidance, ephrin-B2 and Semaphorin-3A (Sema-3A) would improve neuro-vascular functions. After ischemia induction, peripheral mononuclear blood mononuclear cells (PBMNC) from diabetic patients or subjects controls, pre-treated with ephrin-B2/Fc, were then injected in diabetic animals. A significant improvement of revascularization was observed in both groups, animals treated with ephrin-B2/Fc compared to untreated animals or treaties with PBMNC unstimulated. Finally, after hindlimb ischemia, we administrated a pharmacological inhibitor of Sema-3A, the SM-345431 (Vinaxanthone) in diabetic and control animals. We showed this selective inhibition significantly improved the post-ischemic revascularization, regulates the MAPK Erk1/2 and p38 signaling pathway, increased the levels of CXCL12, VEGF and TGF-β1. In our experiment conditions, we did not observe the significant effects of SM-345431 on peripheral nerve function between treated and untreated animal groups. Finally, our work showed that cell therapy using PBMNC stimulated with ephrin-B2/Fc, or the intramuscular injection of Sema-3A inhibitor referred to pro-angiogenic and/or pro-neuroregenerative, appears as a strategy promising and likely to improve the quality of life of diabetic patients.

Le diabète, caractérisé notamment par une atteinte neuro-vasculaire, représente aujourd’hui un réel problème de santé publique. Cependant plus de 30% des patients, ne peuvent bénéficier des traitements actuels (chirurgie et pharmacothérapie) d’où, la nécessité de développer de nouvelles approches thérapeutiques innovantes. L’objectif de ce travail a été de caractériser un modèle murin de neuro-angiopathie diabétique, représentatif de la pathologie humaine puis, d’évaluer les effets des molécules guidance neuronale dans la récupération de la fonction neuro-vasculaire. Dans un premier temps, nous avons mis en place un modèle et des techniques exploratoires de l’étude de la fonction neuro-vasculaire chez les souris diabétiques. Nous avons observé que suite à l’ischémie du membre inférieur, la revascularisation est altérée chez les animaux diabétiques par comparaison aux animaux non-diabétiques. A ce défaut de la fonction vasculaire, s’ajoute également un défaut de la fonction nerveuse. En effet, les paramètres électrophysiologiques, le flux sanguin nerveux, le nombre de capillaires dans le nerf sciatique et la régénération nerveuse sont fortement impactés chez les animaux diabétiques. Afin de palier au défaut de revascularisation et/ou de régénération nerveuse, nous avons proposé que le ciblage thérapeutique des molécules de guidance neuronale, éphrine-B2 et Sémaphorine-3A (Séma-3A) améliorerait la fonction neuro-vasculaire. Après ischémie, les cellules mononuclées du sang périphérique (CM-SP) provenant de patients diabétiques ou de sujets contrôles, traitées préalablement avec l’éphrine-B2/Fc, ont été ensuite injectées aux animaux diabétiques. Une nette amélioration de la revascularisation a été observée dans les groupes d’animaux traités avec l’éphrine-B2/Fc par rapport aux animaux non-traités ou traités avec des CM-SP non stimulées. Enfin, nous avons administré un inhibiteur de Séma-3A, SM-345431 (Vinaxanthone) à des animaux contrôles et diabétiques après ischémie du membre inférieur. Ce qui nous a permis de montrer que cette inhibition améliore significativement la revascularisation et régule notamment la voie de signalisation des MAPK, Erk1/2 et p38 ainsi que, les niveaux de VEGF et de TGF-β1. Dans l’ensemble, l’effet sur la fonction nerveuse périphérique n’a pas montré de différences majeures entre les groupes traités et non-traités. En somme, nos travaux ont permis de montrer que la thérapie cellulaire utilisant les CM-SP stimulées avec l’éphrine-B2/Fc, ou bien l’injection intramusculaire d’un inhibiteur