La maladie de Parkinson est la seconde pathologie neurodégénérative la plus fréquente après la maladie d’Alzheimer. Elle se manifeste par une mort progressive et continue des neurones dopaminergiques de la voie nigro-striée, accompagnée de troubles moteurs et non moteurs lourdement handicapants. La maladie de Parkinson touche près de 6,3 millions de personnes dans le monde, avec une répartition homogène sur l’ensemble de la planète. Il existe plusieurs thérapeutiques permettant de diminuer les symptômes des malades, dont les plus efficaces sont la dopa-thérapie et la stimulation cérébrale profonde. Toutefois, à ce jour, aucune stratégie visant à protéger les neurones dopaminergiques de la dégénérescence n’a démontré son efficacité chez l’humain. En parallèle, un nombre grandissant d’études montre le potentiel cytoprotecteur d’une illumination proche infrarouge. Récemment, plusieurs études ont démontré le potentiel neuroprotecteur de cette gamme de lumière sur des modèles rongeurs de la maladie de Parkinson. L’objectif du présent travail est de confirmer ce potentiel et d’optimiser son efficacité afin de préfigurer l’essai clinique à venir. Pour ce faire, avec les modèles MPTP souris et 6-OHDA unilatéral rat, nous avons étudié la faisabilité d’une illumination intracérébrale chronique, l’influence de la longueur d’onde, de la fenêtre temporelle de traitement (pré-, post-traitement), de la quantité globale d’énergie optique apportée (continu vs discontinu, nombre de flashs lumineux, énergie d’un seul flash), de la durée d’un flash et de la puissance optique appliquée sur l’efficacité thérapeutique. Nous démontrons ici la faisabilité d’une illumination intracérébrale chronique et son potentiel neuroprotecteur. Nous montrons par ailleurs que les longueurs d’onde 670 et 810 nm protègent toutes deux les neurones dopaminergiques dans nos modèles d’étude. Nous montrons une mise en place rapide des mécanismes de protection (< 20 min), et un maintien dans le temps pendant au moins 48 heures. De plus, nous observons qu’une illumination discontinue est préférable à une illumination continue. La quantité globale d’énergie optique appliquée semble ne pas avoir de rôle significatif sur l’efficacité du traitement. En revanche, il existe un seuil bas pour la puissance optique, qui semble régie par un effet « tout-ou-rien ». L’efficacité thérapeutique est également liée à la durée d’un flash lumineux, par « un effet en cloche », Tous ces résultats sont en adéquation avec la littérature scientifique qu’ils confirment et complètent. Couplés aux travaux sur primates non humains de mon équipe d’accueil, ils serviront de base de travail à la conception du futur essai clinique. / Parkinson’s disease is the second most common neurodegenerative disease, after Alzheimer disease. It is characterized by a slow, continuous death of dopaminergic neurons in the nigrostriatal pathway, followed by severe motor and non-motor symptoms. Parkinson’s disease affects 6.3 million peoples, with a homogeneous distribution worldwide.There are several symptomatic strategies applied in clinic, such as the dopa-therapy (gold standard) and the deep brain stimulation. However, theses therapeutical approaches are not neuroprotective. Indeed, to date, there is no strategy able to effectively slow or rescue the course of the disease. Alternatively, a growing number of studies show the cytoprotective potential of a near infrared illumination. Recently, several studies showed the neuroprotective potential of these wavelengths in rodent models of Parkinson disease.The aim of this work is to confirm and optimize the efficacy of a near infrared treatment in Parkinson’s disease, as the first step for the future clinical trial.We used the MPTP mice and the 6-OHDA unilateral rat models to assess the feasibility and the effectiveness of an intracerebral chronical illumination. We also measured the influence of the wavelength, the time window (pre-, post-treatment), the global optical energy delivered (continuous vs discontinuous, number of flashs, energy of one flash), the duration of one flash and the optical power on the therapeutical efficacy.We demonstrate here the feasibility of an intracerebral chronical illumination and its neuroprotective potential. We show that the 670 and 810 nm wavelengths both protect the dopaminergic cells in the rodent models, and produce a quick activation of the protective mechanisms (< 20 min). The neuroprotective effect stays effective at least 48 hours after the illumination. Moreover, we show that a discontinuous illumination seems better than a continuous one. The global optical energy delivered has no significant influence on the efficacy. In contrast, the optical power has an everything-or-nothing effect. The therapeutic efficacy is also flash duration dependent (bell effect).All these results confirm and complete the scientific literature. Together with the work on non-human primates from my team, these results will be useful to design the future clinical trial.

