Chez la sangsue médicinale, la réparation du système nerveux central (SNC) est conditionnée par le recrutement des cellules microgliales au niveau du site lésé. Deux facteurs chimioattractants, HmIL-16 et HmC1q, homologues à l’IL-16 et au C1q humains, ont été identifiés dans le SNC de la sangsue. Chez l’Homme, l’IL-16 est connue pour exercer une activité chimioattractante sur les cellules CD4+. Or, nos premiers tests in vitro ont montré (i) que la cytokine humaine recrute les cellules microgliales de sangsue et (ii) que HmIL-16 recrute les cellules CD4+ humaines. L’ensemble de ces données suggère la conservation d’une interaction fonctionnelle IL-16/CD4 chez la sangsue. Afin de confirmer cette hypothèse, une stratégie de purification du récepteur de HmIL-16 a été entreprise, suivie d'une caractérisation par spectrométrie de masse. Le C1q humain recrute les cellules immunitaires en se liant à deux récepteurs, le gC1qR et le cC1qR. Chez la sangsue, deux protéines, HmC1qBP et HmcC1qR, homologues aux récepteurs humains, ont été caractérisées dans le SNC. Afin de démontrer l’implication de ces récepteurs dans le recrutement microglial, des expériences d’immunohistochimie et de chimiotactisme ont été réalisées. Enfin, une stratégie de purification par affinité a permis de montrer l'interaction du C1q avec HmC1qBP et HmcC1qR. Le travail de thèse consiste à étudier les interactions moléculaires impliquées dans les processus de recrutement des cellules microgliales, intervenant à la suite d’une lésion du système nerveux de la sangsue. Les données acquises permettent de saisir les premiers mécanismes de la réponse microgliale, essentielle dans la réparation du SNC chez la sangsue. / The leech has the capacity to regenerate its central nervous system (CNS) following injury. After damage, the microglial cells migrate and accumulate at the lesion site, and this phenomenon is essential for the CNS repair. Moreover, two chemoattractant factors, HmIL-16 and HmC1q, which are mammalian IL-16 and C1q homologous, were identified in the leech CNS. In vertebrates, the IL-16 active form can recruit the immune CD4+ cells. Interestingly, our first chemotaxis assays showed that (i) human IL-16 recruits leech microglial cells (ii) HmIL-16 can exert a chemotactic activity on human CD4+ T cells. Taken together, the in vitro assays suggest the conservation of functional IL-16/CD4 interaction in leech. To confirm this hypothesis, the affinity purification using HmIL-16 demonstrated the interaction with a CD4-related protein in leech CNS. The human C1q recruits the immune cells via an interaction with two receptors named gC1qR (or C1qBP) and cC1qR. In the leech CNS, two proteins, HmC1qBP and HmcC1qR, present a high degree of homology with these human C1q receptors. In order to demonstrate the HmC1qBP and HmcC1qR implications in the leech microglial cells HmC1q-mediated recruitment, some in vitro chemotaxis assays were performed. These analyses were completed with immunohistochemistry experiments performed on crushed nerve cords. Finally, using the human C1q, HmC1qBP and HmcC1qR were purified by affinity. The presented work specifies the molecular processes which are involved in the microglial recruitment following lesions in the leech CNS. The data could help to understand the early phase of this response leading to a complete and functional CNS repair in the leech.

