Des effets bénéfiques des estrogènes sont rapportés dans diverses maladies mentales et neurodégénératives. Pour comprendre les mécanismes d'action des estrogènes au cerveau, nous avons étudié la modulation du 17β-estradiol au cerveau de singes ovariectomisés sur les systèmes dopaminergiques, sérotoninergiques et les voies de signalisation Akt/GSK3. Dans l'étude de la modulation des récepteurs sérotoninergiques 5-HT₁A et 5-HT₂A par le 17β-estradiol chez le singes MPTP ovariectomisés à long-terme, les résultats indiquent que le 17B-estradiol diminue la densité des autorecepteurs 5-HT₁A et augmente la densité des récepteurs 5-HT₂A, cette augmentation des récepteurs sérotoninergiques par le 17β-estradiol suggère l'utilisation de cette hormone pour augmenter l'activité sérotoninergique en complément à un traitement antidépresseur chez les femmes ménopausées avec des troubles de l'humeur. Dans le l'étude sur la modulation de 17B-estradiol du transporteur de la sérotonine SERT, nos résultats indiquent que la densité du SERT est réduite chez les singes MPTP ovariectomisés à long-terme modelant la maladie de Parkinson et qu'une traitement chronique avec le 17β-estradiol augmente la liaison spécifique du SERT plus chez les singes ovariectomisés à court-terme qu'à long-terme. Et finalement dans l'étude de la modulation par le 17β-estradiol des voies de signalisation Akt/GSK3, les résultats montrent qu'un traitement chronique avec le 17β-estradiol augmente le transporteur DAT et active la voie de signalisation Akt/GSK3 chez les singes ovariectomisés à court-terme. Ces résultats pourraient êtres considérés pour élaborer de nouvelles approches thérapeutiques ou des combinaisons de médicaments pour les maladies du cerveau.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / Une hyperactivité de la transmission glutamatergique striatale est rapportée dans la maladie de Parkinson (MP) et les dyskinésies (DIL) induites par la L-3,4-dihydroxyphénylalanine (L-DOPA). Les récepteurs glutamatergiques métabotropiques de type 5 (mGlu5) représentent une nouvelle cible thérapeutique intéressante afin de prévenir le développement des DIL. L’objectif du projet était de vérifier si l’ajout d’un antagoniste du récepteur mGlu5 au traitement à la L-DOPA pouvait maintenir l’activité antiparkinsonienne de la L-DOPA, tout en réduisant ou en empêchant le développement des complications motrices chez le modèle de singe femelle lésé au 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP). Par la suite, nous avons investigué les mécanismes impliqués dans le développement des DIL en évaluant les modifications moléculaires associées à la transmission dopaminergique, glutamatergique et sérotoninergique dans les ganglions de la base du cerveau. Lors de traitements aigus chez des singes déjà dyskinétiques, les antagonistes des récepteurs mGlu5 (MPEP, MTEP et AFQ056) en combinaison à la L-DOPA ont réduit l’intensité des DIL tout en maintenant l’effet antiparkinsonien de la L-DOPA. Dans un traitement chronique de novo d’un mois, l’ajout de MPEP avec la L-DOPA a réduit le développement des DIL (72%) et la détérioration de fin de dose, sans affecter l’effet antiparkinsonien de la L-DOPA par rapport au groupe L-DOPA seul. Dans les ganglions de la base du cerveau de ces animaux, l’addition de MPEP à la L-DOPA a prévenu l’augmentation des récepteurs glutamatergiques post-synaptiques mGlu5, NMDA NR1/NR2B et AMPA, tout en prévenant la baisse de l’autorécepteur mGlu2/3. MPEP a également prévenu la diminution du niveau des récepteurs dopaminergiques D2, sans toutefois affecter les récepteurs D1. MPEP a aussi normalisé les niveaux d’ARNm des neuropeptides enképhaline et dynorphine, et les niveaux de phosphorylation des protéines de signalisation ERK1/2 et Akt/GSK3. Finalement, l’effet antidyskinétique de MPEP a été associé à des niveaux plus faibles des récepteurs sérotoninergiques 5-HT2A et 5-HT1B, sans toutefois affecter les récepteurs 5-HT1A et le transporteur de la sérotonine. Nos résultats suggèrent que la réduction des complications motrices induites par la L-DOPA avec l’utilisation d’un antagoniste du récepteur mGlu5 est également associée à la normalisation de plusieurs marqueurs et récepteurs des systèmes glutamatergiques, dopaminergiques et sérotoninergiques. / Overactivity of brain striatal glutamate neurotransmission has been implicated in Parkinson’s disease (PD) and L-3,4-Dihydroxyphenylalanine(L-Dopa)-induced dyskinesias (LID). Striatal metabotropic glutamate receptors type 5 (mGlu5) are