Résumé: La maladie cardiovasculaire (MCV), une des maladies les plus prévalentes en Amérique du Nord, est associée à une augmentation du risque de collisions d'automobile. Une meilleure compréhension des mécanismes qui sous-tendent cette relation est nécessaire. Le but de ce mémoire est d'étudier le rôle des fonctions cognitives et du système nerveux autonome comme médiateurs potentiels de la performance de conduite chez des individus atteints de MCV. Dix-neuf individus ayant récemment subi un évènement cardiaque et seize individus sans antécédent de MCV ont complété une évaluation de la conduite automobile simulée avec un simulateur. La fréquence cardiaque a été enregistrée tout au long des procédures à l'aide d'un moniteur de fréquence cardiaque, permettant de dériver des mesures de l'activité du système nerveux autonome. Des mesures de la composante attentionnelle exécutive, de l'orientation et de la vigilance ont aussi été obtenues à l'aide de l'administration de l'Attention Network Test. Les effets potentiellement médiateurs de l'activité du système nerveux autonome et de composantes attentionnelles dans la relation entre la MCV et la conduite automobile ont été évalués selon la méthode de Baron et Kenny. Les résultats de cette étude montrent que les sujets atteints de MCV ont une performance de conduite plus faible (p < 0,05) que les sujets témoins. Parmi les médiateurs potentiels examinés, la composante exécutive était le seul à être statistiquement associé à la performance de conduite (p < 0,01) et à la MCV (p < 0,05). Cependant, la composante exécutive ne semblait pas jouer un rôle médiateur dans la relation entre la MCV et la conduite (p -= 0,28). Ces résultats suggèrent que les individus atteints de MCV obtiennent de moins bons résultats lors de tâches cognitives complexes, comme la conduite automobile, et que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre les mécanismes responsables de cette relation.||Abstract: Cardiovascular disease (CVD), one of the most prevalent diseases in North America, has been linked to unsafe driving. A better understanding of the mechanisms underlying this relationship is needed. The aim of this paper is to investigate the role of the autonomic nervous system and cognitive functions as potential mediators of driving performance in individuals with CVD. Nineteen individuals having recently suffered a cardiac event and sixteen individuals with no history of CVD completed a simulated drive using a fixed based simulator to assess driving performance. Heart rate was recorded throughout testing using a heart rate monitor in order to derive measures of autonomic nervous system activity. Measures of executive, orienting and alerting functions were obtained through the administration of the Attention Network Test. We used the Baron and Kenny mediation analysis method to assess potential mediating effects of the relationship between CVD and driving performance. Subjects with CVD performed poorer on a simulated driving task (p < 0.05) than healthy subjects. Of the potential mediators investigated, executive functioning was the only one to be statistically associated with driving performance (p < 0.01) and cardiovascular disease (p < 0.05). However, executive function did not appear to play a mediating role in the relationship between CVD and driving (p = 0.28). These results suggest that individuals with CVD exhibit decrements in complex cognitive tasks such as driving and that further research is needed to better understand the mechanisms underlying this relationship.

La prise en charge des maladies cardiovasculaires vise à lutter contre les anomalies du système nerveux autonome cardiaque (SNA) en restaurant la balance sympatho-vagale avec l'aide de moyens pharmacologiques ou non pharmacologiques. Nous avons montré que l'exercice physique intermittent (EI) chez l'insuffisant cardiaque chronique (IC) permettait de majorer le tonus vagal. L'EI était plus efficace que l'exercice continu pour obtenir une réduction des arythmies. Dans un deuxième travail nous avons montré que l'électrostimulation musculaire des membres inférieurs chez l'IC permettait de réduire le tonus sympathique en lien avec une stimulation des afférences. Dans l'artériopathie oblitérante des membres inférieurs (AOMI) enfin, nous montrons que l'électrostimulation sensitive des membres inférieurs permettait d'améliorer la distance de marche via des mécanismes potentiellement sympatho-inhibiteur. / The management of cardiovascular disease is to fight against abnormal heart autonomic nervous system (ANS) by restoring sympatho-vagal balance with the help of pharmacological or non-pharmacological means. We have shown that intermittent exercise (IE) in patients with chronic heart failure (CHF) allowed to increase the vagal tone. The IE was more effective than continuous exercise for reducing arrhythmias. In a second work we have shown that electrical muscle stimulation of the lower limbs in CHF reduced sympathetic tone related to stimulation of afferents. In peripheral arterial disease (PAD) finally, we showed that the sensitive electrostimulation of lower limbs improved the walking distance via potentially sympatho-inhibitor mechanisms.

