L'épuration mucociliaire est la première ligne de défense de l'appareil respiratoire. L'altération de l'épuration mucociliaire se traduit par une stagnation et/ou une accumulation de mucus, conduisant potentiellement à des obstructions plus ou moins partielles et à des infections chroniques des voies aériennes. On compte deux grands types d'altération de l'épuration mucociliaire. Le premier est lié aux caractéristiques du mucus, comme dans le cas de la mucoviscidose. Le deuxième est lié à des anomalies de l'ultrastructure du cil et /ou de son battement regroupées sous le terme de "ciliopathies"qui peuvent être soit innées soit acquises.Ce travail, qui s'inscrit dans le cadre clinique de la problématique des ciliopathies respiratoires et de leur prise en charge, a pour objectif de mieux caractériser, à partir des outils de la Biomécanique, les mécanismes du battement ciliaire (incluant une mesure de l'efficacité globale du battement des cils) et à transférer ces connaissances au profit de la clinique.Pour cela une méthodologie de caractérisation systématique de la mécanique ciliaire à partir de prélèvements biologiques issus de patients observés par vidéo-microscopie à haute vitesse a été développée parallèlement au développement d'un modèle numérique intégrant le couplage entre battement ciliaire et transport de fluide. Cette association entre expériences et modèle numérique a permis de proposer un nouvel index utilisable par les cliniciens pour caractériser l'efficacité du battement ciliaire. Cet index présente l'avantage de ne pas exiger de modification de la pratique clinique concernant la collecte de données biologiques / Mucociliary clearance is the first line of defense of the respiratory tract. Alteration of this clearance leads to a stagnation and/or accumulation of mucus, potentially resulting in more or less partially obstructions and in chronic infections of the airways. There are two main types of mucociliary clearance alterations. The first one is linked to the mucus characteristics, as in cystic fibrosis. The second one is connected to cilium ultrastructure abnormalities and/or ciliary beating defects encompassed by the term of "ciliopathies" which may be primary or acquired.This work, which takes place in the clinical issue of respiratory ciliopathies and their care, aims to better characterize, through biomechanics tools, the mechanisms of ciliary beating (including a measurement of the global efficiency of cilia) and to transfer these knowledges in favor of the clinical management.A methodology of systematic characterization of the ciliary mechanics, from biological samples derived from patients observed through high-speed video-microscopy analysis, has been developed as the same time as the development of a numerical model incorporating the coupling between ciliary beating and fluid motion. This association between experiments and numerical model allowed to propose a new index usable by the clinicians to characterize the ciliary beating efficiency. This index has the advantage of not requiring a modification of the clinical practice of biological data collection

La dyskinésie ciliaire primitive (DCP) est une maladie génétique rare, autosomique récessive, résultant d'un dysfonctionnement des cils de l'épithélium respiratoire. Les patients atteints souffrent d'infections respiratoires chroniques accompagnées de complications évoluant vers l'insuffisance respiratoire, en dépit de traitements antibiotiques et de kinésithérapique à vie. Ils peuvent aussi présenter une hétérotaxie.La première partie de ma thèse a consisté à rechercher des gènes impliqués dans l'hétérotaxie et la DCP. Grâce au séquençage haut-débit, nous avons pu identifier deux nouveaux gènes - MMP21 et RSPH1 - responsables respectivement d'hétérotaxie et de DCP. L'identification de tous les gènes responsables est un préalable indispensable à toute thérapie génique. Dans la deuxième partie, nous avons cherché à développer une thérapie génique in vivo dans le but de restaurer un battement ciliaire normal et ainsi de stopper l'évolution de la maladie. Préalablement, notre laboratoire avait apporté la preuve du concept dans un essai de thérapie génique in vitro impliquant le gène DNAI1. Pour la démonstration in vivo, la lignée Dnahc11iv de souris ayant une mutation du gène Dnahc11 et ayant des cils