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.

Le but général de ce projet de recherche était de valider la faisabilité de la méthode qui consiste en l'introduction d'un gène extrinsèque dans les macrophages cérébraux à l'aide d'un lentivirus, placé sous contrôle d'un promoteur connu pour être actif préférentiellement dans ces cellules. Plus spécifiquement, nous avons : 1) identifié le gène de la galectine-3 comme étant exprimé de façon préférentielle dans les macrophages cérébraux activés dans différentes conditions pathologiques du cerveau ; 2) caractérisé son promoteur ; 3) utilisé ce promoteur pour la conception d'un vecteur lentiviral ; et 4) vérifié la possibilité d'utiliser des cellules microgliales transduites comme vecteurs pour la thérapie génique. Nous avons obtenu des résultats prometteurs quant à une utilisation potentielle des cellules microgliales en thérapie génique ex vivo. Toutefois, pour confirmer que le vecteur lentiviral assure une expression spécifique et durable du transgène dans un contexte inflammatoire, il faudrait entreprendre d'autres analyses.

Des avancées thérapeutiques majeures résultantes de plusieurs décennies de recherche intensives ont significativement modifié la physionomie de l'infection au virus de l'immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1). Dans plusieurs pays, mais pas tous, les personnes infectées peuvent désormais bénéficier de la trithérapie antirétrovirale pour contrôler la charge virale systémique. Néanmoins, pour plus de la moitié des cas d'infection, des particules virales sont présentes très tôt dans le système nerveux suivant la neuroinvasion du virus et occasionnent différentes dysfonctions neurocognitives. Fait important, la prévalence de ces troubles neurologiques persiste même en présence d'un traitement suppressif et efficace. Le système nerveux agit donc comme sanctuaire où le virus peut infecter des microglies et astrocytes pour ainsi causer une réaction neuroinflammatoire délétère pour la physiologie neuronale. De nombreuses recherches ont d'ailleurs démontré que les dommages au cerveau corrèlent davantage avec cette réaction qu'avec la charge virale. Dans un premier temps, cette thèse présente un article de revue faisant état d'une problématique majeure intimement reliée à l'infection par le VIH-1 dans le cerveau. Nous décrivons le débalancement abrute dressé par un profil sécrétoire prépondérant en composés neurotoxiques accompagné par un déclin important dans la production de différents composés neurotrophiques. Plus précisément, nous discutons plus en détail les divers rôles de premiers plans entrepris par ces composés neurotrophiques dans ce contexte de neuropathogenèse. De façon additionnelle, nous adressons les mécanismes biologiques variés par lesquels le virus, directement ou indirectement, interfère avec leurs productions et leurs rôles fondamentaux dans le cerveau de sujets infectés. Enfin, nous discutons des retombées pathophysiologiques de telles perturbations. Par la suite, nous présentons un premier article de recherche complété se concentrant justement sur la relation entre le VIH-1 et l'un de ces facteurs neurotrophiques, nommément la chimiokine fractalkine. Nous y présentons une relation de causalité entre l'infection d'astrocytes et la réduction de cette chimiokine autant au niveau transcriptomique que protéomique. Par des comparaisons directes avec d'autres cytokines exprimées par les astrocytes, nous mettons en évidence un dérèglement transcriptionnel spécifique de celle-ci. Ainsi, nous évoquons un mécanisme biologique particulier faisant intervenir des défauts dans le recrutement du facteur de transcription NF-κB au promoteur du gène codant pour la fractalkine. Ensuite, nous caractérisons les facteurs solubles produits de cellules infectées/activées connus pour jouer un rôle dans la sécrétion de la fractalkine par les astrocytes. La dernière partie de cet article confirme le potentiel neuroprotecteur de cette chimiokine contre l'apoptose neuronale lors d'une exposition à du milieu conditionné de cellules infectées. Nous terminons en proposant qu'un dérèglement dans la signalisation de la fractalkine dans le cerveau accentue le débalancement décrit en détail dans l'article précédent et puisse avoir des conséquences notables pour la survie neuronale. Pour finir, dans le cadre d'un deuxième projet de recherche, un autre chapitre de cette thèse est alloué à des données préliminaires mettant en lumière le potentiel anti-inflammatoire de la fractalkine. Les données présentées illustrent l'expression du récepteur correspondant sur des microglies, autant infectées que non-infectées, avec entre autres une réponse fonctionnelle à la fractalkine recombinante se traduisant par une modulation du profil inflammatoire. Par conséquent, cette étude aborde un autre rôle intrinsèque de ce facteur qui serait bénéfique dans l'optique de mieux contrôler l'activité microgliale parfois neurotoxique. D'autres investigations présentement en cours et prévues prochainement permettront idéalement d'approfondir cet aspect intéressant. Globalement, ces travaux de recherche de doctorat permettent une mise en perspective de la relation entre le VIH-1, la production de la fractalkine par les astrocytes et ses propriétés bénéfiques dans le cerveau sous des conditions neuroinflammatoires. Les données présentées ici permettent de laisser entrevoir une possible percée thérapeutique dans le but de mieux contrôler les symptômes d'ordre neurocognitifs associés à l'infection au VIH-1 qui, rappelons-le, demeurent prévalents.