abundant in the striatum and provide specific targets to modulate glutamatergic activity in order to prevent the development of LID. The aim of this project was to investigate if the addition of an mGlu5 receptor antagonist to L-DOPA could maintain the antiparkinsonian effect of L-DOPA, and also decrease or prevent the development of LID in female monkeys lesioned with 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP). Then, we have investigated the mechanisms involved in the development of LID by evaluating the molecular changes associated to dopamine, glutamate and serotonin neurotransmission in the brain basal ganglia. In acute treatments of already dyskinetic monkeys, the treatment with mGlu5 receptor antagonists (MPEP, MTEP and AFQ056) in combination with L-DOPA reduced the intensity of LID while the antiparkinsonian effect of L-DOPA remained unchanged. In a de novo chronic treatment of one month, the addition of the mGlu5 receptor antagonist MPEP to L-DOPA reduced the development of LID (72%) and wearing-off as compared to the group treated with L-DOPA alone, while MPEP did not affect the antiparkinsonian effect of L-DOPA. In the brain basal ganglia of these monkeys, the addition of MPEP to L-DOPA treatment prevented the increase of postsynaptic mGlu5, NMDA NR1/NR2B and AMPA glutamate receptors, while this treatment prevented the decrease of mGlu2/3 presynaptic autoreceptors. Moreover, MPEP prevented the decrease of D2 dopamine receptors, but it did not affect the D1 dopamine receptors. MPEP also prevented the increase of striatal preproenkephalin/preprodynorphin mRNA levels and phosphorylated proteins ERK1/2 and Akt/GSK3. Finally, the antidyskinetic effect of MPEP was associated with lower levels of 5-HT2A and 5-HT1B serotonin receptors while 5-HT1A receptors and brain serotonin transporter (SERT) remained unaffected. These results suggest that the prevention of the development of motor complications with an mGlu5 receptor antagonist was associated with the normalization of important markers and receptors of glutamate, dopamine and serotonin neurotransmission, supporting the therapeutic use of an mGlu5 receptor antagonist to treat LID.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / L’élucidation de la position qu’occupent les projections sérotoninergique (5-HT), cholinergique (ACh) et dopaminergique (DA) du tronc cérébral dans l’organisation anatomofonctionelle du globus pallidus externe (GPe) et interne (GPi) au sein des ganglions de la base chez le primate est primordiale à la compréhension de ce système neuronal hautement complexe impliqué dans le contrôle du comportement moteur. Les travaux de recherche consolidés dans la présente thèse rapportent les résultats principalement obtenus chez le singe écureuil (Saimiri sciureus) à l’aide de marquages immunohistochimiques et de quantifications stéréologiques servant à évaluer la distribution régionale et les caractéristiques ultrastructurales des varicosités axonales 5-HT, ACh et DA observées dans le pallidum. Nos données ont permis l’éloboration d’un nouveau modèle du neurone pallidal en tenant compte de la hiérarchie et des caractéristiques neurochimiques de ses entrées synaptiques. Ainsi, l’analyse quantitative en microscopie optique révèle que le GPe et le GPi reçoivent des innervations 5-HT, ACh et DA de densités variables et distribuées de façon hétérogène. Plus particulièrement, le GPe est innervé par 600 000 varicosités 5-HT/mm3 de tissu, 500 000 varicosités ACh/mm3 et 170 000 varicosités DA/mm3. En revanche, le GPi reçoit 600 000 varicosités 5-HT/mm3, 250 000 varicosités ACh/mm3 et 190 000 varicosités DA/mm3. De plus, la 5-HT, l’ACh et la DA ciblent préférentiellement les secteurs correspondant aux territoires fonctionnels associatifs et limbiques du pallidum, suggérant un rôle de ces projections dans la planification du comportement moteur ainsi que dans la régulation de l’attention et de l’humeur. Nos analyses en microscopie électronique révèlent que très peu de ces varicosités axonales établissent un contact synaptique, puisque plus de 70% des varicosités 5-HT, ACh et DA sont complètement dépouvues de jonction synaptique. Ainsi, bien que la 5-HT, l’ACh et la DA seraient en mesure de moduler directement les neurones pallidaux grâce à la transmission synaptique, leur plus grande influence s’opérerait par la transmission volumique, permettant d’influencer à la fois les neurones pallidaux et leurs afférences, principalement du striatum et noyau subthalamique. L’ensemble de ces