Le médulloblastome est la plus fréquente des tumeurs pédiatriques malignes du cerveau et est divisé en quatre sous-groupes moléculaires. Le groupe Sonic Hedgehog (SHH), caractérisé par l’activation de la voie SHH, présente une surexpression du facteur de transcription basique hélice-boucle-hélice Atoh1. Atoh1 est essentiel pour le développement du cervelet et plus spécifiquement pour la formation des précurseurs des cellules granulaires, qui sont aussi la cellule d’origine du médulloblastome SHH. Dans le médulloblastome SHH, Atoh1 agit comme un facteur pro-tumoral en collaboration avec la voie SHH. De plus, l’inhibition des niveaux protéiques d’Atoh1 inhibe la prolifération tumorale in vitro et in vivo. Etant donnée l’importance de la protéine Atoh1 dans la formation du médulloblastome SHH, Atoh1 pourrait être une cible thérapeutique potentielle pour traiter le médulloblastome SHH. Cependant, les mécanismes de régulation d’Atoh1 sont encore mal connus.Les modifications post-traductionnelles sont connues pour réguler les niveaux protéiques dans les cellules. Plusieurs types de modifications régulent la dégradation protéique et elles incluent l’ubiquitination et la phosphorylation. Nous avons décidé de nous concentrer dans un premier temps sur le rôle potentiel de la phosphorylation d’Atoh1 sur sa fonction et régulation durant le développement du cervelet et la formation de médulloblastome.Par une analyse de spectrométrie de masse, nous avons identifié douze sites de phosphorylation sur la protéine Atoh1. Parmi ces douze sites, seulement deux, la sérine 328 (S328) et la sérine 339 (S339), sont importantes pour la stabilité et la fonction de la protéine. En effet, les deux mutants de phosphorylation spécifiques de ces deux sites, Atoh1-S328A et Atoh1-S339A, ont une demi-vie plus longue ainsi qu’une activité transcriptionnelle augmentée dans les précurseurs des cellules granulaires par rapport à la forme sauvage d’Atoh1. Nous avons ensuite réalisé une purification d’affinité en tandem différentielle suivie par une analyse par la technologie d’identification protéique multidimensionnelle (MudPIT) pour définir les partenaires phospho-spécifiques d’Atoh1. Nous avons découvert que l’ubiquitine ligase E3 Huwe1 est responsable de la dégradation d’Atoh1 de manière phospho-dépendante dans les progéniteurs des cellules granulaires. Nous avons aussi montré que SHH protège Atoh1 de la dégradation médiée par Huwe1 par l’intermédiaire des phosphatases de la famille des PP2A. De manière importante, ce mécanisme de régulation d’Atoh1 est nécessaire au bon développement du cervelet. De plus, dans le contexte tumoral, un faible niveau d’ARNm d’HUWE1 est associé à une mauvaise survie chez les patients ayant un medulloblastome SHH.Au vu de ces résultats, nous souhaitons étudier plus en détail le rôle de la phosphorylation d’Atoh1 ainsi que la contribution de ce nouveau mécanisme dans le médulloblastome. Nous souhaiterions ainsi exploiter nos résultats pour développer de nouvelles stratégies thérapeutiques dans le médulloblastome SHH. / Medulloblastoma (MB) is the most common pediatric malignant brain tumor and is divided in four subgroups by gene profiling. The well-known subgroup harboring an activation of the Sonic Hedgehog (SHH) pathway shows an upregulation of the proneural basic helix-loop-helix transcription factor Atoh1. Atoh1 is essential for cerebellum development and more specifically for the formation of the granule neuronal progenitors (GNPs), which are the cells of origin of SHH induced MB. In tumoral context, Atoh1 acts as a pro-tumor factor in cooperation with SHH pathway. In addition, the inhibition of Atoh1 protein level prevents MB proliferation in vitro and in vivo. Thus, given the strong implication of Atoh1 protein in MB formation, Atoh1 seems to be a potential therapeutic target to treat SHH MB. However, up to date, mechanisms underlying its regulation remain to be elucidated. Posttranslational modifications are known to regulate protein levels in cells. Several modifications regulate protein turnover including the two most prominent, ubiquitination and phosphorylation. We decided to focus primarily our study on a potential role of Atoh1’s phosphorylation on its function and regulation both during cerebellar development and MB genesis. Using mass spectrometry analysis, we identified twelve phosphorylation sites on Atoh1 protein. Among them, only two, the serine 328 (S328) and serine 339 (S339), were critical for Atoh1 stability and function. The two single phospho-deficient mutants, Atoh1-S328A and Atoh1-S339A, displayed a longer half-life and increased transcriptional activity in granule neuron progenitors when compared to the wild-type form of Atoh1. Next, we employed differential tandem affinity purification followed by Multidimensional Protein Identification Technology (MudPIT) analysis to define Atoh1 phospho-specific partners. We uncovered that the E3 ubiquitin ligase Huwe1 is responsible for Atoh1 degradation in a phospho-dependent manner in granule neuron progenitors. We also discovered that SHH protects Atoh1 against its degradation mediated by Huwe1 through the phosphatases of PP2A family. Importantly, this machinery is required for proper cerebellar development and we highlighted that low levels of HUWE1 are associated with a poor prognosis in patient harboring a SHH medulloblastoma.Given this data, we wish to dissect the role of Atoh1 phosphorylation, and the contribution of this new pathway in MB. We anticipate exploiting our findings to develop new therapeutic strategies in SHH MB.