Pour les populations souffrant d'incapacités, l'apprentissage de la conduite automobile représente un défi car peu d'options existent. Ces individus doivent généralement suivre leurs cours au sein d'écoles de conduite régulières, lesquelles ne sont pas toujours adaptées pour répondre à leurs besoins. À Québec, l'École de conduite du Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux de la Capitale-Nationale (CIUSSS-CN) offre toutefois un programme d'apprentissage adapté et unique au Canada, appuyé par des instructeurs et une équipe clinique interdisciplinaire. Ce mémoire se penche sur le cas particulier de cette école de conduite. L'objectif du mémoire est d'offrir une description et une meilleure compréhension des caractéristiques des personnes inscrites au programme de conduite, et des aspects cognitifs qui pourraient aider à mieux prédire le succès ou l'échec du programme. Une étude des dossiers médicaux et de conduite automobile a été réalisée auprès de 71 participants du programme (28 femmes) sans déficience visuelle âgés de 15 ans à 56 ans (M = 22.23, ET = 8.6); 35 d'entre eux ont une évaluation neuropsychologique complète au dossier. Parmi les participants, 93% ont un diagnostic de trouble neurologique développemental ou acquis. Concernant le programme de conduite, 48% l'ont réussi, 7% l'ont échoué, 13% sont encore en cours et 32% n'ont pas complété le programme (abandon). Une entrevue téléphonique sur les habitudes de déplacements et les examens gouvernementaux de conduite a été réalisée ensuite auprès d'un sous-échantillon (n = 21). Les résultats montrent que, comparativement aux participants ayant échoué ou abandonné le programme de conduite, ceux l'ayant réussi démontrent un meilleur fonctionnement cognitif dans le domaine attentionnel, et une meilleure performance relative au fonctionnement cognitif global pour l'attention, les fonctions exécutives et la mémoire de travail. Les participants rapportent un taux élevé de satisfaction par rapport au programme, suggérant que d'autres programmes de ce genre devraient être implantés dans le futur. / For people with disabilities, learning to drive represents a particular challenge because few options exist. Indeed, people living with disabilities must enroll in regular driving schools, which are not always adapted to meet their needs. In Quebec City, the Driving School of the Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux de la Capitale-Nationale (CIUSSS-CN), however, offers an adapted learning program, the only one of its kind in Canada, supported by instructors and an interdisciplinary clinical team. This thesis examines the specific case of this driving school. The objective is to provide a description and a better understanding of the characteristics of those enrolled in the driving program, and the cognitive aspects that could help better predict the success or failure of the program. An analysis of medical records and driving school files was carried out among 71 participants (28 women) without visual impairment aged 15 to 56 years (M = 22.23, SD = 8.6), with 35 of participants having a complete neuropsychological assessment. Medical records indicate that 93% of participants have a diagnosis of a developmental or acquired disorder. Regarding the driving program, 48% succeeded, 7% failed, 13% are still enrolled, and 32% did not complete (withdrawn). A telephone interview with questionnaires about driving habits and government's exams was then conducted with a sub-sample (n = 21). The main results show that, compared to participants who failed or abandoned the program, those who succeeded demonstrate better cognitive functioning in the attentional domain, and better performance relative to overall cognitive functioning for attention, executive functions and working memory. Participants report a high level of satisfaction with the program and their testimonies suggests that more such programs should be implemented in the future.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / La maladie d’Alzheimer (MA) est la maladie neurodégénérative qui cause le plus important nombre de cas de démence. On estime que près de 15% des canadiens âgés de plus de 65 ans sont atteints de la MA. Avec le vieillissement de la population, le nombre de cas augmentera de manière substantielle dans les prochaines années. À l’heure actuelle, aucun traitement ne permet de ralentir la progression de la maladie. Pour plus de 99% des cas, ses causes exactes demeurent indéterminées. Toutefois, de nombreux facteurs de risque ont été identifiés. Parmi eux, on retrouve plusieurs facteurs liés au métabolisme énergétique dont l’obésité et le diabète de type 2 (DT2). De manière intéressante, des modifications du métabolisme, telles qu’une résistance à l’insuline centrale et périphérique, sont également observées chez les patients Alzheimer. Afin de mieux comprendre l’interaction entre le DT2 et la MA, nous avons d’abord étudié les altérations métaboliques chez la souris triple transgénique (3xTg-AD), un modèle murin de la MA. Nous