L’agression de l'organisme par un agent physique, psychique ou émotionnel déclenche une réponse physiologique et comportementale qui permet à un individu de se prévenir du danger et de maintenir sa survie. Le système nerveux central a depuis longtemps été identifié comme un majeur acteur de cette réponse adaptative. Cependant, une exposition prolongée au stress conduit à des adaptations cellulaires et des réadaptations de circuits neuronaux qui contribuent à l'émergence de troubles neuropsychiatriques. L’interaction entre le système dopaminergique (DA) et sérotoninergique (5HT) a été impliquées dans ces réarrangements physiologiques et pathologiques qui influencent les comportements motivationnels de l'individu face à une menace. Fait intéressant, l'habenula latérale (Hbl), une région du cerveau très conservée entre les espèces, contrôle directement et indirectement les systèmes DA et 5HT, et son activité est modulée par des stimuli aversifs chez les humains et les animaux. De plus, l'activité de la Hbl est augmentée chez des modèles animaux de la dépression ou lors de l'induction d'un épisode dépressif chez des patients humains. Inversement, l’emploie de stratégies ayant pour cible la Hbl permettent d’améliorer certains symptômes dépressifs à la fois chez les modèles animaux de dépression et chez l’homme. Ainsi, la dérégulation de l’Hbl pourrait jouer un rôle dans l'apparition de symptômes dépressifs. Cependant, les changements moléculaires et cellulaires précoces qui occurrent au niveau de Hbl suite à l'exposition continue à un environnent aversifs restent peu connus. De plus, la plupart des modèles animaux utilisés pour interroger le rôle de Hbl dans l'état dépressif implique une exposition répétée de l’animal à des stimuli douloureux. Si la fonction de l’Hb est aberrante lors d’une exposition chronique à d’autre type de stress reste méconnu. Dans mon travail de thèse, je me suis intéressée aux adaptations cellulaires et moléculaires au niveau des neurones Hbl suite à l’exposition de différents types d'expériences aversives et leurs relatives importances pour l'expression de symptômes dépressifs. Plus précisément, je présente dans ce manuscrit, les résultats d'un premier travail qui vise à identifier les adaptations cellulaires et moléculaires de Hbl suite à l’exposition de souris à des chocs électriques et leurs rôles dans l'émergence de symptômes dépressifs. Cette étude montre que l’exposition à de brefs aléatoires chocs électriques entraine une diminution de l’expression de surface de récepteur métabotropiques gamma-aminobutyrate B (GABABRs), et par conséquent une diminution de leur fonction au niveau des neurones de l’Hbl. GABABR est un récepteur métabotropique couplé à la protéine Gi, il hyperpolarise les neurones de l’Hbl 4.par l'activation du canal potassique GIRK. La diminution de la signalisation GABABR-GIRK est accompagnée par une augmentation de l'activité de la protéine phosphatase 2 (PP2A), reconnue pour induire l’endocytose du complexe GABABR-GIRK. GABABR-GIRK contrôle étroitement l'activité Hbl, et par conséquent une diminution de leurs fonctions conduit à l’hyperexcitabilité des neurones de l’Hbl. En adoptant des stratégies visant à restaurer spécifiquement la signalisation GABABR-GIRK dans l’Hbl, telle que la surexpression GIRK, ou l'inhibition pharmacologique locale de l'activité PP2A, nous avons observé une amélioration de certains symptomes « dépressifs », établissant ainsi un lien causal entre l’aberrante diminution du signal GABABR et certain aspect de l’état dépressifs. / Prolonged exposure to aversive stimuli leads to cellular and circuit adaptations that contribute to the emergence of neuropsychiatric disorders such as depression. Interactions between the dopaminergic (DA) and the serotoninergic (5HT) systems have been implicated in these pathological adaptations ultimately influencing motivated behaviors. Interestingly, the lateral habenula (LHb), an ethologically well-conserved epithalamic region, directly and indirectly controls DA and 5HT systems, and its activity is modulated by aversive events in both humans and animals. Moreover, the activity of the LHb increases in animal models of depression and depressed human patients. Conversely, strategies that locally target the LHb have been shown to reverse depressive-like symptoms both in animal models and in humans. Altogether, this led to the hypothesis that LHb dysregulation could play a role in the emergence of depressive like symptoms. However, little is known about the early cellular and molecular adaptations that occur within the LHb after exposure to aversive events. Moreover, most of the animal models employed to interrogate the LHb role in depressive states used acute painful stimuli; whether LHb function becomes aberrant after chronic exposure to painless stressors remain elusive. In my thesis work, I explored the precise cellular and molecular adaptations of LHb neurons following exposure to different kind of unpredictable aversive experiences, and their importance for the expression of depressive like symptoms.More precisely, I will present the results of an initial work aiming to identify early cellular and molecular adaptations within the LHb following unpredictable