Les lésions de la moelle épinière (LME) appartiennent aux troubles incurables du système nerveux central. Les symptômes cliniques sont la conséquence des modifications dégénératives liées principalement à une inflammation aiguë, à la démyélinisation des axones et la formation d’une cavité qui perturbe les voies axonales. Nous mimons la LME grâce à la technique de ballon compression au niveau thoracique Th8-9 chez le rat. Une première étude a montré une régionalisation des protéines sécrétées 3 jours après lésion avec au niveau rostral un profil neuroprotecteur et au niveau caudal un profil neuroinflammatoire et apoptotique. Une étude spatio-temporelle a ensuite été mené pour compléter ces premiers résultats. Nous avons mis en évidence une symétrie entre les segments rostral et caudal avec la présence de facteurs neurotrophiques mais également d’inhibiteur de croissance neuritique au niveau caudal (lectines et RhoA). Des immunoglobulines ont été identifiés et semblent être colocalisées avec certains neurones. L’utilisation de biomatériaux injectés au niveau de la lésion permet de combler la cavité mais aussi de servir de réseau pour une future croissance axonale. Les alginates ont la capacité de libérer des facteurs qui permettront de moduler l’inflammation et de promouvoir la repousse neuritique. Les premiers résultats concernant l’injection de l’inhibiteur de RhoA tendent à montrer une augmentation de la repousse neuritique et des vésicules synaptiques au sein de la lésion. L’ensemble de ces résultats ont clairement démontré une évolution spatio-temporelle du profil moléculaire et ont défini le segment caudal comme étant une potentielle cible de traitement. / Spinal cord injury (SCI) belongs to incurable disorders of the CNS. Primary damage and axonal disruption are followed by progressive cascade of secondary deleterious reactions. Although axonal regeneration is initiated, it is quickly repressed due to severe inflammation, lack of trophic support and inhibitory environment. In a balloon-compression SCI rat model the secretomes of the lesion segment and adjacent segments 3 days after SCI were studied and a regionalization of inflammatory and neurotrophic response between the rostral and caudal segments was highlighted. These results were complemented with spatiotemporal study of SCI. Rostral and caudal segments have shown the ability to regenerate due to the presence of immune cells with an anti-inflammatory and neurotrophic phenotype. However, a time lag occurs between segments, with a caudal segment near the lesion expressing inflammatory and apoptotic phenotype. This segment appears to be a potential target for future treatment. Indeed, this segment shows the presence of lectins and RhoA proteins but also the presence of antibodies colocalized with neurons. Therapeutic strategies have focused on the inhibition of these factors in addition to the use of biomaterials. Alginates fill the cavity and create a network facilitating axonal regrowth and have the ability to release factors which would modulate inflammation and stimulate regeneration. These data established spatiotemporal evolution and indicate that we can initiate regenerative processes in the caudal segment if trophic factors are added.

Les processus neuro-inflammatoires sont observés dans de nombreux troubles neurodégénératifs. Les cellules microgliales étant les principales cellules immunitaires du système nerveux central, plusieurs recherches ont été menées afin de déterminer des molécules possédant des propriétés anti-inflammatoires au niveau de ces cellules. Une famille de polyphénols, les stilbènes (des dérivés du resvératrol), présentent des activités anti-inflammatoires au niveau périphérique et central. Dans notre étude, nous avons premièrement évalué les propriétés anti-inflammatoires de 25 stilbènes en déterminant leur capacité à inhiber la libération de NO dans un modèle de cellules microgliales BV-2 activées par le LPS. Dix stilbènes inhibent significativement cette production avec des IC50 comprises entre 3,9 ± 0,7 et 23,4 ±1,0 µM. Parmi ces composés, 1 monomère (moracine M) et 2 tétramères du resvératrol (vitisines A et B) diminuent la synthèse d’iNOS, enzyme responsable à la libération de NO, au niveau transcriptionnel et traductionnel. Nous avons ensuite mis en évidence que la moracine M inhibe la phosphorylation d’ERK1/2 et JNK (deux MAPK) et d’Akt (la voie PI3K/Akt) dans des cellules BV-2 activées. Ces enzymes étant impliquées dans la signalisation de la réponse inflammatoire, elles induisent la production de plusieurs médiateurs inflammatoires. La moracine M inhibe significativement la production de certains d'entre eux (NO, TNF-α, IL-1β et PGE2). Ce stilbène attenue également la synthèse de la protéine de mPGEs-1 (enzyme impliquée à la production de PGE2). Ainsi, la moracine M pourrait être un candidat potentiel pour prévenir l’inflammation impliquée dans les maladies neurodégénératives. / Chronic neuro-inflammatory processes observed in many neurodegenerative disorders. Microglia are the main immune cells of the central nervous system. Many studies have been conducted to find molecules with anti-inflammatory properties in the central nervous system. A family of polyphénols, Stilbenoids (resveratrol derivatives), showed anti-inflammatory effects in peripheral and central levels.In this study, we have first evaluated anti-inflammatory effects of 25 stilbenes for their potential to inhibit NO release by LPS-activated BV-2 microglial cells. Ten stilbenes significantly reduced LPS-induced NO production with IC50 ranging from 3.9 ± 0.7 to 23.4 ±1.0 µM. Among these molecules 1 monomer (moracin M) and two tetramers (vitisins A and B) attenuated the expression of iNOS, a responsible enzyme for NO release on transcriptional and translational levels. Then, we have demonstrated that moracin M inhibits ERK1/2 and JNK phosphorylation of MAPK pathway and Akt phosphorylation of PI3K/Akt pathway, two signaling pathways involved in the inflammatory response in activated BV-2 cells. Indeed, the activation of these pathways leads to the production of several inflammatory mediators. We have shown that moracin M significantly inhibits the production of certain mediators such as NO, TNF-α, IL-1β and PGE2. This stilbene reduces the synthesis of mPGES-1 protein (an enzyme involved in the production of PGE2). In conclusion, we suggest that moracine M could be a potential candidate prevents the inflammation which involved in the progress of neurodegenerative diseases.