déficients a été choisie. L'ADNc de DNAH11 (14 kb) a été cloné sous contrôle d'une partie de la séquence du promoteur FOXJ1, suffisante pour limiter l'expression du transgène aux cellules ciliées. Une autre construction a permis de produire des vecteurs dérivés du baculovirus. Un essai de délivrance par voies nasale et trachéale a été réalisé avec succès d'une part avec les vecteurs dérivés du baculovirus et d'autre part avec l'ADNc complexé à des nanoparticules / Primary ciliary dyskinesia (PCD) is a rare autosomal recessive genetic disorder, caused by airway epithelial cilia dysfunction. Patients suffer from chronic respiratory infections along with various organ defects evolving toward respiratory insufficiency, in spite of antibiotic treatment and lifelong physiotherapy. They can also have heterotaxy syndrome. The first part of this work aimed to identify mutations in genes implicated in heterotaxy and PCD. Thanks to next-generation sequencing method, two new genes were identified MMP21 and RSPH1 causing heterotaxy and PCD respectively. The discovery of all causal genes is the base of the development of a PCD therapy system. The second part describes the development and the characterization of tools needed to establish an in vivo gene therapy. The purpose is to restore a normal cilia beating to limit or even stop the disease. First, our laboratory demonstrated the proof-of-concept in an in vitro gene therapy assay for DNAI1. To do so, Dnahc11 deficient mouse model with immotile cilia and PCD symptoms was chosen. Then, to achieve the project, DNAH11 cDNA (14 kb) has been cloned under control of a part of the sequence of the specific promoter (FOXJ1), previously demonstrated as sufficient to limit transgene expression to ciliated cells. Another construction was made to produce baculovirus derived vectors. A cDNA delivery attempt through nasal and tracheal way was done with baculovirus derived vector or DNAH11 cDNA complexed with nanoparticles

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La stimulation à haute fréquence (SHF) du noyau subthalamique (NST) joue un rôle essentiel chez les patients Parkinsoniens dans l'amélioration des troubles moteurs pour lesquels la dopa-thérapie n'est plus satisfaisante. Tout comme l'administration à long terme de L-DOPA, la SHF du NST, peut aussi, selon l'intensité de stimulation, évoquer des mouvements dyskinétiques. Ces dyskinésies sont considérées comme un phénomène d'apprentissage moteur pathologique, secondaire à une altération de la transmission glutamatergique et sont sous-tendues par des modifications durables d'expression génique, notamment dans le striatum. L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier et de comparer les mécanismes moléculaires des dyskinésies induites par la L-DOPA à celles induites par la SHF, en se focalisant plus particulièrement sur la sous unité NR2B des récepteurs NMDA. Dans un premier temps, nous avons montré par immunohistochimie que la sous unité NR2B est hyperphosphorylée dans le NST et l'EP suite à l'induction de dyskinésie par la SHF du NST chez l'animal sain. Ces résultats ont été confirmés par la suite dans un modèle animal de la maladie de Parkinson, le rat 6-OHDA. La comparaison de ces modifications avec celles observées chez le rat 6-OHDA rendus dyskinétique par un traitement chronique à la L-DOPA nous permet de suggérer que l'induction des dyskinésies est associée à une hyperphosphorylation de NR2B au sein d'une voie subthalamo-entopédonculaire alors qu'une activation de NR2B dans le striatum semble être impliquée dans l'expression des dyskinésies. Enfin, nos résultats mettent également en évidence une implication différentielle des deux structures de sorties des ganglions de la base dans les processus akinétiques et dyskinésiogènes. / High frequency stimulation of the subthalamic nucleus (STN-HFS) alleviates parkinsonian motor symptoms and indirectly improves dyskinesia by decreasing L-DOPA requirement. However, inappropriate stimulation can also trigger dyskinetic movements Dyskinesia are thought to be a pathological learning process due to an overactive glutamate transmission within the basal ganglia. Moreover, several molecular changes seem to be involved in this process. The aim of the present study is to compare the molecular mechanisms of dyskinesia induced by L-DOPA and