stimuli and their importance for the emergence of depressive symptoms. This study shows that unpredictable foot-shocks lead to decreased surface expression and function of the gamma-aminobutyrate receptor (GABABR), a metabotropic receptor that hyperpolarizes LHb neurons through the activation of the G protein-coupled inwardly-rectifying potassium channels (GIRKs). This decrease of GABABR-GIRK signaling went along with an upregulation of the activity of the protein phosphatase 2 (PP2A), which is a well-known down-regulator of GABAB-GIRK complex surface expression. GABABR-GIRK signaling tightly controls LHb activity, and its downregulation consequently leads to aberrant hyperexcitability of LHb neurons. Using specific strategies to restore the GABABR-GIRK signaling within the LHb, such as GIRK overexpression, or local pharmacological inhibition of PP2A activity, we were able to ameliorate depressive like states following unpredictable foot-shocks. The second study allowed instead to establish the cellular adaptations within the LHb following a chronic non-painful aversive experience and during a critical developmental period. I showed that exposure to maternal separation in childhood (MS mice) also leads to depressive like symptoms together with a hyperexcitability of LHb neurons. This stress-driven increase in LHb activity was causally linked to a decrease of the GABABR-GIRK signaling. Moreover, using diverse reversal strategies such as chemogenetics or a therapeutically-relevant intervention such as Deep Brain Stimulation (DBS), we could selectively decrease LHb neuronal activity and consequently ameliorate the depressive like symptoms, suggesting a causal link between these two phenotypes.Altogether, the work presented in this thesis suggests that LHb neuronal hyperexcitability could represent a common substrate necessary for the expression of certain aspects of the depressive like state and further supports its relevance as a potential target in the treatment of this disorder.

L'imagerie mentale visuelle est généralement accompagnée de mouvements spontanés des yeux qui ne sont pas arbitraires mais reflètent le contenu spatial de cette imagerie. Ce travail de thèse avait pour principal objectif l'utilisation de l'enregistrement des mouvements oculaires afin d'étudier les représentations mentales chez les sujets sains et les sujets atteints de lésions cérébrales et ainsi d'en explorer les mécanismes, la dynamique, les référentiels et les substrats neuronaux. Nous avons enregistré les mouvements des yeux pendant le rappel des villes de France à partir de la mémoire à long terme, soit en ayant recours à l'imagerie mentale de la carte de France, soit avec un accès sémantique (tâche de fluence verbale). Ce paradigme a été réalisé dans 3 situations différentes : chez les sujets sains avec le regard libre, chez les sujets sains avec le regard fixé et chez les sujets atteints de négligence spatiale unilatérale et/ou hémianopsie latérale homonyme (HLH) avec le regard libre. En utilisant la corrélation bi-dimensionelle (BDR) entre les positions oculaires et les positions GPS des villes évoquées par le sujet, nous avons pu réaliser dans ces trois situations une analyse individuelle. Chez les sujets sains en regard libre, nous avons démontré que l'imagerie mentale se construit de façon séquentielle, et fragmentée, et que la corrélation significative est une signature individuelle de l'utilisation de l'imagerie visuelle. Chez les sujets sains avec le regard fixe, nous avons mis en évidence l'existence de microsaccades qui reflètent toujours le contenu spatial de l'imagerie mentale pour la plupart des individus. Chez les négligents, la représentation mentale de la carte de France était perturbée aussi bien dans le référentiel allocentrique (absence de cohérence spatiale pour les villes de la moitié gauche) que dans le référentiel égocentrique (carte mentale décalée du côté ipsilésionnel). Chez les patients avec HLH, la représentation mentale était décalée du côté contra-lésionnel, mais était spatialement cohérente dans le référentiel allocentrique. Cette nouvelle approche méthodologique et statistique a permis de discuter les différentes interprétations théoriques de la littérature concernant les liens entre mouvements des yeux et imagerie mentale, et d'étudier les troubles de représentation spatiale faisant suite à la lésion du cortex visuel primaire et du réseau pariéto-frontal droit, substrats respectifs du tampon visuel et de la fenêtre attentionnelle / analyse des relations spatiales dans le modèle d'imagerie de Kosslyn / Visual mental imagery is usually accompanied by spontaneous eye movements that are not random but reflect the spatial content of the imagery. The main objective of this thesis was to use eye movements recording in order to explore the mechanisms, the dynamics, the reference frames and the neural processes of spatial representations in healthy subjects and brain damaged patients.We recorded eye movements during the verbal recall of french cities from long-term memory, either through mental imagery of the map of France, or through a semantic access (verbal fluency task). This paradigm was carried out in three different situations: In healthy subjects with free gaze, in healthy subjects with fixed gaze and in patients with unilateral spatial neglect and / or homonymous hemianopia with free gaze. Using bi-dimensional regression (BDR) between ocular positions when cities were evoked and GPS positions of these cities, we could provide an individual analysis in each of these three situations.In healthy subjects with free gaze, we demonstrated that mental imagery is built sequentially and fragmented, and that significant correlation is a signature, at an individual level, of the use of visual imagery. In healthy subjects with central gaze fixation, we have demonstrated that the remaining microsaccades still reflect the spatial content of the imagery in most individuals. In patients with hemineglect, the mental representation of the map of France was disturbed both in the allocentric reference frame (lack of spatial coherence for cities of the left side) and in the egocentric reference frame (mental map shifted ipsilesionally). In subjects with hemianopia, the mental image was shifted contralesionally but was spatially coherent in the allocentric frame.These results are discussed in the light of the different theories on eye movements and mental imagery found in the literature and in particular with respect to the Kosslyn model of imagery in which the primary visual cortex (damaged in hemianopia) corresponds to the substratum of the visual buffer and the right parieto-frontal network to the substratum of the the attentional window and the spatial properties processing system

Abstract : The structural build-up of fresh cement-based materials has a great impact on their structural performance after casting. Accordingly, the mixture design should be tailored to adapt the kinetics of build-up given the application on hand. The rate of structural build-up of cement-based suspensions at rest is a complex phenomenon affected by both physical and chemical structuration processes. The structuration kinetics are strongly dependent on the mixture’s composition, testing parameters, as well as the shear history. Accurate measurements of build-up rely on the efficiency of the applied pre-shear regime to achieve an initial well-dispersed state as well as the applied stress during the liquid-solid transition. Studying the physical and chemical mechanisms of build-up of cement suspensions at rest can enhance the fundamental understanding of this phenomenon. This can, therefore, allow a better control of the rheological and time-dependent properties of cement-based materials. The research focused on the use of dynamic rheology in investigating the kinetics of structural build-up of fresh cement pastes. The research program was conducted in three different phases. The first phase was devoted to evaluating the dispersing efficiency of various disruptive shear techniques. The investigated shearing profiles included rotational, oscillatory, and combination of both. The initial and final states of suspension’s structure, before and after disruption, were determined by applying a small-amplitude oscillatory shear (SAOS). The difference between the viscoelastic values before and after disruption was used to express the degree of dispersion. An efficient technique to disperse concentrated cement suspensions was developed. The second phase aimed to establish a rheometric approach to dissociate and monitor the individual physical and chemical mechanisms of build-up of cement paste. In this regard, the non-destructive dynamic rheometry was used to investigate the evolutions of both storage modulus and phase angle of inert calcium carbonate and cement suspensions. Two independent build-up indices were proposed. The structural build-up of various cement suspensions made with different cement contents, silica fume replacement percentages, and high-range water reducer dosages was evaluated using the proposed indices. These indices were then compared to the well-known thixotropic index (Athix.). Furthermore, the proposed indices were correlated to the decay in lateral pressure determined for various cement pastes cast in a pressure column. The proposed pre-shearing protocol and build-up indices (phases 1 and 2) were then used to investigate the effect of mixture’s parameters on the kinetics of structural build-up in phase 3. The investigated mixture’s parameters included cement content and fineness, alkali sulfate content, and temperature of cement suspension. Zeta potential, calorimetric, spectrometric measurements were performed to explore the corresponding microstructural changes in cement suspensions, such as inter-particle cohesion, rate of Brownian flocculation, and nucleation rate. A model linking the build-up indices and the microstructural characteristics was developed to predict the build-up behaviour of cement-based suspensions The obtained results showed that oscillatory shear may have a greater effect on dispersing concentrated cement suspension than the rotational shear. Furthermore, the increase in induced shear strain was found to enhance the breakdown of suspension’s structure until a critical point, after which thickening effects dominate. An effective dispersing method is then proposed. This consists of applying a rotational shear around the transitional value between the linear and non-linear variations of the apparent viscosity with shear rate, followed by an oscillatory shear at the crossover shear strain and high angular frequency of 100 rad/s. Investigating the evolutions of viscoelastic properties of inert calcite-based and cement suspensions and allowed establishing two independent build-up indices. The first one (the percolation time) can represent the rest time needed to form the elastic network. On the other hand, the second one (rigidification rate) can describe the increase in stress-bearing capacity of formed network due to cement hydration. In addition, results showed that combining the percolation time and the rigidification rate can provide deeper insight into the structuration process of cement suspensions. Furthermore, these indices were found to be well-correlated to the decay in the lateral pressure of cement suspensions. The variations of proposed build-up indices with mixture’s parameters showed that the percolation time is most likely controlled by the frequency of Brownian collisions, distance between dispersed particles, and intensity of cohesion between cement particles. On the other hand, a higher rigidification rate can be secured by increasing the number of contact points per unit volume of paste, nucleation rate of cement hydrates, and intensity of inter-particle cohesion. / Résumé : La structuration des matériaux cimentaires a un grand impact sur leur performance mécanique après le coulage. Par conséquent, la formulation des mélanges devrait être conçue afin d’adapter la cinétique de structuration conformément à l’application considérée. La structuration des suspensions à base des matériaux cimentaires est un phénomène complexe affecté par les deux processus physiques et chimiques. La cinétique de structuration est fortement liée à la formulation des mélanges, des paramètres d’essai et de l’historique du cisaillement. Une meilleure évaluation de ce phénomène est fonction du pré-cisaillement appliqué, afin d’obtenir un état complètement dispersé ainsi que la contrainte appliquée lors de la transition de l’état solide-liquide de la suspension. L'étude des mécanismes physiques et chimiques de la structuration des suspensions à base de ciment peut améliorer la compréhension fondamentale de ce phénomène. Ceci permettra un meilleur contrôle des propriétés rhéologiques en fonction du temps des matériaux cimentaires. Cette recherche porte sur l'utilisation de la rhéologie dynamique pour étudier la cinétique de structuration des pâtes de ciment à l’état frais. Le programme de recherche a été mené en trois phases différentes et complémentaires. La première phase a été consacrée à l'évaluation de l'efficacité de diverses techniques de cisaillement. Les profils de cisaillement étudiés inclus la rotation et l’oscillation et la combinaison des deux modes de cisaillement. Les états initiaux et finaux de la structure de suspension avant et après la dispersion ont été déterminées en appliquant un cisaillement oscillatoire de faible amplitude (SAOS). La différence entre les valeurs viscoélastiques avant et après la dispersion a été utilisé pour exprimer le degré de dispersion. Une technique efficace pour disperser les suspensions concentrées de ciment a été développée. La deuxième phase visait à établir une approche rhéologique afin de dissocier les mécanismes physiques et chimiques individuels de la structuration de pâte de ciment. En effet, la rhéomètrie dynamique non destructif a été utilisé pour étudier à la fois l’évolution du module élastique et de l'angle de phase des suspensions inertes à base de carbonates de calcium et des suspensions de ciment. Deux indices de structurations indépendantes ont été proposés. La structuration de différentes suspensions à base de ciment réalisées avec différentes teneurs en ciment, pourcentages de remplacement de fumée de silice, et dosages de superplastifiant a été évaluée en utilisant les indices proposés. Ces indices ont ensuite été comparés à l'indice de thixotropie bien connu (Athix.). En outre, les indices proposés ont été corrélés à la pression latérale déterminée pour différentes pâtes de ciment coulées dans une colonne sous pression de hauteur 1 m. Le protocole de pré-cisaillement et les indices de structuration proposés (Phases 1 et 2) ont ensuite été utilisés pour étudier l'effet des paramètres de formulation sur la cinétique de structuration dans la Phase 3. Les paramètres étudiés inclus ; la teneur et la finesse du ciment, la teneur en sulfate alcalin, et la température de la suspension de ciment. Le potentiel zêta, les mesures calorimétriques et spectrométriques ont été également réalisées afin d’étudier les changements microstructuraux correspondants dans les suspensions de ciment, tels que la cohésion entre les particules, le taux de floculation Brownien, et le taux de nucléation. Un modèle reliant les indices de structuration et les caractéristiques microstructurales a été développé afin de prédire le comportement de structuration des suspensions des matériaux cimentaires. Les résultats obtenus montrent que le cisaillement oscillatoire est plus efficace sur la dispersion de suspension de ciment