La dépression est un trouble neurologique grave et la deuxième cause d’invalidité dans le monde. Récemment, la signalisation du récepteur X aux rétinoïdes et l’inflammation chronique ont été identifiées comme facteurs génétiques et environnementaux. Au cours de ma thèse, j'ai étudié la façon dont le récepteur X gamma aux rétinoïdes (RXRg) contrôle la neuroinflammation dans deux modèles précliniques de dépression. J'ai montré que RXRg contrôle un signal spécifique lié à l'âge, entrainant la sénescence et l'hypoactivité des cellules microgliales. Ce signal impacte également la phagocytose microgliale et contribue à l'hypertrophie neuronale dans le striatum, elle-même associée à des symptômes dépressifs. De plus, j'ai pu mettre en évidence une activité antidépressive des rexinoïdes et des fibrates dans le stress de défaite sociale chronique, ainsi que leur mécanisme cellulaire. Les données obtenues pourraient permettre le développement de nouveaux traitements antidépresseurs. / Depression is severe mental disorder that is a second leading contributor to diseases burden. Recently, retinoid X receptor signaling and chronic inflammation have been identified as genetic and environmental factors. However, a cross-talk between these two factors was poorly understood. During my PhD I have studied how retinoid X receptor gamma (RXRg) controls neuroinflammation in two pre-clinical models of depression. I have shown that RXRg controls age-specific signal that drives microglial senescence and hypoactivity. The latter, impacts also microglial phagocytosis and contribute to neuronal hypertrophy in the striatum that previously was associated with depressive symptoms. Additionally, I showed antidepressant activity and cellular mechanism of rexinoids and fibrates in chronic social defeat stress. Obtained data have strong therapeutic potential that may allow for development of new antidepressant therapies.

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie neuro-inflammatoire chronique, première cause de handicap chez le jeune adulte. Actuellement, aucun traitement ne freine l'aggravation des symptômes liée aux formes progressives. Bien que connue, l'implication des macrophages et de la microglie dans la démyélinisation et l'atteinte axonale doit être plus finement caractérisée. Ce d'autant plus que la plasticité fonctionnelle de ces cellules suggère une réponse spécifique selon la pathologie, la localisation des lésions et le stade évolutif de la maladie. Ce travail de thèse a consisté en une caractérisation moléculaire des programmes d'activation macrophagique/ microgliale dans deux types d'altérations tissulaires du système nerveux central des patients SEP : les zones partiellement démyélinisées bordant les plaques de la moelle épinière et les lésions corticales. Cette étude a été réalisée sur des tissus post-mortem de patients atteints de formes progressives, formes dans lesquelles les lésions médullaires et corticales sont nombreuses et impliquées dans le handicap progressif et irréversible. Nous avons identifié des spécificités moléculaires caractérisant l'activation macrophagique/microgliale au cours de la SEP en comparant, par une approche in silico, les profils caractérisés à ceux observés dans des pathologies neuro-dégénératives à composantes inflammatoires, la maladie d'Alzheimer et de Parkinson notamment. Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que l'activation chronique des macrophages/cellules microgliales contribue à l'extension à bas bruit des lésions médullaires et corticales pendant la phase progressive de la SEP et proposent de nouvelles cibles thérapeutiques / Multiple sclerosis (MS) is a chronic neuro-inflammatory disease and the most common cause of chronic neurological disability in young adults. No treatment is currently available to prevent the aggravation of symptoms in the progressive forms of the disease. The involvement of macrophages and microglia in demyelination and axonal injury is well known but need to be further characterized. Especially, the high level of functional plasticity harboured by macrophages/ microglia suggests that these cells engage specific activation programs depending on the disease, its evolution stage and the localization of lesions. In this context, this phD thesis was essentially aimed to characterize macrophage/microglia activation programs in two categories of tissue alterations observed in the post-mortem central nervous system from MS patients: 1) partially demyelinated areas at the border of spinal cord plaques and 2) cortical lesions. These two particular types of lesions are both highly frequent in progressive forms of MS and suspected to be involved in chronic and irreversible neurological disability. Using an in silico approach, the macrophage/microglia activation programs identified in MS were then compared to those observed in neurodegenerative and inflammatory disorders such as Alzheimer's disease and Parkinson's disease. Overall, our results suggest that the chronic activation of macrophages and microglia largely contributes to the slow and chronic expansion of MS lesions in progressive forms of the disease. Our work also proposes new therapeutic targets