de Séma-3A, à visée pro-angiogénique et/ou pro-neurorégénérative, apparaît comme une stratégie prometteuse et susceptible d’améliorer la qualité de vie des malades atteints de diabète. / Diabetes, characterized by neuro-vascular damages, is a real public health problem. More than 30% of diabetic patients can benefit from existing therapies (surgery and drug therapy), therefore, the need to develop new innovative therapeutic approaches. The objective of this work was to characterize a diabetic neuro-angiopathy mouse model, reproducible of human pathology and to assess the effects of neuronal guidance molecules in recovery of the neuro-vascular function. Firstly, we characterized a model and exploratory techniques to study the neuro-vascular functions in diabetic mice. After hindlimb ischemia induction, we observed that revascularization were impaired in diabetic animals compared to non diabetic animals. This alteration is associated of the nerve function defect. Indeed, the electrophysiological parameters, nerve blood flow, the number of capillaries in sciatic nerve and nerve regeneration are strongly affected in diabetic animals. Then, to rescue the revascularization or nerve regeneration, we proposed that the therapeutic targeting of molecules of neuronal guidance, ephrin-B2 and Semaphorin-3A (Sema-3A) would improve neuro-vascular functions. After ischemia induction, peripheral mononuclear blood mononuclear cells (PBMNC) from diabetic patients or subjects controls, pre-treated with ephrin-B2/Fc, were then injected in diabetic animals. A significant improvement of revascularization was observed in both groups, animals treated with ephrin-B2/Fc compared to untreated animals or treaties with PBMNC unstimulated. Finally, after hindlimb ischemia, we administrated a pharmacological inhibitor of Sema-3A, the SM-345431 (Vinaxanthone) in diabetic and control animals. We showed this selective inhibition significantly improved the post-ischemic revascularization, regulates the MAPK Erk1/2 and p38 signaling pathway, increased the levels of CXCL12, VEGF and TGF-β1. In our experiment conditions, we did not observe the significant effects of SM-345431 on peripheral nerve function between treated and untreated animal groups. Finally, our work showed that cell therapy using PBMNC stimulated with ephrin-B2/Fc, or the intramuscular injection of Sema-3A inhibitor referred to pro-angiogenic and/or pro-neuroregenerative, appears as a strategy promising and likely to improve the quality of life of diabetic patients.

Le diabète, caractérisé notamment par une atteinte neuro-vasculaire, représente aujourd’hui un réel problème de santé publique. Cependant plus de 30% des patients, ne peuvent bénéficier des traitements actuels (chirurgie et pharmacothérapie) d’où, la nécessité de développer de nouvelles approches thérapeutiques innovantes. L’objectif de ce travail a été de caractériser un modèle murin de neuro-angiopathie diabétique, représentatif de la pathologie humaine puis, d’évaluer les effets des molécules guidance neuronale dans la récupération de la fonction neuro-vasculaire. Dans un premier temps, nous avons mis en place un modèle et des techniques exploratoires de l’étude de la fonction neuro-vasculaire chez les souris diabétiques. Nous avons observé que suite à l’ischémie du membre inférieur, la revascularisation est altérée chez les animaux diabétiques par comparaison aux animaux non-diabétiques. A ce défaut de la fonction vasculaire, s’ajoute également un défaut de la fonction nerveuse. En effet, les paramètres électrophysiologiques, le flux sanguin nerveux, le nombre de capillaires dans le nerf sciatique et la régénération nerveuse sont fortement impactés chez les animaux diabétiques. Afin de palier au défaut de revascularisation et/ou de régénération nerveuse, nous