La maladie d’Alzheimer (MA) est la plus répandue des maladies neurodégénératives. Elle se caractérise par une déficience cognitive puis fonctionnelle souvent associée à des Symptômes Psychologiques et Comportementaux des Démences (SPCD). Les études longitudinales de corrélations physiopathologiques des SPCD sont rares et difficiles à évaluer en raison de grandes hétérogénéités dans les populations étudiées. Associée à l’expertise clinique, la neuroimagerie fournit des indices cruciaux pour comprendre les corrélats neuroanatomiques des SPCD les plus invalidants dans la MA. Dans les travaux de recherche, il apparaît déterminant de considérer la MA associée à certaines co-pathologies neurodégénératives et vasculaires. En effet, alors que les patients jeunes sont les plus touchés par des lésions pures, le vieillissement favorise l'apparition de co-lésions liées à la MA et aux Maladies à Corps de Lewy (MCL) et Maladies CérébroVasculaires (MCV).Soutenu par un travail bibliographique sur la MA et ses co-lésions, ce travail de thèse s’appuie sur 3 études complémentaires. La 1ière porte sur une revue de littérature ayant pour objectif d’évaluer les corrélats neuroradiologiques des SPCD dans la MA. Différents moteurs de recherche de données bibliographiques ont permis d’identifier 118 études évaluant cet objectif. Un modèle global des corrélats cérébraux des SPCD a été proposé pour soutenir la forte implication de la région frontale. Aussi, des stratégies méthodologiques ont été suggérées pour aider à diriger de futures recherches. La 2ième étude avait pour objectif d’évaluer si le profil d’atrophie cérébrale pouvait déterminer le risque de développer des SPCD dans la MA. Une analyse volumétrique de données IRM a été effectuée pour évaluer l’atrophie régionale en incluant 53 patients MA sans SPCD significatifs à l’inclusion et 40 contrôles. Vingt-quatre structures dans les régions frontale, temporale, pariétale, occipitale et sous-corticale ainsi que dans le cervelet ont été identifiées comme associées aux SPCD. L'atrophie frontale semble être le prédicteur le plus significatif des SPCD. La 3ième étude s’inscrit en continuité et en perspective de ce travail de thèse. Elle a pour but d’explorer ces questions chez des patients atteints de MA associée à des co-lésions de MCL et MCV / Alzheimer's disease (AD) is the most common neurodegenerative disease. AD is characterized by cognitive and functional impairment often associated with Behavioural and Psychological Symptoms of Dementia (BPSD). Longitudinal studies of pathophysiological correlations of BPSD are rare and difficult to evaluate due to large heterogeneities in the populations studied. Associated with clinical expertise, neuroimaging provides crucial clues to understand the neuroanatomic correlates of the most disabling BPSD in AD. It seems important to consider in the research, AD with some neurodegenerative and vascular co-pathologies. Indeed, while young patients are the most affected by pure lesions, aging favors the appearance of co-lesions related to AD and Lewy body disease and cerebrovascular diseases.Supported by a bibliographic work on AD and its co-lesions, this work is based on 3 complementary studies. The first concerns a literature review aimed at evaluating neuroradiological correlates of BPSD in AD. Bibliographic search has led to 118 studies evaluating this objective. A global pattern of cerebral cortical brain regions has been proposed to support the strong involvement of the frontal region. Also, methodological strategies have been suggested to help direct future research. The aim of the second study was to evaluate whether the profile of cerebral atrophy could determine the risk of developing BPSD in AD. A volumetric analysis of MRI data was performed to evaluate regional atrophy by including 53 patients with no significant BPSD at baseline and 40 controls. Twenty-four structures in the frontal, temporal, parietal, occipital and subcortical regions as well as in the cerebellum were identified as associated with BPSD. Frontal atrophy appears to be the most significant predictor of BPSD. The third study is in continuity of this work of thesis. It is intended to explore these issues in patients with AD associated with co-lesions