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie neuro-inflammatoire chronique, première cause de handicap chez le jeune adulte. Actuellement, aucun traitement ne freine l'aggravation des symptômes liée aux formes progressives. Bien que connue, l'implication des macrophages et de la microglie dans la démyélinisation et l'atteinte axonale doit être plus finement caractérisée. Ce d'autant plus que la plasticité fonctionnelle de ces cellules suggère une réponse spécifique selon la pathologie, la localisation des lésions et le stade évolutif de la maladie. Ce travail de thèse a consisté en une caractérisation moléculaire des programmes d'activation macrophagique/ microgliale dans deux types d'altérations tissulaires du système nerveux central des patients SEP : les zones partiellement démyélinisées bordant les plaques de la moelle épinière et les lésions corticales. Cette étude a été réalisée sur des tissus post-mortem de patients atteints de formes progressives, formes dans lesquelles les lésions médullaires et corticales sont nombreuses et impliquées dans le handicap progressif et irréversible. Nous avons identifié des spécificités moléculaires caractérisant l'activation macrophagique/microgliale au cours de la SEP en comparant, par une approche in silico, les profils caractérisés à ceux observés dans des pathologies neuro-dégénératives à composantes inflammatoires, la maladie d'Alzheimer et de Parkinson notamment. Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que l'activation chronique des macrophages/cellules microgliales contribue à l'extension à bas bruit des lésions médullaires et corticales pendant la phase progressive de la SEP et proposent de nouvelles cibles thérapeutiques

La MA est caractérisée par une altération progressive des fonctions cognitives, et définie par les "dégénérescences neurofibrillaires", les "plaques séniles" et une neuroinflammation impliquant les cellules microgliales. L’immunothérapie constitue une approche thérapeutique prometteuse dans la MA. Un premier essai clinique de vaccination anti-Aβ a été arrêté après la survenue de 6% de cas de méningoencéphalites imputés à l’activation de réponses T anti-Aβ pro-inflammatoires. Cependant, des études récentes suggèrent un effet bénéfique de certaines populations de cellules T CD4+ anti-Aβ. L'ensemble de ces données suggère des rôles complexes de différentes réponses lymphocytaires T au cours de la MA, et soulignent la nécessité de mieux comprendre leur implication dans la maladie et les mécanismes de leur régulation. L’objectif de ce travail a été d’étudier l’impact des Tregs sur la progression de la maladie dans un modèle murin APPPS1. Les résultats montrent que la déplétion transitoire des Tregs accélère l’apparition des troubles cognitifs, sans altérer la pathologie amyloïde. Ces observations sont corrélées avec une réduction du recrutement des cellules microgliales autour des plaques Aβ et une altération du profil d’expression, dans le cerveau des souris, de certains gènes impliqués dans la maladie. A l’inverse, l’amplification sélective des réponses Tregs entraine une augmentation du recrutement des cellules microgliales autour des plaques et une amélioration des fonctions cognitives. L’ensemble de ces résultats suggère un rôle bénéfique des Tregs au cours de la maladie d’Alzheimer et encourage le développement d’approches d’immunothérapie basées sur leur modulation. / Alzheimer’s Disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by progressive loss of memory and cognitive functions. Accumulation of Aβ peptide is considered the initiating cause of pathogenic lesions, and immunotherapy strategies targeting Aβ represent promising therapeutic approaches. Vaccination against Aβ provided encouraging results in experimental mouse models and, to a lesser extent, in a subsequent clinical trial (AN1792). Although the AN1792 trial had to be interrupted due to meningoencephalitis attributed to pro-inflammatory T cell responses in 6% of the patients, preclinical murine models did not show evidence of T cell-related side effects. In addition, several reports suggest that Aβ-specific CD4+ T cells may be implicated in the natural course of AD and could have a strong therapeutic potential as well, pointing out the need for better understanding the role and regulation of T cell responses to Aβ. We previously showed that regulatory T cells (Tregs) control Aβ-specific CD4+ T cell responses in physiological and pathological settings upon vaccination. The aim of this work was to analyze the impact of Tregs on the natural course of the disease progression in a mouse model of AD. Early transient depletion of Tregs accelerated the onset of cognitive deficits in APPPS1 mice. This result was correlated with less recruitment of microglia towards amyloid deposits and altered disease-related gene expression profile. Conversely, Tregs selectively amplifying resulted in higher numbers of plaque-associated microglia and improved cognitive functions in APPPS1 mice. These data suggest a beneficial role of Tregs in the pathophysiology of AD by modulating microglial response. Our study highlithts the therapeutic potential of Treg-based immunotherapies in AD.