Un stress intense et répété peut être à l'origine de troubles émotionnels majeurs. Les pathologiques cardiorespiratoires liées aux troubles anxieux et dépressifs constituent un problème sanitaire de grande ampleur. Au terme d'une procédure consistant à soumettre des rats à un protocole de défaite sociale, tous les animaux présentent un profil de type anxieux 5 jours après le stress (D10). Environ la moitié des rats stressés ont montré des atteintes cardiovasculaires et respiratoires persistantes à long terme, à savoir une hyperactivité sympathique, une inhibition du baroréflexe cardiovagal et une bradypnée, à D10 mais aussi à D30 lorsque le profil anxieux avait disparu. Ces modifications s'accompagnent d'altérations cardiaques électriques (arythmies) et morphologiques (hypertrophie). Deux principales zones cérébrales à l'origine de la persistance des modifications cardiorespiratoires ont été identifiées, le noyau dorsomédian de l'hypothalamus (DMH) et le noyau du tractus solitaire (NTS). Cette population d'animaux présentant des altérations cardiorespiratoires persistantes est aussi caractérisée par un taux de BDNF sanguin faible, marqueur d'une vulnérabilité à la dépression, et par une augmentation de BDNF dans la RVL et le NTS, conséquence possible de l'existence d'un stress oxydant. L'angiotensine II semble également impliquée dans ces atteintes cardiorespiratoires. Ainsi, ce travail a permis de mettre en évidence un circuit central impliqué dans les atteintes cardiorespiratoires liés aux troubles anxiodépressifs afin d'envisager des cibles thérapeutiques plus spécifiques. / Chronic stress can cause major emotional disorders. Cardiorespiratory diseases related to anxiety and depression is a major health problem. After a social defeat paradigm, all animals exhibited an anxiety-like state five days after stress (D10). About half of the stressed rats have shown long term persistent cardiovascular and respiratory modifications, namely a sympathetic hyperactivity, an inhibition of cardiovagal baroreflex and a bradypnea, at D10 but also D30 when anxiety profile disappeared. They were associated to electric (arrhythmias) and morphologic (hypertrophy) cardiac alterations. Two main brain areas involved in the persistence of cardiorespiratory changes were identified, the dorsomedial nucleus of the hypothalamus (DMH) and the nucleus of the solitary tract (NTS). This population with persistent cardiorespiratory alterations were also characterized by a lower blood level of BDNF, a marker of vulnerability to depression, and by higher BDNF expression in the RVL and NTS. Angiotensin II may also be involved in these modifications. Thus, this study has highlighted a central pathway in cardiorespiratory modifications related to anxiety and depression to consider more specific therapeutic targets.