avons, en premier lieu, observé une intolérance au glucose qui progresse avec l’âge, qui est plus importante chez les femelles et qui semble liée à l’accumulation du peptide beta-amyloïde (Aβ) humain dans le pancréas. Ensuite, nous avons nourri cette souris avec une diète riche en gras pour vérifier l’impact d’une aggravation des déficits métaboliques sur la pathologie Alzheimer. L’aggravation de l’intolérance au glucose chez les souris 3xTg-AD semblait liée à l’atrophie des îlots de Langerhans et, en conséquence, à une réduction de la production d’insuline en réponse à l’injection de glucose. En plus de l’aggravation des déficits métaboliques, la diète riche en gras a augmenté de manière drastique l’accumulation de la forme soluble du peptide Aβ dans le cortex et a déterioré la mémoire des souris 3xTg-AD. De manière intéressante, l’élévation du peptide Aβ et les troubles de la mémoire ont été rétablis par l’administration d’une seule dose d’insuline. Aussi, nous avons observé une augmentation du peptide Aβ dans le plasma 30 minutes à la suite de l’injection d’insuline, suggérant qu’il est possible que la baisse rapide du peptide soit en partie causée par une élévation de la clairance du peptide au cerveau. Ces résultats renforcent les évidences supportant le potentiel thérapeutique de l’insuline dans le traitement de la MA. Toutefois, les résultats chez les patients mettent en lumière l’inefficacité de l’administration intranasale d’insuline chez les porteurs de l’allèle 4 du gène de l’apolipoprotéine E (APOE4). Afin de comprendre les raisons qui expliquent cette différence de réponse à l’insuline chez les porteurs de l’APOE4, nous avons injecté des souris exprimant l’APOE3 et l’APOE4 humain avec de l’insuline dans le but de vérifier l’effet central et périphérique de l’insuline chez ces animaux. Les souris APOE4 montrent une plus importante élévation de la signalisation de l’insuline au cerveau comparativement aux souris APOE3. Cette plus haute réponse est aussi associée à une élévation plus importante de la phosphorylation de la protéine tau, un marqueur neuropathologique de la MA. En somme, ces résultats suggèrent qu’il existe un cercle vicieux entre la MA et le DT2. L’administration d’insuline a un potentiel thérapeutique intéressant pour la MA, malgré des effets limités chez les patients APOE4 en raison de son impact probable sur la phosphorylation de la protéine tau. / Alzheimer’s disease (AD) is the neurodegenerative disorder underlying most dementia cases. About 15% of canadians over 65 years suffer from AD. With the aging of the population, AD cases are expected to increase in years to come. Unfortunately, no treatment is able to slow down the progression of the disease. For more than 99% of the cases, the cause of the disease remain undetermined. However, several risks factors have been identified, including Type 2 Diabetes (T2D) which doubles the risk of developing AD at a later age. Interestingly, metabolic changes such as impaired peripheral and central insulin signaling were also identified in AD patients. To study the interelation between AD and diabetes, we first studied the impact of the induction of AD on peripheral metabolism in an animal model, the 3xTg-AD mouse. We found that the generation of AD neuropathology was associated to glucose intolerance, which progressed with age and was more important in females than in males. Furthermore, glucose intolerance was linked to the accumulation to human beta-amyloid peptide (Aβ) in the pancreas of 3xTg-AD mice. Next, we fed the 3xTg-AD mice a high-fat diet to see the impact of exacerbating metabolic deficits on AD-like neuropathology. The high-fat diet aggravated glucose intolerance and was linked to a reduce pancreatic islets size and impaired insulin production in response to glucose injection. Futhermore, high-fat diet was associated to an increased soluble Aβ accumulation in mice cortex as well as a deteriorated memory function. Interestingly, Aβ accumulation and memory funciton were restored with a single insulin injection. We also observed an increased plasma Aβ 30 min following insulin injection, suggesting that the peptide might be cleared from the brain following insulin administration. Those results strengthen the evidences suggesting that insulin might be an interesting therapeutical tool in AD. However, results in human patients using intranasal insulin suggest that APOE4 carrier do not benefit from insulin. To study the effect of APOE genotype on central insulin response, we injected APOE3 and APOE4 mice with a single insulin injection, five min before sacrifice. We found that APOE4 genotype was linked to a more important cerebral insulin signaling following insulin administration. Also, more increased phosphorylation of tau protein was observe in APOE4 mice injected with insulin. In summary, those results highlight the presence of a vicious circle between AD and T2D. Insulin administration might be an interesting therapeutical tool in AD, although it’s effects are limited in APOE4 patients.

