Les protéines alpha-synucléine (αsyn) et « Leucine-Rich Repeat Kinase 2 » (LRRK2), jouent toutes deux un rôle majeur dans la physiopathologie des formes sporadiques et génétiques de la maladie de Parkinson (MP). En particulier, la mutation G2019S de LRRK2, située dans son domaine kinase, est la cause la plus fréquente de formes génétiques de la MP. Il a été suggéré que l’αsyn et LRRK2 agiraient de concert pour induire la neurodégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire pars compacta (SNpc) dans cette maladie. Dans notre laboratoire, il a été montré qu’en effet LRRK2 G2019S pouvait potentialiser la mort des neurones dopaminergiques induite par l’αsyn dans la SNpc de rats, confirmant l’existence d’une interaction fonctionnelle entre les deux protéines. De plus, il est connu depuis plusieurs années que les dysfonctionnements mitochondriaux joueraient un rôle central dans la MP. De nombreuses études ont montré que les deux protéines individuellement pouvaient entraîner des dysfonctionnements de cet organite. Notre hypothèse est donc que l’interaction fonctionnelle entre l’αsyn et LRRK2 pourrait passer par une action commune sur la mitochondrie. Nous avons ainsi pu montrer in vitro, dans des cultures primaires de neurones de rat surexprimant l’αsyn et LRRK2, que LRRK2 G2019S, mais pas sa forme sauvage (WT) ni sa forme sans activité kinase (DK, Dead Kinase) augmentait significativement le nombre de neurones présentant un marquage pathologique de l’αsyn (phospho-S129), sans induire de mort cellulaire. Au niveau cellulaire et moléculaire, une diminution significative du taux de production d’ATP mitochondrial a été mise en évidence dans les cellules co-exprimant LRRK2 (WT, G2019S, et encore plus DK) avec l’αsyn par rapport à celles exprimant l’αsyn seule, ceci sans différence dans la quantité totale d’ATP. Les mitochondries des neurones co-exprimant LRRK2 et l’αsyn parcouraient également de plus longues distances le long des neurites que celles des neurones exprimant uniquement l’αsyn. Pour résumer, dans ce modèle in vitro, LRRK2 augmente donc l’accumulation somatique d’une forme pathologique de l’αsyn, d’une manière dépendante de son activité kinase. Dans ces conditions, les mitochondries sont capables de maintenir leur homéostasie, notamment en adaptant leur production d’ATP. Cela semble indiquer l’existence d’un stress mitochondrial modéré, induit par la co-expression de l’αsyn et de LRRK2. / The proteins alpha-synuclein (αsyn) and Leucine-Rich Repeat Kinase 2 (LRRK2) both play major roles in the physiopathology of sporadic and genetic forms of Parkinson’s Disease (PD). In particular, the G2019S mutation of LRRK2, located in its kinase domain, is the most prevalent cause of genetic forms of PD. It has been suggested that αsyn and LRRK2 could act together to induce the selective loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta (SNpc) in the pathogenesis of this disease. In our laboratory, it has been shown that G2019S LRRK2 could increase the dopaminergic cell loss induced by αsyn in the SNpc of rats, confirming the existence of a functional interaction between the two proteins. Moreover, it has been known for years that mitochondrial dysfunction played a major role in PD. Many studies showed that both LRRK2 and αsyn induced mitochondrial dysfunction. Therefore, we hypothesized that the functional interaction between αsyn and LRRK2 could take place through a common effect on mitochondria. We showed in vitro, in primary rat neurons, that G2019S LRRK2, but not the wild type (WT) form nor the dead kinase mutant (DK), significantly increased the number of neurons expressing a pathological form of αsyn (phospho-S129). This was not associated with any cell loss. At the cellular and molecular levels, there was a significant decrease in the mitochondrial ATP production rate in cells co-expressing LRRK2 (WT, G2019S and even more pronounced with DK) with αsyn, without any change in total ATP levels. The mean distance travelled by mitochondria along neurites was higher in neurons co-expressing αsyn and LRRK2 than in neurons only expressing αsyn. To summarize, in this in vitro model LRRK2 increases the somatic accumulation of a pathologic form of αsyn, in a kinase-dependent manner. In these conditions, mitochondria are able to maintain their homeostasis, in particular by adapting their ATP production rate. This seems to indicate a moderate mitochondrial stress induced by the co-expression of αsyn and LRRK2.

Les maladies neurodégénératives sont typiquement caractérisées en fonction de leurs symptômes et des observations pathologiques effectuées après le décès. Les symptômes spécifiques à la maladie sont également normalement associés aux dysfonctionnements et à la dégénérescence de certaines sous- populations spécifiques de neurones dans le système nerveux. La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative principalement caractérisée par des symptômes moteurs dus à la dégénérescence spécifique des neurones dopaminergiques (DA) de la substantia nigra pars compacta (SNpc/SNc). Il semble cependant que les neurones DA de la SNc ne soient pas la seule population de neurones qui dégénère dans la MP. L'analyse post-mortem, l'imagerie in vivo et les symptômes cliniques démontrent que le dysfonctionnement et la dégénérescence se produisent dans plusieurs autres régions du système nerveux, incluant par exemple des neurones noradrénergiques (NA) du locus coeruleus (LC), des neurones sérotoninergiques des noyaux du raphé et des neurones cholinergiques du noyau moteur dorsal du nerf vague (DMV) et du noyau pédonculopontin. Comme d'autres maladies neurodégénératives, la MP est causée par plusieurs facteurs, tant génétiques qu'environnementaux. De nombreuses observations suggèrent que ces facteurs soient associés au dysfonctionnement de plusieurs systèmes ou fonctions cellulaires incluant la production d’énergie par la mitochondrie, l’élimination de protéines dysfonctionnelles par le protéasome et le lysosome, la régulation de l’équilibre entre la production d'espèces oxydatives réactives et les mécanismes antioxydants, la régulation des niveaux de calcium intracellulaire et l’inflammation. Il semble donc que le dysfonctionnement de ces facteurs converge pour provoquer la dégénérescence neuronale dans le contexte du vieillissement. Ce qui rend les neurones de certaines régions du système nerveux intrinsèquement plus vulnérables aux facteurs associés à la MP est une question fondamentale qui n’est pas résolue pour le moment. Les travaux de cette thèse sont basés sur l’hypothèse proposant que cette vulnérabilité sélective découle de propriétés communes retrouvées chez les neurones vulnérables. En particulier, les neurones vulnérables auraient en commun d’être des neurones de projections dotés d’un axone complexe qui projette sur de longues distances, formant un nombre très élevé de terminaisons axonales sur de vastes territoires du système nerveux. De plus, ces neurones présenteraient des propriétés physiologiques distinctives, incluant notamment une décharge autonome (pacemaker). Ensemble, ces caractéristiques pourraient contribuer à placer ces neurones dans des conditions de fonctionnement aux limites de leur capacités bioénergétiques et homéostatiques, rendant difficile toute adaptation aux dysfonctionnements cellulaires associés au vieillissement et causés par les facteurs de risques de la MP. Dans cette thèse, je présenterai une revue systématique de la littérature sur la perte de neurones dans le cerveau des personnes atteintes de la maladie de Parkinson, montrant que l'identité neurochimique précise des neurones qui dégénèrent dans la maladie de Parkinson, et l'ordre temporel dans lequel cela se produit, n’est pas clair. Cependant, en analysant les points de vue présentés dans les publications citant cette revue, nous avons remarqué que la majorité de ceux-ci ne reflètent pas le message central de notre publication. Puisque l’identification de l’identité des neurones vulnérables et non vulnérables à la MP est fondamentale pour le développement de théories et hypothèses sur les causes de la MP, nous suivons cette première publication avec une lettre réaffirmant l'importance de faire face aux problèmes identifiés dans notre revue. Nous présentons ensuite des données in vitro montrant que les neurones vulnérables à la MP, comparés à ceux qui sont moins vulnérables, ont une capacité intrinsèque à développer des champs axonaux plus importants et plus complexes, avec un nombre plus élevé de sites actifs de libération de neurotransmetteurs. De plus, nous constatons que ces observations sont corrélées à une vulnérabilité plus élevée face à un stress oxydatif pertinent pour la MP. Ces données sont en accord avec l'hypothèse selon laquelle le domaine axonal, et en particulier le nombre de sites de libération de neurotransmetteurs par neurone, est un facteur important qui contribue à rendre un neurone sélectivement vulnérable dans le contexte de la MP. Enfin, nous présentons une méthode d’analyse d’image open-source visant à aider les biologistes et les neuroscientifiques à automatiser la quantification du nombre de neurones dans des cultures primaires de neurones, telle qu’utilisée dans les travaux de cette thèse. Nous proposons que cet algorithme simple — mais robuste — permettra aux biologistes d'automatiser le comptage des neurones avec une grande précision, quelque chose de difficile à effectuer avec les autres approches open-source disponibles présentement. Nous espérons que les travaux présentés dans cette thèse permettront de contribuer à raffiner les théories visant à expliquer l’origine de la MP et à terme, de développer de nouvelles approches thérapeutiques. / Neurodegenerative diseases are typically characterized based on their symptoms, and pathological factors identified after death. The disease-specific symptoms are due to the dysfunction and degeneration of specific subpopulations of neurons, which cause dysfunction in particular brain functions. Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disease primarily characterized by motor symptoms due to the specific degeneration of dopamine (DA) neurons of the substantia nigra pars compacta (SNpc/SNc): a population of neurons essential for motor control. SNc DA neurons are, however, not the only population of neurons that degenerate in PD. Post-mortem analysis, in vivo imaging, and clinical symptoms demonstrate that dysfunction and degeneration occur in several other neuronal nuclei. These include, but are not limited to, noradrenergic (NA) locus coeruleus (LC) neurons, serotonin neurons of the raphe nuclei, and cholinergic neurons of the dorsal motor nucleus of the vagus (DMV) and pedunculopontine nucleus. Like other neurodegenerative diseases, PD is linked to several risk factors, both genetic and environmental. The evidence suggests that these risk factors are associated with the dysfunction in systems of cellular bioenergetics (including mitochondrial function); proteostatic homeostasis; endolysosomal function; an imbalance between the production of reactive oxidative species (ROS), and antioxidant mechanisms; calcium homeostasis; alpha-synuclein misfolding; and neuroinflammation. Consequently, together with aging, these risk factors converge on causing the selective degeneration of "PD-vulnerable" nuclei. What makes these neurons intrinsically vulnerable to PD-associated risk factors is a fundamental question — and understanding these neurons will reveal biological mechanisms that we can target to protect these cells from degeneration. Our best hypotheses to explain why these neurons are based on the observations that most PD- vulnerable neurons are long-range projection neuromodulatory neurons sharing common characteristics: projecting to voluminous territories, having very long and highly branched unmyelinated axonal domains with vast numbers of neurotransmitter release sites, and exhibiting a unique physiology such as pacemaker firing. Taken together, this suggests that these neurons function at the tail-end of their bioenergetic and homeostatic capacity, unable to tolerate any further demands, such as those incurred in the presence of risk factors associated with PD. In this thesis, I will present a systematic review on the literature on purported cell loss in PD brains, showing that — given the actual primary evidence — the precise neurochemical identity of neurons that degenerate in PD, and the temporal order of this degeneration, is far less clear than described by most publications. This review — at the time of writing — has gone on to be highly cited. However, analyzing the claims made in publications citing this review, we discover that the majority of claims do not reflect the core message of our publication. Since the identity of PD-vulnerable and non-PD-vulnerable neurons is fundamental to theory and hypotheses when trying to understand PD, we follow this first publication with a letter restating the importance to address our observations. We then present in vitro data showing that classically PD-vulnerable neurons, when compared to non-PD vulnerable neurons, have an intrinsic capacity to develop larger and more complex axonal domains, with higher numbers of active neurotransmitter release sites. Moreover, we find that these observations correlate to elevated vulnerability to PD-relevant stress assays. These data provide additional support for the hypothesis that the axonal domain — and in particular — the number of active neurotransmitter sites per neuron, is a cell-autonomous factor rendering a neuron selectively vulnerable in the context of PD. Finally, we present an open-source tool to support biologists and neuroscientists in automating the quantification of neuron numbers in medium-throughput primary cell cultures. Where the application of other open-source solutions is either too simplistic for the use-case or technically challenging to implement, this simple — yet robust algorithm — allows biologists with limited computational nous to automate neuron counting with high precision. We hope that the work presented in this thesis will contribute to the refinement of theories aimed at explaining the origin of PD and, ultimately, to the development of new therapeutic approaches.

Ce travail explore certains mécanismes moléculaires impliqués dans la genèse des dyskinésies induites par la dopa thérapie. Nos travaux ont été effectués sur des échantillons de cerveaux de singes parkinsoniens ayant développé des complications motrices suite au traitement à la Lévodopa. Nos résultats montrent l'absence de corrélation entre les niveaux striataux de l'ARNm de la préprotachykinine et la survenue des dyskinésies et l'existence d'un lien de causalité entre l'augmentation des niveaux striataux des ARNm de la préproenképhaline et de la préprodynorphine ainsi que l'augmentation de la densité des récepteurs GABA-A au niveau des noyaux gris centraux et la physiopathologie de ces dyskinésies. Les traitements adjuvants avec le Ro 61-8048 , l'acide docosahéxaénoïque et le CI-I041 en association avec la Lévodopa, permettent de corriger certains paramètres biochimiques impliqués , dans la genèse de ces complications motrices et de prévenir ces dyskinésies sur le plan comportemental contrairement au Naltrexone qui les a exacerbées.

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative incurable affectant l’intégrité du système dopaminergique des patients. Plusieurs études montrent que le mode de vie ainsi que les habitudes alimentaires influencent l’apparition et la progression de la maladie. Une alimentation riche en acide polyinsaturé oméga-3 (AGPI n-3) montre une protection du système dopaminergique et une diminution de la dégénérescence des neurones présents dans la substance noire (SNpc). L’hypothèse que nous proposons, est qu’une alimentation enrichie en AGPI n-3 permettrait de ralentir la progression de la maladie dans un modèle de souri 6-hydroxydopamine (6-OHDA) ainsi qu’influencer la présence d’agrégats d’alpha-synucléine (αSyn) au cerveau dans un modèle de souris transgénique surexprimant l’αSyn humaine le modèle Thy1-αSyn. Nos résultats présentent une neurorécupération partielle du système dopaminergique avec une alimentation enrichie. Les AGPI n-3 montrent peu d’influence sur les niveaux d’αSyn exprimés. Ils semblent, cependant, moduler les niveaux de différentes protéines synaptiques chez la souris transgénique et permettent d’accroitre la longévité de la vie des souris. / Parkinson's disease (PD) is an incurable neurodegenerative disease affecting the integrity of the dopaminergic system of patients. Several studies suggest that lifestyle and eating habits influence the onset and progression of the disease. A diet rich in omega-3 polyunsaturated acid (n-3 PUFA) shows protective effects on the dopaminergic system and a decrease of the neuronal degeneration in the substancia nigra (SNpc). The hypothesis that we propose is that a diet enriched in n-3 PUFA would slow the progression of the disease in a 6-hydroxydopamine (6-OHDA) mice model and influence the presence of alpha-synuclein aggregates (αSyn) in the brain of a transgenic mice overexpressing the human αSyn, Thy1-αSyn mice. Our results show partial neurorecuperation of the dopaminergic system with an enriched diet. The n-3 PUFAs show little influence on the expression of αSyn levels. Altough, they seem to modulate the levels of different synaptic proteins in transgenic mice and increase mice longevity.

Dans le cadre des comportements addictifs, une démarche descriptive est souvent le préambule nécessaire à toute démarche compréhensive. L'épidémiologie est donc un outil qui s'avère précieux notamment quand il s'agit d'estimer i) l'existence de comportements addictifs dans une population spécifique et de mesurer la pertinence nosographique de la notion "d'usage nocif", ii) la pertinence d'utilisation d'une pathologie comme modèle d'étude des mécanismes addictifs. Ainsi, nous avons dans un premier temps estimé l'existence de comportements addictifs dans une population spécifiques "les femmes enceintes". Il apparaît que les outils de type "questionnaire" sont facilement utilisables avec une forte adhérence des participantes. Les marqueurs biologiques pour l'alcool n'étaient ici pas satisfaisants contraitement à celui du tabagisme qui a dévoilé la présence importante du tabagisme passif. Cette enquête révèle également que la moitié des parturientes en Auvergne consomment au moins une fois de l'alcool au cours de leur grossesse et que la conséquence la plus grave de cette consommation, à savoir le Syndrome d'Alcoolisation Fœtale, touche au moins 1,8 naissance sur mille. Ainsi cette étude épidémiologique a permis la mesure des indicateurs d'intérêt sanitaire pour une médecine sociale et préventive et des actions ciblées de santé publique. Dans un second temps, nous avons évalué le profil addictif d'une autre population spécifique "les patients atteints par la maladie de Parkinson" en comparaison à une population indemne de la maladie. nous avons constaté que l'hypersexualité ou le jeu pathologique ne semblent pas être des comportements surreprésentés chez les patients Parkinsoniens tandis que la prise addictive de leur traitement dopaminergique est fréquente. En perspective de cette recherche épidémiologique, il est apparu que les patients Parkinsoniens peuvent représenter un modèle pour une meilleure compréhension du fonctionnement des comportements addictifs.

La maladie de Parkinson (PD) a été uniquement considérée pour ses endommagements sur les circuits moteurs dans le cerveau. Il est maintenant considéré comme un trouble multisystèmique, avec aspects multiples non moteurs y compris les dommages intérêts pour les circuits cognitifs. La présence d’un trouble léger de la cognition (TCL) de PD a été liée avec des changements structurels de la matière grise, matière blanche ainsi que des changements fonctionnels du cerveau. En particulier, une activité significativement réduite a été observée dans la boucle corticostriatale ‘cognitive’ chez des patients atteints de PD-TCL vs. PD non-TCL en utilisant IRMf. On sait peu de cours de ces modèles fonctionnels au fil du temps. Dans cette étude, nous présentons un suivi longitudinal de 24 patients de PD non démente qui a subi une enquête neuropsychologique, et ont été séparés en deux groupes - avec et sans TCL (TCL n = 11, non-TCL n = 13) en fonction du niveau 2 des recommandations de la Movement Disrders Society pour le diagnostic de PD-TCL. Ensuite, chaque participant a subi une IRMf en effectuant la tâche de Wisconsin pendant deux sessions, 19 mois d'intervalle. Nos résultats longitudinaux montrent qu'au cours de la planification de période de la tâche, les patients PD non-TCL engageant les ressources normales du cortex mais ils ont activé en plus les zones corticales qui sont liés à la prise de décision tel que cortex médial préfrontal (PFC), lobe pariétal et le PFC supérieure, tandis que les PD-TCL ont échoué pour engager ces zones en temps 2. Le striatum n'était pas engagé pour les deux groupes en temps 1 et pour le groupe TCL en temps 2. En outre, les structures médiales du lobe temporal étaient au fil du temps sous recrutés pour TCL et Non-TCL et étaient positivement corrélés avec les scores de MoCA. Le cortex pariétal, PFC antérieur, PFC supérieure et putamen postérieur étaient négativement corrélés avec les scores de MoCA en fil du temps. Ces résultats révèlent une altération fonctionnelle pour l’axe ganglial-thalamo-corticale au début de PD, ainsi que des niveaux différents de participation corticale pendant une déficience cognitive. Cette différence de recrutement corticale des ressources pourrait refléter longitudinalement des circuits déficients distincts de trouble cognitive légère dans PD. / PD was traditionally thought of as purely a movement disorder, now it is considered a multisystem disorder, with multiple non-motor aspects including damages to the cognitive circuits. Mild cognitive impairment (MCI) in PD has been linked with structural gray matter, white matter as well as functional brain changes. Specifically, significantly reduced activity was observed in the ‘cognitive’ corticostriatal loop in patients with PD-MCI vs. PD non-MCI using fMRI. Little is known regarding the course of these functional patterns over time. In this study we present longitudinal follow up of 24 non-demented PD who underwent neuropsychological investigation and were separated in two groups - with and without MCI (MCI n=11, Non-MCI n=13) according to the MDS level 2 recommendation for diagnosis of PD-MCI. Afterwards, each participant underwent an fMRI investigation by performing the Wisconsin Card Sorting Task over two sessions, 19 months apart. Our longitudinal results show that during planning set-shift period of the task, PD Non-MCI patients were engaging the normal cortical resources but they also activated more cortical areas at time 2 that are related to decision-making such as the medial prefrontal cortex (PFC), parietal lobe and the superior PFC, whilst the patients with MCI failed to engage these areas at both time points. The striatum was not engaged for both groups at time 2 and for MCI group at time 1. Furthermore, medial temporal lobe structures (MTLS) were under-recruited overtime for both the MCI and Non-MCI PD patients, and were positively correlated with MoCA scores over time. Parietal cortex, anterior PFC, superior PFC, and posterior putamen were negatively correlated with MoCA scores. These results reveal functional alteration along the basal ganglial-thalamo-cortical axis in early PD, as well as different cortical involvement levels along the course cognitive impairment. This discrepancy in cortical resources recruitment over time might reflect deficient circuitry distinct to cognitive impairment in Parkinson’s disease.

L’efficacité de la stimulation cérébrale profonde subthalamique dans certains cas de maladie de Parkinson est maintenant bien établie. Toutefois, des progrès restent possibles, à la fois en terme de contrôle du geste chirurgical et en terme de définition de la cible chirurgicale. Dans la première partie de ce travail, nous nous sommes intéressés à l’optimisation du contrôle de l’implantation des électrodes de stimulation cérébrale profonde. Nous avons tout d’abord analysé rétrospectivement les résultats obtenus en réalisant une imagerie tridimensionnelle per-opératoire pour le contrôle de positionnement des électrodes. Nous nous sommes ensuite intéressés à la possibilité d’utiliser un repère de visée radiologique per-opératoire. Nous avons revu pour cela une série de patients ayant subi une réimplantation d’électrodes, pour lesquels l’électrode déjà en place était utilisée comme point de repère à la fois pour définir la cible de la réimplantation et pour contrôler radiologiquement l’implantation de la nouvelle électrode. Dans la seconde partie, nous avons travaillé à l’optimisation de la cible subthalamique. Nous avons tout d’abord évalué la pertinence du repérage du faisceau mamillo-thalamique sur des coupes IRM axiales comme marqueur de la coordonnée y du bord antérieur du noyau subthalamique. Ensuite, nous avons tâché de proposer une normalisation tridimensionnelle de l’espace stéréotaxique à partir de données recueillies dans une série de volontaires sains. Enfin, pour une série de patients opérés avec un bon résultat, nous avons cherché à corréler la position des contacts actifs en stimulation chronique avec des points de repères profonds visibles en IRM. Nous avons pu proposer ainsi une cible normalisée dont les coordonnées sont : x = 0,44xbord latéral du V3 + 10,71mm; y = 0,69xfaisceau mamillothalamique + 1,62 mm ou 0,34 distance CACP + 2,52 mm; z = 0,72 hauteur du thalamus – 16 mm. Cette cible sera évaluée dans une future étude prospective. / The clinical efficacy of subthalamic deep brain stimulation is now well established. Nevertheless, progress is possible, regarding especially (1) the accuracy of electrodes implantation and (2) the definition of the surgical target. In the first part of this work, we worked on the optimization of DBS electrodes implantation. First, we analyzed retrospectively the results obtained by using intra-operative 3D imaging for the control of microelectrodes and definite leads placement. Thereafter, we considered the possibility to use a radiological landmark for intraoperative controls. To this end, we studied the cases of patients who underwent reimplantation of DBS electrodes. The initial electrode (still implanted) was used as a landmark: (1) for the deifntion of the reimplantation target and (2) for the radiological control of the new lead positioning. In the second part, we worked on the optimization of the surgical target. First, we assessed the interest of the mamillothalamic tract as a landmark of the anteroposterior coordinate of the anterior border of the STN in MR axial images. Thereafter, we tried to identify MR landmarks for tridimensionnal normalization of the stereotactic space. Finally, we tried to correlate the coordinates of active contacts with MR-defined landmarks in a series of patients that had been operated with good clinical results. Based on our results, we can propose the following coordinates for a new normalized subthalamic target : x = 0.44xlat edge 3rd ventricle + 10.71mm; y = 0.69xmamillo-thalamic tract + 1.62 mm or 0.34 ACPC length + 2.52 mm; z = 0.72xthalamus height – 16 mm. We will assess this target in a future prospective study.

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative caractérisée par une perte dopaminergique (DA) de la voie nigro-striée. Cette dégénérescence des neurones DA, induit un déséquilibre entre les transmissions dopaminergique, GABAergique et glutamatergique au sein des ganglions de la base qui se traduit par des troubles de l'excitabilité neuronale aboutissant à l'apparition des symptômes moteurs et non-moteurs. Nous avons étudié l'effet de la modulation des canaux SK et Kv4 par des toxines issues de venins d'animaux. Pour ce faire, nous avons utilisé deux modèles lésionnels à la 6-hydroxydopamine (6-OHDA): une lésion bilatérale partielle du striatum mimant la phase précoce de la MP pour tester les déficits cognitifs et émotionnels, et une lésion unilatérale totale au niveau de la substance noire mimant la rigidité et la bradykinésie en phase tardive pour tester les déficits moteurs. Nos résultats montrent que le blocage des canaux SK par l'apamine (injection systémique, 0.1-0.3 mg/kg) améliore partiellement et transitoirement les déficits moteurs dans le test du cylindre et la rotation induite par l'apomorphine dans le modèle tardif de la MP. L'AmmTX3 (injection intrastriatale, 0.2-0.4 g), réduit les déficits moteurs et restaure des comportements cognitifs déficitaires (mémoire sociale et spatiale à court terme) et émotionnels (anxiété), après une dégénérescence DA bilatérale et partielle. L'ensemble de ces données suggère que l'inhibition pharmacologique de l'activité des canaux SK par l'apamine et Kv4 par l'AmmTX3, pourrait représenter une voie thérapeutique innovatrice quant au traitement des déficits moteurs, cognitifs et émotionnels de la MP. / Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disease associated to a loss of dopaminergic nigrostriatal pathway that innervates the basal ganglia (GB). The DA neuron degeneration in PD induces imbalance between dopaminergic transmission, GABAergic and glutamatergic resulting in impaired neuronal excitability leading to the onset of motor and non-motor symptoms. Potassium channels, Kv4 and SK, are extensively involved in the phenomenon of neuronal excitability. We addressed the question of whether further blockade of SK or Kv4 activity could restore normal GB function in vivo. In this aim, we used a neurotoxin, 6-hydroxydopamine (6-OHDA) to produce two lesional models of Parkinson's disease in rats that mimics the cognitive and emotional deficits of the early phase of PD (partial and bilateral striatal lesions) and the motor deficits observed in the late phase of the disease (total unilateral nigral lesion). Apamin from bee venom (systemic injection, 0.1-0.3 mg/kg) and AmmTX3 from scorpion venom (intrastriatal injection, 0.2-0.4 g) were chosen to block SK and Kv4 channels respectively.In a first study, apamin treatment partially reduced motor deficits in the cylinder test and the rotation induced by apomorphine. In the second study, the AmmTX3 also decreased parkinsonian motor deficits. This late toxin restored cognitive behaviors (short-term social and spatial memory) and emotion (anxiety).Taken together, these results underlie the importance of SK channels as modulators of neuronal excitability of Kv4 channels as players of the homeostatic responses, and more importantly, provide potential targets for adjunctive therapies for Parkinson's disease.

L’objectif général de cette thèse est d’étudier la production quantitative (i.e., nombre de mots) et qualitative (i.e. regroupements et alternances) du verbe d’action dans le vieillissement normal et dans les pathologies du mouvement à travers la tâche de fluence d’action, comparativement aux fluences classiques (i.e., sémantique et littérale). Nous avons montré que la production lors d’une tâche de fluence d’action est altérée chez des adultes âgés (60 ans et plus) comparativement à des adultes jeunes (30 ans et moins) et qu’elle est en lien avec les fonctions exécutives (Expérience 1) et la mémoire de travail (Expérience 3) chez l’adulte âgé. L’effet de l’âge paraît être modifié par le temps de production, les adultes âgés produisant moins de verbes d’action que les adultes jeunes pour un temps de trois minutes (Expérience 1) mais pas pour des temps d’une (Expérience 2) et de deux minutes (Expérience 3). De plus, les adultes âgés prenaient davantage en considération la consigne temporelle lors des tâches de fluence verbale que les adultes jeunes (Expérience 2). Les données d’une tâche d’association verbale (Expérience 4) indiquaient que les associations entre les noms et les verbes sont modifiées par l’âge. Nous avons comparés les performances de patients atteints de pathologiesdu mouvement à celles de participants contrôles lors de la tâche de fluence d’action. Nous avons montré que la production quantitative lors cette tâche est altérée chez des patients atteints de maladie de Parkinson (Expérience 5) et d’atrophie multisystématisée (Expérience 6). Dans le tremblement essentiel (Expérience 7), nous avons montré une atteinte de la fluence d’action alors que le traitement des verbes, lors d’une tâche de décision lexicale, n’était pas altéré. De plus, la chirurgie (stimulation cérébrale profonde) modifiait qualitativement la production dans la tâche de fluence d’action. Nos données montrent un impact du vieillissement normal et des pathologies du mouvement sur la production du verbe d’action, enraison de la nature fortement exécutive de ce processus. / The aim of this thesis is to investigate the production of action verbs through the action fluency task, in comparison to classical fluency tasks (i.e., semantic and letter). In first instance, production has been studied, both quantitatively and qualitatively, in aging. We have shown that action fluency is impacted by healthy aging and is related to executive functions (Experiment 1) and working memory (Experiment 3) in older adults. This effect of age appearsto be affected by production time, with older adults producing fewer action verbs than younger adults in three minutes (Experiment 1) but not in one (Experiment 2) and two minutes (Experiment 3). In addition, older adults took more into account the time instruction during verbal fluency tasks (Experiment 2). The verbal association task’s data (Experiment 4) indicated that associations between nouns and verbs are modified by age. In second instance,the production of action verbs has been studied within movement disorders. We have shown that the production in the action fluency task and the adaptation to time instruction are impacted by Parkinson's disease (Experiment 5). We have also shown that action fluency is altered within an atypical parkinsonism, multiple system atrophy (Experiment 6). In essential tremor (Experiment 7), we have shown an impairment of action fluency while verbs treatment, in a lexical decision task, was not altered. In addition, surgery (deep brain stimulation) qualitatively modified the production of verbs in action fluency. Our data highlight the impact of healthy aging and movement disorders on the production of action verb, due to the highly executive nature of this process.

Les nanoémulsions huile dans eau (H/E) sont utilisées depuis plus de 50 ans en clinique humaine comme source de lipides en nutrition parentérale. Si cette dernière décennie a vu émerger la mise à profit de cette forme comme véhicule de substances actives lipophiles, l’utilisation des nanoémulsions comme vecteur d'agents thérapeutique ou diagnostique reste encore sous-exploitée. L’objectif de cette thèse a été le développement d'une plateforme de nanoémulsions comme vecteur alternatif aux nanosystèmes classiquement utilisés. Deux applications ont été visées : le diagnostic de la plaque vulnérable d'athérosclérose et le traitement de la maladie de Parkinson. Les nanoémulsions ont été fonctionnalisées avec des anticorps humanisés dirigés contre l’athérome et chargées avec des particules magnétiques pour servir d’agent de contraste moléculaire pour l’imagerie par résonance magnétique (IRM) et pour une nouvelle technique : l’imagerie par particules magnétique (IPM). L'efficacité du nanosystème pour le ciblage de la plaque a été démontré sur des souris athéromateuses. L’inclusion de chromophores lipophiles originaux et ultrabrillants ainsi que la possibilité d'incorporer des substances actives ont permis d’ouvrir la voie vers le développement de formulations multimodales et théranostiques. Les nanoémulsions thérapeutiques contre Parkinson ont été développées pour rétablir le pH lysosomal des neurones dopaminergiques par l'encapsulation d'un polymère (PLGA). Ce défaut d’acidification favorise la mort cellulaire par l’accumulation de déchets dans les neurones. La formulation a été optimisée pour le passage intracérébral par voie intraveineuse ou intranasale. Les résultats montrent un passage cérébral in vivo par voie intraveineuse avec une confirmation in vitro de la régénération du pH. Les perspectives de ce travail sont la poursuite de la plateforme et l'ouverture vers de nouvelles applications comme l'hyperthermie magnétique dans les cancers. / Oil in water (O/W) nanoemulsions have been used for over 50 years in human clinics as a lipids source in parenteral nutrition. Even if nanoemulsions have recently emerged as vehicles for lipophilic active pharmaceutical ingredient (API) their use as a therapeutic or diagnostic agent is still under-exploited. The objective of this Ph.D thesis was to develop an nanoemulsions platform as an alternative to conventionally used nanosystems. In this work, 2 applications have been studied: the diagnosis of vulnerable plaque in atherosclerosis, and the treatment of Parkinson's disease. Nanoemulsions have been functionalized with humanized antibody targeting atheroma and loaded with magnetic particles as molecular contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI) and an emerging technique: magnetic particle imaging (MPI). The successful plaque targeting has been demonstrated in atheromatous mice. The inclusion of original and ultra-bright lipophilic chromophores as well as the loading of API have paved the way to the development of multimodal and theranostic formulations. Therapeutic nanoemulsions against Parkinson’s disease have been developed to restore lysosomal pH of dopaminergic neurons with acidic polymer (PLGA). Acidification dysfunction leads to cell death due to the accumulation of waste inside neurons. The formulation has been optimized for brain delivery through intravenous or intranasal administration. The results show brain delivery in vivo trough intravenous injection associated with a pH rescue in vitro. The perspectives will focus on optimizing this platform and use it for new applications such as magnetic hyperthermia in cancers.