La maladie de Parkinson est une maladie neurodégénérative du système cerveau central conduisant à l'apparition des troubles moteurs caractéristiques de la maladie : akinésie, rigidité et tremblement de repos. La perte des neurones dopaminergiques de la voie nigro-striée va conduire à des modifications biochimiques au niveau du putamen. Notamment, les travaux réalisés en électrophysiologie, microdialyse et spectroscopie par résonance magnétique (SRM) suggèrent une hyperactivité de la voie glutamatergique cortico-striatale associée à un changement du microenvironnement glial au niveau du putamen. Ces observations conduisent à penser à une adaptation du cycle glutamate-glutamine ayant lieu entre les neurones et les astrocytes en réponse à la perte neuronale. Ainsi, dans ce travail de thèse, deux approches ont été développées afin de suivre par SRM les changement métaboliques impliqués dans la pathologie parkinsonienne, notamment les variations des concentrations en glutamate et glutamine dans le putamen. Une première approche de la quantification des métabolites cérébraux par spectroscopie du 1H, technique couramment utilisée en clinique, a été utilisée pour suivre l'évolution des métabolites d'intérêt chez des patients parkinsoniens à jeun ou suite à la prise d'un traitement dopaminergique. Si cette étude a révélé des changements de concentration en N-acetylaspartate, créatine et myoinositol chez les patiens parkinsoniens, aucun changement du métabolisme glutamatergique n'a pu être observé par cette technique, peut-être à cause d'un manque de sensibilité de la technique pour discriminer les pools de glutamate et de glutamine. De ce fait, une nouvelle approche de SRM du Carbone 13C a été développée pour le suivi du cycle glutamate-glutamine in vivo, c'est la polarisation dynamique nucléaire (PDN). Grâce à la haute sensibilité de cette technique, il est désormais possible de suivre des voies métaboliques in vivo en temps réel. La mise en place et l'optimisation de la PDN pour le suivi du cycle glutamate-glutamine a été un des objectifs au cours de ce projet de thèse. Validée sur un groupe d'animaux contrôle, cette technique offre un avenir prometteur pour l'analyse de ce flux dans les pathologies neurodégénératives. En conclusion, les stratégies diagnostiques en clinique par SRM du 1H restent, à l'heure actuelle, peu sensibles pour l'étude des modifications du cycle glutamate-glutamine in vivo chez l'homme. Les développements technologiques réalisés au cours de ce travail de thèse notamment avec la PDN du 13C laissent entrevoir une nouvelle approche pour le suivi en temps réel de ce métabolisme cérébral. Si la PDN est principalement utilisée dans des études précliniques, la disponibilité de nouveaux systèmes cliniques pourrait permettre son avènement en tant que nouvelle stratégie de diagnostic en imagerie clinique. / Parkinson's disease is a neurodegenerative disorder characterized by motor troubles such as akinesia, rigidity and tremor. The loss of dopaminergic neurons from the nigro-striatal pathway will lead to biochemical changes in the putamen. Especially, works on electrophysiology, micro dialysis and magnetic resonance spectroscopy (MRS) suggests hyperactivity of the glutamatergic cortico-striatal pathway associated with glial microenvironment changes. These observations suggest a modification of the glutamate-glutamine cycle occurring between neurons and astrocytes in response to neuronal loss.In this thesis, two approaches have been developed in order to follow by MRS the metabolic changes occuring in Parkinson's disease. In particular, we want to follow the changes in glutamate-glutamine cycle inside the putamen.in a first study, a a 1H MRS approach was used to assess the metabolic changes inside the putamen of Parkinson's disease without or under dopaminergic treatment. In this study, changes in N-acetylaspartate, creatine and myo-inositol were observed in Parkinsonian patients, but no change in glutamatergic metabolism was observed. This could be due to the lack of sensitivity of the technique to differentiate glutamate and glutamine pools.Thus, we chose to use a new 13C carbon MRS approach in order to follow dynamically in vivo the glutamate-glutamine cycle inside the brain: dynamic nuclear polarization (DNP). Thanks to the high sensitivity of this technique, it is now possible to follow metabolic pathways in vivo in real time. The implementation of DNP was assessed under a control group of animals. This technique offers a new promising tool for the analysis of this flow under pathologic conditions.To conclude, the MRS strategies for clinical diagnostic strategies remain, at present, poorly sensitive for the study of glutamate-glutamine cycle in vivo in humans. The development of DNP opens the door to a new approach for real-time monitoring of this cerebral metabolism Even if DNP is mainly used in preclinical studies at present, the development of new clinical systems could lead to its emergence as a new diagnostic strategy in clinical imaging.