Le cerveau est la demeure d'une myriade de cellules autre que les neurones, travaillant ensemble pour assurer le développement et le bon fonctionnement du système nerveux central. En revanche, des troubles peuvent survenir de manière sexuellement dimorphique, ce qui signifie que l'inclusion des deux sexes dans l'étude des troubles neurodéveloppementaux est essentielle, car ils présentent généralement des phénotypes différents. Les cellules immunitaires telles que les microglies et les cellules dérivées de la moelle osseuse (BMDC) sont les soldats immunitaires défendant le corps et le cerveau. Les microglies interviennent aussi dans le développement du cerveau au niveau cellulaire et moléculaire. Leurs interactions avec les neurones sont perturbé dans les troubles neurodéveloppementaux. Pour les étudier, une gamme d'outils d'imagerie ont été développés capables de pousser nos connaissances de ces cellules. Ces outils ont montré que ces cellules interagissaient avec plus que seulement les neurones, comme les astrocytes et les cellules endothéliales de la vascularisation du cerveau, et leurs interactions sont dysfonctionnelles dans les troubles tel que la schizophrénie et la dépression. Il est connu que ces troubles peuvent être causés notamment pas des facteurs génétiques et environnementaux comme les infections pendant la grossesse. Des investigations cellules ont surligné les changements se produisant dans ces maladies impliquant les cellules immunitaires. Il est nécessaire de comprendre comment ces cellules interagissaient avec le parenchyme si nous voulons comprendre leur rôle en santé et en maladie. À cette fin, deux modèles ont été utilisés. Le premier est un modèle de double atteinte incluant une déficience du gène du récepteur de la fractalkine, une signalisation cruciale pour la communication microglie neurone. Cette épreuve génétique a été combinée avec une épreuve environnementale simulant une infection virale pendant la grossesse montrant une différence phénotypique entre les mâles et les femelles. Les mâles montrent des signes comportementaux ressemblant à la schizophrénie alors que les femelles montrent un comportement ressemblant à l'anxiété en plus de montrer une déficience dans la signalisation neuronale GABAergique. Les microglies dans la progéniture femelle venant de mères ayant subi l'épreuve double sont morphologiquement hypertrophiques, alors que les microglies de la progéniture mâle ont des processus plus épais et émoussés. Le deuxième modèle utilise un système de traçage des lignées cellulaires afin de suivre les cellules provenant de la moelle osseuse et leur progéniture. Cette méthode constitutive non invasive a été caractérisée. À cette fin, le rôle potentiel des BMDC a été investigué du développement postnatal du cerveau. Nous reportons pour la première fois une infiltration ponctuelle des BMDC pendant les deux premières semaines de la vie. Nous avons identifié une morphologie distincte des microglies en imagerie tout en adoptant des caractéristiques similaires à ceux-ci incluant l'expression de protéine exprimer par la microglie et l'effeuillage synaptique de type VGLUT1. La signalisation VGLUT1 est connue pour évoluer durant le développement du cerveau pour obtenir une signalisation excitatoire appropriée, des altérations ayant été rapportées dans les désordres comme la schizophrénie et l'épilepsie. Ces modèles ont aidés à découvrir des changements chez les microglies et les BMDC. Ces changements découlant de facteurs environnemental et génétique résultent en des altérations des neurones expliquant certains mécanismes des troubles neurodéveloppementaux. Ces découvertes renforcent les évidences de la littérature que le système immunitaire est quelque chose que l'on doit maintenir et préserver afin de prévenir les issues néfastes. / The brain is home to a myriad of cells other than neuron, working together to ensure development and proper functioning. However, issues can arise in a sexual dimorphic way, meaning that including both sexes is crucial + - when investigating neurodevelopmental disorder. Immune cells like microglia (IBA FLT3 ) and bone marrow- + + derived macrophages (IBA FLT3 , BMDC) are immune soldiers defending the brain. However, microglia also intervene in brain development. How they interacted with neurons is essential to this role and this communication is disrupted in neurodevelopmental disorders. To study them, a myriad of imaging tools was developed to advance our knowledge of their