Suite à une lésion nerveuse majeure, la régénération du système nerveux périphérique est difficilement obtenue de façon naturelle. La continuité de nerfs importants doit couramment être rétablie de façon chimrgicale et la méthode de choix utilisée implique la greffe d'un nerf sain autologue de moindre importance, engendrant des déficits sensitifs chez le patient traité. Depuis des dizaines d'années, on tente de créer des guides nerveux alternatifs pouvant égaler ou surpasser la qualité de régénérescence nerveuse produite par l'utilisation de nerfs autologues. L'apparition de divers types de guides nerveux remplis de substances telles que des cellules de Schwann, des cellules souches ou encore des facteurs de croissance est une option intéressante pour une thérapie alternative aux greffes nerveuses. Dans cette étude, nous avons évalué la capacité d'un nouveau guide nerveux entièrement biologique à soutenir une croissance dirigée des cellules de Schwann. Un guide nerveux à la fois souple et solide, rapidement disponible et pouvant éliminer tout recours à l'immunosuppression chez le patient à greffer a été créé. Ce guide nerveux est constitué d'un tube externe et de bandes internes de matrice entièrement constituées de fibroblastes et de leur sécrétion matricielle. Il permet une croissance dirigée des différents types cellulaires qui y sont ensemencés et la création d'un réseau intrinsèque de pseudo-capillaires lors de son utilisation sous la forme vivante. Afin de coloniser la matrice interne du guide nerveux à l'aide de cellules de Schwann autologues tout en éliminant tout recours à une biopsie de nerf sain, nous avons différencié des cellules souches retrouvées dans la peau normale humaine en cellules de Schwann. Après cinq jours dans un milieu de différenciation, les cellules transformées ont exprimé certains marqueurs précoces des cellules de Schwann dont la protéine S100β, le récepteur aux neurotrophines p75NTR ainsi qu'un marqueur de cellules souches en différenciation, la nestine.

La sclérose en plaques (SP) est une maladie auto-immune chronique du système nerveux central (SNC) caractérisée par une neurodégénérescence et une invalidité croissante avec le temps. Au Canada, plus de 100 000 personnes sont atteintes de SP. Plusieurs facteurs peuvent contribuer à l’aggravation de la maladie, mais la cause exacte n’est toujours pas connue. Il est largement admis que les lymphocytes T et B franchissent la barrière hémato-encéphalique et invoquent une attaque inflammatoire contre la myéline du SNC. Le rôle des cellules T et B dans l'auto-immunité du SNC peut être étudié à l'aide d'un modèle animal appelé encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE). Dans la première partie de la thèse, j'ai utilisé une souris transgénique sur un fond de diabète non obèse (DNO) appelé 1C6, dont les cellules T réagissent spécifiquement à un peptide de la myéline, la glycoprotéine de la myéline provenant des oligodendrocytes 35-55 (MOG[35-55]). Les cellules T CD4 de souris 1C6 mâles et femelles sont différenciées en cellules Th17 et sont transférées de manière adoptive à des souris DNOscid déficientes en lymphocytes. Les cellules 1C6 Th17 mâles sont devenues très pathogéniques par rapport aux femelles et ont induit une maladie évolutive sévère chez les receveurs. Les cellules Th17 des deux sexes présentaient une plasticité phénotypique telle que mesurée par leur expression de la cytokine Th1 classique IFN-©. Cependant, les Th17 mâles affichent une production accrue d’ IFN-© par les cellules Th17 mâles, ce qui est corrélé à la gravité de la maladie chez les souris receveuses. L'utilisation d'un modèle de génotype à quatre noyaux nous a permis de séparer l'effet des hormones sexuelles et des chromosomes sexuels dans l'EAE. Nous avons découvert qu'un gène de régulation immunitaire dans le chromosome X, appelé Jarid1c, s'est avéré être régulé négativement dans les cellules Th17 mâles ayant causé une plus grande sévérité, ainsi que dans les cellules T CD4+ provenant du sang périphérique d'hommes atteints de SP. Dans la deuxième partie de la thèse, j'ai utilisé une souris transgénique appelée IgH[MOG] sur un fond DNO dont les cellules B sont spécifiques de la protéine MOG. Lors de l'immunisation avec MOG[35-55], les souris IgH[MOG] ont présenté une EAE rapide et létale, qui est corrélée à l'inflammation et à la démyélinisation du système nerveux central de ces souris. Ceci est accompagné