avons proposé que le ciblage thérapeutique des molécules de guidance neuronale, éphrine-B2 et Sémaphorine-3A (Séma-3A) améliorerait la fonction neuro-vasculaire. Après ischémie, les cellules mononuclées du sang périphérique (CM-SP) provenant de patients diabétiques ou de sujets contrôles, traitées préalablement avec l’éphrine-B2/Fc, ont été ensuite injectées aux animaux diabétiques. Une nette amélioration de la revascularisation a été observée dans les groupes d’animaux traités avec l’éphrine-B2/Fc par rapport aux animaux non-traités ou traités avec des CM-SP non stimulées. Enfin, nous avons administré un inhibiteur de Séma-3A, SM-345431 (Vinaxanthone) à des animaux contrôles et diabétiques après ischémie du membre inférieur. Ce qui nous a permis de montrer que cette inhibition améliore significativement la revascularisation et régule notamment la voie de signalisation des MAPK, Erk1/2 et p38 ainsi que, les niveaux de VEGF et de TGF-β1. Dans l’ensemble, l’effet sur la fonction nerveuse périphérique n’a pas montré de différences majeures entre les groupes traités et non-traités. En somme, nos travaux ont permis de montrer que la thérapie cellulaire utilisant les CM-SP stimulées avec l’éphrine-B2/Fc, ou bien l’injection intramusculaire d’un inhibiteur de Séma-3A, à visée pro-angiogénique et/ou pro-neurorégénérative, apparaît comme une stratégie prometteuse et susceptible d’améliorer la qualité de vie des malades atteints de diabète. / Diabetes, characterized by neuro-vascular damages, is a real public health problem. More than 30% of diabetic patients can benefit from existing therapies (surgery and drug therapy), therefore, the need to develop new innovative therapeutic approaches. The objective of this work was to characterize a diabetic neuro-angiopathy mouse model, reproducible of human pathology and to assess the effects of neuronal guidance molecules in recovery of the neuro-vascular function. Firstly, we characterized a model and exploratory techniques to study the neuro-vascular functions in diabetic mice. After hindlimb ischemia induction, we observed that revascularization were impaired in diabetic animals compared to non diabetic animals. This alteration is associated of the nerve function defect. Indeed, the electrophysiological parameters, nerve blood flow, the number of capillaries in sciatic nerve and nerve regeneration are strongly affected in diabetic animals. Then, to rescue the revascularization or nerve regeneration, we proposed that the therapeutic targeting of molecules of neuronal guidance, ephrin-B2 and Semaphorin-3A (Sema-3A) would improve neuro-vascular functions. After ischemia induction, peripheral mononuclear blood mononuclear cells (PBMNC) from diabetic patients or subjects controls, pre-treated with ephrin-B2/Fc, were then injected in diabetic animals. A significant improvement of revascularization was observed in both groups, animals treated with ephrin-B2/Fc compared to untreated animals or treaties with PBMNC unstimulated. Finally, after hindlimb ischemia, we administrated a pharmacological inhibitor of Sema-3A, the SM-345431 (Vinaxanthone) in diabetic and control animals. We showed this selective inhibition significantly improved the post-ischemic revascularization, regulates the MAPK Erk1/2 and p38 signaling pathway, increased the levels of CXCL12, VEGF and TGF-β1. In our experiment conditions, we did not observe the significant effects of SM-345431 on peripheral nerve function between treated and untreated animal groups. Finally, our work showed that cell therapy using PBMNC stimulated with ephrin-B2/Fc, or the intramuscular injection of Sema-3A inhibitor referred to pro-angiogenic and/or pro-neuroregenerative, appears as a strategy promising and likely to improve the quality of life of diabetic patients.

