Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les maladies neurodégénératives sont un sujet de santé publique majeur. La maladie de Parkinson (MP), la démence à corps de Lewy (DCL) et l'atrophie multisystématisée (AMS) font partie d'une famille liées à l'accumulation pathologique d'une protéine : l'α-synucléine (α-syn), appelées les synucléinopathies. Il n'existe pas méthode de diagnostic formel pre-mortem de ces pathologies. À ce jour, la confirmation définitive de synucléinopathies n'est possible que sur des études post-mortem. Le mécanisme de survenue reste incompris. L'exploration des systèmes de neurotransmission et des voies métaboliques pourrait permettre d'élucider ces mécanismes. Les travaux effectués au cours de cette thèse se positionnent dans une optique de développement d'un outil de diagnostic précoce et de compréhension des mécanismes physiopathologiques grâce à l'imagerie TEP. Dans une première partie, nous avons caractérisé et validé un modèle murin de synucléinopathies. Nous avons conclu que le [18F]BF227 ne pouvait être employé comme radiotraceur des agrégats d'α-syn. La seconde partie a permis la mise au point d'une technique d'évaluation de l'affinité de molécules pour une cible donnée. Douze ligands froids ont pu être testés in vitro. Actuellement, aucun composé ne semble présenter les critères pour être un radiotraceur idéal. Enfin, la dernière partie a mis en évidence un hypométabolisme glucidique ainsi qu'une surexpression des récepteurs 5-HT1A à un stade précoce de la pathologie. Au final, cette étude a montré l'intérêt et les limites de l'imagerie TEP et des modèles animaux pour le développement d'un nouveau radiotraceur ainsi que pour l'exploration des mécanismes physiopathologiques / Neurodegenerative diseases are a major public health issue. Parkinson's disease (PD), dementia with Lewy bodies (DLB) and multiple system atrophy (MSA) are part of a family related to the pathological accumulation of a protein, α-synuclein (α- syn), and called synucleinopathies. To date, there is no pre-mortem formal diagnosis method for these diseases and the final confirmation only relies on postmortem studies. While the occurrence mechanisms remain unclear, exploration of neurotransmitter systems and metabolic pathways could bring more information on the underlying pathophysiological processes. The aims of this PhD work were (1) to develop the first radioligand targeting α-syn as an early diagnostic tool and (2) to investigate, with PET imaging, how neurotransmitter systems relates to pathophysiological mechanisms in an accelerated mouse model of synucleinopathy. In the first part of this study, we demonstrated the inability of in vivo PET imaging with [18F]BF227 to label α-syn aggregates in a model of synucleinopathy. The second part allowed the development of a competitive radioligand binding assay to determine α-syn binding parameters of non-radioactive candidate molecules. Twelve ligands were tested in vitro. Currently, no compound appears to present ideal α-syn binding properties. The last part of this study highlighted a serotoninergic hypometabolism and the overexpression of 5-HT1A receptors at an early stage of the disease in the synucleinopathy mouse model. Finally, this study demonstrated the advantages and limitations of PET imaging and animal models for the development of radiotracer and for the exploration of pathophysiological mechanisms

La maladie d’Alzheimer est la démence sénile la plus répandue dans le monde. C’est une maladie neurodégénérative irréversible dont les principales caractéristiques neuropathologiques sont l’agrégation du peptide β-amyloïde et l’hyperphosphorylation de la protéine tau. Malgré de nombreux essais cliniques, la maladie d’Alzheimer reste incurable. En effet, cette pathologie est extrêmement complexe et implique de nombreux dysfonctionnements biologiques. C’est pourquoi, une des approches thérapeutiques récemment développée réside dans la conception de ligands multi-cibles. Ces molécules sont capables d’agir simultanément sur plusieurs cibles et constituent donc une approche innovante pour le traitement des maladies complexes telles que les maladies neurodégénératives. Au sein du laboratoire, un candidat médicament à double activité (inhibiteur d’acétylcholinestérase et agoniste des récepteurs 5-HT4), nommé donécopride, a récemment été décrit. Sur la base de résultats prometteurs obtenus