par l'infiltration de cellules B et de cellules T dans le système nerveux central. Chez les souris IgH[MOG], les cellules T CD4+ infiltrantes dans le SNC sont devenues très pro-inflammatoires, comme le montre leur production d'IL-17 et de GM-CSF dans le SNC. Par conséquent, nos données fournissent un aperçu des contributions des réponses des cellules T Th17, du sexe masculin et des cellules B dans l'auto-immunité chronique du SNC. À l’avenir, ces travaux pourraient nous permettre d’identifier des molécules et des voies pouvant être ciblées pour le traitement de la SP. / Multiple sclerosis (MS) is a chronic autoimmune disease of the central nervous system (CNS) marked by neurodegeneration and accumulating disability over time. Over 100,000 people in Canada are affected by MS. Multiple factors could contribute to the worsening of the disease and yet the exact cause is still unknown. It is widely accepted that T and B lymphocytes cross the blood-brain barrier and invoke an inflammatory attack against CNS myelin. The role of T and B cells in CNS autoimmunity can be studied using an animal model called experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). In the first part of this thesis, I have used a transgenic mouse on a non-obese diabetic (NOD) background called 1C6 whose T cells possess specificity for a myelin-derived peptide, myelin oligodendrocyte glycoprotein 35-55 (MOG[35-55]). 1C6 CD4+ T cells from both male and female mice are differentiated into Th17 cells and are adoptively transferred into lymphocyte deficient NOD.Scid mice. Male 1C6 Th17 cells became highly pathogenic compared to the females and induced a severe progressive disease in the recipients. Th17 cells from both sexes exhibited phenotypic plasticity as measured by their expression of the classic Th1 cytokine IFN-©. However, male Th17 display increased production of IFN-© by male Th17 cells and this is correlated with disease severity in recipient mice. The use of four core genotype model has allowed us to segregate the effect of sex hormones and sex chromosomes in EAE. We uncovered an immune regulatory gene in the X chromosome called Jarid1c is found to be downregulated in both male Th17 cells that caused greater severity as well as in CD4+ T cells from the peripheral blood of men with MS. In the second part of the thesis, I utilized a transgenic mouse called IgH[MOG] on a NOD background whose B cells are specific for MOG protein. Upon immunization with MOG[35-55], IgH[MOG] mice displayed a rapid and lethal EAE, which is correlated to the inflammation and demyelination in the CNS of these mice. This is accompanied by the infiltration of B cells and T cells into the CNS. In IgH[MOG] mice, CNSinfiltrating CD4+ T cells became highly proinflammatory as measured by their production of IL-17 and GM-CSF in the CNS. Hence, our data provide insight into the contributions of Th17 T cell responses, male sex and B cells in chronic CNS autoimmunity. In the future, this work may permit us to identify targetable molecules and pathways for the treatment of MS.

Les glioblastomes sont des tumeurs du système nerveux central hautement létaux. Ils se caractérisent par leur grande infiltration dans les tissus avoisinants. Ils modifient les vaisseaux sanguins préexistants et ils migrent d’une façon perivasculaire. Cette cooption vasculaire est un processus entraînant l’expression d’Angiopoietine-2 (Angpt2) par des cellules endothéliales et sa liaison au récepteur Tie2. Le premier objectif de cette étude était d’examiner le potentiel thérapeutique de deux protéines qui pourraient interférer avec Angpt2, à savoir Angpt3 et la partie soluble extracellulaire du récepteur Tie2 (sTie2). Le deuxième objectif était de développer des vecteurs lentiviraux capables d’exprimer ces protéines, tout en offrant la possibilité d’identifier et détruire les cellules génétiquement modifiées. À cette fin, nous avons construit un vecteur contenant une cassette bicistronique qui exprime le marqueur amélioré de la protéine fluorescente verte (EGFP) fusionnée au gène suicide provenant du virus herpès simplex de type I-thymidine kinase (HSVtk). Les cellules du gliome GL261 transduites avec ce vecteur pourraient être suivies et tuées sur demande par l’administration de la prodrogue ganciclovir, soit in vitro, soit après l'implantation dans le cerveau des souris. Malgré l’expression des hauts niveaux d’Angpt3 et de sTie2 obtenus avec ce vecteur, nous