This study explores cognitive impairment and its correlation to early- life adverse experiences in non-patient population between the ages of 50 to 65. This developmental approach and observational study design explores cognition in pre-clinical Alzheimer’s disease (AD). Using a standardized neuropsychological instrument, the Montreal Cognitive Assessment (MoCA) and clinically administered questionnaire, the ACE (Adverse Childhood Experiences), I hypothesized that participants with high ACE scores will inversely have low MoCA scores. My goal was to use a multiple linear regression model with 3 covariates and 1 predictor of interest (ACEs). At 80% power, a sample size of 40 was calculated as needed. This would mean that the results would have 80 % chance of declaring statistical significance. This corresponds to an R-squared value (percentage of variation in MoCA score explained by the predictor) of 17.2%. The desired sample size was not attained successfully due to several barriers in receiving sample data from the collaborating site and the 2017 Hurricane Irma causing a drop in participation rate. Overall 13 participants had successfully participated. The analysis of the results is demonstrated in a line graph indicating a relationship between ACE and MoCA scores. The accuracy of the descriptive statistics could be argued against due to the low sample size. The analysis of the ethnographic interviews brings out some trends in the participant responses. The focus here has been to discuss these responses as to how they advocate for the entanglement theory of aging. In other words, how the exposure to social and environmental factors at various stages of an individual’s lifecourse can interact with one’s physiology, resulting in exposure- specific health conditions at later life stages. Among the period of exposure, my focus through this study is specifically on the early exposures in the lifecourse. This is facilitated by the use of the ACE questionnaire regarding exposures to adverse experiences such as sexual/ physical abuse, familial mental health issues, alcohol/ drug abuse in the family and loss or separation from parents. The entanglement theory further allows for race or culture specific exposures to adversity that raises the question of varying health consequences among cultural or racial groups and the need for a more critical approach in providing access to healthcare and healthcare policy development. Trends in ethnographic results obtained have allowed for the critical discourse in the transgenerational effects of social adversity, effects of resilience- building from adversity and the need for care- giver mental health services. The study brought out critiques on how the ACE module could be made more inclusive of experiences specific to diverse cultures and regions, as well as the need to address the severity of individual experiences. We conclude by discussing how effects of social or environmental experiences can be used toward AD and aging research and what supporting literature and initiatives currently exist. The discussion is also inspired by the existing political discourse around the medicalization of AD and how that influences the reductionist methods in AD research. This new direction of applied and holistic approach derives its perspective from neuroanthropology and applied medical anthropology. The overall aim of this study is to ask questions challenging existing research methods with the ultimate hope to newly influence the allocation of AD research and risk reduction toward interdisciplinary focus and funding, involving early-life lived experiences and life course perspectives.

La maladie d’Alzheimer est souvent précédée de troubles cognitifs légers (MCI) associés à la lésion du cortex entorhinal, une région interconnecté avec l’hippocampe. Cependant, un tiers des patients MCI présentent une rémission cognitive suggérant l’action de mécanismes compensatoires. Ces mécanismes pourraient être déficitaires chez les patients porteurs de l’allèle APOE4 présentant un MCI plus agressif.Par des approches multidisciplinaires chez la Souris, ce travail a démontré que la lésion entorhinale induit des déficits comportementaux et une hyperactivité de l’hippocampe. Or, le bourgeonnement des fibres cholinergique dans l’hippocampe compense ces déficits. Comme le bourgeonnement cholinergique est inhibé en présence de l’APOE4, cela pourrait contribuer au déclin cognitif exacerbé de ces patients. Par conséquent, l’inhibition de l’hyperactivité hippocampique chez les 50% de patients APOE4 représente une alternative prometteuse pour le traitement symptomatique du MCI. / Mild Cognitive Impairments (MCI) often precedes Alzheimer’s disease (AD) and is characterized by the loss of entorhinal neurons leading to a hippocampal disconnection. However, MCI patients also revert to normal cognition, suggesting compensatory mechanisms that alter the disease progression. This compensation may be impaired in patients bearing the APOE4 allele that are more prone to MCI, present less cognitive reversion and faster transition to AD.This work in mice, demonstrated that the sprouting of cholinergic fibers compensates entorhinal lesions through the reduction of the related hippocampal hyperactivity. As in APOE4 mice the cholinergic sprouting was altered in association with cognitive impairments, such impaired synaptic compensation may contribute to the faster cognitive decline of these patients. Therefore, supporting or mimicking the cholinergic control on hippocampal hyperactivity may represent a promising alternative therapeutic strategy for APOE4-carriers.