concentré que le cisaillement rotationnel. Outre l'augmentation de la contrainte, le cisaillement induit permet d’améliorer la dispersion de la structure de suspension jusqu'à un point critique. Au-delà de cette valeur critique les effets épaississants dominent. Une méthode efficace de dispersion est ensuite proposée. Cette méthode consiste à appliquer un cisaillement rotationnel autour de la valeur de transition entre les variations linéaires et non linéaires de la viscosité apparente avec le taux de cisaillement, suivie d'un cisaillement oscillatoire à la contrainte de cisaillement croisée et la fréquence angulaire élevée de 100 rad/s. Analyser l’évolution des propriétés viscoélastiques des suspensions inertes de carbonates de calcium et de ciment ont permis de développer deux indices pour quantifier la structuration des suspensions de ciment. Le premier indice (le temps de percolation) représente le temps de repos nécessaire pour former le réseau élastique. Le deuxième indice (taux de rigidification) décrit la rigidification de la structure, i.e. sa capacité à supporter des contraintes. D’autre part, les résultats montrent que la combinaison du temps de percolation et du taux de rigidification permet de mieux comprendre le processus de structuration des suspensions de ciment. De ce fait, ces indices se sont avérés être bien corrélés avec la pression latérale de coffrage des suspensions à base de ciment. Les variations des indices de structuration proposés avec les paramètres de mélange ont montré que le temps de percolation est très probablement contrôlé par la fréquence des collisions Browniennes, la distance entre les particules dispersées, et l'intensité de la cohésion entre les particules de ciment. D'autre part, un taux plus élevé de rigidification peut être assuré en augmentant le nombre de points de contact par unité de volume de la pâte, le taux de nucléation d’hydrates de ciment et l'intensité de la cohésion inter-particulaire.

La sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neuro-dégénérative rare. Il n’existe aucune donnée d’incidence française en population générale. Le profil phénotypique des patients français atteints de SLA, n’a pas été étudié. En outre, aucun facteur de risque confirmé n’existe pour cette pathologie bien que l’activité physique (AP) soit souvent rapportée comme possible facteur étiologique. Dans
 ce
 contexte, 
 pour améliorer les connaissances dans ces domaines, nos
 travaux
 ont
 consisté
 en trois études : (1) une étude sur l’incidence de la SLA dans la région du Limousin sur la base de données issues du premier registre français de SLA, (2) une étude des phénotypes des patients issus de 11 centres SLA français et (3) une revue de littérature des études épidémiologiques originales sur le lien entre PA et SLA. Nos travaux ont mis en évidence une incidence brute et standardisée sur la population européenne de 2010, élevée : 3,19/100 000 personnes-année (P-A) et 2,58/100 000 P-A respectivement. Concernant les aspects phénotypiques, nos travaux ont identifié huit phénotypes de SLA : (1) bulbaire, (2) spinal cervical, (3) spinal lombaire (4) flail leg, (5) flail arm, (6) respiratoire, (7) SLA-DFT et (8) Tête tombante (« Dropped head »). Nous avons conclu notre revue de littérature que l’AP en elle-même n’est probablement pas un facteur de risque de SLA. Comme perspective, (i) nous espérons étendre le registre de la SLA à d’autres régions françaises. En outre (ii) il serait très important de confirmer nos travaux sur les phénotypes sur un échantillon plus représentative Enfin, (iii) concernant le lien entre AP et SLA, d’autres travaux de niveau de preuve élevé sont souhaitables pour asseoir le résultat synthétique que nous avons apporté. / Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a rare neurodegenerative disease. Currently in France, there is no population-based incidence data. The phenotypic profile of French patients with ALS, has not been studied. Lastly, no risk factors are confirmed for this pathology. In this context, to improve knowledge in these fields, our work consisted of three studies: (1) a study on the incidence of ALS in the Limousin region based on the database from the first French ALS register (2) a study of the phenotypes of patients from 11 French ALS centers and (3) a literature review of original epidemiological studies focusing on physical activity (PA) and ALS risk. Our work has highlighted a high crude and standardized incidence (on Europe population): 3.19 / 100 000 person-years (PY) and 2.58 / 100,000 PY respectively. Regarding phenotypic aspects, our work identified eight ALS phenotypes: (1) bulbar, (2) cervical spinal (3) lumbar spinal (4) flail leg, (5) flail arm, (6) respiratory, (7) ALS-FTD and (8) dropped head. We demonstrated that the PA itself is probably not a risk factor for ALS. As a first perspective we hope to expand the ALS Register to other French regions. In a second perspective, it would be very important to confirm our work on phenotypes on a larger and representative sample of ALS patients. Finally, regarding the relationship between PA and ALS, other work of high level of evidence are desirable to confirm the synthetic result we brought in this thesis work.