avons observé qu’Angpt3 augmente la déstabilisation capillaire et la croissance de gliomes, alors que sTie2 n’exerce aucun effet. Globalement, cette étude a permis de comprendre l’importance de la voie de signalisation de Tie2 dans le développement des gliomes et le rôle d’Angpt3, mais suggère que ni cette molécule ni sTie2 soient des agents efficaces contre les gliomes malins. Cette étude fournit également le prototype d’un vecteur lentiviral pour la thérapie génique plus sécuritaire. / Glioblastomas are highly lethal tumors of the central nervous system characterized by large spread into the surrounding tissues. They modify and migrate along pre-existing blood vessels. This vascular cooption is a process involving the release of angiopoietin-2 (Angpt2) from endothelial cells and binding to the Tie2 receptor. The first goal of this study was to examine the therapeutic potential of two proteins that could interfere with Angpt2, namely Angpt3 and the soluble extracellular domain of Tie2 (sTie2). The second goal was to develop a lentiviral vector capable of delivering such proteins while offering the possibility to identify and destroy the genetically modified cells. To this end, we designed a bicistronic construct expressing the marker enhanced green fluorescent protein (EGFP) fused to the suicide gene herpes simplex virus 1-thymidine kinase (HSVtk). GL261 glioma cells transduced with this vector could be tracked and killed on command by the administration of the prodrug ganciclovir, either in vitro or after implantation into mouse brains. High levels of Angpt3 or sTie2 could be achieved with this vector; however, Angpt3 increased capillary destabilization and glioma growth, whereas sTie2 exerted no effect. Overall, this study helps to understand the importance of the Tie2 signaling pathway in glioma development and the role of Angpt3, but suggests that neither this molecule nor sTie2 are effective agents against malignant gliomas. This study also provides a lentiviral vector design for safer gene therapy.

Chez les individus infectés par le VIH-1, nous retrouvons des particules virales dans le système nerveux central dès la phase aiguë de l'infection. De ce fait, plusieurs complications neurologiques peuvent émerger chez ces individus tels que des troubles neurocognitifs modérés, certaines déficiences neurocognitives asymptomatiques et même de la démence. De nombreuses recherches démontrent que la neuropathogénèse du VIH-1 est surtout reliée à la neuroinflammation plutôt qu'à la charge virale dans le système nerveux central. Plusieurs molécules proinflammatoires sont produites par les cellules neurologiques lorsqu'il y a infection par le VIH-1. Parmi celles-ci, nous retrouvons les eicosanoides tels que les leucotriènes (LTs) qui sont souvent présents dans le liquide cérébrospinal d'individus infectés. À ce jour, le rôle que peut jouer ces médiateurs lipidiques inflammatoires dans la pathogénèse du VIH-1 est méconnu. Nous nous sommes donc intéressés à mieux comprendre comment les LTs peuvent affecter l'infection du système nerveux central par le VIH-1. Dans une première étude, nous avons tenté de caractériser les interactions entre les LTs, les cellules microgliales et le VIH-1. Nous montrons que les LTs inhibent non seulement l'entrée virale, mais aussi les étapes précoces de l'infection qui suivent la fusion membranaire du VIH-1 dans les microglies. En effet, lorsque ces cellules sont traitées aux LTs, on observe une diminution significative du niveau d'ADN proviral dans les cellules microgliales résultant d'un blocage d'étapes de la replication virale après l'importation nucléaire de façon protéine kinase C (PKC)-dépendante. Dans le cadre d'un deuxième projet, nous avons étudié l'effet des LTs sur les astrocytes. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence la capacité des astrocytes stimulés par le leucotriène C₄(LTC₄) à induire la transmigration de lymphocytes T CD4+ infectées par le VIH-1 au travers d'un modèlew vitro de barrière hémato-encéphalique. De plus, nos résultats démontrent l'implication de la CX3CL1 à cet effet. Ainsi, cette étude décrit comment les LTs produits dans le système nerveux central peuvent contribuer à la neuroinvasion et l'infection du VIH-1 dans ce compartiment. Globalement, nos travaux permettent une mise en perspective du rôle des LTs dans la neuropathogénèse du VIH-1 et ouvre la voie vers de nouvelles stratégies thérapeutiques.