by STN-HFS, by focusing more particularly on the NR2B-containing NMDA receptor. We show by immunohistochemistry that NR2B subunit is hyperphosphorylated within the STN and the EP during a dyskinesiogenic STN-HFS in normal rats. Similar results are obtained from 6-OHDA rats, a model of Parkinson disease. Comparison of these results with those observed in 6-OHDA dyskinetic rats chronically treated with L-DOPA suggest that dyskinesia induction is associated with an hyperphosphorylation of NR2B within a subthalamo-entopeduncular network while activation of NR2B within the striatum seem to be involved in the expression of dyskinesia. A different implication of the two output of the basal ganglia in akinetic and dyskinesiogenic process is also demonstrated. STAR Date de soutenance : 8 juillet 2011 Thèse sur travaux: non

Mémoire en neurologie vétérinaire / Plusieurs bouledogues anglais (BA) présentaient des tremblements de tête. Les 3 objectifs de ce projet étaient de déterminer la prévalence du syndrome de tremblements épisodiques de la tête (STET) chez les BA du Québec, caractériser la sémiologie du syndrome et déterminer s’il y a une cause sous-jacente. L’étude de prévalence a été complétée en contactant tous les propriétaires de BA présentés au Centre Hospitalier Universitaire vétérinaire entre 2005 et 2012. Vingt-deux des 116 répondants ont confirmé la présence d’épisodes de STET, affirmant une prévalence de 19% (CI 95% 12.3-27.3%) de STET chez les BA québécois. Le mâle est prédisposé au STET (p=0.017). Une étude rétrospective par questionnaire effectuée en ligne auprès des propriétaires de BA atteints a ensuite été complétée. Les 71 questionnaires retenus ont été analysés au moyen de statistiques descriptives. Le STET est caractérisé par un tremblement rapide de la tête débutant à 1.7 an d’âge (médiane), d’une durée de moins de trente minutes, de fréquence variable, occasionnellement déclenché par un stress et qui peut parfois être interrompu. Les tremblements causent de l’anxiété, mais sont autrement bénins et disparaissent spontanément dans 40% des cas. L’investigation diagnostique détaillée incluant des examens neurologique, sanguins, urinaires, de fonctions endocriniennes, d’imagerie par résonance magnétique du cerveau, d’électroencéphalographie, d’électromyographie et d’analyse du liquide céphalorachidien chez 5 BA atteints n’a pas révélé d’anomalie métabolique ou anatomique significative. En conclusion, le STET est une condition fréquente, mais bénigne chez le BA, dont la physiopathologie demeure indéterminée. Il est nécessaire de reconnaitre ce syndrome afin d’éviter des traitements inutiles et potentiellement néfastes. / Many English bulldogs (EB) were presenting head tremors. The 3 objectives of this study were to determine the prevalence of Episodic Head Tremor Syndrome (EHTS) in Quebec’s EB, to characterize the semiology of the syndrome and to determine if there is an underlying cause to this syndrome. The prevalence study was completed by contacting all the owners of EB presented to the Centre Hospitalier Universitaire Vétérinaire between 2005 and 2012. Twenty-two of 116 owners confirmed the presence of EHTS episodes, resulting in a prevalence of 19% (CI 95% 12.3-27.3%) of EHTS in Quebec’s EB. A male sex predisposition was identified (p=0.017). The retrospective study was conducted using an online detailed survey submitted to affected EB’s owners that voluntarily enrolled in the study. The 71 retained surveys were analyzed using descriptive statistics. EHTS is characterized by rapid head tremors that start at approximately 1.7 years of age (median), are less than 30 minutes in duration, of variable frequency, occasionally triggered by stress, and can sometimes be interrupted. The tremors cause anxiety but are otherwise benign and have a spontaneous resolution rate of 40%. Amongst the 5 affected EB that underwent diagnostic testing (neurological examination, bloodwork, urinalysis, endocrine function testing, brain magnetic resonance imaging, electroencephalography, electromyography and cerebrospinal fluid analysis), no underlying anatomical or metabolic abnormality was identified. In conclusion, EHTS is a common but benign condition in EB. The pathophysiology is still undetermined. This syndrome needs recognition to avoid useless and potentially harmful treatment.

