La pathogenèse de l’encéphalite herpétique (HSE) n’est pas totalement connue, mais la réplication du virus engendre une encéphalite aiguë nécrosante du lobe temporal/frontal et une inflammation cérébrale menant à l’infiltration des cellules immunitaires périphériques au sein du système nerveux central. Bien que la majorité des dommages cérébraux engendrés seraient causés par la réplication virale, de plus en de plus de données indiquent une composante immunitaire dans la pathogenèse de l’HSE. La réponse immunitaire innée constitue la première ligne de défense limitant la propagation virale. Nous savons que la réponse immunitaire est engendrée à la suite de la reconnaissance du VHS-1, notamment par les « Toll-like receptors » (TLRs). De plus, la synthèse d’interféron (IFN) de type I est primordiale dans la réponse antivirale. En effet, des études montrent qu’une déficience d’un composant impliqué dans les voies de signalisation menant à la production d’IFNs de type I est délétère chez la souris et chez l’humain au cours de l’HSE. Par ailleurs, la migration des cellules immunitaires au sein du SNC prend de plus en plus d’ampleur dans l’étude de la réponse immunitaire contre cette infection. Cependant, bien que différents modèles animaux permettent l’étude de la réponse immunitaire cérébrale, la complexité de cette pathologie, du SNC et de sa réponse inflammatoire en limite encore notre compréhension. L’objectif principal de cette thèse a été de mieux comprendre la composante immunitaire de la pathogenèse de l’HSE, et plus spécifiquement, au niveau du recrutement des cellules immunitaires périphériques dans le SNC, de la participation des voies de signalisation passant par les facteurs de transcription régulateurs des IFNs (IRF) 3 et IRF7 et d’évaluer l’effet d’immunomodulateurs tels que l’artésunate et la rapamycine sur la sensibilité de différentes souches murines au cours de l’encéphalite herpétique expérimentale. Les études menées ont permis de mettre en évidence qu’une réponse immunitaire cérébrale innée efficace participe à la résistance naturelle des souris C57BL/6 en comparaison aux souris BALB/c naturellement sensibles. En effet, la charge virale dans le SNC des souris C57BL/6 infectées par le VHS-1 par voie I.N est plus faible au pic de l’infection (i. e jour 6 post-infection [p. i]) comparativement aux souris BALB/c. Ce contrôle de la charge virale est associé à une infiltration rapide (avec au jour 4 post-infection, infiltration de monocytes inflammatoires, de cellules dendritiques conventionnelles [cDCs], de cellules dendritiques plasmacytoïdes [pDCs], de cellules « natural killers » [NK], de cellules « natural killers T » [NKT]) et coordonnée (suivie d’une infiltration de lymphocyte T au jour 8 p. i). Par ailleurs, les travaux réalisés ont permis de mettre en évidence un rôle clé d’IRF3 et plus particulièrement d’IRF7 dans la réponse interféron de type I. En ce sens, les souris déficientes pour IRF3 ou IRF7 sont plus sensibles à l’infection intranasale par le VHS-1 que les souris C57BL/6 sauvages. Chez les souris déficientes pour IRF7 et dans une moindre mesure pour IRF3, la perte de contrôle de la réplication virale dans le cerveau est associée à un défaut de production d’IFN -b à un temps précoce après l’infection suivi par une surproduction des IFNs de type I. La sensibilité accrue au cours de l’HSE, aussi bien chez les souris BALB/c naturellement sensibles que chez les souris déficientes pour IRF7 ou IRF3, est combinée à une forte production de cytokines pro-inflammatoires et de chimiokines à des temps tardifs postinfection. Nous avons donc évalué l’effet de l’ajout d’immunomodulateurs au traitement antiviral : l’artésunate (ART), agissant sur les voies de signalisation passant par TLR2 et 9 et la rapamycine (RAPA), agissant sur les voies de signalisation passant par TLR3 et 9 et ainsi mis en évidence que l’ajout d’un composé immunomodulateur au traitement antiviral permettait d’améliorer la survie des souris sensibles à l’infection sans action directe sur la charge virale au niveau du cerveau, mais en diminuant significativement les taux de cytokines pro-inflammatoire et de chimiokines dans le SNC. À l’aide de ces différents modèles expérimentaux, j’ai également démontré une surexpression de cytokines pro-inflammatoires (l’IL-1 b, l’IL-6, l’IFN -g) et de chimiokine (CCL2), dont les taux sont diminués par l’ajout d’un traitement immunomodulateur à la thérapie antivirale dans un modèle murin sensible à l’HSE. Ces données apportent donc de nouvelles preuves d’une composante immunitaire dans la pathogenèse de l’encéphalite herpétique, ainsi que de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. / Pathogenesis of herpes simplex encephalitis is not completely understood, but viral replication results in acute necrotizing encephalitis of the temporal/frontal lobes and cerebral inflammation leading to the infiltration of the peripheral immune cells to the central nervous system (CNS). Although most brain damage is caused by viral replication, a lot of data suggest that the immune response could also contribute to the pathogenesis of HSE. The innate immune response is the first line of host defense that limits viral spread. Numerous studies showed that the immune response is induced by the recognition of HSV-1, in particular by the toll-like receptors (TLRs). Likewise, type I interferon (IFN) is essential to the antiviral response. Indeed, studies showed that impairment of a component involved in signaling pathways inducing the type I IFN synthesis is deleterious in mice and humans during HSE. For several years, a series of studies have suggested that the immune response participated in this CNS pathology resulting in a fatal course and that hyperinflammatory responses initiated by early infiltrating innate cells play a key role in the development of this pathology. In addition, the complexity of the CNS inflammatory response constitutes a challenge for our understanding of the pathogenesis of herpetic