Dans la Maladie d'Alzheimer, les neurones meurent par un processus de mort cellulaire programmée, appelé apoptose. Des études in vivo, ont montré que cette étape de destruction somatique, tardive, est précédée de phénomènes précoces de dysfonctionnements synaptiques et de dégénérescences axonales. Néanmoins, en l'absence d'outils appropriés, leurs modalités et leurs mécanismes moléculaires demeurent encore mal connus. Nous nous proposons d'aborder cette problématique en utilisant un nouveau système de culture primaire de neurones appelé " microfluidique " permettant la compartimentalisation efficace des axones et des somas de neurones issus du système nerveux central. Grâce à cet outil nous mettons en évidence qu'un stress appliqué uniquement au niveau du corps cellulaire est suffisant pour induire une dégénérescence axonale. Il semble donc qu'un signal de dégénérescence se soit propagé dans l'axone depuis le soma. D'un point de vue moléculaire, la map kinase JNK impliquée dans les phases précoces de l'apoptose est ici le premier signal observé dans l'axone, contrôlant la fission des mitochondries et l'activation des caspases, qui sont les effecteurs moléculaires de la phase d'exécution de l'apoptose. De plus, nous avons démontré que le NAD+, un élément clef dans la bioénergétique du neurone, était lui aussi impliqué. Ainsi nos résultats suggèrent que le NAD+ et le programme apoptotique peuvent ensemble participer au devenir de l'axone. En conclusion, ce travail s'intègre dans la compréhension des mécanismes de la dégénérescence axonale observée dans les maladies neurodégénératives telle que la Maladie d'Alzheimer

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. [76]-90. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

La formation des circuits cérébraux, dont l’altération est associée à divers troubles neurologiques et psychiatriques, commence pendant l’embryogenèse. Les microglies sont les macrophages du cerveau et répondent à une inflammation ou une infection par une production de facteurs et une phagocytose active. En plus de leurs fonctions immunitaires, ces cellules ont été récemment impliquées dans l’émergence de troubles associés à des maladies neurodéveloppementales. Elles agissent également sur le remodelage post-natal des circuits neuronaux en phagocytant des synapses et des neurones immatures. Étant donné que les microglies colonisent précocement le cerveau embryonnaire, elles pourraient également participer au développement cérébral précoce. Mes travaux de thèse ont montré que les microglies embryonnaires, par le biais d’une localisation hétérogène, modulent la formation du cerveau antérieur. En effet, l’étude phénotypique comparative in vivo de modèles murins dans lesquels les microglies sont absentes ou leurs fonctions perturbées montrent des défauts de positionnement d’interneurones corticaux et de progression des axones dopaminergiques. De plus, les microglies sont impliquées dans la progression d’un autre faisceau axonal, la capsule externe. Après avoir observé une association très forte entre les microglies et des axones spécifiques, j’ai utilisé deux approches ex vivo et in vivo afin de déterminer si les microglies pourraient agir par phagocytose. Mes résultats montrent que malgré la présence de caractéristiques morphologiques phagocytaires, les microglies ne phagocytent pas les axones de manière intense. Ces travaux suggèrent ainsi que la phagocytose des axones à elle seule ne peut pas expliquer les rôles des microglies sur la croissance axonale. Ce travail, qui montre un rôle anténatal des microglies, révèle une interaction nouvelle entre le développement des systèmes nerveux et immunitaires, et ouvre des perspectives nouvelles pour l’étude sur les mécanismes contrôlant la formation du cerveau en condition physiologique et pathologique. / Brain functioning relies on complex neural circuits that are built during embryogenesis and defects in this process can lead to neurologic or psychiatric disorders. Microglia are the brain resident macrophages, which respond to inflammation and infection by active phagocytosis and secretion of various molecules. In addition to these immune-related functions, microglia were recently involved in the onset of several neuropsychiatric disorders, as well as in postnatal neuronal plasticity, notably through the phagocytosis of developing neurons and synapses. Since microglia colonize the brain during early embryogenesis, they might also participate to the elaboration of neural networks. Here, we reveal that embryonic microglia, via a heterogeneous localization, are modulators of forebrain wiring. Using a cross-comparative analysis of phenotypes induced by either an absence or a perturbation of microglia activity, we showed that microglia directly regulate interneuron positioning as well as dopaminergic axons outgrowth. Moreover, microglia are involved in the formation of another tract, the external capsule. Having observed a strong association between microglia and axons, we combined ex vivo and in vivo approaches in order to decipher whether microglia could act by means of phagocytosis. Despite showing some clear morphological features of intense phagocytosis, our results suggest that microglia do not perform active phagocytosis of axons in vivo. Thus, the phagocytic activity of embryonic microglia by itself is unlikely to explain their role on axonal progression. This study shows for the first time an early prenatal role for microglia and reveal a novel interplay between the central and nervous systems during embryonic development.