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L’obstruction nasale chronique (ONC) est un symptôme banal qui révèle de nombreuses pathologies rhinologiques ostéo-cartilagineuses et/ou muqueuses. Les explorations de l’ONC aident à la démarche diagnostique et permettent d’évaluer le retentissement de l’ONC sur la muqueuse nasale.Afin de répondre aux problèmes que je rencontre dans ma pratique clinique en rhinologie, j’ai orienté mes travaux de recherche vers le développement de nouveaux outils d’exploration des pathologies nasales obstructives :1. A l’échelle tissulaire, dans le cadre des rhinites chroniques, en particulier le dysfonctionnement nasal neurovégétatif qui restait un diagnostic d’élimination. J’ai montré que la compliance nasale, mesurée par rhinométrie acoustique, est perturbée dans les deux causes les plus fréquentes de rhinite chronique, d’une part, et est utile au diagnostic de dysfonctionnement nasal neurovégétatif, d’autre part.2. A l’échelle cellulaire, en m’intéressant à la cellule ciliée de l’épithélium respiratoire. J’ai étudié les avantages et les limites de l’étude ciliaire par microscopie électronique à transmission pour le diagnostic de dyskinésie ciliaire primitive. A l’aide de la vidéomicroscopie numérique à haute vitesse, j’ai développé des paramètres objectifs permettant de caractériser précisément le battement ciliaire. J’ai montré que ces paramètres étaient utiles pour le diagnostic de dyskinésie ciliaire primitive, pour étudier les cils respiratoires au cours de l’amaurose congénitale de Leber ou pour étudier le rôle de la protéine BUG22 dans le battement ciliaire de la paramécie. / Chronic nasal obstruction (CNO) is a common symptom and corresponds to diseases affecting bones, cartilages and/or mucosa of the nose. Objective monitoring of nasal patency is useful for identifying the etiology of CNO and for evaluating its effects on the mucosa.My research is guided by the numerous challenges encountered through my clinical practice of rhinology. I have developed new objective tools for exploring obstructive nasal diseases:1. At tissue level, I focused on chronic rhinitis, especially the neurovegetative nasal dysfunction which remained a diagnosis of exclusion so far. Using acoustic rhinometry, I have shown that the nasal compliance was abnormal in the two most common causes of chronic rhinitis and was a useful measure for the diagnosis of neurovegetative nasal dysfunction.2. At cell level, I focused on the ciliated cell of the respiratory epithelium. I studied the advantages and limits of transmission electron microscopy analysis of cilia for the diagnosis of primary ciliary dyskinesia. Using digital high-speed videomicroscopy, I have established objective parameters that precisely characterize ciliary beating. I have shown that these parameters were useful for diagnosing primary ciliary dyskinesia, for studying respiratory cilia of patients affected by Leber congenital amaurosis or for studying the role of BUG22 protein in ciliary beating of paramecia.