encephalitis. The main objective of this thesis was to better understand the immune response as a contributor to the pathogenesis of HSE, and more specifically, the recruitment of peripheral immune cells in the CNS, the involvement of signaling pathway mediated by the interferon regulatory transcription factors (IRF) 3 and IRF7 and the evaluation of the effects of immunomodulators such as artesunate and rapamycin on the susceptibility of different murine strains during experimental HSE An effective innate cerebral immune response contributes to the natural resistance of C57BL/6 mice compared to naturally sensitive BALB/c mice. In fact, the viral load in the CNS of C57BL/6 mice infected with HSV-1 by the I.N. route is lower at the peak of infection (day 6 post-infection (p.i)) compared to BALB/c mice. This control of the viral load is associated with rapid and coordinated infiltration of cells in the CNS (infiltration of inflammatory monocytes, conventional dendritic cells (cDCs), plasmacytoid dendritic cells (pDCs), natural killer cells (NK), natural killer cells T (NKT) on day 4 p.i) followed by T lymphocyte infiltration on day 8 p.i. Moreover, the control of viral replication is orchestrated by the activation of transcription factors IRF3 and particularly IRF7. In this regard, mice deficient for IRF3 or IRF7 are more susceptible to intranasal infection by HSV-1 than wild type C57BL/6 mice. In mice deficient for IRF7 and to a lesser extent for IRF3, the loss of control of viral replication in the brain is associated with a defect in IFN-b production at an early time after infection followed by overproduction of type I IFNs. Increased susceptibility of BALB/c mice, IRF3- or IRF7-deficient mice is associated with higher levels of pro-inflammatory cytokines and chemokines levels in the CNS compared to C57BL/6 mice at later times post-infection. We therefore evaluated the effect of the addition of immunomodulators to antiviral treatment: artesunate (ART), acting on signaling pathways mediated by TLR2 and 9 and rapamycin (RAPA), acting on signaling pathways mediated by TLR3 and 9. We show that the administration of ART or RAPA to the antiviral therapy was beneficial and improve the outcome of HSE in mice, without a direct effect on the viral load. Instead they act by decreasing significantly pro-inflammatory cytokine and chemokine levels in the CNS. Using these different experimental models, we also demonstrated overexpression of pro-inflammatory cytokines (IL-1 b, IL-6, IFN -g) and chemokine (CC2) during experimental HSE. In this regard, adding of immunomodulatory compound to antiviral therapy allowed to decrease levels of these inflammatory proteins. In conclusion, these data provide new evidence for the contribution of the immune response in the pathogenesis of herpetic encephalitis, as well as the development of potential new therapeutic targets.

L’interleukine-1b (IL-1b) est une cytokine inflammatoire qui joue des rôles extrêmement importants dans les réponses immunitaires stériles et contre plusieurs pathogènes. Compte tenu de ses propriétés inflammatoires puissantes, des dérégulations dans le système de l’IL-1b peuvent parfois être impliquées dans la pathophysiologie de certaines maladies ou syndromes. L’une des pathologies plausibles est la sclérose en plaques, une maladie auto-immunitaire caractérisée par l’apparition de plaques de démyélinisation dans le système nerveux central (SNC), une neurodégénérescence ainsi que des troubles moteurs et cognitifs. L’objectif de cette thèse était d’étudier la contribution du système de l’IL-1b dans un modèle de souris de la maladie, l’encéphalite auto-immune expérimentale (EAE), qui mime plusieurs aspects de la pathologie humaine. Les résultats de ces expériences font partie de deux articles scientifiques inclus dans cette thèse. La première étude nous a permis de confirmer l’importance de l’IL-1b et de son récepteur IL-1R1 dans le développement des symptômes de paralysie dans l’EAE. Nous avons également identifié les cellules myéloïdes (neutrophiles, monocytes et macrophages) comme étant les principaux producteurs d’IL-1b suite à l’induction de l’EAE. Cette étude a aussi confirmé l’importance des effets de l’IL-1b sur les cellules endothéliales du SNC dans l’EAE. Dans la deuxième étude, nous avons démontré que la production d’IL-1b par les monocytes inflammatoires est cruciale pour leur migration dans le SNC. Une fois à l’intérieur du parenchyme nerveux, les monocytes acquièrent un phénotype de cellule présentatrice d’antigènes et activent les lymphocytes T CD4+ de façon IL-1b-dépendante. Cette activation confère aux lymphocytes T un phénotype très inflammatoire et neurotoxique. Somme toute, les résultats présentés dans cette thèse démontrent que le système de l’IL-1b participe à plusieurs mécanismes cellulaires impliqués dans le développement et l’exacerbation de l’auto-immunité du SNC. Ces travaux ainsi que ceux d’autres équipes justifient d’étudier en profondeur les signaux moléculaires précis induits par l’IL-1b chez les cellules endothéliales du SNC ainsi que chez les lymphocytes T, autant dans l’EAE que dans la sclérose en plaques. Ces études pourraient permettre d’identifier des cibles thérapeutiques intéressantes qui n’affecteraient que les effets négatifs et pathogéniques de l’IL-1b. / Interleukin-1b (IL-1b) is an inflammatory cytokine that actively participates in sterile and pathogen-dependant immune responses. Given its mighty inflammatory potential, regulatory defects in the IL-1b system may participate to the pathophysiology of some diseases and syndromes. One such plausible pathology is multiple sclerosis, an autoimmune disease characterised by the presence of demyelinating plaques in the central nervous system (CNS), neurodegeneration as well as motor and cognitive defects. The main objective of this thesis was to study the contribution of the IL-1b system in a mouse model of the disease, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), which mimics several