Le médulloblastome (MB), une tumeur formée à partir du cervelet en développement, est l’un des cancers pédiatriques malins les plus fréquents. Des profils d’expression géniques ont montré l’existence de quatre groupes distincts de MB qui présentent des profils moléculaires et des pronostics différents. Parmi ces groupes, l’un d’entre eux est caractérisé par une activation de la voie de signalisation Sonic Hedgehog (SHH). Ce groupe de MB provient des précurseurs de neurones en grain lors du développement cérébelleux. Les traitements actuels comprennent la chirurgie, la chimiothérapie ainsi que la radiothérapie, ce qui a pour effet d’altérer les capacités cognitives et sociales des survivants. Ainsi, des efforts considérables ont été mis en œuvre dans le but de trouver des cibles thérapeutiques afin de bloquer spécifiquement les mécanismes tumorigéniques sans affecter le développement normal. De récentes analyses à grande échelle ont révélé le rôle crucial de mécanismes épigénétiques, et en particulier dans le groupe SHH, dans lequel la perte de fonction d’un certain nombre de modificateurs chromatiniens a été identifiée. Ainsi, l'objectif principal de ma thèse est d'étudier l'implication de potentiels candidats modificateur chromatinien, à la fois au cours du développement cérébelleux et lors du MB SHH. Nous avons concentré notre étude sur plusieurs modificateurs de la chromatine qui ont été trouvés mutés dans les MB SHH humains. Nous avons commencé l’étude avec trois modificateurs chromatiniens sélectionnés selon (i) leur impact sur la survie, (ii) leur expression au cours du développement du cervelet, (iii) leur expression dans les MB SHH humains et nous sommes finalement concentré sur un.Afin d'étudier ce candidat, un objectif important de ma thèse a été de développer des outils fiables. Dans ce contexte, nous avons développé des modèles de souris knock-out conditionnelles et le système CRISPR-cas9 dans le développement cérébelleux postnatal afin d'étudier l'impact de la perte du candidat à la fois dans le développement du cervelet et dans le MB SHH. Ensuite, nous nous sommes intéressés aux mécanismes moléculaires contrôlés par ce modificateur de la chromatine. Plus précisément, nous avons défini (i) l’interactome, et (ii) des cibles transcriptionnelles spécifiques qui nous ont aidé à comprendre comment une protéine impliquée dans la modification de la chromatine peut favoriser l’état tumoral. En conclusion, ces travaux permettent de mettre en évidence comment la perte de la fonction de modificateur chromatinien spécifique peut différemment affecter le destin cellulaire dans le développement normal cérébelleux et dans le MB SHH et soulève la question d’une prise en charge plus personnalisée des patients atteints de MB SHH. / Medulloblastoma (MB), a tumor arising from the developing cerebellum, is one of the most common malignant pediatric brain tumors. Gene expression profiling showed the existence of four groups of MB with distinct molecular profiles and patient outcomes. Among these groups, one of them is associated with an activation of the Sonic Hedgehog (SHH) pathway.This specific group is thought to arise from cerebellar Granule Neuron Progenitors (GNPs) during cerebellar development. The actual treatment is heavy and consists of surgery, chemotherapy as well as radiotherapy impairing social and cognitive ability of survivors. Thus, considerable effort has been made in order to find drug targets that would specifically block tumorigenic mechanisms without affecting normal development.Recent large scale analysis revealed the crucial role of epigenetic mechanisms, and especially in the SHH group of MB in which loss of function mutation of several chromatin modifiers has been identified. Thus, the main goal of my PhD is to study the involvement of potential candidate chromatin modifiers both during cerebellar development and in SHH MB.We focused our study on several chromatin modifiers that were found mutated in human SHH MB. We began to study three chromatin modifiers that were selected according to (i) their impact on survival, (ii) their expression during cerebellar development, (iii) their expression in human SHH MB and finally we selected one for further functional validation.In order to study this candidate, one important goal of my PhD has been to develop reliable tools. In that context, we developed conditional knock-out mice models and the CRISPR-Cas9 system