role. These tools showed that these cells interact with many cell types, such as astrocytes and the vasculature-related cells, another dynamic process altered in disorders like schizophrenia and depression. It is known that these disorders arise from alterations coming from genetic and environmental factors, such as viral infection. Cellular investigation highlighted the changes happening in these diseases involving immune cells. In addition, it is necessary to understand how immune cells interact with the parenchyma to understand their role in health and disease including schizophrenia and depression. To this end, two models were studied in this work. The first model is a dual challenged model involving a genetic knockout for the fractalkine gene, a crucial pathway for microglia-neuron interaction. This model also included a mimicked viral infection during pregnancy showing different phenotype in male than in the female. Males had schizophrenia- like behavior and female showed anxiety-like behavior and decreased GABAergic signaling. Microglia in the prenatally challenged female KO offspring are shown to be hypertrophic, while microglia from the prenatally challenged male KO offspring are numerous and thick and blunted. The second model is a fate mapping tools able to identify cells coming from the bone marrow and their progeny. This non-invasive constitutive model was + + characterized by its potential as a tool in psychoneuroimmunology. To this end, the potential role of IBA FLT3 + + BMDC in neurodevelopment was investigated. We report for the first time the transient infiltration of IBA FLT3 + - BMDC in the brain during the two first week of life. We identify a distinct morphology from IBA FLT3 microglia in imaging while keeping many microglial features including the expression of protein expressed by microglia and the pruning of VGLUT1 synapses. The VGLUT1 pathways is known to evolve during brain development for proper excitatory signaling in the brain as alterations in the number of VGLUT1 buttons are seen in patients with schizophrenia and epilepsy. Overall, we approach the broad question of how immune cells are implicated in the brain development and its related disorders by using a combine approach using model of disease and models + - + + of health. These models helped us uncover the change in IBA FLT3 microglia and in IBA FLT3 BMDC in health and disease. We can see that they are very plastic, adapting their morphology to the brain environment, environmental factors, and the genetics. These findings reinforce the growing evidence that our immune system is something to be cared for and preserved in order to prevent detrimental outcomes.

Le doctorat est certainement un marathon intellectuel des plus stimulants qui met au défi tout l'éventail de nos habiletés dument acquises jusqu'à ce jour. Ce cheminement m'aura fait connaître l'esprit critique et la discipline, mais aussi la capacité à surmonter le doute et parfaire mon délai de gratification! Ce travail est l'objet de six ans de lectures, de réflexions, de discussions, de démarches de partenariat avec les milieux de santé et les milieux communautaires et , surtout, de magnifiques rencontres avec les proches aidants qui m'ont permis de raconter leur histoire. Mon premier remerciement personnes exceptionnelles et leur s proche s est donc adressé à ces 27 sans qui cette thèse n'aurait pu se concrétiser. Mon second remerciement s'adresse d'avoir mon directeur de thèse, su me remettre en question, mais également d'avoir Jean Vézina. Merci accueilli mes idées avec intérêt et d'avoir donné une voix à ma curiosité scientifique. Je le remercie également pour toutes ces opportunités de parcourir les congrès internationaux afin de présenter les fruits d travail. Je remercie également les membres de mon comité d'encadrement, Claudette Fortin et Marie Christine Ouellet pour leur recommandations pertinentes de même que Hans Ivers pour son expertise statistique. Mon troisième remerciement est adressé à mon conjoint Jean Christophe Canuel qui a lu et relu avec un œil avisé et une patience inouïe les 170 pages de cette thèse. Je le remercie également d'avoir compris que les soirées de rédaction sont beaucoup plus agréables avec un verre de vin et quelqu'un qui prépare le souper! Finalement, mon dernier remerciement est destiné à mes parents, mes grands parents et mes amis pour leur support , ma sœur, mon frère, et leurs encouragements sans borne qui ne se sont jamais essoufflés malgré les années.