Les troubles du neurodéveloppement tels que le syndrome de Rett et les troubles du spectre de l'autisme (TSA), touchent environ 2% des enfants âgés entre 1 à 17 ans au Canada et sont caractérisés par un déséquilibre de l'homéostasie des ions chlorure (Cl-). Cette perturbation de l'homéostasie Cl est souvent associée à un trouble d'inhibition neuronale lié à la fonction de l'acide gamma-aminobutyrique (GABA), le principal neurotransmetteur inhibiteur du cerveau. Cet équilibre est fortement régulé par l'expression de deux cotransporteurs, le NKCC1 (cotransporteur Na-K-Cl, importateur de Cl) et le KCC2 (cotransporteur K-Cl, exportateur de Cl). Pour étudier les troubles neurodéveloppementaux liés au transport du Cl, nous nous sommes concentrés sur l'expression du cotransporteur KCC2, un cotransporteur spécifique aux neurones du système nerveux central (SNC). Son expression augmente au cours du neurodéveloppement, mais elle est altérée dans le contexte des troubles du neurodéveloppement. À cet égard, nous avons utilisé un modèle d'organoïdes cérébraux humains (hCOs) pour obtenir un environnement 3D fidèle à la neurogenèse humaine, fournissant des interactions biologiques complexes entre plusieurs types cellulaires. Ces hCOs ont été dérivés de cellules souches pluripotentes induites (hiPSCs) reprogrammées à partir de cellules de patientes atteintes du syndrome de Rett, portant des mutations sur le gène MECP2 et leurs lignées contrôles isogéniques. Pour aider à comprendre l'importance des cotransporteurs NKCC1 et KCC2 dans les troubles d'inhibition neuronale lors du neurodéveloppement, nous avons performé une série de RT-qPCR sur des hCOs mutés pour le gène MECP2 à différents moments dans le temps. Puisqu'une compréhension de la cause et des conséquences d'un débalancement de l'équilibre excitateur/inhibiteur (E/I) du GABA est la première étape vers la conception d'une thérapie, ce modèle pourrait éventuellement être utilisé pour investiguer la pharmacogénétique associée à de futurs traitements. / Neurodevelopmental disorders, such as Rett syndrome and autism spectrum disorder (ASD), affect approximately 2% of children aged 1 to 17 years in Canada and are characterized by an imbalance in chloride ion (Cl-) homeostasis. This disruption of Cl homeostasis is often associated with a neuronal inhibition disorder related to the function of gamma-aminobutyric acid (GABA), the primary inhibitory neurotransmitter in the brain. This balance is heavily regulated by the expression of two cotransporters, the NKCC1 (Na-K-Cl cotransporter, importer of Cl ) and the KCC2 (K-Cl cotransporter, exporter of Cl ). To investigate neurodevelopmental disorders related to Cl transport, we focused on KCC2, the cotransporter specific to neurons in the central nervous system (CNS). Its expression increases during healthy neurodevelopment but is altered in the context of neurodevelopmental disorders. In this regard, we use a model of human cerebral organoids (hCOs) to obtain a 3D environment faithful to human neurogenesis, providing complex biological interactions between multiple cell types. These hCOs were derived from induced pluripotent stem cells (hiPSCs) obtained from female patients with Rett syndrome carrying mutations in the MECP2 gene and isogenic control hiPSC lines. To help understand the importance of cotransporters NKCC1 and KCC2 in neuronal inhibition disorders during neurodevelopment, we performed a series of RT-qPCRs on hCOs carrying mutations in the MECP2 gene, at different time points. Since an understanding of the cause and consequences of an imbalance in the excitatory/inhibitory (E/I) balance of GABA is the first step towards the development of a therapy, this model could potentially be used to investigate the pharmacogenetics associated to future treatments.