Les blessures nerveuses périphériques sont fréquentes et la récupération fonctionnelle suite à ce genre de traumatisme est bien souvent sous-optimale, particulièrement dans les cas de transsection nerveuse. Les patients souffrent alors de déficits fonctionnels permanents. L'intervention classique consiste à prélever un nerf sensitif superficiel et l'insérer entre les deux extrémités de la lésion. Cette façon de faire comporte toutefois plusieurs désavantages et les résultats obtenus sont souvent insatisfaisants. Plusieurs chercheurs tentent de développer un conduit pouvant remplacer l'autogreffe. Malheureusement, aucun des modèles développés jusqu'à présent ne surpasse l'autogreffe pour le traitement de lésions de plus de 3 centimètres. Ce mémoire présente un nouveau modèle de tube nerveux reconstruit composé uniquement de cellules vivantes et combinant des cellules de Schwann et un réseau de capillaires préformés. Bien qu'il faille encore optimiser certains paramètres du conduit et effectuer des tests in vivo, ce modèle innovateur semble très prometteur.

Le 24S-hydroxycholestérol (24S-OH) est un dérivé oxydé du cholestérol retrouvé dans le plasma chez l’humain. C’est un activateur endogène du Liver-X-Receptor (LXR) et un biomarqueur plasmatique potentiel pour diverses maladies neurodégénératives. Les concentrations de 24S-OH dans le plasma sont influencées par son métabolisme hépatique mais sa conjugaison dans le foie n’a pas été caractérisée à ce jour. Après analyse d’échantillons humains de plasma et d’urine par LC-MS/MS, le 24S-hydroxycholestérol-3 sulfate, 24S-hydroxycholestérol-24 glucuronide et 24S-hydroxycholestérol-3 sulfate, 24 glucuronide ont pu être identifiés. Les enzymes responsables de leurs formations au niveau du foie sont principalement UGT1A4 et SULT2A1. De plus, alors que le dérivé sulfaté montre une activité agoniste envers LXRα, les dérivés glucuronidés sont inactifs. Ces résultats indiquent que la glucuronidation et la sulfatation du 24S-OH affectent différemment son activité biologique pour LXRα. De plus, puisqu’UGT1A4 est régulé par LXRα, il est possible de dire que le 24S-OH est régulé par une boucle de rétrocontrôle. / 24S-hydroxycholesterol (24S-OH) is an oxidized derivative of cholesterol detected in the human plasma. It acts as a Liver-X-Receptor (LXR) agonist and its plasmatic levels have also proposed as potential biomarkers for several neurodegenerative diseases. Circulating 24S-OH levels are influenced by its hepatic elimination but the enzymatic processes involved in its conjugation in the liver have only received limited attention. After analysis of human plasma samples by LC-MS/MS, the 24S-hydroxycholesterol-3 sulfate, 24S-hydroxycholesterol-24 glucuronide and 24S-hydroxycholesterol-3 sulfate, 24-glucuronide were identified. The enzymes responsible for their formation in the liver are identified as UGT1A4 and SULT2A1. In addition, while the sulfated derivative shows a LXR agonist activity, glucuronidated derivatives are inactive. These results indicate that 24S-OH glucuronidation and sulfation affect differently its biological activity. Since UGT1A4 is regulated by LXRα, it can be envisioned that 24S-OH hepatic metabolism is controlled by a feedback loop.

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