Le potassium (K+) est impliqué dans la régulation de l’excitabilité cellulaire, la régulation du cycle cellulaire, la viabilité cellulaire, la neuroprotection et le maintien des fonctions microgliales et oligodendrocytaires. Le dysfonctionnement des canaux potassiques, décrit dans plusieurs maladies neurodégénératives comme la Maladie d’Alzheimer (MA), la sclérose en plaques (SEP), la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington, pourrait être une potentiel cible thérapeutique. Les mécanismes toxiques sous-jacents de ces pathologies neurodégénératives impliquent des oxystérols, dérivés oxydés du cholestérol, et des acides gras en relation avec le métabolisme peroxysomal. Le 7-cétocholestérol (7KC), le 24S-hydroxycholestérol (24S-OHC) et l'acide tétracosanoïque (C24: 0), souvent trouvés à des taux élevés au niveau du cerveau et dans le plasma de patients atteints de maladies neurodégénératives (MA, maladie de Nieman-Pick, SEP, maladie de Parkinson, maladie de Huntington et X-ALD conduisent une rupture de l’équilibre Redox qui aboutirait à la neurodégénérescence. Dans ce contexte, il est intéressant de déterminer l’éventuelle connexion entre environnement lipidique et homéostasie potassique. L’étude in vitro a été réalisée sur des olygodendrocytes murins 158N et les cellules microgliale BV-2. Nous avons montré que la lipotoxicité du 7KC, 24S-OHC et C24:0 implique une rétention du K+ faisant intervenir les canaux potassium voltage dépendant (Kv). Ces résultats ont montré que l'inhibition des canaux Kv conduisant à une augmentation la [K+]i contribue à la cytotoxicité du 7KC, 24S-OHC et C24:0. Nous nous sommes focalisés sur le canal Kv3.1b. La retention du K+ induite par les oxystérols (7KC et 24S-OHC) serait sous le contrôle de Kv3.1b. L’étude clinique réalisée sur du plasma de MA a révélé une corrélation négative entre le taux d’acide docosahexaénoïque (DHA) et la concentration de K+. Chez les souris transgéniques J20, modèle de la MA, l’étude de la topographie d’expression de Kv3.1b et d’Abcd3, au niveau de l’hippocampe et du cortex, a montré une baisse de l’expression de ces deux marqueurs. Dans leur ensemble, les résultats obtenus ont établi des relations entre lipotoxicité, métabolisme peroxysomal et altération de l’homéostasie potassique dans la neurodégénérescence et suggèrent une possible modulation de l’expression et de l’activité de kv3.1b dans la physiopathologie des maladies neurodégénératives. / Potassium (K+) is involved in the regulation of cellular excitability, cell cycle regulation, cell viability, neuroprotection and maintenance of microglial and oligodendrocytic functions. Potassium dysfunction, described in several neurodegenerative diseases such as Alzheimer's Disease (AD), multiple sclerosis (MS), Parkinson's disease and Huntington's disease, may be a potential therapeutic target. The underlying toxic mechanisms of these neurodegenerative pathologies involve oxysterols, which are oxidized cholesterol derivatives, and fatty acids including those associated with peroxisomal metabolism. 7-ketocholesterol (7KC), 24S-hydroxycholesterol (24S-OHC) and tetracosanoic acid (C24:0), often found at increased levels in the brain and plasma of patients with neurodegenerative diseases (Nieman-Pick disease, MS, Parkinson's disease, Huntington's disease and X-ALD) lead to a breakdown of the redox equilibrium leading to neurodegeneration. In this context, it is interesting to determine the possible connection between the lipid environment and potassium homeostasis The in vitro study was carried out on 158N murine oligodendrocytes and microglial BV-2 cells. We have shown that the lipotoxicity of 7KC, 24S-OHC and C24:0 implies retention of K+ involving the voltage dependent potassium channels (Kv). These results have shown that inhibition of Kv channels lead to an increase in [K +] i contributing to the cytotoxicity of 7KC, 24S-OHC and C24:0. The retention of K+ induced by oxysterols (7KC and 24S-OHC) would be under the control of Kv3.1b. A clinical study, on plasma of patients with Alzheimer’s disease, revealed a negative correlation between docosahexaenoic acid (DHA) and K+ concentration. In the J20 mice, a transgenic model of Alzheimer’s disease, the expression of Kv3.1b and Abcd3 was decreased in the hippocampus and cortex. Overall, the results obtained established relationships between lipotoxicity, peroxisomal metabolism and potassium homeostasis in neurodegeneration and suggest a possible modulation of the expression and activity of kv3.1b in the pathophysiology of neurodegenerative diseases. So, modulation of Kv3.1 could constitute a new therapeuthic approach against some neurodegenerative diseases.