aspects of the human pathology. The results of these experiments were incorporated into two scientific studies included in this thesis. The first study allowed us to confirm the importance of IL-1b and its receptor, IL-1R1, in the development of paralysis in EAE. We were able to identify myeloid cells (neutrophils, monocytes and macrophages) as the principal sources of IL-1b in EAE. The study also allowed us to examine the ignificance of the effects of IL-1b on CNS endothelial cells. In the second study, we showed that the production of IL-1b by inflammatory monocytes was crucial for their migration into the CNS parenchyma. Once inside the CNS, monocytes acquire an antigen-presenting cell phenotype and activate CD4+ T lymphocytes in an IL-1b-dependant manner. This activation gives an highly inflammatory and neurotoxic phenotype to CD4+ T cells. Overall, the results presented in this thesis show that the IL-1b system regulates several cellular mechanisms implicated in the development and exacerbation of CNS autoimmunity. This work and the work of others justify a more exhaustive study of the molecular signals induced by IL-1b in CNS endothelial cells and T lymphocytes, both in EAE and multiple sclerosis. These studies could lead to the identification of therapeutic targets that would only impact the negative and pathogenic effects mediated by IL-1b.

La ribavirine est un agent antiviral à large spectre efficace in vitro contre de nombreux virus à ARN dont certains sont responsables d'encéphalites. In vivo la mauvaise diffusion de cet analogue nucléosidique au niveau de la barrière hémato-encéphalique, limite son efficacité dans le traitement des encéphalites virales. Des études antérieures ont montré la capacité des cyclodextrines natives à former des complexes d’inclusion avec la ribavirine et l’amélioration de l’activité antivirale de la ribavirine in vitro lorsque celle-ci est complexée à l’alpha- ou la bêta-cyclodextrine. Le bénéfice de cette complexation in vivo, a été évalué sur un modèle murin d'encéphalite utilisant une souche neuroadaptée du virus de la rougeole (CAM/RB) inoculée par voie intracrânienne chez la souris CBA/ca âgée de 3 à 4 semaines. Le développement de l’infection a été contrôlé par détermination de la charge virale dans le cerveau des souris, à l’aide d’une RT-PCR quantitative en méthode TaqMan amplifiant le gène N du virus de la rougeole et d’une gamme étalon externe. Lorsque les souris sont traitées par voie intrapéritonéale par 40 mg/kg de ribavirine complexée à l’alpha-cyclodextrine, la morbidité et la mortalité liées à l’encéphalite rougeoleuse sont diminuées par rapport à l’administration de ribavirine libre et la charge virale diminue de façon significative dans le cerveau au jour J6. La complexation à la bêta-cyclodextrine n’apporte pas de bénéfice comparé à la ribavirine libre. Ces données suggèrent que l’alpha-cyclodextrine améliore in vivo le passage de la ribavirine au travers de la barrière hémato-encéphalique. La cinétique de la ribavirine dans le cerveau des souris traitées par le complexe ribavirine/alpha-cyclodextrine a été étudiée de 30 minutes à 48 heures après l’administration de doses uniques ou répétées de ribavirine libre ou complexée à différents dosages. La ribavirine a été purifiée par une technique d’extraction en phase solide et quantifiée par chromatographie liquide haute performance après élaboration d'une gamme de calibration ex vivo. La quantité de ribavirine retrouvée dans le cerveau est plus élevée lorsque la molécule est injectée sous forme de complexe chez la souris saine ou infectée. Ces données illustrent l'amélioration de survie observée au préalable et ce modèle d'étude a permis de mettre en évidence l'impact virologique et pharmacologique de la complexation d'une molécule antivirale à l'alpha-cyclodextrine. / The objective of this work was to study the antiviral activity of ribavirin on measles encephalitis infection when using cyclodextrins as carriers. Ribavirin is a water-soluble synthetic nucleoside with broad spectrum antiviral properties, but it is ineffective against major viral encephalitis because of a failure to cross the blood brain barrier. The use of cyclic oligosaccharides can promote the activity of many drugs and the benefit of the association of ribavirin with alpha- or beta-cyclodextrine has already been demonstrated in vitro. The antiviral activity of the ribavirin/cyclodextrin complexes has been evaluated in vivo using an experimental model based on intracranial injection of the rodent adapted CAM/RB strain of measles virus in CBA/ca mice. Measles encephalitis development was monitored daily by viral load determination in mice brain. Intraperitoneal administration of the complex ribavirin/alpha-cyclodextrin (40 mg/kg of ribavirin) decreased the morbidity and the mortality of measles virus infected mice compared to free ribavirin treatment and the viral load in the brain is reduced at day 6 post-inoculation. At the opposite beta-cyclodextrin did not enhanced ribavirin in vivo antiviral activity. The role of alpha-cyclodextrin thus required to be defined and notably the hypothesis of ribavirin permeation enhancement through the blood brain barrier. Ribavirin specific extraction from brain tissue was developed, based on a solid phase extraction. It was quantified by high performance liquid chromatography at different time points after intraperitoneal injection of single or multiple doses of free ribavirin or of the complex ribavirin/alpha-cyclodextrin. Whatever the tested doses, quantity of ribavirin in the brain is significantly higher when the drug is injected as a complex with alpha-cyclodextrin, in healthy or measles virus-infected mice. So pharmacokinetic of ribavirin in brain tissue explains the advantage of the complex ribavirin/alpha-cyclodextrin over ribavirin in protecting mice from intracerebral infection with measles virus and confirms the interest of cyclodextrin complexes for human central nervous system diseases treatment.

Que se passe-t-il quand le système immunitaire attaque le cerveau ? Dans l'encéphalite à autoanticorps dirigés contre les récepteurs NMDA, le système immunitaire des patients dysfonctionne : au lieu de produire des anticorps pour combattre des organismes pathogènes, le système immunitaire produit des anticorps qui attaquent une protéine spécifique dans le cerveau des patients, les récepteurs NMDA. Ces récepteur sont indispensables à la mémoire et sont impliqués dans diverses maladies (schizophrénie, maladie d'Alzheimer). Les patients atteints d'encéphalite à autoanticorps dirigés contre les récepteurs NMDA souffrent de troubles neuropsychiatriques sévères (hallucinations, paranoïa, mouvements anormaux, épilepsie, amnésie, etc.) et la gravité de leur état de santé nécessite une prise en charge en réanimation. Malgré cette sévérité, 8 patients sur 10 récupèrent avec un traitement adapté. Les patients souffrant de cette maladie sont majoritairement des jeunes femmes porteuses d'une tumeur des ovaires. Le premier objectif de ma thèse est de comprendre le rôle de cette tumeur dans le dysfonctionnement du système immunitaire de ces patientes. Mon second objectif est de comprendre comment les autoanticorps attaquant les récepteurs NMDA vont perturber le fonctionnement du cerveau. Apporter des éléments de réponse à ces questions permettra à terme d'améliorer la prise en charge des patients / Anti-NMDA receptor (NMDAR) encephalitis is a rare but severe neuropsychiatric disorder initially described by J. Dalmau and colleagues in 2007. Anti-NMDAR encephalitis is defined by a clinical picture of encephalitis associated with the presence of IgG directed against the GluN1 subunit of NMDAR (NMDAR-Abs) in the cerebrospinal fluid (CSF) of patients. This disorder predominantly affects young women. Clinical presentation usually includes psychiatric symptoms and/or neurological symptoms often accompanied by decreased responsiveness and autonomic instabilities during the course of the disease . Despite the severity of the disease, 81% of patients recover fully or with mild sequels . 38% of patients had an underlying neoplasm, 94% of which were ovarian teratomas , indicating a role for this tumor in the immunopathogenesis of the disease. Studies in vitro and on animal models have demonstrated the pathogenicity of NMDAR-Abs but more studies are required to decipher the pathological role of anti-NMDAR antibodies. Two main research focuses have emerged in our group: understanding the events leading to the immune dysregulation in the ovary teratoma and identifying the pathological element(s) and how they act at the molecular and cellular levels to cause the broad neurological spectrum of symptoms observed in patients. My PhD was especially focused on 1) understanding the involvement of the underlying ovary teratoma in the triggering of the immune response during anti-NMDAR encephalitis and 2) studying the impact of prolonged exposure of the neuronal network to patients’ NMDAR-Abs and the potential involvement of microglial cells in the physiopathology of the disease

Lors d'études antérieures, l'analyse du transcriptome des cellules micro gliales à l'aide de micropuces à ADN nous a permis d'identifier le récepteur transmembranaire GPR84. Dans la présente étude, nous avons testé l 'hypothèse que la transcription du GPR84 est augmentée dans la microglie durant l'inflammation. Plus précisément, nous avons étudié la régulation du GPR84 dans le cerveau durant une endotoxinémie et une encéphalomyélite autoimmune expérimentale (EAB) . Nos résultats ont montré une augmentation de l'expression du GPR84 au cours de ces deux conditions inflammatoires, et ce uniquement dans la microglie. Nous avons ensuite tenté d'identifier le rôle du GPR84 en testant l 'hypothèse selon laquelle ce récepteur modulerait le développement des symptômes dûs à l'inflammation. À l'aide de souris déficientes en GPR84, nous avons évalué l'influence de ce récepteur durant une EAB, une endotoxinémie et une encéphalite induite par le virus de l 'herpès simplex de type 1. Nous n'avons observé aucune influence du GPR84 dans ces modèles. Nous concluons que le GPR84 est exprimé non spécifiquement dans plusieurs conditions neuroinflammatoires, mais qu'il n'y exerce pas toujours un effet significatif et que son rôle reste inconnu.