Les mitochondries jouent un rôle primordial dans la survie et la mort cellulaire car elles gouvernent à la fois le métabolisme énergétique et les voies apoptotiques. Un dysfonctionnement mitochondrial dans les neurones peut donc conduire à la neurodégénérescence ou à une neuropathologie. Notre objectif a été d'étudier la régulation de la fonction mitochondriale, en particulier la bioénergétique, pour contribuer à l'amélioration des connaissances actuelles sur les mitochondries. Nos résultats montrent que: i) les neurostéroïdes améliorent la bioénergétique mitochondriale en stimulant la respiration cellulaire en condition normale; ii) les neurostéroïdes réduisent les déficits bioénergétiques observés dans la maladie d'Alzheimer; iii) l'horloge circadienne développe une régulation réciproque avec la bioénergétique et la dynamique mitochondriales. Les résultats de cette thèse ouvrent des perspectives intéressantes pour l'élaboration de stratégies régulatrices de l'homéostasie métabolique chez le sujet sain et chez le patient atteint d'une pathologie due à un dysfonctionnement mitochondrial et/ou une altération des rythmes biologiques. / Mitochondria play a paramount role in cell survival and death because they are orchestrating both energy metabolism and apoptotic pathways, while impaired mitochondrial function leads inevitably to disease, especially neurodegeneration. The purpose of the present thesis was therefore to deepen our understanding of the regulation of mitochondrial function, with a focus on mitochondrial bioenergetics and dynamics. Our key findings were that: i) neurosteroids represent promising molecules which are able to increase mitochondrial bioenergetics via enhancement of mitochondrial respiration in healthy condition; ii) neurosteroids are able to alleviate Alzheimer’s disease-related bioenergetic deficits; iii) the circadian clock is able to regulate mitochondrial bioenergetics and dynamics, and vice versa. Collectively, our results contribute to a better understanding of how mitochondria function, and could have multiple implications with regard to the regulation of metabolic homeostasis in health and disease states associated with mitochondrial impairments and/or circadian disruption.

Dans cette thèse nous avons étudié le stade débutant de la maladie d'Alzheimer par deux approches distinctes. D'un point de vue fondamental, nous avons étudié le rôle des oligomères d'Aß dans un modèle d'injection intracérébrale de ces espèces solubles chez la souris sauvage. Nous avons notamment montré que ces injections engendraient chez l'animal des désordres mnésiques aigus et réversibles qui s'apparentent à la maladie d'Alzheimer. Nous avons aussi mis en évidence une diminution d'expression d'une protéine post-synaptique (PSD95), une augmentation de la phosphorylation de la protéine Tau et une hyperactivation neuronale induites par ces injections, Ces modifications histo-fonctionnelles généralisées concordent avec le profil de dissémination diffus des solutions peptidiques injectées comme en atteste la mise en évidence de peptide Aß dans des régions distantes du site d'injection en immunohistochimie mais aussi en spectrométrie de masse. D'un point de vue clinique nous avons étudié la valeur du Rappel Libre/Rappel Indicé 16 items (RLRI16), un test de mémoire épisodique, au sein d'une cohorte de patients consultant pour une plainte mnésique ayant participé à un essai thérapeutique multicentrique national. Dans cette cohorte, le RLRI16 s'est avéré être le meilleur prédicteur de la survenue d'une démence d'Alzheimer probable dans les 5 ans qui ont suivi son administration. Le grand nombre de participants, la durée de l'étude et le mode de recrutement (par les généralistes) nous ont permis de proposer des valeurs seuils qui pourront aider le clinicien dans sa pratique quotidienne et permettront de définir des critères d'inclusion dans de nouveaux essais thérapeutiques. / We studied the early phase of Alzheimer’s disease with two approaches, experimental and clinical. Firstly, experimentally, we injected Aβ oligomers in the brain of wild type mice. We showed that these soluble species elicited memory impairment reminiscent of those found in AD although in our case they were both acute and reversible. We also evidenced a decrease in the expression of a postsynaptic protein (PSD95), an increase in the phosphorylation of Tau and a neuronal hyperactivity one week after these injections. These histo-functional changes were observed throughout the brain. The diffusion of the Aß injectate shown by immunohistochemistry and by mass spectrometry imaging was widespread. Clinically, we confirmed the usefulness of a memory test, the Free and Cued Selective Reminding Test (FCSRT) to predict the risk of dementia of the Alzheimer’s type (DAt) up to 5 years prior to its onset. This was made possible by the study of a cohort of patients who consulted for memory complaints and were then included in a multicentric national clinical trial conducted in France. In this cohort, the FCSRT proved to be the best predictor of the further conversion to a DAt. The large number of participants, length of the follow-up and recruitment type (mainly by the general practitioners) allowed us to derive thresholds to be used by clinicians in their daily practice or as inclusion criteria in new clinical trials.