La lignée transgénique pMBP-eGFP-NTR, que nous avons générée chez Xenopus laevis, permet une ablation conditionnelle des oligodendrocytes myélinisants, dont la conséquence est une démyélinisation. Dans cette lignée transgénique, le transgène est formé par une protéine de fusion entre le rapporteur GFP (Green Fluorescent Protein= protéine fluoresçant en vert) et une enzyme de sélection, la nitroréductase d’E. Coli. Cette enzyme, a la propriété de réduire le radical nitrite (NO2) de certains substrats (comme le métronidazole) en dérivé hydroxylamine extrêmement toxique pour la cellule qui l’exprime. L’expression de ce transgène est contrôlée par la portion proximale du gène MBP (myelin basic protein), séquence régulatrice, dont l’équipe avait démontré, chez la souris, qu’elle ne s’exprime que dans les oligodendrocytes myélinisants, ce qui c’est vérifié chez le xénope. Mon projet se proposait d’étudier les conséquences de la démyélinisation et de la remyélinisation dans cette lignée transgénique de Xenopus laevis. Mon objectif avait pour but de répondre à deux questions; Tout d’abord, qu’elle est la nature des cellules qui remplacent les oligodendrocytes éliminés: Nous montrons que les cellules responsables de la remyélinisation sont les précurseurs des oligodendrocytes (OPCs), cellules GFP négatives caractérisées par l’expression du facteur de transcription Sox10. Ces cellules OPCs sont déjà présentent dans le nerf optique avant l’événement de démyélinisation. La seconde question visait à examiner les conséquences d’une démyélinisation sur l’arborisation des axones des cellules ganglionnaires de la rétine. A cette fin nous avons mis au point un outil expérimental permettant de visualiser l’arborisation des projections tectales des axones des cellules ganglionnaires de la rétine par microscopie in vivo réalisée sur le têtard au stade 55. Nous montrons que bien que cette arborisation soit plus sensible à l’imagerie après démyélinisation, chez le transgénique que chez le contrôle, cela n’entraine pas de changement de la motilité de l’arborisation. / We have generated a Xenopus laevis transgenic line, pMBP-eGFP-NTR, allowing conditional ablation of myelin-forming oligodendrocytes. In this transgenic line the transgene is driven by the proximal portion of myelin basic protein (MBP) regulatory sequence, specific to mature oligodendrocytes. The transgene protein is formed by GFP reporter fused to the E. coli nitroreductase (NTR) selection enzyme. This enzyme converts the innocuous pro-drug metronidazole (MTZ) to a cytotoxin. My PhD project is to study the effect of demyelination and remyelination in Xenopus Laevis in this transgenic line. We wish to answer two questions using this transgenic. First, the origin of remyelinating cells that replace the ablated oligodendrocytes. We have shown that, Sox10+ OPCs, which are already present in the optic nerve prior to the experimentally induced demyelination, are responsible for remyelination. The second question is to examine the effect of demyelination of retinal ganglion cell (RGC) axonal arbor morphology. We developed an experimental set up to image the RGC arbor morphology in an awake stage 55 tadpole in real time. We show that the arbor is more sensitive than the control to imaging but there is no change in motility of the arbor.