Orientadores: Felix Guillermo Reyes Reyes, Claudio Antonio Barbosa de Toledo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-17T12:09:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Freitas_ThaisFernandaPintodeAlmeida_M.pdf: 1160984 bytes, checksum: b9379e4fd16f451c0710b2ca37537085 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Alimentar-se faz parte da cultura do ser humano nao estando unicamente associado a necessidades fisiologicas. Um alimento e constituido de diversas moleculas dentre elas os aminoacidos. O glutamato (GLU) e o anion de um dos principais aminoacidos encontrados nos alimentos que, alem de fazer parte da composicao dos alimentos, e uma molecula essencial para a fisiologia do ser humano. Pode tambem ser ingerido devido ao uso do aditivo alimentar glutamato monossodico (MSG). O GLU desempenha inumeras funcoes no organismo, dentre elas podemos citar: neurotransmissor excitatorio do sistema nervoso central, precursor de GABA e de aminoacidos como prolina e glutamina. Como neurotransmissor o GLU atua sobre quatro tipos de receptores: ionotropicos (AMPA, Kainato e NMDA) e metabotropicos (mGluR1-mGluR8) divididos em tres grupos de acordo com a sua homologia genetica e mecanismos de acao. Esses receptores estao presentes em praticamente todo o sistema nervoso central (SNC) e em outros orgaos como coracao, pulmao e intestino. O MSG e utilizado como realcador de sabor em todo o mundo, sendo que o descobrimento do gosto basico conferido pelo glutamato propiciou a producao industrial do seu sal, glutamato monossodico. O gosto basico conferido pelo glutamato e denominado de Umami, que traduzido do japones significa gosto bom, delicioso. Existem inumeros estudos sobre o uso do MSG como aditivo alimentar (funcao tecnologica), assim como sobre sua funcao fisiologica e seus efeitos no organismo de mamiferos. Organizacoes internacionais e agencias de regulamentacao de muitos paises tem reportado e/ou avaliado que o uso do MSG como aditivo alimentar e seguro. Todavia, alguns autores tem relatado efeitos adversos no sistema nervoso central (SNC) associados a exposicao ao MSG. Assim, o presente estudo teve como objetivo exibir dado morfologico sobre a localizacao do receptor mGluR8 no nucleo arqueado do hipotalamo (NARC) de ratos Wistar e avaliar o efeito da ingestao de dietas adicionadas de diferentes concentracoes de MSG (0% (controle), 1%, 2,5% e 5%) sobre o mGluR8. Tambem foi avaliado o ganho de peso corporeo entre os grupos de animais alimentados com as dietas adicionadas de diferentes concentracoes de MSG. Para evidenciar a presenca do receptor mGluR8 foi utilizada a tecnica de imunohistoquimica. Para avaliar o ganho de peso corporeo os animais foram pesados semanalmente. Todos os dados, tanto da contagem celular da tecnica de imunohistoquimica quanto da pesagem, foram analisados por analise de variancia. Os resultados obtidos indicam nao haver diferenca significativa (p <0,05) entre os ratos que ingeriram as dietas adicionadas das diferentes concentracoes de MSG, tanto para o ganho de peso corporeo como para a presenca de receptores mGluR8 no nucleo arqueado do hipotalamo (NARC) / Abstract: Food is part of human culture not only associated to physiological needs. Food is composed of several molecules among them amino acids. Glutamate (GLU) is the anion of one of the main amino acids found in foods that, besides being part of the food composition, is a molecule essential for human physiology. It can also be ingested due to the use of the food additive monosodium glutamate (MSG). The GLU performs many functions in the body, among them we could mention: excitatory neurotransmitter in the central nervous system, precursor of GABA and other amino acids such as proline and glutamine. As a neurotransmitter GLU acts on four types of receptors: ionotropic (AMPA, NMDA and kainate) and metabotropic (mGluR1-mGluR8) divided into three groups according to their genetic homology. These receptors are present in nearly all central nervous system (CNS) and other organs such as heart, lung and intestine. MSG is used as a flavor enhancer all over the world. The discovery of the basic taste due to glutamate, led to the industrial production of its salt, monosodium glutamate. The basic taste induced by glutamate is called Umami, which translated from Japanese, means good taste, delicious. There are numerous studies on the use of MSG as a food additive (technological function), as well as its physiological functions and its effects in the organism. International organizations and regulatory agencies of many countries have reported and / or evaluated that the use of MSG as a food additive is safe. However, some authors have reported adverse effects associated with exposure to MSG. Thus, this study aimed to assess the presences of the metabotropic receptor mGluR8 in the arcuate nucleus of the hypothalamus (ARH) of Wistar rats, and to evaluate the effects in the mGluR8 receptor resulting from the dietary intake of different concentrations of MSG (0% [control], 1%, 2 , 5% and 5%) during 90 days. Also, it was evaluated the body weight gain of the rats fed with the diets containing MSG in the different concentrations. To demonstrate the presence of the mGluR8 receptor immunohistochemistry technique was employed, and in order to elucidate the weight gain, the animals were weighed weekly. All the data, cell counts from the immunohistochemistry technique and from the rats weighing, were evaluated by analysis of variance. The results showed no significant difference (p<0.05) for both: body weight gain and the presence of mGluR8 receptors among the animals that were fed with the diets containing the different MSG levels / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Ciência de Alimentos

A neuroimunologia é o ramo da imunologia que estuda a relação entre sistema imune e o sistema nervoso. Muitos estudos têm demonstrado a capacidade direta de neurotransmissores em modular a resposta imune, assim como de citocinas em influenciar funções cognitivas. Neste contexto, o glutamato possui papel de destaque, por se tratar do neurotransmissor excitatório mais importante e mais abundante no sistema nervoso central dos mamíferos. Sua função é exercida através de dois tipos de receptores principais: i) os receptores ionotrópicos (iGluR) e ii) os receptores metabotrópicos (mGluR). A descoberta da expressão de receptores de glutamato em células do sistema imune tem despertado interesse científico, levantando questões acerca de sua expressão e função. No presente trabalho, avaliamos parâmetros como viabilidade celular, linfoproliferação e ativação de MAP quinase pelo receptor NMDAR esplenócitos totais e linfócitos cultivados in vitro. Nossos resultados demonstram que linfócitos em repouso e ativados apresentam diferentes perfis de expressão do receptor NMDAR. O uso do antagonista deste receptor, o MK801, foi capaz de reduzir a proliferação de linfócitos T CD4 e T CD8 estimulados com anti-CD3 em cultura de esplenócitos. Tal redução pode ser explicada por um aumento na taxa de morte celular, o que foi avaliado através de marcação com anexina-V, indicador de apoptose, ou 7-AAD, indicador de necrose. Para entendermos um pouco a respeito da sinalização do receptor NMDAR no sistema imune, avaliamos a fosforilação da MAP quinase ERK 1,2 em linfócitos T CD4 ativados na presença do agonista (NMDA) ou do antagonista (MK801) do receptor. Observamos um aumento na ativação desta quinase na presença de NMDA, o que é revertido na presença do MK801. Ao avaliar o papel do receptor NMDAR in vivo, verificamos uma redução significativa na gravidade da encefalomielite experimental auto-imune em animais tratados com MK801. Mais interessante, esta redução se correlaciona também com uma redução na fosforilação de ERK 1,2 em esplenócitos totais obtidos ao dia 7 pós-imunização. Em resumo, nossos dados sugerem que o receptor NMDA possui o papel de ativador de vias intracelulares importantes, como as da MAP quinase ERK 1,2; e que o seu bloqueio resulta em morte celular in vitro. Logo, isso indica a importância do glutamato como modulador da intensidade da resposta e viabilidade de linfócitos T CD4 e T CD8 in vitro e in vivo. Sendo assim, nossos resultados contribuem para um melhor entendimento dos fenômenos de imunoregulação, especialmente aqueles no campo da neuroimunologia ou neuroimunomodulação. / Neuroimmunology is a field within immunology which studies the relationship between the nervous system and the immune system. Several studies have demonstrated the direct ability of neurotransmitters in modulating the immune response, as for cytokines in influencing cognitive functions. In this context, glutamate stands out for being the most important and abundant neurotransmitter in the mammal central nervous system. Its role is exerted through two main types of receptor: i) ionotropic receptors (iGluR) and ii) metabotropic receptors (mGluR). The discovery of glutamate receptor expression in immune cells has led to scientific interest, raising issues concerning its expression and function. In the present study, we evaluated parameters such as cell viability, lymphoproliferation, and activation of the MAP quinase pathway by the NMDA receptor on total splenocytes and lymphocytes cultured in vitro. Our results demonstrate that naive and activated lymphocytes present different profiles of NMDA receptor expression. The use of MK801, an antagonist for this receptor, was able to reduce the T CD4 and T CD8 lymphocyte proliferation stimulated with anti-CD3 in splenocyte culture. Such reduction may be explained by the increase of the cellular death rate, evaluated by annexin-V staining, indicator of apoptosis or 7-AAD, indicator of necrosis. With the intent of understanding part of the NMDA receptor signaling in the immune system, we evaluated the ERK 1,2 MAP quinase phosphorylation in T CD4 lymphocytes activated in the presence of the agonist (NMDA) or the antagonist (MK801) of the receptor. We observed an increase in this quinase activation in the presence of NMDA, which is reversed by the MK801. When evaluating the role of the NMDA receptor in vivo, we verified a significant reduction in the degree of experimental auto-immune encephalomyelitis in animals treated with MK801. More interesting, this reduction also correlates to a reduction on the phosphorilation of ERK 1,2 in total splenocytes obtained at the seventh day post-immunization. In sum, our data suggest that the NMDA receptor has the role of activating important intracellular pathways, such as the MAP quinases ERK 1,2; and that its blockage results in cellular death in vitro. As so, this indicates the importance of glutamate as a modulator of the intensity of response and the viability of T CD4 e T CD8 lymphocytes in vitro e in vivo. Thus, our result contribute for a better understanding of the immunoregulation phenomena, especially those in the neuroimmunology ou neuroimmunomodulation field.

Dans certaines aires cérébrales, l’action synergique du glutamate et de la dopamine est nécessaire pour induire et maintenir la plasticité synaptique. Un dialogue fonctionnel entre le récepteur métabotropique du glutamate mGlu5 et le récepteur de la dopamine D1 a été mise en évidence. Par ailleurs, de nombreuses études ont démontré que les récepteurs couplés aux protéines G ont la capacité de former des hétéromères créant ainsi de nouvelles entités fonctionnelles. En s’appuyant sur l’hypothèse d’une hétéromérisation des récepteurs, l’objectif de ce projet de thèse était d’étudier les mécanismes moléculaires qui sous-tendent une synergie fonctionnelle entre les récepteurs mGlu5 et D1. Dans la première partie de ce travail, j’ai caractérisé les bénéfices de la Nanoluciférase, une luciférase très lumineuse, pour améliorer la technique de BRET en imagerie (Bioluminescence Resonance Energy Transfer imaging) qui permet d’étudier la dynamique des interactions entre protéines dans les cellules vivantes. Les bénéfices mis en évidence en termes de résolution spatio-temporelle, de stabilité et de sensibilité du signal ont été exploités pour la suite de ce projet. Dans la seconde partie de ce travail, les améliorations techniques mentionnées ci-dessus ont permis de mettre en évidence pour la première fois des hétéromères mGlu5/D1 dans des neurones en culture. En outre, nous avons montré que la co-expression des récepteurs mGlu5 et D1 en système hétérologue favorise la signalisation calcique, d’une part en augmentant l'activité constitutive de mGlu5 et, d’autre part, en créant une voie de libération du calcium intracellulaire atypique induite par l'agoniste D1.Ces résultats apportent de nouveaux éléments de compréhension des bases moléculaires du dialogue fonctionnel glutamate/dopamine dans le contrôle de la communication neuronale en conditions physiologiques et ouvrent la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques capables de moduler sélectivement la fonction des hétéromères. / In some specific brain areas, synergism between glutamate and dopamine transmission is required to induce synaptic plasticity. Metabotropic glutamate receptor mGlu5 and dopamine receptor D1 are both known to control synaptic plasticity. Moreover, multiple lines of evidence converge toward the ability of G-protein coupled receptors to form dynamic heteromers thereby creating new entities with unique properties. Focusing on the hypothesis of receptor heteromerization, my PhD project aimed at investigating the molecular mechanisms underlying a functional interplay between mGlu5 and D1 receptors.To address this issue, a first part of this work consisted in improving single-cell Bioluminescent Resonance Energy Transfer (BRET) imaging, a technology enabling to study real time protein-protein interaction dynamics in living cells. Using the Nanoluciferase, an extremely bright luciferase, we characterized a faster and higher resolution single-cell BRET imaging technique with unprecedented performance in terms of temporal and spatial resolution, duration of signal stability and signal sensitivity. In the second part of this project, we showed that mGlu5 and D1 can form heteromers in heterologous expression system. The above-mentioned improvements of single-cell BRET imaging technique allowed to evidence the occurrence and the dynamics of mGlu5/D1 heteromers in cultured primary neurons. Furthermore, our results showed that the co-expression of mGlu5 and D1 receptors modifies single receptor properties to favor calcium signaling by increasing mGlu5 constitutive activity and creating a D1 agonist-induced activation of Ca2+ release from intracellular stores.These findings advance our knowledge about the molecular basis of the glutamate/dopamine functional dialogue to control neuronal communication in physiological conditions. Further investigation will help the dissection of the mGlu5/D1 heteromer specific signaling pathway with the hope of defining new therapeutics that may selectively modulate heteromer function and thus bypass undesirable side effects.

Le glutamate est le principal neurotransmetteur excitateur du système nerveux central. Il est responsable de la majorité des transmissions synaptiques. En revanche, cet acide aminé naturel est aussi impliqué dans de nombreuses neuropathologies notamment en cas de surconcentration au niveau des synapses. Les récepteurs métabotropiques du glutamate, capables de moduler la transmission synaptique, constituent des cibles thérapeutiques prometteuses. Ces récepteurs sont divisés en trois groupes et notre laboratoire s’est focalisé sur ceux du groupe III et particulièrement le sous-type 4 qui présente des caractéristiques intéressantes dans le traitement symptomatique de la douleur et de la maladie de Parkinson. Le manque d’outils pharmacologiques de ce récepteur nous a poussé à synthétiser de nouveaux agonistes orthostériques à partir du composé référence, le LSP4-2022. Cette molécule est issue de nombreuses optimisations chimiques du (S)-PCEP provenant lui d’un screening virtuel. Durant ces trois années de doctorat, nous avons pu peaufiner la relation structure-activité autour du LSP4-2022 en synthétisant des nouveaux analogues fluorés et hétérocycliques. En parallèle, une seconde étude nous a permis d’attribuer la configuration des deux diastéréomères constituants tous les composés testés à ce jour / Glutamate is the major excitatory neurotransmitter in the central nervous system. It is responsible of the majority of synaptic transmissions. In contrast, this natural amino acid is also involved in numerous neuropathologies and particularly in case of glutamate overconcentration in the synapse. Metabotropic glutamate receptors, that can modulate synaptic transmission, thus constitute promising therapeutic targets. These receptors are divided in three groups and our laboratory has been focused in group III and especially subtypes 4 which own interested properties in symptomatic treatment of pain and Parkinson Disease. The lack of pharmacological tools targeting this receptor prompts us to synthesize novel orthosteric agonist from the hit compound LSP4-2022. This molecule was obtained after several chemical optimizations from (S)-PCEP discovered from virtual screening. During my Ph.D., we could refine the structure-activity relationship of LSP4-2022 synthesizing new fluorinated and heterocyclic derivatives. Besides, a second study was carried out to identify the configuration of the two diastereomers which form tested compounds

Les bactéries sulfato-réductrices sont largement présentes dans les environnements marins profonds. Ces écosystèmes sont caractérisés par un paramètre physique très important, la pression hydrostatique. Afin de mieux comprendre l'adaptation des bactéries sulfatoréductrices à la pression hydrostatique, la technique RNAseq ainsi que des analyses métaboliques ont été utilisées pour étudier la réponse à différentes pressions de croissance chez deux bactéries piézophiles du genre Desulfovibrio, D. hydrothermalis et D. piezophilus. L’analyse transcriptomique révèle que le métabolisme et le transport des acides aminés, le métabolisme énergétique et la transduction du signal jouent un rôle important dans l'adaptation à la pression hydrostatique chez les souches étudiées. Le dosage du glutamate intracellulaire a montré son accumulation à haute pression hydrostatique, suggérant son rôle de piézolyte chez les espèces du genre Desulfovibrio. Les analyses métaboliques ont montré que la production d'énergie chez ces bactéries est optimisée pour la vie en profondeur et qu’elle est plus efficace à la pression optimale de croissance de chacune des souches. De plus, ces analyses nous ont fourni des informations sur les mécanismes adoptés par la souche D. piezophilus pour modifier son métabolisme énergétique afin de s’adapter à des conditions de haute pression hydrostatique. L’analyse de gènes co-régulés à haute pression chez la souche D. piezophilus nous a permis d'identifier un motif de régulation en amont de gènes essentiellement impliqués dans la production d’énergie et qui serait impliquée dans l'adaptation à des pressions hydrostatiques élevées chez D. piezophilus. / Sulfate-reducing bacteria are widely distributed in deep marine environments These biotopes are characterized by a very important physical parameter, the hydrostatic pressure, which increases by 1 MPa each 100 m depth. To better understand adaptation of sulfate-reducing bacteria to high pressure, RNAseq and metabolic analyses were used to study the response of the piezophilic strains of the genus Desulfovibrio, D. hydrothermalis and D. piezophilus to various hydrostatic pressure growth conditions. The transcriptomic datasets obtained revealed that amino acids metabolisms and transport, energy metabolism and signal transduction are important for adaptation to hydrostatic pressure. Glutamate quantification showed its accumulation at high hydrostatic pressure in both strains, suggesting its role as piezolyte in Desulfovibrio species. Metabolic analyses showed that energy production of those bacteria is optimized for deep-sea life conditions and more efficient at the optimum pressure growth of each strain. Moreover, these analyses provide new insights into mechanism of metabolism pathway modification in response to hight hydrostatic pressure in the strain D. piezophilus. Analysis of hight pressure co-regulated genes in the strain D. piezophilus, allowed us to identify a regulatory motif in the upstream of genes essentially involved in energy production. This motif could be a binding site for a regulatory protein involved in the adaptation to high hydrostatic pressure in D. piezophilus that need to be identified.

Les circuits neuronaux responsables du sommeil paradoxal (SP) et de l'atonie musculaire qui le caractéristique sont l'objet de nombreuses recherches expérimentales, notamment en raison de l'existence de plusieurs pathologies invalidantes associées. Cette thèse de Neurobiologie s'inscrit plus spécifiquement dans la description anatomique et fonctionnelle du réseau neuronal responsable de l'atonie musculaire et son potentiel dysfonctionnement dans les troubles comportementaux en SP (RBD, REM sleep Behavior Disorder). Pour ce faire, nous avons combiné plusieurs techniques faisant appel à la neuroanatomie fonctionnelle, au traçage rétrograde de voies nerveuses, à l'hybridation in situ à la polysomnographie et à l'inactivation irréversible de populations neuronales ciblées moléculairement à l'aide de virus adéno-associés contenant des short hairpin RNAs (AAV-shRNA) chez le rat libre de ses mouvements. Nous avons ainsi montré que, contrairement à l'hypothèse généralement admise, le noyau sublatérodorsal pontique (SLD) n'est pas le générateur du SP. En effet, l'inactivation neurochimique de ses neurones glutamatergiques ou sa lésion totale diminuent les quantités de SP sans le supprimer, indiquant que le SLD n'est pas suffisant pour la genèse du SP. En revanche, ces expériences démontrent son implication directe dans la mise en place de l'atonie musculaire lors du SP. En effet, la déconnexion neurochimique des neurones glutamatergiques du SLD provoque pendant le SP l'apparition intermittente de tonus musculaire accompagné de comportements moteurs anormaux. En parallèle, nos travaux de thèse ont permis d'apporter des données expérimentales nouvelles sur la localisation, au sein de la formation réticulée bulbaire ventrale et non dans la moelle épinière, des interneurones GABA/glycine responsables de l'hyperpolarisation des motoneurones somatiques pendant le SP. En effet, ces neurones réticulaires sont exclusivement recrutés pendant le SP et envoient des projections monosynaptiques inhibitrices vers les motoneurones somatiques lombaires. De plus, leur déconnexion neurochimique ciblée déclenche des comportements moteurs anormaux sous-tendus par le maintien d'un tonus musculaire irrégulier pendant le SP. L'analyse actimétrique de ces comportements moteurs oniriques induits expérimentalement montre qu'ils sont très semblables à ceux observés après l'inactivation du SLD et à ceux décrits chez les patients RBD. Les données rapportées dans cette thèse permettent de mieux comprendre les mécanismes neurobiologiques générant le SP et ceux contribuant au contrôle moteur pendant le SP. Par la même occasion, nos travaux ont permis de valider deux modèles rongeurs du RBD humain, ouvrant ainsi des perspectives expérimentales pour l'élaboration de traitements ciblés de cette pathologie affectant le SP / A growing number of studies investigate the neuronal network responsible for paradoxical (PS) (or REM) sleep genesis and muscle atonia specific of this sleep state. The aim of this thesis was to characterize at the anatomical and functional levels the populations of neurons involved in generating muscle atonia during PS and their potential failure in REM sleep Behavior Disorder (RBD). For this purpose, we combined a large panel of experimental techniques such as functional neuroanatomy, retrograde tract-tracing, in situ hybridization, polysomnography and irreversible inactivation of genetically-targeted neurons with short-hairpin RNAs introduced in viral adenovectors (AAV-shRNA) in freely moving rats. We thus demonstrated for the first time that, in contrast to the currently admitted hypothesis, the pontine sublaterodorsal nucleus (SLD) is not the PS generator, since genetic inactivation of its glutamatergic neurons or its whole lesion diminish the quantities of but do not eliminate PS. This indicates that the SLD is not sufficient for PS generation. In contrast, our experiments clearly show that the SLD is responsible for muscle atonia because the specific inactivation of its glutamatergic neurons induces an irregular muscle tone concomitant to atypical motor behaviors during PS. In addition, we achieved original data about the location within the ventral medullary reticular formation, and not at spinal levels as often believed, of the glycine/GABA interneurons managing the sustained hyperpolarization of somatic motoneurons during PS. We indeed observed that these medullary neurons are selectively recruited during PS and send monosynaptic inhibitory efferents to the lumbar somatic motoneurons. Furthermore, their genetic inactivation is followed by an increase of abnormal motor behaviors underpinned by a sustained, although irregular, muscle tone. The actimetric analysis of these oneiric experimentally induced behaviors reveals that they are very similar to those observed after SLD inactivation or those reported in RBD patients. Taken together, data harvested during this Thesis help us to better understand the complex neurobiological mechanisms generating PS or specifically contributing to the control of the motor system during PS. At the same time, we validated two rodent models closely mimicking human RBD and thus opening new research fields for the development of targeted treatments for this pathology affecting REM sleep

Selon l'OMS, les troubles dépressifs majeurs (TDM) seront la 2ème cause d'incapacité dans le monde en 2020 et deviendront la 1ère en 2030. Les antidépresseurs classiques ont des effets thérapeutiques retardés et de nombreux patients sont résistants. La kétamine, antagoniste du récepteur N-methyl-D-aspartate (R-NMDA) du L-glutamate, possède un effet antidépresseur rapide chez les patients résistants à un traitement classique. Le mécanisme de cette activité étonnante n'est pas bien compris. En couplant la microdialyse intracérébrale à un test comportemental prédictif d'une activité antidépressive dans un modèle de souris BALB/cJ de phénotype anxieux, nous montrons que cette activité de la kétamine dépend de la balance excitation-inhibition entre les systèmes glutamate/R-NMDA et R-AMPA, GABA/R-GABAA, sérotonine du circuit cortex préfrontal/noyau du raphé. Nos résultats suggèrent également que ce serait la combinaison [kétamine-(2R,6R)-hydroxynorkétamine, son principal métabolite cérébral] qui porterait l'effet antidépresseur. Mes travaux de thèse contribuent à une meilleure compréhension de l'effet rapide antidépresseur de la kétamine. / According to the WHO, major depressive disorder (MDD) will be the second leading cause of disability in the world in 2020 and will become the first in 2030. Conventional antidepressant drugs have delayed therapeutic effects and many patients are resistant. Ketamine, an N-methyl-D-aspartate (NMDA-R) receptor antagonist of L-glutamate, exerts a rapid antidepressant effect in patients who are resistant to standard therapy. The mechanism of this amazing activity is not well understood. By coupling intracerebral microdialysis to a predictive behavioral test of antidepressant activity in a BALB/cJ mouse model with an anxious phenotype, we show that this ketamine activity is dependent on the excitation-inhibition balance between glutamate/NMDA-R and AMPA-R, GABA/GABAA-R, serotonin systems in the prefrontal cortex/raphe nucleus circuit. Our results also suggest that it would be the combination [ketamine-(2R,6R)-hydroxynorketamine, its main brain metabolite] that would carry the antidepressant effect. My thesis work pave the way for the development of new fast-acting antidepressant drugs.

L'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie rare caractérisée par une augmentation de la pression artérielle pulmonaire moyenne liée à un important remodelage de la paroi vasculaire obstruant progressivement les petites artères pulmonaires. Le récepteur NMDA (NMDAR) est un récepteur au glutamate jouant un rôle crucial dans la transmission synaptique neuronale. Il est aussi présent dans des cellules périphériques, notamment les cellules vasculaires aortiques et cérébrales, et participe à leur prolifération. De plus, le NMDAR contribue à la prolifération des cellules cancéreuses. Puisque dans l'HTAP, les cellules vasculaires pulmonaires présentent un phénotype cancer-like, hyperprolifératif et résistant à l'apoptose, nous avons émis l'hypothèse selon laquelle les NMDARs vasculaires pulmonaires pourraient contribuer au remodelage vasculaire et conduire à l'HTAP. Nous avons montré que les cellules vasculaires pulmonaires expriment physiologiquement les principaux éléments d'une communication glutamatergique fonctionnelle via le NMDAR. Dans l'HTAP, le glutamate s'accumule dans les vaisseaux remodelés et l'endothéline-1, un acteur majeur du remodelage vasculaire, induit la libération du glutamate par les cellules musculaires lisses. Le NMDAR est mobilisé dans les cellules vasculaires et sa fonction pourrait être altérée en raison d'un déséquilibre dans le ratio d'expression de ses sous-unités. L'activation du NMDAR contribue à la prolifération des cellules vasculaires pulmonaires et à l'angiogenèse, éléments clés de la physiopathologie de l'HTAP. Des études réalisées sur des souris n'exprimant pas les NMDARs vasculaires ou utilisant des antagonistes du NMDAR mettent en évidence le rôle du NMDAR dans l'hypertension pulmonaire expérimentale. Ces résultats suggèrent que le NMDAR est un nouvel acteur du remodelage vasculaire et qu'il représente une nouvelle cible thérapeutique de l'HTAP. Ils apportent également de nouveaux éléments alimentant l'analogie entre le système vasculaire et le système nerveux. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a rare disease characterized by an increase in the mean pulmonary arterial pressure, due to a deep vascular remodeling leading to the progressive obstruction of the small pulmonary arteries. The NMDA receptor (NMDAR) is a glutamate receptor playing a crucial role in the neuronal synaptic communication. It is also present in peripheral cells, including aortic and cerebral vascular cells, and promotes their proliferation. Moreover, NMDAR contributes to proliferation of cancer cells. As pulmonary vascular cells exhibit a cancer-like hyperproliferative and apoptotic-resistant phenotype in PAH, we hypothesized that the activation of pulmonary vascular NMDARs may contribute to the vascular remodeling leading to PAH. We found that pulmonary vascular cells express the main features of a functional synaptic-like glutamatergic communication through NMDARs. In PAH, glutamate accumulates in pulmonary arteries, and endothelin-1, a major actor of the PAH-associated vascular remodeling, triggers glutamate release from smooth muscle cells. Furthermore, the NMDAR is mobilized and its function may be altered due to an unbalanced expression ratio of the NMDAR subunits. Moreover, NMDAR activation contributes to vascular cell proliferation and angiogenesis, key features of PAH pathophysiology. Finally, studies with NMDAR antagonists and vascular NMDAR-knockout mice showed that vascular NMDARs are involved in pulmonary hypertension. These results suggest that NMDAR is a new actor of the vascular remodeling and could represent a new therapeutic target in PAH. They also bring new pieces to the vascular/nervous parallels.

Les composés organofluorés constituent une grande partie de produits pharmaceutiques, ainsi que pesticides, herbicides et matériaux fabriqués actuellement. Développement des méthodes sélectives de la synthèse des composés organofluorés est donc d'intérêt principal pour la chimie. Dans cette thèse, nous décrivons la nouvelle méthode de synthèse des cyclopropanes monofluorés basé sur la cyclisation initiée par la réaction de Michaël (MIRC). Notre méthode permet d'obtenir les cyclopropanes monofluorés polysubstitués à partir de dibromofluorocetate d'éthyle et différents accpteurs de Michaël. Nous avons aussi réalisé la cyclopropanation asymétrique en utilisant le nouveau réactif fluoré chiral à base d'oxazolidinone. Dans la partie finale de cette thèse nous décrivons la synthèse de l'analogue fluoré de L-FAP4, l'agoniste puissant des récepteurs métabotropiques de glutamate groupe II(mGluR II), afin d'augmenter l'activité biologique et la biodisponibilité de ce composé. / Organofluorine compounds constitute a large part of all the drugs, crop protection agents and advanced materials produced nowadays. Therefore, there is a great interest in developing the new methods of synthesis of organofluorine compounds. In this thesis we report a novel method of synthesis of monofluorinated cyclopropanes based on the Michael-initiating ring closure (MIRC) reaction. Our method allows obtaining polysubstituted monofluorinated cyclopropanes from ethyl dibromofluoroacetate and various Michael acceptors. We have also implemented the asymetric version of cyclopropanation using a novel oxazolodinone-derived chiral fluorinated reagent. In the final part of this thesis we report the synthesis of a fluorinated analog of L-FAP4, a potent agonist of group II metabotropic glutamate receptors (mGluR II). Incorporation of a fluorine atom is expected to increase the biological activity and bioavailabiblity of this compound.