La maladie de Parkinson (MP) est un trouble dégénératif du système nerveux central qui affecte principalement les personnes âgées. Son principal traitement est la L-3,4-dihydroxyphénylalanine (L-DOPA), qui malheureusement provoque des problèmes handicapants tels que les dyskinésies et les psychoses à la suite d’une administration chronique. Peu de traitements sont disponibles pour réduire efficacement ces complications et certains interfèrent avec l’effet thérapeutique de la L-DOPA, alors que d’autres induisent des effets secondaires potentiellement dangereux pour la vie des patients. Il est donc crucial de découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques. Des études cliniques et précliniques ont montré que le site de liaison de la glycine du récepteur N-méthyl-D-aspartate (NMDA) est une cible thérapeutique prometteuse pour les problèmes moteurs de la MP. En effet, la stimulation de celui-ci augmenterait la transmission glutamatergique via la voie hyperdirecte des ganglions de la base, et par conséquent favoriserait l’inhibition du thalamus qui mènera à une moindre activation du cortex moteur, et donc possiblement moins de dyskinésies. De plus, puisque l’activation des récepteurs NMDA le long de la voie nigro-striée augmente la libération de dopamine dans le striatum, il est possible qu’un effet antiparkinsonien soit également obtenu. L’objectif de cette étude est de caractériser les potentiels anti-dyskinétique, antipsychotique et antiparkinsonien de l’inhibition sélective du transporteur de la glycine 1 (GlyT1) chez deux modèles animaux de la MP. Le chapitre 1 décrit le développement et la validation d’une nouvelle méthode de détection pour quantifier les niveaux plasmatiques du bitopertin, un inhibiteur du GlyT1. Le chapitre 2 détermine le profil pharmacocinétique du bitopertin chez le rat, à la suite d’une administration sous-cutanée. Le chapitre 3 évalue l’effet du bitopertin sur la dyskinésie et le parkinsonisme chez le rat hémi-parkinsonien, montrant une amélioration significative de la dyskinésie et du parkinsonisme. Le chapitre 4 évalue l’effet de l’ALX-5407, un inhibiteur du GlyT1, sur la dyskinésie et les comportements de types psychotiques chez le ouistiti lésé au 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP), démontrant une amélioration de la sévérité globale de la dyskinésie, des comportements de type psychose et du parkinsonisme. Dans l’ensemble, ces résultats fournissent des données convaincantes pour soutenir le potentiel thérapeutique de l’inhibition de GlyT1. De plus, le bitopertin a fait l’objet d’essais cliniques approfondies pour le traitement de la schizophrénie, et a présenté un profil de sécurité et de tolérance bien documenté, ce qui en fait un candidat attrayant pour une nouvelle étude clinique dans le traitement de la MP. / Parkinson's disease (PD) is a degenerative disorder of the central nervous system that primarily affects older people. Its main treatment is L-3,4-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA), which unfortunately causes disabling problems such as dyskinesias and psychosis following chronic administration. Few treatments are available to effectively reduce these complications, and some interfere with the therapeutic effect of L-DOPA, while others induce potentially life-threatening side effects. It is therefore crucial to discover new therapeutic targets. Clinical and preclinical studies have shown that the glycine site of the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor is a promising therapeutic target for motor problems in PD. Indeed, this may increase glutamatergic transmission via the hyperdirect pathway of the basal ganglia, and consequently promote inhibition of the thalamus, which will lead to minimal activation of the motor cortex, and therefore possibly less dyskinesia. Additionally, since activation of NMDA receptors along the nigrostriatal pathway increases dopamine release in the striatum, it is possible that an antiparkinsonian effect is also achieved. The objective of this study is to characterize the anti-dyskinetic, antipsychotic and antiparkinsonian potentials of selective inhibition of glycine transporter 1 (GlyT1) in two animal models of PD. Chapter 1 describes the development and validation of a new detection method to quantify plasma levels of bitopertin, a GlyT1 inhibitor. Chapter 2 determines the pharmacokinetic profile of bitopertin in rats, following subcutaneous administration. Chapter 3 evaluates the effect of bitopertin on dyskinesia and parkinsonism in hemi-parkinsonian rats, showing a significant improvement in dyskinesia and parkinsonism. Chapter 4 evaluates the effect of ALX-5407, a GlyT1 inhibitor, on dyskinesia and psychotic-like behaviours in marmosets injured with 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP), demonstrating an improvement in the overall severity of dyskinesia, psychosis-like behaviours, and parkinsonism. Taken together, these results provide compelling data to support the therapeutic potential of GlyT1 inhibition. Additionally, bitopertin has been extensively tested in clinical trials for the treatment of schizophrenia, and has demonstrated a well-documented safety and tolerability profile, making it an attractive candidate for further clinical study in the treatment of the PD.