L’encéphalite Japonaise (EJ) est une maladie zoonotique virale et c’est la principale cause d'encéphalite humaine en Asie et le Pacifique. Elle est due à un Flavivirus, transmis de l’animal à l'Homme par des moustiques, elle peut se transmettre entre porcs par contact direct. Malgré une baisse significative des cas d’EJ dans de nombreux pays suite à la mise en place de programmes de vaccination, l’EJ continue à sévir d’une manière importante en Asie. Notre objectif dans cette thèse est de (i) construire un modèle mathématique de la dynamique de transmission du virus de l’EJ (VEJ), (ii) paramétrer ce modèle pour déterminer l’importance de la transmission directe entre porcs en milieu naturel (iii) et déterminer des stratégies de contrôle. Nous avons développé un modèle de propagation du VEJ. Ensuite, nous avons adapté ce modèle pour avoir deux modèles intégrant la transmission vectorielle seulement ou une combinaison de la transmission vectorielle et directe. Nos résultats montrent que la transmission directe entre porcs pourrait contribuer à la dynamique de transmission du VEJ dans le contexte Cambodgien, toutefois elle ne pourrait pas permettre toute seule une épidémie. Enfin, nous avons considéré la lutte anti-vectorielle, la vaccination des truies et la gestion d’élevages en bandes pour déterminer des stratégies de contrôle pour éradiquer le VEJ au sein des troupeaux de porcs, baisser les avortements des truies, évaluer les risques pour les humains vivant à proximité des fermes et des abattoirs ainsi que le coût-efficacité de la vaccination. Nos résultats confirment que la lutte anti-vectorielle est le meilleur moyen pour contrôler le VEJ. La vaccination des truies gestantes fait diminuer les avortements comme attendu. Paradoxalement, si le contrôle vectoriel est moyen l’efficacité de la vaccination pourrait être compromise. La gestion d’élevages en bandes a un faible impact sur l'incidence et les avortements, par conséquent sur le contrôle de l’EJ. Combiner la vaccination des truies et la lutte anti-vectorielle pourrait être une alternative et/ou une mesure supplémentaire à la vaccination humaine pour réduire à la fois l'incidence de l'EJ chez l'Homme et l'impact économique de l'infection du au VEJ dans les élevages des porcs. / Japanese encephalitis (JE) is a viral zoonotic disease and it is the leading cause of human encephalitis in Asia and the Pacific. Japanese encephalitis virus (JEV) is a Flavivirus of the family of Flaviviridae transmitted from animals to human by mosquitoes, direct transmission between pigs can occur via direct contact. Despite a significant decline in JE cases in many countries as a result of vaccination programs, JE continues to have a significant impact in Asia. Our objective in this thesis is to (i) built a mathematical model of the transmission dynamics of JEV, (ii) parameterize this model to determine the importance of direct transmission between pigs under field conditions (iii) and determine control strategies. We developed a propagation model of JEV. Next, we adapted this model to have two models incorporating vector-borne transmission alone or a combination of vector-borne and direct transmission. Our findings suggest that direct transmission between pigs does contribute to transmission dynamics of JEV in Cambodia; although, alone direct transmission cannot sustain an outbreak. Finally, we considered vector control, sow vaccination, and herd management to determine control strategies to eradicate JEV in pig herds, reduce sow abortions, assess the risk for human beings living in the vicinity of pig herds and near pig slaughterhouse, and the cost-effectiveness of vaccination. Our results confirm that vector control is the best way to control JEV. Vaccination of pregnant sows reduces abortions as expected. Paradoxically, if the vector control is medium the effectiveness of the vaccination could be compromised. Herd management has a low impact on incidence and abortions, therefore on JE control. Combining sow vaccination and vector control could be an alternative and/or an additional measure to human vaccination to reduce both JE incidence in humans and the economic impact of JE infection on pig breeding.

Ce travail a pour objet l'étude de la fonction de la protéine LGI1. Des mutations dans le gène LGI1 (leucine-rich, glioma-inactivated 1) sont responsables de l'épilepsie autosomique dominante avec crises à symptomatologie auditive (ADEAF), un syndrome épileptique familial qui est caractérisé par des symptômes auditifs et qui survient à l'adolescence ou chez le jeune adulte. Par ailleurs, des anticorps dirigés contre la protéine LGI1 ont été trouvés dans le liquide cérébro-spinal de patients présentant une encéphalite limbique autoimmune avec crises d'épilepsie, qui apparaît de façon aiguë chez l'adulte. La perte de fonction de LGI1, une protéine neuronale sécrétée, entraîne donc des crises chez l'Homme soit par haploinsuffisance (ADEAF) soit par un mécanisme autoimmun (encéphalite limbique). La littérature rapporte que LGI1 pourrait agir au niveau de la synapse glutamatergique et, durant le développement postnatal, sur la maturation des neurones glutamatergiques. Sa fonction est donc encore mal connue et controversée. Afin de mimer la perte de fonction de LGI1 chez l'animal, un modèle de souris knockout a auparavant été généré par l'équipe. Ces souris déficientes de façon constitutive pour le gène Lgi1 (Lgi1-/-) reproduisent en partie la pathologie humaine avec l'émergence de crises d'épilepsie spontanées. Dans la première partie de ce travail de thèse, nous avons généré et caractérisé le phénotype de souris knockout conditionnelles. Nous avons montré que la délétion de Lgi1 restreinte aux neurones glutamatergiques chez l'embryon ou chez l'adulte est suffisante pour provoquer des crises spontanées. Au contraire, la délétion de Lgi1 dans les interneurones GABAergiques à parvalbumine n'induit pas de changement du seuil d’apparition des crises. Ces résultats sont en faveur de l'hypothèse que la protéine Lgi1sécrétée par les neurones glutamatergiques a une contribution déterminante à laphysiopathologie des épilepsies liées à LGI1. Nous avons aussi démontré le rôle crucial decette protéine pour maintenir une excitabilité normale du développement à l'âge adulte.Dans la seconde partie, l'étude des souris Lgi1-/- constitutives a permis d'établir que la déficience en Lgi1 n'entraîne pas d'altérations de la morphologie des dendrites et dessynapses des neurones glutamatergiques. Par contre, elle conduit à une augmentation de latransmission synaptique glutamatergique due à une augmentation de la libération vésiculaire de glutamate dans la fente synaptique, suggérant un rôle présynaptique pourLgi1. Cet effet précède le début des crises et pourrait donc sous-tendre le phénotype épileptique.La poursuite de nos recherches consistera à préciser les mécanismes d'action présynaptique de LGI1. A plus long terme, l'identification récente de mutations du gène RELN dans l'ADEAF ouvrira de nouvelles voies de recherche, en particulier l'étude des interactions entre LGI1 et Reelin. / Mutations in the gene LGI1 (leucine-rich, glioma-inactivated 1) have been reported in families with autosomal dominant epilepsy with auditory features (ADEAF). ADEAF is a well-defined inherited condition consisting of adolescence/early adulthood-onset lateral temporal seizures. Moreover, LGI1 antibodies are involved in autoimmune limbic encephalitis, an acquired epileptic disorder of adulthood associated with memory loss and confusion. LGI1 loss-of-function caused by haploinsufficiency (ADEAF) or by autoimmunity (limbic encephalitis) triggers seizures in Human. LGI1 is a secreted neuronal protein. Its function in the brain is still uncertain and controversial, but there is evidence that LGI1 acts at the glutamatergic synapses and in the maturation of glutamatergic neurons during postnatal development. To mimic LGI1 loss-of-function in animal, a knockout mouse model has been previously generated. Germline Lgi1-deficient mice (Lgi1-/-) recapitulate several features of the human disease with early-onset spontaneous seizures.During the first part of my thesis project, I generated Lgi1 conditional knockout mice and characterized their phenotype. Selective deletion of Lgi1 in glutamatergic neurons during embryogenesis or adulthood is sufficient to generate spontaneous seizures. In contrast, neither spontaneous seizures nor increased seizure susceptibility to convulsant were observed when Lgi1 deletion was restricted to parvalbumin-positive GABAergic interneurons. Together, these data suggested that Lgi1 secreted from excitatory neurons makes a major contribution to the pathogenesis of LGI1-related epilepsies. We also demonstrated that Lgi1 is required from embryogenesis to adulthood to maintain normal circuit excitability. During the second part, we showed, using germline Lgi1-/- mice, that Lgi1 deficiency does not alter the dendritic or synaptic morphology of glutamatergic neurons. However, it induces an increased synaptic release of glutamate that leads to an increased glutamatergic transmission. This effect suggests a presynaptic role for Lgi1. By preceding seizure onset, it may underlie the epileptic phenotype. Next step will be to precise how LGI1 acts at the presynaptic side. Also, the recent identification of mutations in the gene RELN in ADEAF will certainly open new avenue, especially LGI1 and Reelin interaction studies.

L'élaboration de nouvelles stratégies pour la détection de l'activité de la sclérose en plaques (SEP) est importante pour améliorer le diagnostic et le suivi de cette pathologie. Pour cela, nous avons utilisé des microparticules d'oxyde de fer (MPIO) couplées à un anticorps spécifique de la protéine P-sélectine ou de MAdCAM-1. Durant cette thèse, nous avons démontré que l’IRM moléculaire spécifique de la P-sélectine est capable de détecter les événements pathologiques qui se déroulent dans la moelle épinière de modèles murins de SEP chronique et récurrente-rémittente. De façon intéressante, nous montrons ici que cette technique d'IRM peut prédire l'apparition des poussées et des récupérations dans l’EAE. De plus, nous avons démontré que l’IRM moléculaire de MAdCAM-1 est capable de détecter l’inflammation intestinale dans des modèles de pathologies intestinales et de SEP. Les techniques novatrices d'IRM développées dans cette étude pourraient apporter de nouvelles avancées dans le diagnostic et le pronostic des rechutes de la SEP en ciblant l'activation vasculaire. Enfin, nous rapportons dans la dernière partie de cette thèse que le système glymphatique existe également dans le parenchyme de la moelle épinière de la souris. Dans l’EAE, l’activité de ce système est réduite dans la moelle épinière mais pas dans le cerveau ou le cervelet. Cette altération est associée à l'accumulation de cellules inflammatoires dans l'espace péri-vasculaire, à la désorganisation de l'AQP4 et entraine une forte augmentation du volume ventriculaire. Ces perturbations pourraient contribuer à la physiopathologie de la SEP. Nos résultats sont très prometteurs pour l'élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques. / Developing new strategies to detect disease activity in multiple sclerosis (MS) is essential to improve the diagnosis and follow-up of this pathology. To this aim, we used microparticles of iron oxide (MPIO) coupled to an antibody specific to the P-selectin or MAdCAM-1 protein. In this thesis, we establish that molecular MRI specific to P-selectin protein is able to detect the pathological events that take place in the spinal cord of chronic and relapsing-remitting models of MS in mice. Interestingly, we show here that this MRI technique can predict the apparition of relapses and recoveries in EAE. Moreover, we demonstrate that MRI specific to MAdCAM-1 protein is able to detect the gut inflammation that takes place in models of bowel diseases or MS. The innovative MRI techniques developed in this study could bring new advances in the diagnosis and prognosis of MS relapses by targeting gut inflammation. In the last part of this work, we report that the glymphatic system also exists in the spinal cord parenchyma of the mouse. In EAE, the activity of this system is reduced in the spinal cord but not in the brain or cerebellum. This alteration is associated to inflammatory cell accumulation within the perivascular space, AQP4 disorganization and leads to a large increase of ventricular volume. These disruptions could contribute to the MS pathophysiology. Our results hold significant promise for the development of new therapeutic strategies.

Les infections au virus herpès simplex I (VHS-1) sont souvent bénignes mais peuvent être responsables de pathologies sévères, telle que l'infection du système nerveux central, telle que l'encéphalite herpétique (EH). Cette dernière représente l'encéphalite virale sporadique la plus répandue dans les pays développés. Malgré la disponibilité des antiviraux, le taux de mortalité est de plus que 30%. De plus, la majorité des survivants souffrent des séquelles neurologiques. Le mécanisme par lequel l'encéphalite herpétique est létale n'est pas encore clairement établi. Bien que la réplication virale cause des dommages importants, de plus en plus d'évidences suggèrent que l'inflammation induite en réponse à l'infection joue également un rôle dans la pathogénèse de cette maladie. L'hypothèse principale de notre équipe est que la réponse immunitaire cérébrale innée induite au cours de cette infection est une arme à double tranchant car elle est critique pour contenir la réplication virale dans le cerveau durant la phase précoce de la maladie, mais si elle est incontrôlée, elle peut résulter en une réponse inflammatoire exacerbée qui peut être néfaste. Les microglies sont les seules cellules immunitaires résidentes du cerveau. Plusieurs études ont rapporté que ces cellules qui forment la première ligne de défense, jouaient un rôle clé dans le contrôle des infections du SNC. En revanche, la microglie réactive semblerait contribuer à la neuroinflammation. De plus, il est proposé que ces microglies réactives participent à la perturbation de la barrière hématoencéphalique au cours de l'EH, que nous avons également pu constater chez la souris BALB/c infectée par la voie intranasale, décrite dans la première partie de nos travaux. Cependant, le rôle exact des microglies dans l'EH n'a pas encore été élucidé. Alors, nous avons décidé de mener des travaux dans le but de comprendre l'implication des microglies dans le contrôle de l'EH et de caractériser les mécanismes exploités par ces cellules. Pour atteindre nos objectifs, nous avons d'abord évalué l'effet de l'activation des microglies par le « macrophage colony-stimulating factor » (M-CSF) administré avant l'infection. Ce traitement a significativement augmenté la survie des souris et diminué les titres viraux cérébraux au J6 p.i. En parallèle, l'augmentation du nombre de microglies CD68⁺ observée dans les cerveaux des souris traitées avec du M-CSF a mené à l'hypothèse que la microglie CSF1R⁺ était responsable de cette amélioration du pronostic de l'EH. Pour répondre à cette question, nous avons déplété la microglie chez des souris CSF1R-loxP-CX3CR1-cre/ERT2. Le taux de survie réduit et des titres viraux cérébraux plus élevés pour ces souris déplétées des microglies ont souligné l'importance de la réponse microgliale dans la phase précoce de l'infection. Suivant ces observations, les mécanismes impliqués dans la réponse immunitaire microgliale au cours de l'EH ont été étudiés à l'aide de la microscopie électronique et du séquençage d'ARNm sur une cellule unique. Dans cette partie, nous avons étudié uniquement les microglies situées dans le noyau postéro-ventral (VPL, pour « Ventral posterolateral nucleus »), qui a été identifié, à l'aide du VHS-1 recombinant neurovirulent que nous avons décrit dans la première partie des travaux, comme la région la plus infectée du cerveau chez des souris C57BL/6 au J6 p.i. Nos analyses ont confirmé que ces cellules limitaient l'infection à l'aide de la phagocytose et de la présentation d'antigènes. En outre, nous avons pu décrire une nouvelle réponse transcriptionnelle, associée à une population cellulaire rare, que nous avons appelées des microglies « en transition ». L'expression élevée des transcrits viraux par ces cellules pourrait correspondre à la réponse immunitaire antivirale intrinsèque des microglies infectées par le VHS-1 dans le VPL. Enfin, l'analyse de ce transcriptome révélant l'augmentation d'expression des gènes impliqués dans la production d'interleukine IL-1β médiée par l'inflammasome NLRP (pour « Nucleotide-binding oligomerization domain, Leucine rich Repeat and Pyrin domain containing ») 3, a suggéré que ces microglies « en transition » infectées favoriseraient l'exacerbation de l'inflammation au cours de l'EH L'ensemble de nos données montrent que les microglies sont nécessaires en phase précoce pour un meilleure contrôle de l'EH. Ceci peut évoluer vers un phénotype pro-inflammatoire et contribuer ensuite à l'exacerbation de l'inflammation. De plus, nos résultats suggèrent que l'infection de ces microglies du VPL par le VHS-1 pourrait ainsi induire l'acquisition de cette réponse transcriptionelle pro-inflammatoire. / Herpes simplex virus I (HSV-1) infections are often mild, but can be responsible for severe pathologies, such as the infection of the central nervous system, also called herpes simplex encephalitis (HSE). The latter is the most common sporadic viral encephalitis in developed countries. Despite available antivirals, the mortality rate is higher than 30%. In addition, most survivors suffer from neurological sequelae. The mechanism by which herpes encephalitis is lethal is not yet clearly established. Although viral replication causes significant neural damage, growing evidence suggests that the inflammatory response also plays a major role in the pathogenesis of HSE. The main hypothesis of our team is that the innate immune response induced by HSV-1 infection is a double-edged sword. We believe that this immune response, critical to limit viral replication in the brain during the early phase of the disease, become later uncontrolled, and result in an exacerbated inflammatory response which is deleterious. Microglia are the only resident immune cells in the brain. Several studies reported that these cells, which form the first line of defense, play a key role in controlling CNS infections. In contrast, reactive microglia appear to contribute to neuroinflammation. In addition, it is proposed that these reactive microglia participate in the disruption of the blood-brain barrier during HSE, which we have also been able to observe in intranasally-infected BALB/c mice, as described in the first part of our work. However, the exact role of microglia in HE has not yet been elucidated. So, we decided to conduct this research to understand the involvement of microglia in the control of HE and to characterize the mechanisms exploited by these cells. We first evaluated the effect of microglial activation by macrophage colony-stimulating factor (M-CSF) administered prior to the infection. This treatment significantly increased survival rate and decreased brain viral titers at day 6 pi. In parallel, the increased number of CD68⁺ microglia found in the brains of M-CSF treated mice led the question whether CSF1R⁺ microglia were responsible for this improvement of HSE prognosis. To answer that question, we depleted microglia using CSF1R-loxP-CX3CR1-cre/ERT2 mice. The reduced survival rate and higher brain viral titers for these microglia-depleted mice highlighted the importance of the microglial response during the early phase of infection. Following these observations, the mechanisms involved in the microglial immune response during HSE have been investigated using electron microscopy and single cell mRNA sequencing. In this part, we studied only the microglia located at VPL, which was identified as the most infected region of the infected C57BL/6 brain on day 6 p.i. using a new neurovirulent recombinant HSV-1 that we described in the first part of our work. Our results confirmed that microglia limit the infection by phagocytosis and antigen presentation. Furthermore, we described a new transcriptional response, associated with a rare cell population in VPL (Ventral posterolateral nucleus), which we called "in transition" microglia. The high expression of viral transcripts by these cells suggested that this distinct transcriptome might correspond to the intrinsic antiviral immune response of HSV-1-infected microglia in the VPL. Finally, the analysis of this transcriptome revealing the increased expression of genes involved in the production of interleukin IL-1β mediated by the NLRP3 inflammasome, suggested that these infected "in transition" microglia would promote the exacerbation of the inflammation in HE. Altogether, our work shows that the microglia, necessary in the early phase for a better control of HSE, can evolve towards a pro-inflammatory phenotype and contribute to the exacerbation of inflammation. Moreover, our results suggest that the infection of microglia by HSV-1 in VPL could thus induce the acquisition of this pro-inflammatory transcriptional response.

Les virus herpès simplex (VHS) possèdent une propriété biologique unique très importante, soit la neurovirulence. Les VHS peuvent ainsi atteindre le système nerveux central (SNC) et causer une encéphalite. Cette infection déclenche une réponse inflammatoire menant à l'infiltration de cellules immunitaires périphériques dans le SNC. De ce fait, l'encéphalite représente l'infection associée au VHS de type 1 (VHS-1) la plus dévastatrice et est la principale cause d'encéphalite sporadique virale, potentiellement fatale dans les pays développés. Bien que différents modèles animaux permettent l'étude de l'encéphalite, la complexité du SNC et de sa réponse immunitaire en limite encore notre compréhension. L'objectif de recherche principal de cette thèse est de mieux comprendre la réponse immunitaire innée impliquant différentes voies de signalisation associées à la reconnaissance du VHS-1. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse de doctorat ont permis de démontrer le rôle clé de 1TFN-β, de la voie de signalisation des récepteurs Tolllike 3 (TLR3) et TLR9 ainsi que des protéines adaptatrices TRIF et IPS-1. Ainsi, le prétraitement des souris par un agoniste du TLR3 permet de créer un environnement proinflammatoire qui est néfaste à la replication virale initiale, permettant, à des temps plus tardifs, de diminuer la production de cytokines et de la charge virale. De plus, la stimulation de la voie du TLR9 est bénéfique avant l'infection, mais il est nécessaire de contenir celle-ci suite à l'infection. Comme il l'a déjà été suggéré, 1TFN-β peut exercer un effet bénéfique contre l'infection au VHS-1 mais le dosage et le temps d'administration après l'infection peuvent fortement influencer la replication virale et la survie. Enfin, les protéines adaptatrices TRIF et IPS-1 jouent un rôle très important au niveau de la réponse immunitaire innée en menant à la production d'IFN-β, bien que TRIF affecte davantage la replication virale précoce qu'IPS-1. Ainsi, au cours de ce doctorat, plusieurs modèles expérimentaux ont été développés pour mieux comprendre la réponse immunitaire innée au niveau du SNC au cours de l'encéphalite herpétique, le recrutement de différentes cellules immunitaires ainsi que pour mieux caractériser le rôle de l'IFN-β.