Au delà des symptômes moteurs classiques de la maladie de Parkinson (MP), d'autres troubles comportementaux, émotionnels, ou cognitifs sont fréquemment observés chez le patient parkinsonien. L'apathie, définie comme une réduction des comportements motivés, est l'un des troubles neuropsychiatriques les plus souvent rapportés en clinique, en particulier chez les patients traités par stimulation haute fréquence du noyau sous-thalamique. De nombreuses données récentes ont permis de suggérer que la résurgence de l'état apathique chez ces patients stimulés pourrait être liée à la diminution du traitement dopaminergique. Plus précisément, il semble que ce déficit motivationnel puisse s'expliquer, au moins en partie, par un hypofonctionnement affectant le système dopaminergique. En se basant sur des approches de lésions sélectives, partielles et bilatérales des neurones dopaminergiques du mésencéphale, notre laboratoire a récemment développé un modèle animal chez le rat reproduisant un déficit motivationnel pouvant s'apparenter à l'apathie parkinsonienne. L'objectif de ce travail doctoral a été d'élucider les mécanismes neurobiologiques qui sont à l'origine de l'apparition du déficit motivationnel observé dans ce modèle animal (rat 6-OHDA SNc). Dans une première partie, en utilisant la microdialyse intracérébrale, nous avons analysé les modifications neurochimiques induites par les lésions mésencéphaliques réalisées, au sein de différents territoires cibles (le noyau accumbens ou N.Acc et le striatum dorsolatéral ou DLS) des projections dopaminergiques ascendantes. Nous avons ainsi pu montrer que le DLS est affecté par une situation d'hypodopaminergie chez les rats 6-OHDA SNc. Dans une deuxième partie expérimentale, nous avons étudié les modifications d'expression du transporteur de la dopamine et des récepteurs D1, D2 et D3 (RD3), au niveau du mésencéphale et des territoires de projections dopaminergiques. Cette étude autoradiographique nous a permis de mettre en évidence une diminution d'expression des RD3 qui concerne spécifiquement le DLS chez les rats 6-OHDA SNc. Enfin, dans une troisième partie, nous avons utilisé des approches de micro-injections in situ avec des antagonistes dopaminergiques sélectifs, qui nous ont permis de caractériser le rôle fonctionnel des RD3 au sein du striatum dorsal (DLS et striatum dorsomédian) et du N.Acc dans les comportements motivés. Les données pharmaco-comportementales que nous avons obtenues suggèrent une implication centrale de la neurotransmission médiée par les RD3 dorsostriataux dans les processus motivationnels qui sous-tendent le phénotype apathique observé dans notre modèle animal. Au total, les données obtenues au cours de ce travail doctoral confirment l'implication de la voie dopaminergique nigro-striée, et en particulier du DLS, dans la physiopathologie des troubles apathiques. De plus, cette étude a permis d'identifier les RD3 comme une cible thérapeutique intéressante pour améliorer les troubles motivationnels de la MP. / Beyond the classical motor symptoms of Parkinson's disease (PD), behavioural, emotional or cognitive impairments are also commonly observed in PD patients. Apathy, which is defined as a decrease in motivated behaviours, is one of the most frequently reported neuropsychiatric symptom in PD, especially in patients with high frequency stimulation of the subthalamic nucleus. A growing body of data suggests that the resurgence of an apathetic state in these stimulated patients may be linked, at least in part, to a dopaminergic hypofunction. Through neurotoxic selective, partial and bilateral lesion-based approaches of mesencephalic dopaminergic neurons, we recently developed in the laboratory an experimental model in the rat of motivational deficits that are reminiscent of the Parkinsonian apathy. The aim of this thesis was to better understand the neurobiological mechanisms underlying the motivational deficits observed in this animal model (6-OHDA-SNc rats). In a first part, we have investigated, with intracerebral microdialysis, the neurochemical alterations induced by our lesional approach of the main projection territories of the mesencephalic dopaminergic neurons, namely the nucleus accumbens (N.Acc) and the dorsolateral striatum (DLS). Hence, we have confirmed the presence of a hypodopaminergic state within the DLS, in our 6-OHDA-SNc experimental model. Next, we have studied the modifications of dopamine transporter and D1, D2 and D3 receptors (D3R) expression in different mesencephalic and striatal sub-regions. In this autoradiographic study, we have found a specific decrease in D3R levels within the DLS of 6-OHDA-SNc rats. Lastly, in a third part, we set out to determine the functional implication of D3R in motivated behaviors, with in situ microinjections of selective dopaminergic receptor subtype antagonists within the DLS, the dorsomedial striatum and the N.Acc. The psychopharmacological data obtained, suggest a central role of dorsostriatal D3R-mediated neurotransmission in the motivational processes that underlie the apathetic-like phenotype observed in our model. Finally, the data obtained during this doctoral work confirm the implication of the nigrostriatal dopaminergic pathway, and particularly of the DLS, in the pathophysiology of apathy. Moreover, we identified the D3R as a potential interesting target for treating motivational impairments in PD.

L’analyse de la stabilité posturale chez l’homme a fait l’objet, ces dernières années, d’un intérêt grandissant au sein de la communauté scientifique. Le système postural permet de maintenir la stabilité du corps humain en posture statique ou dynamique. Cette capacité à maintenir cette stabilité devient critique dans le cas des sujets Parkinsoniens. La maladie de Parkinson a en effet une forte incidence sur la stabilité posturale. Un moyen efficace pour évaluer l’équilibre postural consiste à analyser les déplacements dans le plan horizontal du centre de pression du corps humain en posture orthostatique ; les trajectoires mesurées dans la direction medio-latérale (ML) et la direction Antéro-postérieure (AP) sont appelées signaux stabilométriques. Dans cette thèse, nous visons le développement de méthodes efficaces pour l’analyse de l’équilibre en posture orthostatique sous différentes conditions liées à l’entrée visuelle (yeux ouverts/yeux fermés), la position des pieds (pieds joints/pieds écartés) et en considérant d’autres facteurs comme le genre et l’âge. Dans ce cadre, nous proposons, tout d’abord, une méthode exploitant la variante EEMD (Ensemble Empirical Mode Decomposition) de la décomposition en modes empiriques (EMD) et l’analyse de la diffusion du stabilogramme. Dans le contexte du diagnostic de la maladie de Parkinson, la discrimination entre sujets sains et sujets Parkinsoniens est très importante, de même que l’évaluation du stade de la maladie pour les sujets atteints. Dans ce cadre, deux méthodes sont proposées. La première consiste tout d’abord en une extraction et sélection de caractéristiques temporelles et spectrales, à partir des signaux stabilométriques brutes ou des modes de fonctions intrinsèques dérivés de la décomposition EEMD. Des méthodes standards de type KNN, CART, RF et SVM sont ensuite appliquées pour reconnaitre les sujets Parkinsoniens. La deuxième méthode proposée, est une approche de classification qui repose sur l’emploi de HMMs construits en utilisant les signaux stabilométriques brutes dans les directions ML, AP et ML/AP. Enfin, une dernière méthode est proposée pour la segmentation automatique des signaux stabilométriques sous différentes conditions (entrée visuelle, position des pieds). Pour ce faire, un modèle de régression régi par une chaine de Markov cachée (HMMR) est utilisé pour détecter automatiquement les variations des structures des signaux stabilométriques entre ces conditions. Les résultats obtenus montrent clairement la supériorité des performances des méthodes proposées par rapport aux approches standards, aussi bien, en termes d’analyse de l’équilibre postural que de diagnostic de sujets Parkinsoniens / Recently, human balance control analysis has received an increasing interest from the research community. The human postural system maintains the stability of the body both in the static posture (quiet standing) and during locomotion. This ability to maintain stability becomes hard with aging and Parkinson's disease (PD) subjects. PD has a strong effect on postural stability during quiet standing situations, and during locomotion. One effective way to assess human stability is to analyze the center of pressure (CoP) displacements of the human body during quiet standing. The recorded CoP displacements in quiet standing are called stabilometric signals. This thesis aims to develop efficient approaches to analyze the human postural stability in quiet standing under visual and feet position conditions, as well as under age and gender. This is achieved using Empirical Mode Decomposition (EMD) method and stabilogram-diffusion technique. In the other part, the discrimination between healthy and PD subjects is very important for diagnosing Parkinson's disease, as well as for evaluating the disease level of the patient. In this context, two approaches are proposed; the first approach consists of an EMD-based temporal and spectral feature extraction from the stabilometric signals. The second approach is based on a Hidden Markov Model (HMM) using the raw stabilometric signals. The HMM model is an efficient tool to analyze temporal and sequential data. Another approach is proposed in order to segment the stabilometric signals according to the visual and feet position conditions. This is achieved using a Hidden Markov Model Regression (HMMR)-based approach. This study help clinicians to better understand the motor strategies used by the subjects during quiet standing and may guide the rehabilitation process. The obtained results clearly show high performances of the proposed approaches with respect to other standard approaches in both postural stability analysis and discrimination healthy from PD subjects

La maladie de Parkinson (MP) est un syndrome neurodégénératif, caractérisé par une dégénérescence spécifique des neurones dopaminergiques de la substance noire, associée à la présence d'inclusions cytoplasmiques appelées corps de Lewy. Les formes familiales résultent de mutations portées par: la parkine (PK), DJ-1, PINK1, l'-synucléine, l'UCHL1, et LRRK2. Ces mutations s'accompagnent d'un dysfonctionnement du système ubiquitine-protéasome, de la mitochondrie ainsi que d'une augmentation du stress oxydatif induisant une mort neuronale par apoptose. Au cours de mon travail de thèse, je me suis intéressée à la synphiline-1, un partenaire de l'-synucléine, et à deux protéines impliquées dans les formes récessives de la MP, DJ-1 et la PK.<br />Je me suis consacrée à l'étude de leurs fonctions physiologiques, ainsi qu'à leurs implications dans les processus apoptotiques. Ainsi, j'ai déterminé que ces protéines réduisent l'activité de la caspase-3 induite par différents stimuli. Ce rôle protecteur passe par la régulation de la voie dépendante de p53. De plus, j'ai identifié DJ-1 et la synphiline-1 comme étant substrats des caspases, mais aussi que les fragments C-terminaux issus de ce clivage portent leurs activités biologiques.<br />Parallèlement, j'ai étudié des aspects de la régulation transcriptionnelle de DJ 1 et de la PK par le facteur de transcription p53. J'ai mis en évidence une boucle de régulation entre p53, DJ-1 et la PK. J'ai montré que ces deux protéines sont capables de réguler l'expression de p53. De plus, j'ai déterminé que la PK régule positivement DJ-1, et que ce contrôle s'effectue via la régulation transcriptionnelle de DJ-1 par p53.

Une perspective récente considère que la compréhension du sens des mots fasse appel, outre aux aires de Broca et Wernicke, au système sensori-moteur. A cet égard, l'étude du traitement des mots d'action apparaît comme un outil adapté à la compréhension des liens fonctionnels unissant langage et motricité. Ce travail de thèse avait pour but d'une part, de déterminer si le traitement des mots d'action implique les aires corticales participant également au contrôle moteur, et d'autre part, d'évaluer le rôle de ces régions dans les processus de récupération des mots. Dans une première étude, des effets différents d'âge d'acquisition des mots ont été observés sur la reconnaissance de noms concrets et de verbes d'action, suggérant l'existence de réseaux neuronaux partiellement distincts pour le traitement de ces mots. Lors d'une seconde étude, nous avons examiné l'influence du traitement de ces catégories de mots sur l'exécution d'un mouvement de préhension. Des analyses cinématiques fines ont révélé une interférence du traitement des verbes d'action sur la performance motrice simultanée, alors qu'une facilitation était obtenue lors de l'exécution subséquente du mouvement. Dans une troisième étude couplant des enregistrements électrophysiologiques et cinématiques, l'influence de la présentation subliminale de noms et de verbes a été mesurée sur la préparation simultanée d'un mouvement de préhension. Une interférence de la perception inconsciente des verbes d'action a été mise en évidence sur le potentiel de préparation motrice et sur l'exécution motrice subséquente. Enfin, notre dernière étude nous a permis d'évaluer le rôle du système moteur dans le traitement des verbes d'action, en comparant les effets d'amorçage répété masqué pour des noms et des verbes chez des patients parkinsoniens. Nos résultats ont révélé une absence d'effet d'amorçage uniquement pour les verbes d'action chez les patients privés de traitement dopaminergique ; la prise médicamenteuse rétablissait ensuite les performances, les patients se comportant alors comme des sujets sains. L'ensemble de ce travail de thèse fournit donc des éléments robustes en faveur d'un partage de substrats neuronaux entre les mots d'action et l'action elle-même, et suggère une contribution des aires motrices au traitement des mots d'action.

La maladie de Parkinson est l'une des principales pathologies neurodégénératives, mais il existe peu de données françaises sur sa fréquence. Des études antérieures suggèrent que l'exposition aux pesticides est un facteur de risque de maladie de Parkinson ; la population agricole représente donc une population particulièrement intéressante. Nous avons étudié l'intérêt d'une méthode utilisant les remboursements de médicaments antiparkinsoniens pour identifier les patients parkinsoniens parmi les affiliés de la Mutualité Sociale Agricole dans cinq départements en 2007 en développant, à partir de 1 114 consommateurs de médicaments antiparkinsoniens, un modèle prédictif dont nous avons estimé les performances (sensibilité =92,5 %, spécificité = 86,4 %, statistique c = 0,953 %). A partir de ce modèle, nous estimons que la prévalence de la maladie de Parkinson dans les cinq départements est de 6,20 ‰ après18 ans et de 2,76 ‰ après standardisation sur l'âge et le sexe (population française de 2007comme référence). La prévalence est 1,3 fois plus élevée dans les cantons où la densité en exploitations spécialisées en vergers et autres cultures permanentes est la plus élevée ; ce typed'exploitation est caractérisé par une utilisation intensive de pesticides, notamment d'insecticides. Des informations détaillées sur l'utilisation professionnelle de pesticides ont été recueillies dans une étude cas-témoins (331 cas, 660 témoins). Nous observons une association entre la maladie de Parkinson et l'utilisation intensive (nombre élevéd'applications par an) de fongicides et d'insecticides. Parmi les différents types d'exploitations, une association avec la maladie de Parkinson est uniquement retrouvée pour l'utilisation de pesticides dans les exploitations viticoles. Enfin, l'association avec l'exposition professionnelle aux pesticides semble plus marquée pour la présentation clinique de la maladie caractérisée par la présence d'un tremblement de repos

L'analyse protéomique du tissu cérébral pathologique dans la maladie de Parkinson (MP) est un enjeu majeur à l'identification des causes moléculaires de la dégénérescence en vue de développer des thérapies curatives. Jusqu'à présent, les études chez l'humain se sont limitées à l'analyse du cerveau post-mortem, trop souvent représentatif d'un stade très avancé de la maladie et potentiellement altéré par différents facteurs. Dans ce travail, nous avons exploité l'accès temporaire au cerveau parkinsonien durant l'implantation d'électrodes de stimulation, pour obtenir une information moléculaire du tissu cérébral, in vivo et à un stade moins avancé de la maladie. Afin d'optimiser notre stratégie, nous avons ensuite développé un outil dédié à la capture tissulaire dont l'efficacité et le caractère non lésionnel ont été validés in vivo chez le primate. Ce travail permet d'envisager l'analyse protéomique du cerveau parkinsonien " vivant " afin d'identifier les causes moléculaires de la MP. En revanche, cette approche tissulaire n'est pas envisageable pour un diagnostic en routine clinique. Aussi, de nombreux groupes s'intéressent à l'analyse protéomique du LCR en vue d'identifier des marqueurs diagnostiques. Dans cette optique, nous avons mis au point une stratégie, basée sur l'utilisation de nanoparticules (NPs) fonctionnalisées qui a permis un enrichissement considérable des profils protéiques observés en spectrométrie de masse. La reproductibilité et la possibilité d'automatiser intégralement la préparation des échantillons font de notre approche une solution adaptée à la recherche de marqueurs moléculaires diagnostiques de la MP dans le LCR. Nous avons aussi démontré l'intérêt de notre approche pour l'analyse protéomique du plasma et du globule rouge. Enfin, nous avons évalué la possibilité d'utiliser ces NPs in vivo, pour une capture des protéines directement dans la circulation sanguine.

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.

Certains troubles visuo-moteurs observés dès le stade précoce de la maladie de Parkinson (MP) pourraient être liés à une altération du fonctionnement d’une structure sous-corticale reliée aux ganglions de la base, le colliculus supérieur (CS). L’objectif de cette thèse a été d’explorer l’état fonctionnel du CS chez le patient parkinsonien nouvellement diagnostiqué (de novo) avant et après instauration du traitement dopaminergique, afin d’évaluer son potentiel de biomarqueur. Pour cela, un paradigme expérimental d’Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf) a été développé, permettant d’imager avec succès l’activité fonctionnelle du CS et également du corps genouillé latéral (CGL) et de l’aire visuelle primaire V1 et de moduler leur activité via l’emploi de stimulation visuelle jouant sur de très faibles niveaux de contraste (<10%). Un test de psychophysique a également été développé, permettant d’estimer la réponse perceptuelle au contraste. Nous avons dans un premier temps testé notre protocole expérimental auprès de sujets sains d’âge variable afin d’évaluer le fonctionnement de ces trois régions d’intérêt (ROIs) au cours du vieillissement normal et de différencier les effets liés à l’âge de ceux potentiellement liés à la pathologie (Etude 1). Une diminution statistiquement significative de la réponse BOLD au sein du CGL et de V1 avec l’âge a été observée, ces réponses corrélant de plus parfaitement avec les réponses perceptuelles estimées en psychophysique. Les voies magnocellulaire et parvocellulaire semblent jouer un rôle dans cette perte de sensibilité au contraste de luminance liée à l’âge. Nous avons dans un second temps testé notre protocole auprès de patients parkinsoniens de novo avant et après instauration du premier traitement dopaminergique afin d’évaluer les effets de la MP et du traitement sur le fonctionnement de nos ROIs (Etude 2). Une altération précoce du traitement du contraste a été observée au sein du CS et du CGL chez les patients parkinsoniens, non normalisée par l’instauration du traitement dopaminergique. Ces travaux de thèse ont ainsi mis en évidence un déficit fonctionnel du CS et du CGL survenant précocement durant l’évolution de la MP, confirmé par nos analyses de connectivité effective. Ces résultats pourraient favoriser l’identification de déficits liés à un dysfonctionnement sensoriel de ces structures tout comme le développement de tests paraclinique et clinique impliquant ce système pour un diagnostic plus précoce de la maladie. / Some visuo-motor impairments observed in the early stages of Parkinson’s disease (PD) might be related to a dysfunction of a subcortical structure connected to the basal ganglia, the superior colliculus (SC). The aim of this PhD thesis was to explore the functional state of the SC in newly diagnosed (de novo) PD patients before and after dopaminergic treatment intake, in order to evaluate the potential value of the SC functioning as a biomarker. To do this, we developed a functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) experimental protocol, which successfully imaged the SC and also the lateral geniculate nucleus (LGN) and primary visual area V1 functional activity and modulate their activity by using visual stimuli with low luminance contrast levels (<10%). Additionally, we estimated the perceptual response to contrast by using a psychophysical task. We tested in a first time this experimental protocol on healthy subjects with varying age in order to evaluate the effect of normal aging on the functioning of these regions of interest (ROIs) and to distinguish the effects related to age from those potentially related to the pathology (Study 1). A significant progressive decrease of the BOLD amplitude with age was observed in the LGN and V1. These data were consistent with the response functions obtained with the psychophysical task. These results indicate a significant luminance contrast sensitivity decline with age of both the magnocellular and parvocellular pathways. In a second time, we tested our protocol on de novo PD patients before and after the introduction of the first dopaminergic treatment in order to assess the effects of PD and treatment on the ROIs functioning (Study 2). Our results highlighted an early alteration of the contrast processing for the SC and LGN in PD patients, with no normalization after dopaminergic treatment introduction. These findings indicate a functional deficit of the SC and LGN that appears early in the disease course, in line with our effective connectivity analyses. These results could favor the identification of deficits linked to sensory dysfunction of these structures as well as the development of paraclinical and clinical tests involving this system for an early diagnosis of the disease.

Les maladies neurodégénératives sont des pathologies progressives qui affectent le système nerveux, entraînant la mort des cellules nerveuses. Les plus connues et les plus fréquentes sont la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson, mais il en existe d’autres. Toutes ces maladies se caractérisent par la perte progressive de neurones dans des régions plus ou moins localisées du système nerveux, entraînant des complications cognitives, motrices ou perceptives. La maladie de Parkinson (MP) est causée par la dégénérescence de neurones dopaminergiques de la substance noire et de leurs terminaisons nerveuses qui normalement libèrent la dopamine dans le striatum. Les deux principaux facteurs de risque communs aux maladies neurodégénératives sont l’âge et le stress oxydant. Le stress oxydant joue un rôle central dans la physiopathologie de la MP, mais les mécanismes impliqués dans le contrôle de ce stress dans les cellules dopaminergiques ne sont pas totalement élucidés. De nombreuses études montrent que les sélénoprotéines jouent un rôle central dans le contrôle de l'homéostasie redox et la protection cellulaire, mais la contribution précise des membres de cette famille de protéines au cours des maladies neurodégénératives est encore peu connue. Des études antérieures de l’Unité ont permis de découvrir le rôle essentiel d’une nouvelle sélénoprotéine, la sélénoprotéine T (SelT) dans les processus de différenciation neuronale, mais le rôle de cette sélénoprotéine dans les processus neurodégénératifs n’était pas connu. Nous avons montré d'abord que la SelT dont l’invalidation génétique est létale pendant l'embryogenèse, exerce une puissante activité oxydoréductase de type thiorédoxine. Dans un modèle cellulaire de neurones dopaminergiques, représenté par les cellules de neuroblastome SH-SY5Y, la modification de l’expression de la SelT affecte le niveau du stress oxydant et la survie cellulaire. Le traitement de souris sauvages par des neurotoxines ciblant les neurones dopaminergiques telles que le 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP) ou la roténone induit une expression massive de la SelT dans la voie nigro-striée, suggérant que la SelT pourrait protéger ces neurones dans les conditions de dégénérescence. En revanche, ce même traitement administré chez les souris invalidées pour la SelT dans le cerveau provoque un syndrome parkinsonien, avec apparition de symptômes moteurs confirmant donc que la présence de la SelT doit participer à la protection des neurones dopaminergiques dans des conditions mimant la MP. Les symptômes moteurs observés sont associés à un stress oxydant et une dégénérescence marquée des neurones dopaminergiques. De même, nous avons observé une diminution de la forme active de la tyrosine hydroxylase, ce qui se traduit par des taux de dopamine réduits dans le striatum des souris invalidées et traitées par les neurotoxines. Ces données montrent que la SelT est essentielle à la survie et à la fonctionnalité des neurones dopaminergiques in vitro et in vivo dans les conditions de neurodégénérescence mimant la MP. Enfin, chez les patients souffrant de la MP, nous avons observé une augmentation considérable de la SelT au niveau du caudate-putamen mais pas d’autres structures cérébrales. L’ensemble de ces résultats révèle l'activité d'une nouvelle enzyme de type thiorédoxine qui protège les neurones dopaminergiques contre le stress oxydant et empêche l’apparition précoce de symptômes moteurs sévères chez les modèles animaux de la MP. Nos données indiquent que des sélénoprotéines telles que la SelT dont les taux sont élevés chez des parkinsoniens, jouent un rôle crucial dans la protection des neurones dopaminergiques contre le stress oxydant et la mort cellulaire ouvrant ainsi la voie au développement de nouvelles stratégies de neuroprotection ciblant ces protéines dans la MP. / Neurodegenerative diseases are progressive pathologies that affect the nervous system, causing the death of nerve cells. The best known and most frequent are Alzheimer's and Parkinson's disease, but there are others. All these diseases are characterized by the progressive loss of neurons of the nervous system, leading to cognitive, motor or perceptual complications. Parkinson's disease (PD) is caused by the degeneration of dopaminergic neurons of the substantia nigra and their nerve endings that normally release dopamine into the striatum. The two main risk factors common to neurodegenerative diseases are age and oxidative stress. Oxidative stress plays a central role in the pathophysiology of PD, but the mechanisms involved in controlling this stress in dopaminergic cells are not fully elucidated. Many studies show that selenoproteins play a central role in the control of redox homeostasis and cell protection, but the precise contribution of members of this family of proteins during neurodegenerative diseases is still unknown. Previous studies performed in our laboratory have uncovered the essential role of a new selenoprotein, selenoprotein T (SelT) in the processes of neuronal differentiation, but the role of this selenoprotein in neuroprotection was not known. We first showed that SelT, whose gene knock-out is lethal during embryogenesis, exerts a potent thioredoxin-like oxidoreductase activity. In a cellular model of dopaminergic neurons, represented by SH-SY5Y neuroblastoma cells, modification of SelT expression affects the level of oxidative stress and cell survival. Treatment of wild-type mice by neurotoxins targeting dopaminergic neurons such as 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) or rotenone induced massive expression of SelT in the nigro-striatal system, suggesting that SelT could protect these neurons under conditions of degeneration. On the other hand, this same treatment given in mice invalidated for SelT in the brain caused a parkinsonian syndrome with the appearance of motor symptoms, thus confirming that the presence of SelT must participate in the protection of dopaminergic neurons under conditions mimiking PD. The observed motor symptoms are associated with oxidative stress and marked degeneration of dopaminergic neurons. Similarly, we observed a decrease in the active form of tyrosine hydroxylase, resulting in reduced dopamine levels in the striatum of invalidated and neurotoxin-treated mice. These data show that SelT is essential for the survival and functionality of dopaminergic neurons in vitro and in vivo under the conditions of neurodegeneration mimicking PD. Finally, in patients with PD, we observed a considerable increase in SelT levels in the caudate-putamen but not in other cerebral structures. Together, these results uncovered the activity of a novel thioredoxin-like enzyme that protects dopaminergic neurons against oxidative stress and prevents the early onset of severe motor symptoms in animal models of PD. Our data indicate that selenoproteins such as SelT, whose levels are increased in PD play a crucial role in protecting dopaminergic neurons against oxidative stress and cell death, thus paving the way for the development of new neuroprotection strategies targeting these proteins in PD.