résultats indique que les projections 5-HT, ACh et DA du tronc cérébral agissent de concert avec les afférences plus robustes en provenance du striatum et du noyau subthalamique. Ces nouvelles données neuroanatomiques positionnent le tronc cérébral en tant qu’acteur important dans l’organisation anatomique et fonctionnelle du pallidum chez le primate et doivent être prises en considération dans l’élaboration de nouvelles approches thérapeutiques visant à contrer les processus neurodégénératifs qui affectent les ganglions de la base, tel que la maladie de Parkinson. / A better understanding of the place that the brainstem serotoninergic (5-HT), cholinergic (ACh) and dopaminergic (DA) projections occupy in the anatomical and functional organization of the primate external (GPe) and internal (GPi) globus pallidus within the basal ganglia is primordial to enhance our comprehension of this complex neuronal system involved in the control of motor behaviors. The present thesis reports novel neuroanatomical findings gathered in the squirrel monkey (Saimiri sciureus) using immunohistochemical labelings and the stereological quantification approach to determine the distribution and ultrastructural features of the 5-HT, ACh and DA axon varicosities observed in the monkey pallidum. Our findings have led to the elaboration of a new model of the pallidal neuron based on a precise knowledge of the hierarchy and neurochemical features of its various synaptic inputs. Quantitative analyses at the light microscopic level reveal that the GPe and GPi receive heterogeneously distributed 5-HT, ACh and DA innervations in variable densities. More precisely, the GPe is innervated by 600,000 5-HT varicosities/mm3 of tissue, 500,000 ACh varicosities/mm3 and 170,000 DA varicosities/mm3. In contrast, the GPi receives 600,000 5-HT varicosities/mm3, 250,000 ACh varicosities/mm3 and 190,000 DA varicosities/mm3. Furthermore, the 5-HT, ACh and DA innervations preferentially target sectors corresponding to the associative and limbic pallidal functional territories, suggesting that these brainstem inputs are involved in the planification of motor behavior, more than in its execution, and in the regulation of attention and mood. Electron microscopic analyses reveal that very few of these axon varicosities establish genuine synaptic contacts, since more than 70% of these axon varicosities are devoid of any synaptic junction. Hence, even though the 5-HT, ACh and DA innervations can directly modulate pallidal neurons through synaptic delivery, the vast majority use volume transmission to influence both pallidal neurons and their major afferents from the striatum and the subthalamic nucleus. Altogether, these results indicate that the 5-HT, ACh and DA projections act in concert with the more robust striatopallidal and subthalamopallidal inputs. Our novel neuroanatomical data suggest that these brainstem projections are ideally positioned to act as major modulators of the primate globus pallidus. The understanding of the relation between the brainstem and the basal ganglia is a prerequisite for the development of new therapeutics avenues for the treatment of neurodegenerative disorders involving the basal ganglia network, such as Parkinson’s disease.

Un des problèmes majeurs au cours de l'infection par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) est la persistance virale. En effet, bien qu'un traitement antirétroviral (ART) supprime la réplication virale, un rebond viral survient lors de l'arrêt de la ART, indiquant une dissémination virale précoce et l'absence d'une éradication complète du virus. Par conséquent, l'identification de la nature des cellules infectées et des tissus qui contribuent au rebond viral est cruciale afin de guérir de l'infection par le VIH. Dans le but d'identifier les cibles précoces du virus, celles qui contribuent à la persistance virale sous ART et au rebond viral à l'arrêt du traitement, nous avons utilisé un modèle d'infection expérimental du macaque rhésus (RM) par le SIVmac251. L'utilisation de ce modèle animal nous a permis d'analyser des organes difficilement accessibles chez l'homme. Ainsi, nous avons analysé ces réservoirs durant la primo-infection, sous ART précoce (initiée à 4 jours postinfection) et après l'interruption du traitement (ATi). À partir de ces animaux, différents tissus ont été étudiés comme la rate, les ganglions mésentériques, les ganglions axillaires/inguinaux, et l'intestin. Nous avons trié les sous-populations de cellules cibles du