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Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / L'accumulation anormale de neurofilaments est une caractéristique pathologique de nombreuses maladies neurodegeneratives telles que la sclérose latérale amyotrophique (SLA), la neuropathie à axones géants (NAG) et la maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT). L'étude des animaux transgéniques surexprimant ou déficients pour les sous-unités des neurofilaments a mis en évidence que les agrégats axonaux de neurofilaments semblaient plus toxiques que les périkariaux pour les neurones moteurs. Des mutations ont récemment été découvertes dans le gène codant pour la gigaxonine et le gène codant pour la sous-unité légère des neurofilaments (NEFL), respectivement associés à la NAG et la CMT, deux maladies caractérisées par la présence d'axones géants. Nous avons tiré profit de ces découvertes pour générer deux nouveaux modèles de souris transgéniques. Nous avons dans un premier temps généré un modèle souris déficiente pour la gigaxonine. Les souris GanAex1:Aex1 montrent des niveaux protéiques élevés de filaments intermédiaires dans le système nerveux central ainsi que l'agrégation d'a-intemexine et de NF-H dans le cortex cérébral, sans toutefois développer de phénotype apparent ou d'axones géants. Néanmoins une faible dénervation ainsi qu'une atrophie des muscles inférieurs a été observée parallèlement à une perte d'axones moteurs. Dans un deuxième temps, nous avons créé un modèle de souris double transgénique dans lequel l'expression du mutant hNF-Lf228 peut être contrôlée par un système tet-off grâce à l'administration de doxycycline. Les souris hNF-L^tTa montrent une posture anormale des membres inférieurs dès l'âge de 6 mois. Ce phénotype est associé à une dénervation périphérique ainsi qu'une morphologie musculaire anormale, et une diminution du transport anterograde des mitochondries. L'abolition de l'expression de hNF-LP22S grâce au traitement à la doxycycline a réussi à améliorer de façon considérable le phénotype CMT des souris double transgéniques. L'étude de ces modèles transgéniques a mis évidence que de faibles changements dans le réseau de neurofilaments provoquent une dénervation périphérique ainsi qu'une perturbation du transport axonal. Le phénotype locomoteur ainsi que la dénervation sont même réversibles dans le cas des souris hNF-L^tTa. Abolir l'expression de mutant NEFL ou le neutraliser pourrait donc s'avérer une thérapie efficace.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Chaque année, 130 000 personnes subissent une lésion de la moelle épinière, entraînant une paralysie totale ou partielle de leurs membres. Le seul traitement approuvé, un glucocorticoïde, demeure controversé puisque le rôle de la réponse inflammatoire qui se développe à la suite d'une lésion est encore mal compris. Par l'étude d'un nerf périphérique pouvant régénérer de façon autonome, il est possible d'évaluer l'importance de l'inflammation dans le processus de régénérescence axonale. Notre étude porte sur le rôle des récepteurs Toll-like (TLRs) dans l'initiation de la réponse immunitaire, la dégénérescence Wallérienne et le recouvrement locomoteur suite à une lésion nerveuse périphérique. Les expériences furent effectuées en utilisant des animaux déficients en TLR2, TLR4 et MyD88, ou en employant des agonistes ou inhibiteurs des TLRs. Nos résultats suggèrent que les TLRs seraient activés par des molécules endogènes présentes ou relâchées lors d'une blessure physique et, par l'initiation d'une réponse immune, favoriseraient l'élimination des débris de myéline et la régénérescence nerveuse. / Each year, 130 000 people suffer a spinal cord injury, inducing a total or partial paralysis of their members. The only approved treatment, a glucocorticoid, is still controversial since the role of the inflammatory response that develops after injury is still poorly understood. With the study of a peripheral nerve that can regenerate in an autonomous manner, it is possible to evaluate the importance of inflammation in the process of axonal regeneration. Our study involves the role of the toll-like receptors (TLRs) in the initiation of the immune response, Wallerian degeneration and behavioural recovery after a peripheral nerve lesions. The experiments were performed using mice deficient for TLR2, TLR4 and MyD88, or by employing agonists or inhibitors of TLR signaling. Our results indicate that TLRs could be activated by endogenous molecules present or expressed following traumatic injury and, through initiation of immune responses, could permit the elimination of myelin debris and nerve regeneration.