Les déficits progressifs et inexorables des capacités de communication verbale chez les patients Alzheimer bouleversent leurs interactions avec autrui et entravent leur qualité de vie ainsi que celle de leur entourage. La question centrale de cette thèse est d’envisager si l’incapacité chronique des patients souffrant de la maladie d’Alzheimer à utiliser le langage articulé s’accompagne d’une détérioration du registre gestuel. Pour répondre à cette question, nous avons utilisé une tâche d’interaction sociale engagée à partir d’un matériel pictural. Cette situation se veut refléter le plus écologiquement possible des situations de communication au quotidien. Globalement, on observe que, si la production verbale des patients Alzheimer est déficitaire, leur production de gestes liés au discours n’est pas atteinte. Les résultats vont dans le sens d’une atteinte différenciée des capacités de communication verbales et gestuelles des patients et penchent en faveur de l’existence de deux systèmes de communication parallèles pouvant interagir entre eux à différents moments de l’élaboration du message. De surcroît, les résultats suggèrent que les patients présentant un niveau très sévère de la pathologie peuvent compenser l’atteinte lexicale par l’augmentation de la production de gestes déictiques, qui permettraient de rendre visible le référent verbal. Des perspectives fondamentales comme cliniques peuvent être envisagées afin que les gestes liés au discours et plus généralement la communication non verbale puissent constituer un levier thérapeutique dans la prise en soin des patients atteints d’une maladie d’Alzheimer et de leur entourage. / Progressive and inexorable deficits in verbal communication skills in Alzheimer's patients disrupt their relationship with others, impinge their quality of life and that of their caregivers. This thesis aimed at considering whether, in cases of chronic deficits such as Alzheimer's disease, the impaired use of spoken language in these patients went hand in hand with an impaired production of co-verbal gestures. To inquire about this issue, we used a social interaction task, using pictorial material in order to reflect, in an ecological way, everyday life communication situations. Overall, we observed that if the verbal production of Alzheimer's patients is deficient, production of gestures related to speech is not impaired. The results are consistent with a differentiated impairment of verbal and gestural communication skills in patients and sets ground for investigating the existence of two parallel systems of communication that would interact with each other at different levels of message processing. Moreover, results suggest that patients suffering from severe disease can compensate lexical deficits by increasing their production of deictic gestures, rendering visible the verbal referent. Theoretical and clinical perspectives can be considered so that co-verbal gestures and non-verbal communication may constitute a therapeutic lever in the intervention provided to Alzheimer’s patients and their caregivers.