in postnatal cerebellar development in order to study the impact of the loss of this chromatin modifier both in cerebellar development and SHH MB initiation. Then, we investigated the molecular mechanisms controlled by this chromatin modifier. In particular, we defined (i) the interactome, and (ii) specific target genes that helped us understanding how a protein implicated in chromatin modification can favor tumors. In conclusion, this work provides insights into how the loss of function of a specific chromatin modifier can differentially affect cell fate in the context of normal cerebellar development and in SHH MB, stressing the question of a more personalized patient care.

Pendant le développement du cervelet, les progéniteurs des neurones granulaires (PNG) nécessitent la présence du cil primaire pour proliférer en réponse à Sonic Hedgehog (SHH). En effet, la prolifération dérégulée des PNGs peut conduire à la formation d'une tumeur pédiatrique maligne appelée SHH-médulloblastome (MB), de ce fait comprendre comment le cil primaire est régulé dans les PNGs est crucial.Nous montrons que le facteur de transcription Atoh1 contrôle la présence du cil primaire dans les PNGs in vitro et in vivo. En particulier, la suppression du cil primaire par l’inactivation génétique de gènes impliqués dans la ciliogenèse (par exemple, Kif3a ou Ift88) empêche Atoh1 de maintenir les PNGs en prolifération, ce qui indique qu’Atoh1 favorise l’expansion des PNGs en maintenant la présence du cil primaire. D’un point de vue moléculaire, Atoh1 contrôle la formation du cil primaire en régulant le bon positionnement peri-centrosomal des satellites centriolaires (SC), complexes protéiques essentiels pour la ciliogenèse. L'inactivation de Atoh1 dans les PNGs perturbe en effet la distribution subcellulaire des SCs, altérant ainsi inévitablement la ciliogenèse. Cette nouvelle fonction de Atoh1 est gouvernée par la régulation transcriptionnelle directe d'un composant clé des SCs, Cep131. L’expression ectopique de Cep131 dans les PNGs restore les effets liés à l'inactivation d'Atoh1, rétablissant la localisation correcte du SC et comme conséquence la présence d’un cil primaire.De plus, nous avons montré que cette voie Atoh1-SC-cil primaire-SHH contrôlant la prolifération des PNGs est également conservée dans le contexte du SHH-MB, où Atoh1 est surexprimée et essentielle pour sa formation et sa maintenance.Ces données révèlent un mécanisme par lequel la ciliogenèse est régulée dans des progéniteurs de neurones, offrant de nouvelles informations sur la neurogenèse dans le cervelet et sur la pathogenèse du SHH-MB. / Cerebellar granule neuron progenitors (GNPs) require the primary cilium to proliferate in response to Sonic Hedgehog (SHH) during cerebellar development. As aberrant proliferation of GNPs may lead to SHH-type medulloblastoma (SHH-MB), a pediatric brain tumor, understanding which mechanisms control ciliogenesis in GNPs represents a major interest in the field. Here, we show that the proneural bHLH transcription factor Atoh1 controls the presence of primary cilia in GNPs both in vitro and in vivo, thus maintaining GNPs responsive to the mitogenic effects of SHH. Indeed, loss of primary cilia induced via knockdown of specific ciliary components (e.g. Kif3a and Ift88) abolishes the ability of Atoh1 to keep GNPs in proliferation in vivo. Mechanistically, Atoh1 controls ciliogenesis by regulating the proper peri-centrosomal clustering of centriolar satellites (CS), large multiprotein complexes working as essential machineries for ciliogenesis. Knockdown of Atoh1 in GNPs perturbs CS subcellular distribution, leading to impairment of ciliogenesis. Luciferase reporter assays and chromatin immunoprecipitation experiments indicate that Atoh1 can directly regulate the expression of Cep131, a key CS core component. Importantly, ectopic expression of Cep131 in GNPs depleted of Atoh1, is sufficient to restore proper CS localization and consequent primary cilia formation, indicating that the Atoh1-Cep131-CS axis is responsible for ciliogenesis in GNPs.In addition, we further demonstrated that these functions of Atoh1 are conserved in the context of SHH-MB, where Atoh1 is typically overexpressed and acts as a lineage-dependent transcription factor.These data reveal a mechanism whereby ciliogenesis is regulated in neuron progenitors providing novel insights into cerebellar neurogenesis and pathogenesis of SHH-MB.

On a longtemps pensé que la communication intercellulaire était essentiellement régie par les signalisations juxta-, endo- et paracrine, les gap junctions et, plus récemment, les exosomes. Cependant, les travaux de plusieurs groupes dont le nôtre ont révélé que les Tunneling Nanotubes (TNT), des protrusions membranaires riches en actine qui relient le cytoplasme de cellules distantes et permettent le transport intercellulaire dynamique de leur contenu biologique, fournissent également l'infrastructure et les machines pour une communication efficace entre cellules. Malgré des progrès significatifs, la caractérisation de ces nouveaux organites a été limitée par le manque d'informations moléculaires et structurelles. Combler ces lacunes à l'aide d'une série d'outils de pointe et d'approches novatrices est devenu l'objectif principal de ma thèse. Plus précisément, j'ai exploré le rôle des complexes régulateurs de l’actine dans la formation des TNT reliant les cellules neuronales. Mes analyses montrent que les voies moléculaires connues pour être impliquées dans la formation d'autres protrusions membranaires régulent différemment la génération des TNT. En utilisant la microscopie par imagerie en direct, la microscopie électronique cryocorrélative et la tomographie, j'ai également étudié la nano-architecture des TNT neuronaux. Mes découvertes ont démontré que les TNT des cellules neuronales sont composés de plusieurs TNT individuels permettant le passage de vésicules et de mitochondries. En raison des difficultés d'identification des TNT in vivo, mes travaux ont également porté sur la mise en œuvre d'une approche « Connectomic » structurelle pour détecter les TNT dans les tissus sans avoir besoin d'un marqueur spécifique de TNT. Mes résultats indiquent que des structures de type TNT relient les cellules granulaires cérébelleuses migratrices des souris nouveau-nées, ce qui suggère que la communication intercellulaire pendant des événements migratoires dans le cerveau pourrait être médiée par des processus mettant en jeu des TNT. La squelettisation des structures identifiées fournit des informations géométriques qui corroborent les observations faites dans des expériences de couplage de colorants. L'ensemble de mes travaux de thèse fait la lumière sur la formation et la structure des TNT neuronaux in vitro et sur de nouvelles approches pour l'identification des TNT in vivo. / Inter-cellular communication has long been thought to be governed by juxta-, endo-, and paracrine signaling, tight junctions, and more recently, exosomes. However, large efforts from our and other groups revealed that Tunneling Nanotubes (TNTs), actin-rich membranous protrusions that connect the cytoplasm of distant cells and allow the dynamic inter-cellular transport of biological cargo, also provide the infrastructure and machinery for effective cell-to-cell communication. Despite significant progress made to unveil TNT-mediated cell communication, the characterization of these novel organelles has been limited by unanswered questions that hail from the lack of both molecular and structural information. Exploring these gaps in the field using a series of state-of-the-art tools and novel approaches became the main focus of my dissertation. Specifically, I explored the specific role of actin-regulator complexes in the formation of TNTs connecting neuronal cells. My analyses show that molecular pathways known to be involved in the formation of other membranous protrusions behave differently in the generation of TNTs. By employing live imaging microscopy, cryo-correlative electron microscopy and tomography approaches, I also studied the nano- architecture of neuronal TNTs. My findings demonstrated that TNTs of neuronal cells are comprised of multiple individual TNTs capable of transporting vesicles and mitochondria. Owing to the difficulties of identifying TNTs in vivo, my work also focused on the implementation of a structural Connectomic approach to detect TNTs in tissue without the need for a TNT-specific marker. My findings indicate that TNT-like structures connect migratory cerebellar granule cells of neonate mice, suggesting that inter-cellular communication during migratory events in the brain could be mediated by TNT-like processes. Skeletonization of the structures identified provide my findings with geometrical information that can be compared with observations made by corroborative dye-coupling experiments. Taken together, my dissertation work sheds light on the formation and structure of neuronal TNTs in vitro, and novel approaches for the identification of TNTs in vivo.

Les travaux rapportés dans cette thèse ont pour objectif principal de mieux comprendre le rôle du striatum et du cervelet dans l’apprentissage d’habiletés visuomotrices et, plus particulièrement, d’approfondir l’apport spécifique de chaque structure dans cette forme de mémoire. La première étude a pour but de vérifier l’hypothèse selon laquelle le striatum serait impliqué dans la phase d’automatisation des apprentissages. La performance de deux sous-groupes de patients atteints de la maladie de Parkinson (MP), respectivement porteurs de lésions striatales unilatérale et bilatérale, est comparée à celle d’un groupe de sujets témoins à l’aide de la technique de double-tâche. Conformément aux hypothèses, les résultats démontrent que seule une atteinte bilatérale du striatum affecte d’une façon significative la capacité d’effectuer une seconde tâche de nature visuospatiale lors de l’exécution d’une habileté visuomotrice apprise, suggérant ainsi que cette structure participe aux phases avancées de l’acquisition d’habiletés. La deuxième expérience vise à étudier la contribution spécifique du striatum et du cervelet dans l’apprentissage visuomoteur. Pour ce faire, la performance de deux groupes de patients ayant la MP ainsi que celle d’un groupe de patients, porteurs d’une lésion circonscrite au cervelet (CE), sont respectivement comparées à celle de deux groupes de sujets témoins appariés, à l’aide d’une version aléatoire de la tâche de séquence visuelle répétée et d’une nouvelle version de la tâche de tracé-miroir. Pour la première fois, les résultats montrent une double dissociation fonctionnelle entre ces deux structures. Alors que le striatum semble davantage gérer un apprentissage associatif de type perceptivomoteur, le cervelet est particulièrement nécessaire à la mise en séquence de mouvements appris. De nature exploratoire, la troisième étude s’intéresse à la participation du striatum et du cervelet dans la capacité d’adaptation à un changement contextuel à l’aide d’un schème expérimental d’apprentissage d’habiletés. Les résultats suggèrent que les patients parkinsoniens porteurs d’une dysfonction striatale bilatérale, et non ceux ayant une lésion au cervelet, ne peuvent généraliser l’habileté acquise à un autre contexte où ils doivent modifier une partie du plan moteur pour effectuer la tâche. Ensemble, ces données suggèrent non seulement que le striatum et le cervelet participent à l’acquisition.

Le substrat anatomique impliqué dans l'apprentissage d'habiletés est encore peu connu. Des études réalisées auprès de populations humaines et animales ont montré que le striatum joue un rôle important dans ce type d'apprentissage. Toutefois, de récents travaux ont désigné le cervelet comme étant une des structures pouvant aussi contribuer à l'acquisition implicite de différentes habiletés. Dans le but d'examiner l'apport possible du cervelet dans l'apprentissage d'habileté visuomotrice, douze patients/es porteurs/ses de lésions cérébelleuses et douze sujets témoins appariés ont été évalués/es à six reprises à l'aide d'une tâche adaptée de Nissen et Bullemer (1987) qui nécessitel'apprentissage d'une séquence spatiale répétée. Des tâches mesurant la mémoire déclarative de la séquence ont aussi été administrées de façon à évaluer la dissociation possible entre les deux systèmes de mémoire. Les résultats indiquent que les patients/es cérébelleux/ses montrent un déficit d'apprentissage implicite de la séquence malgré une performance comparable à celle des sujets témoins aux tests de mémoire déclarative. Les données d'analyses subséquentes ont également montré que le déficit ne pouvait être attribué à une baisse généralisée du fonctionnement cognitif, à des lésions extérieures au cervelet, à des difficultés motrices ou à un manque de ressources attentionnelles. Ceci suggère donc une implication du cervelet lors de tâches d'habiletés visuomotrices nécessitant un apprentissage implicite.

Le troisième trimestre de grossesse est une période-clé du développement cérébelleux. L’extrême prématurité et les lésions cérébelleuses (LCb) associées prédisposent ces enfants à des déficits moteurs, sociaux, comportementaux et cognitifs. Nos objectifs étaient de décrire les déficits neurocomportementaux associés à long-terme aux LCb, et d’explorer le rôle des microglies cérébelleuses dans leur survenue. À 3 jours de vie, des LCb ont expérimentalement et aléatoirement été induites chez des souriceaux transgéniques (B6.129P2(Cg)-Cx3Cr1 CreERT2-EYFP/iDTR), présentant ou non, une déplétion microgliale cérébelleuse transitoire : contrôle, hémorragies cérébelleuses, état inflammatoire systémique précoce et association des deux lésions. Une évaluation neurocomportementale a été réalisée à l’aveugle en période juvénile et à l’âge adulte. En présence de microglies cérébelleuses, les souris mâles adultes ayant souffert de LCb présentaient une diminution des comportements liés à l’anxiété (test du labyrinthe en croix surélevé) et les souris femelles juvéniles ayant souffert de LCb une augmentation des comportements d’investigation sociale (test de reconnaissance sociale) en comparaison des groupes contrôles. Vis-à-vis d’un état inflammatoire systémique précoce, la déplétion microgliale cérébelleuse assurait une récupération fonctionnelle du phénotype anxieux masculin et social féminin. Ce constat suggérait l’implication d’une activation microgliale délétère à la suite de LCb. Des études complémentaires permettront de préciser les sous-domaines neurocomportementaux affectés et d’investiguer les conséquences d’une activation microgliale (altération de l’élagage synaptique et/ou de la myélinogénèse cérébelleuse). / The third trimester of pregnancy is a key period for cerebellar development. Extreme prematurity and cerebellar injuries (CBI) predispose ex-preterm infants to long-term motor, social, behavioral, and cognitive deficits. Our objectives were to describe the long-term neurobehavioral deficits associated with CBI, and to determine if cerebellar microglia play a pathological role in these induced neurobehavioral deficits. At 3 days of life, CBI were experimentally and randomly induced in transgenic mice (B6.129P2(Cg)-Cx3Cr1 CreERT2-EYFP/iDTR), with or without transient cerebellar microglial depletion: control, cerebellar hemorrhages, early systemic inflammatory state, and association of these 2 injuries. A blinded neurobehavioral assessment was performed in juvenile and adult age. In the presence of cerebellar microglial cells, CBI adult male mice exposed to CBI showed a decrease in anxiety-related behaviors (elevated plus maze test), and CBI juvenile female mice exposed to CBI showed an increase in social investigation behaviors (social recognition test) compared to control groups. Cerebellar microglial depletion ensured a functional recovery of these anxiety-related and social investigation behaviors in mice exposed to an early systemic inflammatory state. This finding was consistent with a deleterious role of microglial activation. Further studies will precise the neurobehavioral subdomains affected and investigate the consequences of microglial activation (alteration of synaptic pruning and/or cerebellar myelinogenesis).

Il a maintenant été établi, par plusieurs études anatomiques, physiologiques et biochimiques, que les composantes du cortex cérébelleux, telles que les cellules de Purkinje et les afférences des fibres moussues, sont organisées selon une compartimentalisation parasagittale. Dans le but d’établir si les limites de ces diverses zones longitudinales se conforment à un même plan d'organisation, nous avons comparé, chez le rat adulte, la distribution de la projection cérébelleuse des fibres moussues du noyau réticulaire latéral (NRL), obtenue par l’injection d’un traceur antérograde, à la compartimentation des cellules de Purkinje révélée par l’anticorps monoclonal mabQ113. Nos résultats suggèrent que les afférences réticulocérébelleuses démontrent une subdivision parasagittale plus fine que celle établie par les cellules de Purkinje. Il s’avère donc possible que ce raffinement des afférences du noyau réticulaire latéral corresponde fonctionnellement aux microzones du cervelet suggérées par Oscarsson (1976), et que des mécanismes compétitifs puissent conduire à cette fine subdivision. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2019

Les ataxies autosomiques récessives sont un groupe de troubles neurologiques hétérogènes caractérisés par une incoordination brute des mouvements musculaires impliquant le dysfonctionnement nerveux du cervelet qui coordonne le mouvement. Plusieurs formes héréditaires ont été décrites dont la plus connue : l’ataxie de Friedriech. Dans cette thèse nous rapportons l'identification et la caractérisation d’une nouvelle forme dans la population québécoise. L’ataxie récessive spastique avec leucoencéphalopathie (ARSAL; aussi connue comme l’ataxie autosomique récessive spastique de type 3 (SPAX3); OMIM 611390) est la deuxième ataxie spastique décrite dans la population canadienne française. En effet, près de 50 % de nos cas sont originaires de la région de Portneuf. En 2006, nous avons décrit les caractéristiques cliniques de cette nouvelle forme d’ataxie. Un premier criblage du génome entier, constitué de plus de 500 marqueurs microsatellites, a permis la localisation du locus sur le chromosome 2q33-34. Suite au séquençage de plus de 37 gènes candidats et afin de rétrécir cet intervalle candidat, nous avons utilisé une micro-puce d’ADN constituée de marqueurs SNP «single nucleotide polymorphism» et nous avons identifié un deuxième intervalle candidat de 0.658Mb au locus 2q33 dans lequel se trouvent moins de 9 gènes. L’identification et la caractérisation de ces mutations a nécessité l’utilisation de diverses technologies de pointe. Trois mutations (une délétion et deux réarrangements complexes) dans le gène mitochondrial tRNA-synthetase (MARS2) ont été identifiées dans notre cohorte. Nous émettons l’hypothèse que la nature des mutations complexes est responsable d’un dérèglement de la transcription du gène, ce qui a un impact néfaste sur la fonction mitochondriale et le tissu neuronal. / Autosomal Recessive Ataxias are a group of heterogeneous neurological disorders consisting of gross incoordination of muscle movements implying dysfunction of parts of the nervous system that coordinate movement such as the cerebellum. Several hereditary forms exist for these patterns of neurological dysfunction. In this thesis we reported the identification and characterization of a new form in the French-Canadian population. Autosomal Recessive Spastic Ataxia with frequent Leukoencephalopathy (ARSAL; also referred to as Autosomal Recessive Spastic Ataxia type 3 (SPAX3); OMIM 611390) is the second recessive spastic ataxia originally described in the French-Canadian population. Furthermore, close to 50% of our cases share a Portneuf region origin. In 2006 we described the cardinal features of this new form of ataxia. A first genome wide scan was performed on three informative families with microsatellite (single tandem repeat) markers and a parametric linkage analysis. This allowed us to identify a candidate interval on chromosome 2q33-34. Sequencing of more than 37 genes did not uncover the putative mutation. In order to refine this candidate interval, we have a second genome scan using single nucleotide polymorphism SNP markers and we have identified a smaller candidate interval of 0.658 Mb in which there are nine genes. The use of a multimodal approach was required to uncover and characterize the three mutations (one deletion and two complex rearrangements) in the mitochondrial met-tRNA synthetase gene (MARS2). We suggest that complex rearrangement of the 5’ region of the gene has a great impact on the gene transcription regulation, which affect its mitochondrial function and impair the neuronal tissue.

Notre travail a porté : 1) sur l'étude des modifications d'excitabilité corticale au cours du traitement des poussées de sclérose en plaques (SEP) et de l'évolution naturelle des formes progressives de SEP ; 2) sur la caractérisation du tremblement d'action, fréquemment observé dans le cadre de cette maladie et qui constitue une importante source de handicap. Ceci a conduit à la réalisation de 5 études. La première étude a démontré que l'amélioration rapide des performances motrices observées à la suite du traitement de poussées de SEP par une corticothérapie administrée en flash quotidien sur plusieurs jours, s'accompagnait de modifications significatives d'excitabilité corticale étudiée par stimulation magnétique transcrânienne. Ces modifications portaient sur la balance d'influences GABAergiques et glutamatergiques au sein du cortex moteur. Cette augmentation d'excitabilité survient bien avant toute possibilité de remyélinisation ou de régénérescence axonale et constitue donc une amélioration fonctionnelle induite par le traitement. Dans la deuxième étude, différents paramètres d'excitabilité corticale ont été suivis sur un an chez des patients présentant une forme progressive de SEP, traitée ou non traitée. Cette étude a mis en évidence une diminution de l'inhibition intracorticale et une augmentation du seuil moteur au repos chez les patients non traités, accompagnant une augmentation des scores cliniques de handicap. En revanche, les patients traités restaient stables, aussi bien sur le plan neurophysiologique que clinique. Ces résultats montrent que l'évolution de la SEP progressive est associée à une altération globale et évolutive de l'excitabilité du cortex moteur, portant aussi bien sur les neurones pyramidaux que sur les circuits de contrôle inhibiteur, probablement liée à l'aggravation de la perte neuronale au fil du temps. Nos résultats montrent également que différents types de traitement immunomodulateur peuvent arrêter ce cours évolutif. Dans une troisième étude, nous avons caractérisé l'existence d'un tremblement chez 32 patients atteints de SEP au moyen d'enregistrements électromyographiques et accélérométriques réalisés au membre supérieur. Ces enregistrements n'ont permis de confirmer l'existence d'un véritable tremblement que chez un seul patient. L'étude neurophysiologique concomitante de circuits de contrôle cérébelleux et protubérantiels a permis de montrer que la plupart des aspects cliniques de tremblement dans la SEP ne révélait en fait qu'un pseudo-tremblement lié en grande partie à des dysfonctions cérébelleuses. Nos deux dernières études ont permis de préciser ce résultat, au moyen d'une analyse du signal électromyographique et accélérométrique par décomposition modale empirique associée à une transformée de Hilbert-Huang. Cette méthode d'analyse apparaît valide et performante pour caractériser les tremblements et pseudo-tremblements survenant dans la SEP et les distinguer d'autres types de tremblement, comme le tremblement essentiel. / Our work focused on: 1) the study of cortical excitability changes in the treatment of multiple sclerosis (MS) relapses and the natural history of progressive forms of MS; 2) the characterization of action tremor, which is frequently observed in the course of the disease and is a major source of disability. This has led to the realization of five studies. The first study demonstrated that a rapid improvement in motor performance can be observed following treatment of MS relapses by intravenous corticosteroids administered daily over several days, accompanied by significant changes in cortical excitability parameters studied by transcranial magnetic stimulation techniques. These changes focused on the balance between GABAergic and glutamatergic influences in the motor cortex. An increase in cortical excitability occurs well before any possibility of remyelination or axonal regeneration, demonstrating a functional improvement induced by the treatment. In the second study, different parameters of cortical excitability were followed over one year in patients with progressive MS, treated or untreated. This study showed a decrease of intracortical inhibition and increased motor threshold at rest in untreated patients, accompanying a worsening of clinical disability scores. In contrast, treated patients remained stable, both on clinical and neurophysiological parameters. These results show that the evolution of progressive MS is associated with a global and progressive impairment of motor cortex excitability, concerning both pyramidal neurons on inhibitory control circuits, probably due to the progression of cortical neuronal loss over time. Our results also showed that different types of immunomodulatory therapy can stop this evolutionary course. In a third study, we characterized the existence of action tremor in 32 MS patients using electromyographic and accelerometer recordings in the upper limb. These recordings confirmed the existence of a real tremor in only one patient. Concomitant neurophysiological study of cerebellar and pontine circuits of control showed that most of the clinical aspects of tremor in MS in fact revealed a pseudo-tremor largely due to cerebellar dysfunctions. Our last two studies have clarified this result by means of an analysis of the electromyographic and accelerometer signal using empirical mode decomposition associated with Hilbert-Huang transform. This method of analysis appears valid and effective to characterize tremor or pseudo-tremor occurring in MS patients and to distinguish them from other types of tremor, such as essential tremor.