La Neuropathie à Axones Géants (NAG) est une maladie neurodégénérative rare et fatale caractérisée par une détérioration du système nerveux central et périphérique, impliquant les fonctions motrices et sensorielles. La détérioration massive du système nerveux est accompagnée d'une désorganisation générale des Filaments Intermédiaires ce qui la différencie de nombreuses maladies neurodégénératives où seuls les neurofilaments(NFs) sont affectés. La protéine déficiente, la gigaxonine, est la sous-unité d'une ubiquitine ligase E3, responsable de la reconnaissance spécifique des substrats MAP1B, MAP1S et TBCB, seuls connus à ce jour.Dans le but d'étudier le rôle de la gigaxonine sur la survie neuronale, la désorganisation du cytosquelette et d'avoir un modèle animal suffisamment fort pour envisager des tests thérapeutiques, j'ai caractérisé un modèle murin de NAG. Pour ce faire, j'ai réalisé une étude comportementale des fonctions motrices et sensorielles ainsi qu'une étude histopathologique. Les souris NAG (129/SvJ) développent un phénotype moteur modéré dès 60 semaines alors que les souris NAG (C57BL/6) présentent un phénotype sensoriel dès 60 semaines. Les données histopathologiques ne présentent pas de mort neuronale mais les NFs sont sévèrement altérés. Les NFs sont plus abondant, leur diamètre est augmenté et leur orientation hétérogène, comme c'est observé chez les patients NAG.Nos résultats montrent que l'absence de gigaxonine induit un phénotype moteur et sensoriel modéré mais par contre reproduit la désorganisation massive des NFs observée chez les patients. Ce modèle va nous permettred'étudier le rôle de la gigaxonine, une ligase E3, sur l'organisation des NFs et ainsi comprendre les processus pathologiques impliqués dans d'autres maladies neurodégénératives caractérisée par une accumulation des NFs et un dysfonctionnement du système ubiquitine-protéasome comme les maladies d'Azheimer, de Parkinson etd'huntington ou la sclérose latérale amyotrophique. / Giant Axonal Neuropathy (GAN) is a rare and fatale neurodegenerative disorder characterized by a deterioration of the peripheral and central nervous system. The broad deterioration of the nervous system is accompanied with a general disorganization of the Intermediate Filaments which makes it different from other neurodegenerative disorders wherein only neurofilaments (NFs) are affected. The defective protein, gigaxonin, is the substrate adaptator of an E3 ubiquitin ligase, in charge of the specific recognition of MAP1B, MAP1S and TBCB. In order to study the role of gigaxonin on neuronal survival, the cytoskeleton disorganization and to have a relevant GAN animal model to evaluate efficacy of GAN treatments, I have characterized a GAN mouse model. I did a motor and sensory behavioural study and an histopathologic study. The GAN mice (129/SvJ) shown mild motordeficits starting at 60 weeks of age while sensory deficits were evidenced in C57BL/6 GAN mice. No apparent neurodegeneration was evidenced in GAN mice, but dysregulation of NFs was massive. NFs were more abundant, they shown the abnormal increased diameter and misorientation that are characteristics of the human pathology. Our results show that gigaxonin depletion induces mild motor and sensory deficits but recapitulates the severe NFs dysregulation seen in patients. Our model will allow us to study the role of the gigaxonin-E3 ligase in organizing NFs and understand the pathological processes engaged in other neurodegenerative disorders characterized by accumulation of NFs and dysfunction of the Ubiquitin Proteasome System, such as Amyotrophic Lateral Sclerosis, Huntington's, Alzheimer's and Parkinson's diseases.

SCHIP-1 est une protéine cytoplasmique enrichie aux nœuds de Ranvier et aux segments initiaux des axones matures, où elle est associée à l’ankyrine G. SCHIP-1 est également exprimée dans le système nerveux central pendant le développement embryonnaire. Nous montrons ici que les souris mutées pour Schip1 présentent des anomalies morphologiques de la commissure antérieure formée par les axones du cortex piriforme, du noyau olfactif antérieur et de l’amygdale. Ces anomalies résultent de défauts de croissance et de guidage axonal in vivo au cours du développement. Les neurones du cortex piriforme d’embryons mutés présentent un retard d’initiation et de croissance axonales, et des anomalies de guidage axonal in vitro. Des expériences de vidéomicroscopie montrent que SCHIP-1 régule la réponse des cônes de croissance à la molécule de guidage EphB2, importante pour le développement de la commissure antérieure. Les souris mutées présentent en outre une diminution de l’épaisseur du cortex piriforme qui affecte spécifiquement les couches de neurones de projection. Cette diminution résulterait d’une augmentation de la mort cellulaire et non d’un défaut de génération ou de migration des neurones. De manière intéressante, ces anomalies morphologiques sont associées à des comportements anormaux qui pourraient reposer sur des défauts d’intégration des odeurs. Le cortex piriforme joue un rôle-clé dans la discrimination, l’association et l’apprentissage des odeurs. Les souris mutées pour Schip1 semblent donc être un modèle prometteur pour étudier la fonction du cortex piriforme ainsi que celle de la commissure antérieure, peu connues à ce jour. / SCHIP-1 is a cytoplasmic component of nodes of Ranvier and axon initial segments of mature axons, where it associates with ankyrinG. SCHIP-1 is also expressed in the CNS during mouse early embryonic stages. Here we report that Schip1 mutant mice display morphological abnormalities of the anterior commissure, which is composed of axons from piriform cortex, anterior olfactory nucleus, and amygdala. These abnormalities are due to impaired axon elongation and navigation in vivo during development. Piriform cortex neurons display axon initiation/outgrowth delay and guidance defects in vitro. Time-lapse imaging indicates that SCHIP-1 regulates the response of growth cones to EphB2, a guidance cue important for anterior commissure development. Besides, mutant mice display a reduced thickness of the piriform cortex, which affects projection neuron layers, and is likely to result from cell death rather than from impairment of pyramidal neuron generation or migration. Interestingly these morphological defects are associated with abnormal behavior related to defects in odor processing. The piriform cortex is thought to play a key role in odor discrimination, association and learning. Thus Schip1 mutant mice appear to be an interesting model to further characterize piriform cortex as well as anterior commissure functions, which are yet poorly known.

Le claustrum est une structure télencéphalique sous-corticale présente chez tous les mammifères. Il est réciproquement interconnecté avec tout le cortex cérébral. Le claustrum serait impliqué dans la synchronisation d’oscillations corticales et le maintien de l’attention. Les projections corticales sensorielles au claustrum de la souris forment des bandes longitudinales dédiées à chaque modalité sensorielle, qui peuvent également se chevaucher. Actuellement, il n'y a aucune étude de la morphologie des axones des projections corticales au claustrum. Les paramètres quantitatifs morphométriques des axones uniques permettent de comprendre comment l’information est distribuée à l’intérieur d’une structure. Pour visualiser les axones de la projection visuelle au claustrum, des injections iontophorétiques du traceur neuronal antérograde, la leucoagglutinine Phaseolus vulgaris (PHA-L) ont été réalisées dans le cortex visuel de souris adultes C57BL/6J. La révélation immunohistochimique du PHA-L a été réalisée pour reconstruire les axones individuels des projections des cortex visuels au claustrum en utilisant Neurolucida 360 (MBF Biosciences). Ces projections ont été montrées dans la région centrale le long de l’axe dorso-ventral du claustrum ipsi- et controlatéral. Il y a trois types de morphologie des axones : certains parcourent toute la longueur du claustrum sans ramification, d’autres sont longs et branchés, et d’autres sont courts. Les arborisations locales pourraient suggérer des modules plus petits au sein de l'organisation longitudinale du claustrum. Certaines collatérales de l'axone sortent du domaine visuel central pour se ramifier dans des domaines des autres modalités sensorielles. La projection du cortex visuel au claustrum est ainsi constituée d’axones dont la morphologie est peu diversifiée. Des axones individuels acheminent l’information sur toute l’étendue rostro-caudale du claustrum. La bifurcation des axones suggère que l’information visuelle peut être acheminée vers des territoires de d’autres modalités sensorielles dans le claustrum. La distribution des varicosités suggère que les contacts synaptiques s’établissent aléatoirement tout au long du trajet des axones. / The claustrum is a subcortical telencephalic structure present in all mammals. It is widely and reciprocally interconnected with the entire cerebral cortex. It has been suggested to be involved in the synchronization of cortical oscillations and in attention. The claustrum in mice exhibits a clear dorsoventral organization of longitudinal bands dedicated to different sensory cortical projections, that can also overlap. Presently, there are no studies of the cortical projections to the claustrum at the single axon level. Single axon quantitative morphometric parameters help understanding how information is distributed within a structure and how it interacts with the entire brain. To reveal axons of the visual cortex projection to the claustrum, iontophoretic injections of the anterograde neuronal tracer Phaseolus vulgaris leucoagglutinin (PHA-L) were performed in the visual cortex of adult C57BL/6J mice. Individual axons of the projections from the visual cortices to the claustrum were reconstructed using Neurolucida 360 (MBF Biosciences). These projections were shown in central region of the dorsoventral axis in the ipsi- and contralateral claustra. There were three morphological types of axon: some traveled all the length of the claustrum without significant branching, some were long and branched, and others were short. Local arborizations might suggest smaller modules within the longitudinal organization of the claustrum. Some collaterals of the main axon exit the central visual domain to branch into other sensory modalities. The visual projection to the claustrum is formed by poorly diversified axon regarding to their morphology. Individual axons route the information through all the rostro-caudal length of the claustrum. Axonal bifurcations suggest that visual information can be directed to other territories associated to other sensory modalities. The varicosity distribution suggest that synapses are established randomly.