Les réseaux périneuronaux (PNN) sont des régulateurs clé de la plasticité et de la régénération des neurones au niveau du système nerveux central chez l’adulte. Le PNN est une matrice extracellulaire hautement organisée, qui entoure des populations spécifiques de neurones, enrichie en protéoglycanes à chondroïtine sulfate (CSPG). La chondroïtine sulfate (CS) est un polysaccharide linéaire, appartenant à la famille des glycosaminoglycanes (GAG), qui peut être sulfaté à différentes positions et donner lieu à plusieurs isoformes. Ces isoformes interagissent de manière spécifique avec de nombreuses molécules de signalisation dont la semaphorine 3A (Sema3A). Sema3A est une protéine secrétée, qui interagit avec les CS et s’accumule ainsi dans les PNN. Elle est impliquée dans la guidance des neurones sur lesquels elle agit par chemorepulsion. Les aspects structuraux et fonctionnels de l’ interaction entre Sema3A et CS sont encore mal connus, mais celle-ci pourrait être requise pour renforcer la liaison de la Sema3A avec ses récepteurs et déclencher une voie de signalisation qui aboutit à l’inhibition de la plasticité synaptique. Le but du projet est donc de caractériser biochimiquement l’interface d’interaction Sema3A-CS. Il a pour perspective d’élaborer des molécules interférant avec cette interaction qui pourraient permettre une amélioration de la plasticité neuronale après une maladie neurodégénérative ou une lésion de la moelle épinière.Pour ce faire, la Sema3A est exprimée dans un système hétérologue de cellules eucaryotes pour être purifiée. Deux formes ont été purifiées: une forme complète de 90 kDa qui reste accrochée à la surface cellulaire et une forme clivée de 65 kDa secrétée dans le milieu de culture. La Sema3A-90 interagit d’une manière sélective et avec une très haute affinité avec la CS-E (chondroitine disulfatée en position 4 et 6) et l’héparane sulfate,alors que, la forme clivée n’interagit avec aucun GAG, comme observé par résonance plasmonique de surface (SPR). Quatre sites, situés dans le domaine C-terminal de la protéine, susceptibles d’interagir avec les GAG ont été identifiés et analysés par mutagenèse. Deux d’entre eux sont impliqués dans la reconnaissance des GAG et sont nécessaires à la Sema3A pour inhiber la croissance de neurites sur des cultures de neurones issus de ganglion de la racine dorsale de rats. En parallèle, nos travaux montrent qu’un tetrasaccharide de CS-E est la taille minimale requise pour l’interaction avec la Sema 3A. Enfin, des analyses réalisées en utilisant une microbalance à cristal de quartz avec dissipation ont montré que la Sema3A pourrait réticuler les chaines de GAGs, participant ainsi à la stabilisation du réseau périneuronal. / Perineuronal nets (PNNs) are the key regulators of neuronal plasticity and regeneration in the mature central nervous system (CNS). They are a unique and highly organised extracellular matrix (ECM) structure, found around sub-population of neurons, composed mainly of chondroitin sulfate proteoglycan (CSPG). Chondroitin sulfate (CS) is a linear polysaccharide belonging to glycosaminoglycans (GAGs) family. The sulphation pattern defines different types of CS, which interact with different signalling proteins including those regulating axonal outgrowth and guidance such as semaphorin 3A (Sema3A). Sema3A is a secreted chemorepulsive protein found accumulated in the PNNs through its interaction with CS. This process is believed to potentiate Sema3A signalling through plexin A1 (PlxnA1) and Neuropilin 1 (Nrp1) and regulate plasticity and regeneration. The aim of the thesis project is to characterise the interface of Sema3A- CS interaction.For this purpose, Sema3A is expressed in eukaryote cells and purified. Interestingly, two major forms were obtained: a full length Sema3A (90 kDa) which remains attached to the cell surface GAGs and a truncated form without the C-ter part (65 kDa) which is released to the culture medium. With the use of surface plasmon resonance (SPR), we observed that full length Sema3A binds selectively to CS-E (4,6-disulfated chondroitin) and heparan sulfate with a high affinity (KD in the sub pM range), while the truncated Sema3A does not bind to any GAG. Four putative GAG binding sequences were identified in the C-ter of Sema3A and mutated using site directed mutagenesis. SPR analysis then revealed that two out of these four sites are required for the binding to CS-E. The importance of these GAG-binding sequences in inhibition of neurites outgrowth of dorsal root ganglion neurons in culture was also reported, indicating thus the importance of GAG-binding in Sema3A signalling. In parallel, the minimal required sequence of Sema3A-binding of CS-E was determined as being a tetrasaccharide. The Sema3A-CS interface was thus characterized. Furthermore, quartz crystal microbalance with dissipation monitoring analysis suggested that Sema3A could crosslink GAG chains. This suggests Sema3A could be involved in stabilising the PNN network and induces mechanical changes on neuronal surface.The detail characterization of Sema3A-CS interaction may enable the design of new strategies aiming at enhancing plasticity and regeneration for neurodegenerative diseases or spinal cord injury.

Thesis (Ph.D. in Cell and Developmental Biology) -- University of Colorado at Denver and Health Sciences Center, 2005. / Typescript. Includes bibliographical references (leaves 123-141). Free to UCDHSC affiliates. Online version available via ProQuest Digital Dissertations;

La détérioration de la barrière hémato rétinienne et l'oedème maculaire consécutif est une manifestation cardinale de la rétinopathie diabétique (RD) et la caractéristique clinique la plus étroitement associée à la perte de la vue. Alors que l'oedème maculaire affecte plus de 25% des patients souffrant de diabète, les modalités de traitement actuellement disponibles tels que les corticostéroïdes administrés localement et les thérapies anti-VEGF récemment approuvés présentent plusieurs inconvénients. Bien que le lien entre une rupture de l’unité neuro-vasculaire et la pathogénèse de la RD ait récemment été établi, l’influence de la signalisation neuro-vasculaire sur la vasculopathie oculaire diabetique a jusqu’à présent reçu peu d’attention. Ici, à l’aide d’ètudes humaines et animales, nous fournissons la première preuve du rôle essentiel de la molécule de guidage neuronale classique Sémaphorine 3A dans l’instigation de la perméabilité vasculaire maculaire pathologique dans le diabète de type 1. L’étude de la dynamique d’expression de Sémaphorine 3A révèle que cette dernière est induite dans les phases précoces hyperglycèmiques du diabète dans la rétine neuronale et participe à la rupture initiale de la fonction de barrière endothéliale. En utilisant le modèle de souris streptozotocine pour simuler la rétinopathie diabétique humaine, nous avons démontré par une série d’approches analogue que la neutralisation de Sémaphorine 3A empêche de façon efficace une fuite vasculaire rétinienne. Nos résultats identifient une nouvelle cible thérapeutique pour l’oedème maculaire diabétique en plus de fournir d’autres preuves de communication neuro-vasculaire dans la pathogènese de la RD. / The deterioration of the blood retinal barrier and consequent macular edema is a cardinal manifestation of diabetic retinopathy (DR) and the clinical feature most closely associated with loss of sight. While macular edema affects over 25% of patients suffering from diabetes, currently available treatment modalities such as locally administered corticosteroids and recently approved anti-VEGF therapies, present several drawbacks. Although recent insight on the pathogenesis of DR points to a breakdown in the neurovascular unit, neurovascular cross-talk and its influence on diabetic ocular vasculopathy has thus far received limited attention. Here we provide the first evidence from both human and animal studies for the critical role of the classical neuronal guidance cue Semaphorin3A in instigating pathological macular vascular permeability in type I diabetes. Investigation of the dynamics of expression reveal that Semaphorin3A is induced in the early hyperglycemic phases of diabetes within the neuronal retina and precipitates initial breakdown of endothelial barrier function. Using the streptozotocin mouse model as a proxy for human diabetic retinopathy, we demonstrate by a series of orthogonal approaches (gene silencing or treatment with soluble Neuropilin-1 employed as a Semaphorin3A trap), that neutralization of Semaphorin3A efficiently prevents retinal vascular leakage. Our findings identify a new therapeutic target for DME and provide further evidence for neurovascular cross-talk in pathogenesis of DR.