Le vieillissement et la dégénérescence du cerveau, associés à des déficits cognitifs, comportementaux et neurologiques, représentent aujourd'hui un problème majeur de santé publique. L'une des principales maladies liées à l'âge est la maladie d'Alzheimer (MA). L'une des caractéristiques de la MA est l'apparition de plaques amyloïdes, résultant de l'agrégation du peptide ßA4. Physiologiquement, le précurseur de la protéine amyloïde (APP) est clivé par une alpha-sécrétase qui génère un fragment soluble de l'APP (sAPP), important pour la formation de nouvelles cellules nerveuses (neurogenèse). Ce clivage en prévient deux autres, par les béta- et gamma-sécrétases, impliqués dans la MA, et conduisant à la formation du ßA4 toxique. Une analyse du plexus choroïde (PCh) a mis en évidence la forte expression de l’APP par cette structure cérébrale. Le PCh est une structure facilement accessible et produisant le liquide cérébro-spinal : son impact peut donc être répercuté à l’ensemble du cerveau. Il pourrait être une source cérébrale importante d’APP, et contribuer fortement à la pathologie. Mon projet de thèse s'inscrivait dans la possibilité de réguler génétiquement l'expression des formes sauvages et mutées de l'APP au niveau de cette source, et suivre les conséquences sur la neurogenèse adulte et la formation des plaques amyloïdes, marqueur histopathologique de la MA. Par l’utilisation de la thérapie génique pour moduler l’expression de l’APP dans les PCh, nous avons confirmé l’importance de l’APP soluble provenant des PCh dans la neurogenèse adulte. Les PCh semble être une source importante d’APP dans le cerveau, et pourraient avoir un rôle clé dans la maladie d’Alzheimer. / Aging and degeneration of the brain with cognitive decline and neurologic symptoms are major individual and societal problems. The major age-related brain degeneration disease is Alzheimer’s disease (AD) with about 40 million people affected in 2015.Physiologically, the Amyloid Precursor Protein (APP) is cleaved by an alpha-secretase, releasing soluble APP (sAPP) an important regulator of adult neurogenesis. This cleavage prevents two others in positions beta and gamma that generate the ßA4 toxic peptide, a hallmark of Alzheimer Disease.Next generation RNA-sequencing has revealed that APP is the 16th most expressed genes in the choroid plexus (CP), suggesting that it may be a major source of sAPP and ßA4 in the cerebrospinal fluid (CSF). If so, adult neurogenesis in the SVZ and hippocampus may be regulated by the choroid plexus and impeded in mutations favoring ßA4 production. My thesis project fell under the possibility to regulate App expression in the CP, and follow consequences on adult neurogenesis and plaques formation in AD. Using viral vectors to modulate App expression in the CP, we confirmed the importance of sAPP coming from CP in adult neurogenesis. With so, CP seems to be an important source of APPin the brain, and could have a key role in AD.

Advances in high performance liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometry made in proteomics and now applied to the emerging field of lipidomics has enabled the identification of lipid composition at the molecular level. These improvements have given fresh impetus to lipid research. Modulating lipid compositions has been suggested to represent a novel therapeutic target for intervention in Alzheimer’s disease. A better understanding of how metabolic alterations in the lipid landscape alter Alzheimer’s disease prognosis is required to realize this promise. To achieve this goal, further methodological improvement in lipidomic data acquisition and analysis are required as are comprehensive comparative analyses of lipid metabolism at the systems level in clinical samples and mouse models of human neurodegenerative disease. In this thesis, I present two new lipidomic bioinformatic tools Retention Time Standardization and Registration (RTStaR) and Visualization and Phospholipid Identification (VaLID) designed to facilitate analysis of high performance liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometry lipidomic data. Using these tools and methodologies, I then comparatively profiled the glycerophosphocholine lipidome in the plasma of young adults, cognitively normal elderly with vascular impairment, mild cognitive impairment and late-onset Alzheimer’s disease patients and the entorhinal-hippocampal circuit of late-onset Alzheimer’s disease patients, TgCRND8 human amyloid beta precursor protein transgenic mice (Alzheimer’s disease mouse model), and across the lifespan of NonTg female littermates. Systems-level analyses identified aberrant glycerophosphocholine metabolic pathways systemically perturbed by age, disease, and amyloid beta biogenesis resulting in the regionally-specific accumulation of critical platelet-activating factor and, to a lesser extent, the lysoglycerophosphocholine, metabolites in brain that could be, in part, predicted by changes in plasma. Finally, using proteomic approaches I identified additional changes in lipid metabolic pathways associated with phenoconversion in the TgCRND8 mouse model of Alzheimer’s disease.

No description available.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第22357号 / 医博第4598号 / 新制||医||1042(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 井上 治久, 教授 伊佐 正, 教授 渡邊 直樹 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM