Les p21-activated kinases (PAK) du sous-groupe I sont impliquées dans de nombreux processus cellulaires tels la prolifération, les mouvements cellulaires, l’adhérence et l’apoptose. Ces kinases sont des effecteurs des Rho-GTPases Rac1 et Cdc42 et participent à la régulation du cytosquelette d’actine. Les deux kinases neuronales PAK1 et PAK3, qui présentent de fortes identités de séquence, régulent le cytosquelette d’actine, contrôlant ainsi la dynamique des épines dendritiques, et la plasticité synaptique.Les mutations du gène pak3, localisé sur le chromosome X, sont responsables de déficience intellectuelle chez l’homme, et les mécanismes moléculaires et cellulaires associés aux défauts cognitifs sont mal connus. Il a été montré que PAK3 participe à la voie proneurale au cours de l’embryogénèse précoce du xénope en favorisant la sortie du cycle cellulaire et la différenciation neuronale. Cependant, le rôle de PAK3 dans la neurogenèse adulte n’a pas été étudié. Or depuis maintenant une quinzaine d’années, il est admis que la neurogenèse perdure à l’âge adulte et participe aux processus de mémorisation et d’apprentissage. Nous nous sommes donc intéressés à l’implication de PAK3 dans la régulation de la neurogenèse adulte, posant l’hypothèse qu’un défaut de neurogenèse serait responsable, au moins en partie, des défauts cognitifs chez les patients. Nous avons montré que PAK3 n’est pas exprimée dans les cellules souches neurales/progéniteurs prolifératifs mais son expression augmente fortement dès le retrait des facteurs de croissance, ex vivo, suggérant un rôle dans la neurogenèse adulte. Nous avons montré que l’invalidation de pak3 provoque une augmentation de la fréquence de neurosphères primaires formées ainsi qu’un accroissement de leur taille, ceci sans affecter la taille du réservoir de cellules souches ni les propriétés cardinales de celles-ci (multipotence, auto-renouvellement et prolifération). Toutefois, les cellules progénitrices pak3- poursuivent leur prolifération dans des conditions de culture induisant normalement la différenciation, suggérant un défaut de sortie du cycle cellulaire.Nous nous sommes ensuite demandé si les mutations de déficience intellectuelle du gène pak3 altèrent la neurogenèse adulte. Nous avons créé pour cela un modèle murin portant la mutation R67C, responsable chez l’homme de la forme la plus sévère de déficience intellectuelle associée aux mutations de ce gène. Nous mettons en évidence, dans cette souris knock-in, une forte diminution du nombre de cellules nouveau-nées dans les deux zones neurogéniques du cerveau (la zone sous-ventriculaire et le gyrus denté de l’hippocampe) et une augmentation de la proportion de neurones nouveau-nés immatures. Ces données suggèrent que la mutation R67C n’induit pas une perte de fonction de la kinase mais un changement de fonction dépendante d’une activation préférentielle par la GTPase Rac1.En conclusion, ce travail de thèse montre que PAK3 participe à la régulation de la neurogenèse adulte chez les mammifères, contrôle la sortie du cycle cellulaire des progéniteurs neuraux et que la mutation R67C impacte la maturation des neurones nouveau-nés. L’ensemble de ces données suggère que les défauts de neurogenèse adulte dus aux mutations de déficience intellectuelle du gène pak3 sont à l’origine de certains dysfonctionnements cognitifs. / The group I p21-activated kinases (PAK) are involved in many cellular processes such as proliferation, cell movement, adhesion and apoptosis. These kinases are effectors of Rho GTPases Rac1 and Cdc42, and participate in the regulation of the actin cytoskeleton. Both neuronal kinase PAK1 and PAK3, which exhibit high sequence identities, regulate the actin cytoskeleton, thereby controlling the dynamics of dendritic spines and synaptic plasticity. Mutations of the X-linked pak3 are responsible for intellectual disability (ID) in humans, and the molecular and cellular mechanisms associated with cognitive defects are poorly described. It was shown that PAK3 participates in the proneural pathway during early Xenopus embryogenic development, by promoting cell cycle exit and neuronal differentiation of neural precursors. However, the role of PAK3 in the adult neurogenesis has not been studied in mammals. It is now generally accepted that neurogenesis persists during human adulthood and is involved in learning and memory. We are therefore interested in the involvement of PAK3 in the regulation of adult neurogenesis, on the assumption that defects in neurogenesis may be responsible, at least in part, for cognitive defects in ID patients.We showed that PAK3 is not expressed in proliferative neural stem/progenitor cells but its expression increased significantly upon growth factor removal, suggesting a role in adult neurogenesis. We showed that the invalidation of pak3 gene causes an increase in the frequency and in size of primary neurospheres. However Pak3 invalidation does not affect the size of the stem cell reservoir nor the NCS cardinal properties (pluripotency, self-renewal and proliferation). However, the pak3- progenitor cells continue their proliferation in culture conditions normally inducing differentiation, suggesting a defect in cell cycle exit. We then asked whether pak3 ID mutations affect adult neurogenesis. We created a knock-in model expressing the pak3-R67C mutation responsible in humans for a severe form of intellectual impairment. We observed in the knock-in mice, a significant decrease in the number of newborn cells in both neurogenic areas of the brain (the subventricular zone inforebrain, and the dentate gyrus of the hippocampus) and an increase in the proportion of immature newborn neurons. These data suggest that the R67C mutation does not induce a loss of function of the kinase but a change of a function dependent on preferential activation by the Rac1 GTPase.In conclusion, we show that PAK3 play an important role in the regulation of adult neurogenesis in mammals by controlling the cell cycle exit of neural progenitors. The R67C ID mutation impacts both newborn cell proliferation and their maturation. Taken together, these data suggest that defects in adult neurogenesis caused by ID mutations in the pak3 gene may be involved in some cognitive dysfunctions.

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Le paradigme actuel de pleine participation sociale place la lecture en compétence fondamentale. Dans ce contexte, notre thèse cherche à comprendre le développement de la lecture dans la déficience intellectuelle et d’approcher des interrelations possibles entre les différents domaines cognitifs et la lecture. Notre étude longitudinale suit le développement de la lecture d’une trentaine d’enfants non-lecteurs bénéficiant d’un dispositif Ulis Ecole dans l’Académie de Rouen. Le protocole expérimental évalue la lecture et des compétences générales et spécifiques impliquées en lecture durant trois années scolaires. Pour comparaison, une trentaine d’enfants non-lecteurs ne présentant pas de déficience intellectuelle est évaluée avec le même protocole de la grande section au CE1.Les séquences développementales de la lecture observées mettent en évidence l’importance de la connaissance du nom et du son des lettres dans le développement de la lecture dans la déficience intellectuelle, tandis que les compétences phonologiques se développeraient en appui sur ces connaissances de la langue écrite. Toutefois, ces enfants peuvent présenter des profils de lecteurs en développement identiques à ceux d’enfants au développement typique. Ces résultats questionnent la définition et le développement de la conscience phonologique, ses interrelations avec la mémoire phonologique et son impact sur le niveau de lecture ultérieur. Les retombées sociales de notre recherche visent un changement de représentation du potentiel de développement de la lecture dans la déficience intellectuelle pour une école inclusive où les besoins doivent guider la réponse à l’intervention et non le diagnostic. / Today, full social participation paradigm places reading in fundamental competence. In this context, our thesis seeks to understand reading development in intellectual disability and to approach possible interrelations between different cognitive domains and reading. Our longitudinal study follows reading development of thirty non-reading children in Ulis School in Rouen Academy. The experimental protocol measures reading skills and general and specific skills involved to read during three school years. For comparison, 30 non-readers children without intellectual disability are evaluated with the same protocol from preschool third year to primary school second year. The developmental sequences of reading observed further highlight the importance of knowledge of the name and sound of letters in the development of reading in intellectual disability, while phonological skills would develop due to this written language knowledge. However, these children may have similar developing reader profiles to those of typically developing children. These results question the definition and development of phonological awareness, its interrelations with phonological memory and its impact on the future level of reading. The social benefits of our research aim to change the representation of the reading developmental potential in intellectual disability for an inclusive school where needs must guide the response to the intervention and not the diagnosis.

Les pathologies du système nerveux central et périphérique, induisent des déficiences motrices ou sensorielles que les méthodes thérapeutiques classiques, chirurgie et médicaments, ne parviennent pas toujours à rééduquer ou suppléer. Depuis longtemps, la stimulation électrique fonctionnelle (FES) peut activer, moduler ou inhiber les structures nerveuses cibles, neurones ou axones. Les applications les plus spectaculaires sont le pacemaker, la stimulation du cerveau profond (pour traiter les tremblements chez les Parkinsoniens), et l'implant cochléaire.<br /><br />Pour restaurer des fonctions motrices ou sensitives plus complexes comme le mouvement ou la vision, non seulement les neuroprothèses doivent proposer des stimuli aux formes diverses non rectangulaires et commander des électrodes multipolaires, mais aussi doivent se déployer sur un nombre plus important de sites. Ce document décrit ce que je propose comme nouvelle architecture de neuroprothèses implantables pour répondre à ce besoin.<br /><br />Il est aussi indispensable de mieux comprendre le problème posé. La modélisation puis la simulation, la synthèse et la commande de mouvement, et enfin le traitement du signal, apportent des supports théoriques aussi bien pour décrire le système étudié, que pour qualifier et quantifier l'impact des neuroprothèses sur ce système. Je décris quelques résultats dans ce domaine, en particulier sur la modélisation des muscles et les développements théoriques qui en découlent, notamment pour la synthèse et la commande de mouvement chez le blessé médullaire.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L'objectif de cette étude est de tester les effets de la formation des enseignants appelés à inclure dans leur classe des enfants présentant une déficience intellectuelle légère (EDIL). Notre intérêt pour la formation table sur plusieurs recherches. De plus, les professionnels mentionnent régulièrement un manque de confiance en leurs compétences dans le domaine de l'inclusion scolaire. Leur formation semble donc capitale pour promouvoir des pratiques inclusives. Pour réaliser ce projet, quinze EDIL ont participé au travail et ont bénéficié d'une inclusion. Le nombre des participants à la recherche était de dix enseignants dans trois écoles élémentaires, divisés en deux groupes, l'un expérimental et l'autre témoin. Nous leur avons proposé une formation permettant d'acquérir les gestes professionnels favorisant le développement de deux caractéristiques affectives de l'EDIL, l'estime de soi et la motivation, et de deux caractéristiques cognitives, la métacognition et le transfert, puis nous avons mesuré les effets de la formation sur le comportement du groupe expérimental, et comparé avec le comportement du groupe témoin. Pour identifier les comportements magistraux favorisant les acquis des EDIL, des grilles d'observation ont été construites. Malgré cet effectif réduit, nous pouvons noter que les deux groupes expérimentaux d'enseignants et d'EDIL progressent mieux que leur groupe témoin respectif au plan des variables affectives et des variables cognitives. L'investissement des professeurs dans leur formation, les caractéristiques du suivi qui leur a été proposé mènent à une évolution tangible des attitudes des professionnels et des comportements des élèves inclus.

Les recherches précédentes et les observations cliniques suggèrent une prévalence élevée des troubles du spectre de l'autisme (TSA) dans la population d'enfants déficients visuels. Un phénomène de régression ou de stagnation développemental dès la deuxième année de vie des bébés déficients visuels semble être un précurseur de troubles autistiques ultérieurs. Relativement peu de recherches ont examiné les manifestations comportementaux des très jeunes enfants déficients visuels avant et autour de l'apparition de cette période de régression. Pour cette étude rétrospective, des films familiaux d'enfants aveugles à l’âge de 12 mois, de 24 mois et entre 3 et 4 ans, sont analysés et les comportements de la communication sociale codifiés, afin de repérer des signes précurseurs des TSA. Des films d'enfants aveugles ayant un diagnostic ultérieur de TSA ont été comparés aux films d'enfants aveugles sans TSA. Les résultats indiquent une fréquence moins élevée chez les enfants ayant un diagnostic de TSA de certains signes de la communication sociale dès l'âge de 12 mois, avec des différences très marquées pour les comportements d'ouvertures sociales. D'importantes différences du langage fonctionnel sont observées à partir de l'âge de 24 mois. Des stéréotypés motrices et langagières sont observées à fréquence égale dans les deux groupes jusqu'à 3 ans mais ensuite diminuent chez les enfants sans troubles associés et augmentent chez les enfants avec TSA. Des différences dans le type d'activité ludique sont aussi observées, les jeux sensoriels étant plus fréquents chez les enfants aveugles avec TSA. Certains comportements de rejet social et de particularités sensorielles sont observés uniquement chez les enfants aveugles avec TSA. Ces résultats pourraient contribuer à une meilleure compréhension des signes autistiques chez les personnes aveugles, l'amélioration du dépistage des TSA chez les très jeunes enfants déficients visuels, et peuvent guider des dispositifs d'intervention précoce. / Previous research ans clinical observations suggest a high incidence of autism spectrum disorders (ASD) in visually impaired children. A phenomena of developmental regression or stagnation « developmental setback » observed in the second year of life of visually impaired babies appears to predict the later occurrence of ASD. Relatively little research has explored the behavioural manifestations of very young visually impaired children before and around the apparition of developmental setback. For this retrospective study, home movies of blind children at the age of 12 months, 24 months and between 3 and 4 years, are analysed and behaviours of social communication are coded, to detect early signs of ASD. Films of blind children having later recieved a diagnosis of ASD are compared to films of blind children without ASD. The results indicate a lower frequency of certain social communication behaviours in blind children with ASD as early as 12 months old, with particular differences being observed in social engagement behaviours. Differences are also observed in the level of functional language from 24 months. Motor and language stereotyped behaviours are observed equally in the two groups until the age of 3 when these behaviours increase in the blind ASD children and decrease in the blind children without ASD. Divergences in the type of play are identified, sensory play being more frequent in the blind ASD children. Certain social rejection behaviours and sensory sensitivities are only observed in the blind ASD group. The results of this study contribute to a better understanding of early ASD signs in the blind, and improvements in the early screening of ASD in very young visually impaired children, as well as guiding early intervention programmes.

L’instabilité des séquences répétées microsatellites du génome (courtes répétitions en tandem d’un à cinq nucléotides) est une conséquence de l’inactivation du système MMR (MisMatch Repair), en charge de la réparation des erreurs produites au cours de la réplication de l’ADN. Cette instabilité est associée à un processus de transformation cellulaire original, observé chez l’homme dans des pathologies tumorales fréquentes, nommées MSI (pour Microsatellite Instability). Les localisations primaires les plus fréquentes de ces tumeurs sont le côlon, l’endomètre et l’estomac. Elles peuvent avoir une origine héréditaire (prédisposition familiale ; syndrome de Lynch et apparentés), mais sont dans la majorité des cas de survenue sporadique. La transformation des cellules MMR-déficientes s’observe dans le contexte de l’accumulation de nombreuses mutations somatiques dans l’ADN tumoral. Certaines ont un caractère oncogénique en favorisant la troncature et la perte de fonction de gènes suppresseurs de tumeur ou apparentés, impliqués dans des voies de signalisations diverses et qui contiennent des microsatellites codants (mutations indels d’une à deux paires de base, décalant le cadre de lecture, fréquemment rapportées dans ces tumeurs). Les travaux présentés dans le cadre de mon doctorat visent à mieux comprendre le rôle de l’instabilité microsatellitaire dans la tumorigenèse MSI. Ils s’inscrivent dans le contexte du décryptage et de l’analyse des données de séquençage d’exome de 47 cancers colorectaux primitifs MSI. Dans le contexte d’un niveau élevé d’instabilité génomique caractérisant ces tumeurs, la mise au point par mon laboratoire d’accueil de modèles probabilistes a permis de dresser une liste restreinte de gènes, remarquables par le fait qu’ils sont affectés par des mutations somatiques dont les fréquences sont exceptionnellement élevées ou basses dans l’ADN tumoral. Sous l’hypothèse que de tels évènements somatiques affectent des gènes clés de la tumorigenèse MSI colique, j’ai focalisé mes recherches sur les gènes dont les altérations sont peu fréquentes. Brièvement, j’ai pu démontrer le caractère délétère d’un petit nombre d’altérations microsatellitaires codantes dont la survenue semble soumise à une pression de sélection négative (N=13). Mes résultats indiquent que ces mutations semblent fragiliser le phénotype tumoral des cellules dans lesquelles elles surviennent, la perte de fonction des gènes qu’elles affectent conduisant à diverses conséquences délétères en fonction du gène candidat (e.g. sensibilisation à la mort cellulaire, perte des capacités proliférative et migratoire, ralentissement de la croissance tumorale). Ces résultats rapportent pour la première fois et à grande échelle, la sélection négative de mutations dans des tumeurs à forte instabilité génomique MSI. Ils ouvrent de nouvelles voies pour la compréhension de ce mode particulier de transformation cellulaire, et sont potentiellement d’intérêt pour la mise au point de thérapies personnalisées pour les patients. / Since the discovery of a link between mismatch repair (MMR) deficiency and cancer, microsatellite instability (MSI) is thought as a process underlying cell transformation and tumour progression and invasion. MSI tumours are a subset of frequent human neoplasms, both inherited and sporadic, associated with several primary locations (colon, stomach, endometrium…). In MMR-deficient cells, MSI generates hundreds of frameshift mutations in genes (MSI Target Genes, MSI-TGs) containing coding microsatellite sequences (e.g. -1/+1 bp, insertions/deletions, i.e. indels). Some of these mutations affect genes with a role in human carcinogenesis and are thus expected to promote the MSI-driven tumorigenic process. During my PhD, I aimed to decipher the role of MSI in colon tumorigenesis. I exploited exome-sequencing data available in my lab that were generated from the analysis of a series of 47 human MSI primary colorectal cancer (CRC). Through biostatistics analysis and mathematical models that we designed to interpret mutation rates in the context of the high background for instability characterizing MSI in CRC, we identified a few microsatellites containing genes coding mutations that were negatively selected in MSI colon tumours (N=13). Under the hypothesis that these events may have a negative impact in colon tumorigenesis, I demonstrated that the silencing of these MSI target genes (siRNA/shRNA) was deleterious for MSI cancer cells using in vitro and in vivo models (impairment of proliferation and/or migration and/or response to chemotherapy and/or tumour growth) (Jonchère*, Marisa*, Greene* et al., submitted).

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L’épidémie actuelle d’obésité est devenue un enjeu majeur de Santé Publique dans les pays industrialisés, mais aussi dans les pays en voie de développement. Elle expose les personnes concernées à de nombreuses maladies cardio-vasculaires, métaboliques, articulaires, cancéreuses, et à une augmentation de la mortalité. Si à l’échelle sociétale, l’obésité est liée aux récents changements de notre mode de vie (accès facile à une alimentation hypercalorique, combiné à une diminution de l’activité physique), à l’échelle individuelle c’est la génétique qui détermine en grande partie notre corpulence. Dans l’obésité commune, polygénique, l’héritabilité du poids est de 70% et 5% des obésités sont monogéniques, dues à une mutation d’un seul gène dans la voie leptine-mélanocortine, régulatrice de la satiété. La diffusion des nouvelles technologies de séquençage haut débit (NGS pour Next Generation Sequencing) a permis des avancées considérables sur la connaissance de la maladie et offre une meilleure efficacité que les méthodes classiques par séquençage Sanger ou par puces à ADN, avec une plus grande rapidité de diagnostic génétique et souvent à moindre coût. Lors de mon travail de thèse, nous avons instauré une collaboration entre les services de Pédiatrie et le Centre de Génétique Chromosomique l’Hôpital Saint-Vincent de Paul à Lille d’une part, et le laboratoire UMR 8199 d’autre part afin d’appliquer ces nouvelles techniques de séquençage au diagnostic génétique d’enfants obèses suivis dans le service. Nous avons d’abord étudié 283 enfants obèses ou en surpoids adressés au Centre de Génétique Chromosomique pour bilan étiologique d’un retard de développement psychomoteur. Les premières analyses génétiques (caryotype, CGH array et recherche d’un syndrome de Prader-Willi par analyse du profil de méthylation) étaient normales et le tableau clinique n’était pas expliqué. Nous avons identifié deux nouvelles mutations délétères de SIM1 (c.886A>G/p.R296G et c.925A>G/p.S309G) chez deux patients caucasiens aux phénotypes différents. Ce travail a fait l’objet d’une publication dans le journal « Obesity ».Dans un deuxième temps, nous avons développé un protocole basé sur le NGS pour la détection simultanée des mutations ponctuelles et des anomalies structurales du génome, délétion ou duplications (CNV pour Copy Number Variation). Nous avons vérifié la capacité de notre capture personnalisée à détecter les CNV connus chez 40 patients du Centre de Génétique Chromosomique porteurs de troubles intellectuels. Puis le protocole a été appliqué chez 29 enfants obèses suivis à l’Hôpital Saint-Vincent de Paul permettant chez un certain nombre d’entre eux l’identification d’anomalies génétiques causales en une seule étape et par conséquence une amélioration de leur prise en charge médicale.Lors de mon travail de thèse, nous avons ainsi montré l’intérêt de l’utilisation des nouvelles techniques de séquençage issues du NGS pour améliorer le diagnostic génétique des enfants suspects d’obésité syndromique ou monogénique, première étape indispensable à l’émergence d’une médecine personnalisée dans la prise en charge de ces enfants. / Obesity has become a major public health issue in industrialized countries as well as in developing countries, exposing obeses patients to many cardiovascular disease, metabolic disease, osteoarthritis and cancer, and to an increasing mortality. The current worldwide obesity epidemic has largely been driven by recent changes in our lifestyle (easy access to a hypercaloric food, combined with a reduction of physical activity), however genetic differences have an appreciable role in the observed individual corpulence variation. In polygenic obesity, weight heritability is 70% and 5% of obesities are monogenic, due to a mutation of a single gene in the leptin-melanocortin pathway, regulating satiety. The use of next generation sequencing (NGS) has led to significant advances in disease awareness and provides better efficacy than conventional Sanger sequencing or DNA-chips with more accurate, faster and cheaper genetic diagnosis.During my PhD, we established a collaboration between the Pediatric departments and the Chromosomal Genetics Center at the Hôpital Saint-Vincent de Paul in Lille on the one hand and the laboratory UMR 8199 on the other hand, in order to apply the NGS to the genetic diagnosis of obese children followed in the service. We first studied 283 obese or overweight children referred to the Chromosomal Genetics Center for aetiological assessment of a developmental delay. The first genetic analyzes (karyotype, CGH array and analysis of the methylation profile for a Prader-Willi syndrome) were normal and the clinical phenotype was not explained. We identified two new deleterious mutations of SIM1 (c.886A> G / p.R296G and c.925A> G / p.S309G) in two Caucasian patients with different phenotypes. This work was published in "Obesity".We also developed an NGS-based protocol for the simultaneous detection of punctual mutations and structural anomalies of the genome, deletion or duplication (CNV for Copy Number Variation). We verified the ability of our personalized capture to detect the CNVs known in 40 patients of the Center of Chromosomal Genetics carrying intellectual disorders. The protocol was then applied to 29 obese children from Saint-Vincent de Paul Hospital, enabling a certain number of them to identify causal genetic abnormalities in a single step and, consequently, improving their medical management.In conclusion, during my PhD, we showed the advantage of using the new sequencing technologies derived from the NGS during the genetic diagnosis for children suspected of syndromic or monogenic obesity, this being the first essential step for the emergence of a personalized medicine in the management of childhood obesity