Cette these en cotutelle entre le Laboratoire Peptlab de l’Université de Florence en Italie et le Laboratoire de Pharmacognosie de l’Université de Bourgogne Franche-Comté en France, porte sur l’extraction, la purification et l’élucidation structurale de saponines d’origine végétale en tant que mimétiques d’antigènes impliqués dans une réponse immunitaire. L’étude phytochimique de cinq espèces végétales appartenant à trois familles différentes, Fabaceae : Wisteria frustecens, Wisteria floribunda “macrobotrys”, Wisteria floribunda “rosea”, Caprifoliaceae : Weigela florida “rumba” et Polygalaceae : Polygala acicularis, a conduit à l’isolement de seize glycosides triterpéniques naturels parmi lesquelles six sont de structure nouvelle, une a été isolée sous sa forme native pour la première fois, et neuf déjà répertoriées dans la littérature. Les composés ont été isolés grâce à l’utilisation de différentes méthodes chromatographiques. Leurs structures ont été élucidées en utilisant principalement la RMN 2D et la spectrométrie de masse. Parmis ces seize molécules, six ont été sélectionnées pour être testées en tant que mimétiques d’antigènes impliqués dans une réponse immunitaire. De plus, un flavonoïde glycosylé extrait de Sophora japonica et un acide triterpénique commercial, l’acide ursolique, ont eux aussi été choisis comme mimétiques d’antigènes. Des tests immunochimiques (ELISA) ont été réalisés afin d’évaluer leur potentiel en tant que mimétiques d’antigènes dans le sang de patients atteints de sclérose en plaque ou du syndrome de Rett. Le taux IgM dans le sérum des patients atteints de sclérose en plaque ou du syndrome de Rett a été mesuré et comparé à celui de donneurs sains. Concernant la sclérose en plaque, les résultats sont peu significatifs concernant le potentiel des saponines en tant que mimétiques d’antigènes. Mais dans le cas du syndrome de Rett des résultats intéressants et surprenants ont été obtenus. En effet, l’hypothèse de départ était l’implication de la partie glycosylée dans la reconnaissance d’autoanticorps. Pour le syndrome de Rett, l’acide ursolique, qui est un aglycone, démontre une grande efficacité dans la reconnaissance d’IgM. Par contre, un triterpène glycosylé démontre lui aussi une efficacité semblable. Les résultats obtenus sont donc à analyser afin d’établir des relations structure/activité fiables. / This PhD in co-direction between the Peptlab Laboratory of the University of Firenze (Italy) and the Laboratory of Pharmacognosy of the University of Bourgogne Franche-Comté (France), deals with extraction, purification and structural elucidation of saponins from plants as mimetic antigens involved in an immune response. The phytochemical study of five species from three different families, Wisteria frustecens, Wisteria floribunda “macrobotrys” and Wisteria floribunda “rosea” from Fabaceae, Weigela florida “rumba” from Caprifoliaceae, and Polygala acicularis from Polygalaceae, allowed us to isolate sixteen natural glycosides: six with new structures, one analyzed for the first time in its native form, and nine which have been already described in the literature. These compounds were isolated using various chromatographic methods, and their structures were elucidated using mainly 2D NMR and mass spectrometry. From the isolated glycosides, six were selected and tested as mimetics of native antigens involved in the immune response. Moreover, one flavonoid glycoside extracted from Sophora japonica, and one commercial triterpenic acid, ursolic acid, were also chosen as mimetics of native antigens. Immunoenzymatic assays (ELISA) were performed for each compound to evaluate their potential as mimetics of native antigens of multiple sclerosis and Rett syndrome. The IgM levels in sera of patients affected by multiple sclerosis and Rett syndrome were measured and compared to normal blood donors. Concerning multiple sclerosis, no significant results were obtained for saponins, but in the case of Rett syndrome, interesting and surprising results were obtained. Indeed, the first hypothesis was that the glycosyl part of the molecule could be relevant for antibody recognition. In the case of Rett syndrome ursolic acid, an aglycone without any glycosidic part, demonstrated a good efficiency in IgM recognition. On the other hand, one triterpenic glycoside showed similar results. These results were discussed to define possible structure/activity relationships.

De nouveaux enjeux émergent dans le domaine de la Santé en raison du vieillissement de la population et du développement inquiétant de la Maladie d’Alzheimer (MA). Chez le sujet sain ou pathologique, peu d’études ont porté sur le vieillissement du contrôle nerveux de la respiration, en dépit de son rôle crucial pour l’oxygénation du cerveau. Cette thèse présente des recherches translationnelles, réalisées chez la souris, pour étudier le vieillissement physiologique et pathologique du contrôle nerveux de la respiration. Chez des souris transgéniques, modèles reconnus de la MA et du syndrome de Rett, nous décrivons le développement de neuropathologies respiratoires graves, conduisant à un décès prématuré. Nous montrons pour la première fois qu’une tauopathie du tronc cérébral altère le fonctionnement des voies aériennes supérieures, la vocalisation et la respiration. De plus, nos travaux suggèrent un rôle délétère de l’anesthésie pour la MA et identifient des pistes thérapeutiques nouvelles. En conclusion, nos travaux chez la souris peuvent avoir des retombées particulièrement intéressantes notamment pour la MA. / New issues are emerging in the field of Health care due to ageing of the population and the alarming development of Alzheimer’s Disease (AD). In healthy or pathological living being, very few studies are dealing with the ageing of the respiratory nervous control, in spite of the crucial role of respiration for brain oxygenation. This thesis presents translational research performed in mice to examine the physiological and pathological ageing of the respiratory nervous control. In mice from two transgenic strains, recognized models for AD and Rett syndrome, we describe the development of drastic respiratory neuropathologies leading to premature death. In the AD mouse model, we show for the first time that brainstem tauopathy triggers dysfunctions of the upper airways, impairs vocalization and alters respiration and respiratory control. In addition, our work suggests a deleterious effect of anaesthesia for AD and identifies new therapeutic strategies. This mouse research could well contribute to significant improvements in AD care.