virus à savoir les cellules CD4 et les monocytes/macrophages par cytométrie en flux. Nous avons quantifié la charge virale plasmatique, ainsi que l'ADN viral, les transcrits d'ADN R-U5, et l'ARN viral associés aux cellules par qRT-PCR. Mes travaux ont permis de démontrer qu'en l'absence de ART, les sous-populations de cellules lymphocytaires CD4 et monocytaires contiennent des transcrits R-U5, de l'ADN et de l'ARN viral. De plus, ces cellules infectées sont aptes à produire du virus infectieux après stimulation. Nos résultats ont également démontré que les cellules Tfh et TEM sont les principales cibles du SIV. Par ailleurs, les cellules Tfh produisent davantage de virus après activation que les autres cellules. Au niveau tissulaire mes travaux ont montré que dans la rate la réplication virale s'effectue très tôt après infection comparativement à d'autres tissus comme les ganglions périphériques ou mésentériques. Nous avons détecté de l'ADN et de l'ARN viral dans ce compartiment dès le jour 7. Nous avons montré que la ART précoce, administrée au jour 4 post-infection, réduit considérablement l'inflammation, empêche efficacement la dissémination virale dans les monocytes, en revanche le virus persiste dans les lymphocytes T CD4 au niveau des ganglions mésentériques et de la rate, en particulier dans les cellules Tfh et TEM. L'interruption de la ART est associée à un rebond viral en moins de deux semaines, conduisant à la dissémination virale provenant fort probablement des cellules Tfh et TEM des tissus lymphoïdes viscéraux et ciblant à la fois les monocytes et les sous-populations de lymphocytes T. Ainsi, mes travaux ont permis de faire progresser la compréhension sur la dissémination virale précoce pour laquelle les tissus lymphoïdes viscéraux sont cruciaux dans le maintien des sanctuaires au sein desquels les cellules Tfh et TEM sont les principales cellules réservoirs. Afin de guérir de l'infection par le VIH, ces sanctuaires viraux devraient être ciblés par les nouvelles stratégies thérapeutiques. / One of the major problems during HIV infection is viral persistence. Although early antiretroviral therapy (ART) suppresses viral replication, ART discontinuation results in viral rebound, indicating early viral seeding and absence of eradication. Therefore, identification of the infected cells and tissues that contribute to viral rebound are crucial for HIV cure. In order to identify the early targets of the virus, those that contribute to viral persistence on ART and to viral rebound upon discontinuation of treatment, we used an experimental model of SIVmac251 infected rhesus macaques (RMs). This allowed us to analyze organs that are difficult to access in humans. We analyzed these reservoirs during the primary infection, under early ART (day 4 post infection) and after ART interruption (ATi). From these animals, different tissues were investigated such as spleen, mesenteric LNs, axillary/inguinal LNs, and intestine (colon, ileum, and jejunum parts). We sorted the target cell subsets of the virus including CD4 cells and monocytes by flow cytometry. We quantified plasma viral load, as well as cell-associated viral DNA, R-U5 transcripts, and viral RNA by RT-PCR. My results show that, in the absence of ART, CD4 T and monocyte cell subsets harbor viral R-U5 transcripts, DNA and RNA. Furthermore, these infected cells are able to produce infectious virus after stimulation. Our results also demonstrated that TEM and Tfh cells are the main SIV target cells. Tfh cells produce more viruses than other cells after activation. Compared to mesenteric LNs and peripheral LNs, viral replication occurs rapidly in the spleen. Viral DNA and RNA are detected in this organ since day 7. We provided evidence that early ART, administered at day 4 post-infection, drastically reduced inflammation, efficiently prevents viral dissemination in monocytes, but the virus persisted in CD4 T cells in the mesenteric LNs and the spleen, particularly in Tfh and TEM cells. ART interruption led to viral rebound in less than 2 weeks, leading to viral dissemination most likely from Tfh and TEM cells in visceral lymphoid tissues and targeting both monocytes and T cell subsets. Thus, my work contributed to the understanding of early viral dissemination for which visceral lymphoid tissues are crucial in maintaining sanctuaries in which TEM and Tfh cells are the main viral reservoirs. In order to cure HIV infection, these viral sanctuaries should be considered when evaluating new treatment strategies.