avec le donécopride, une nouvelle série de composés à triple action a été synthétisée. En sus des activités du donécopride, cette nouvelle série possède une activité complémentaire qui réside dans le blocage des récepteurs 5-HT6. Cette thèse décrit la synthèse ainsi que l’évaluation in vitro et in vivo de ces nouveaux composés à triple action. / Alzheimer’s disease is the most common senile dementia in the world. It is an irreversible neurodegenerative disease whose main neuropathological hallmarks are β-amyloid peptide aggregation and hyperphosphorylation of tau protein. Despite numerous clinical trials, Alzheimer’s disease remains incurable. Indeed, this pathology is extremely complex and involves the dysfunction of multi-systems. That is why, one of the recently developed therapeutic approaches lays in the design of multi-target-directed ligands. These molecules are capable to simultaneously engage several targets and therefore represent an innovative approach to treat complex disease such as neurodegenerative disorders. Within the laboratory, a dual-activity drug candidate (acetylcholinesterase inhibitor and 5-HT4 receptor agonist) named donecopride was recently described. Thanks to the promising results obtained with donecopride, a new series of triple-activity compounds has been synthesized. This new series combines an additional activity that aims to block the 5-HT6 receptors. This thesis describes the synthesis and the in vitro and in vivo evaluation of these new triple-acting compounds.

La mort soudaine inattendue (SUDEP) est fréquemment rapportée chez les patients qui souffrent d'épilepsie et compte pour près de 17% des décès dans cette population. Bien que son étiologie soit restée longtemps incertaine, des études menées sur des cas de victimes de SUDEP suggèrent fortement l'implication de l'apnée post-ictale dans la survenue de ce type de décès. Afin d'élucider les mécanismes physiopathologique de la SUDEP, il était nécessaire de mettre en place un modèle animal qui présente à la fois des crise spontanées récurrentes comme dans le syndrome épileptique et des altérations respiratoires. Dans une première partie, nous mettons en évidence la présence d'altérations respiratoires (RAs) chez 30 à 50% des rats qui présentent une épilepsie suite à un état de mal épileptique (SE) induit par l'administration de pilocarpine. Ces RAs, que nous avons assimilées à des apnées, ont été mises en évidence par thermochimie respiratoire et se traduisent par une diminution de la consommation en oxygène, dont la durée peut varier entre 20 secondes et 13 minutes. La présence des RAs est associée à des altérations du système sérotoninergique au niveau du tronc cérébral, où sont concentrés la majorité des groupes de neurones impliqués dans la régulation et dans la modulation de la fonction respiratoire. Nous montrons que de nombreux gènes du système sérotoninergique sont dérégulés lors de la mise en évidence des RAs ; toutefois, seules les altérations touchant le récepteur 5-HT2c semblent être associées au maintien des RAs. Ce résultat est d'autant plus important qu'il avait été montré que la délétion de ce récepteur chez les souris peut conduire à un arrêt respiratoire fatal suite à une crise épileptique, provoquée ou spontanée. Dans une seconde partie, nous montrons que la surface de la zone présentant un hypersignal T2 dans le système limbique ventral des rats épileptiques est prédictive de la présence de RAs. En outre, des différences d'expression du récepteur 5-HT2c similaires à celles qui avaient été observées dans le tronc cérébral sont retrouvées entre les rats épileptiques selon qu'ils présentent ou pas des RAs. Les résultats de cette thèse impliquent donc le récepteur 5-HT2c dans la survenue et/ou le maintien des altérations respiratoires associées à l'épilepsie. Dans le contexte de la SUDEP, nos résultats ouvrent comme première perspective clinique celle de développer des traitements permettant de cibler spécifiquement le récepteur 5-HT2c chez les patients qui présenteraient un risque de survenue de la SUDEP. La seconde perspective clinique serait de pouvoir identifier ces patients à risque à partir de biomarqueurs tels que les anomalies de signal T2 que nous avons identifiées dans la région limbique ventrale qui inclut notamment l'insula, dont il a été montré qu'elle contribue à la modulation de la fonction respiratoire / Pas de résumé anglais