The selective degeneration of motoneurons in the spinal cord, the brainstem and the brain cortex is the core pathology of amyotrophic lateral sclerosis (ALS), but evidences suggest that the neighbouring non-neuronal cells are also involved in the disease progression. Beside Riluzole, only drug approved to treat this fatal neurodegenerative disease, new pharmaceutical agents or novel strategies including stem cell therapy are currently under development and evaluated preclinically in front line on mutant SOD1 rodents mimicking all hallmarks of the human disease. <p>Current intravenously delivered drugs tested in ALS therapy assume an intact blood-brain barrier and suppose the passage across the endothelium to hit their targets in the CNS parenchyma. If BBB impairment occurs in ALS, it may lead to revision of planned pharmaceutical treatment. In the first part of the work, we have validated the mutant SOD1 rat model of ALS and we characterized properties and integrity of its BBB. We observed a significant BBB disruption at symptomatic phase of ALS, evidenced by blood protein leakage, IgG accumulation and microhemorrhage. To look for the mechanism of BBB opening, we demonstrated that the expression of key genes involved in the BBB integrity was decreased. At the ultrastructure, the morphology of endothelial cells and vascular astrocyte end-feet was altered. Our results suggest that BBB disruption is a late event in ALS disease course and appears like a consequence of the local degenerative process or neuroinflammation rather than a cause. Since a lot of extracellular oedema and swollen astrocyte end-feet were found in mutant SOD1 rats, we also looked at the expression and localization of aquaporin-4, a key protein involved in CNS water movement. We found that its expression was highly increased in the symptomatic phase of ALS course and we hypothesize that this overexpression might be related to the resolution of oedema after BBB opening. <p>In the second part of the work, we considered an original, easy, non-invasive and safe therapeutical approach of stem cell delivery in ALS rats. Since ALS affects the motoneurons throughout the CNS, we decided to use the bloodstream to deliver neural stem cells. We studied cell homing, survival, proliferation, integration and differentiation. Interestingly, the highest efficiency of cell delivery to the CNS was found in symptomatic ALS and the lowest in healthy animals. Neural stem cells injected into ALS animals preferentially colonized the motor cortex, hippocampus and spinal cord. We detected their successful differentiation into neural lineages by the appearance of MAP2-, GFAP-positive cells and the decrease of nestin expression.<p>One of the realistic near-term clinical goals for ALS is the transplantation of stem cells that counteract the loss of motoneurons by secreting neuroprotective factors. Accordingly, we evaluated in vitro the expression of neurotrophic factors released by stem cells after stimulation with tissue extracts from ALS rats. The aim of this paradigm was to determine whether the ALS environment triggers neuroprotective factors release from stem cells. Mesenchymal stem cells and neural stem cells were able to express a wider range of growth factors than fibroblasts. According to the stem cell population stimulated, we obtained differential expression pattern, raising the choice of cell population for appropriate clinical applications in ALS.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail de thèse avait pour objectif d’étudier le rôle de l’habénula latérale (HbL) dans les processus mnésiques chez le Rat en utilisant une approche par inactivation réversible grâce à l’administration de muscimol ou de CNQX. Nous avons ainsi montré l’implication de l’HbL dans : i) les processus d’encodage et de rappel d’une mémoire spatiale en piscine de Morris ; ii) la mémoire de travail, comme relais potentiel d’informations en provenance du cortex préfrontal médian, dans un paradigme de non-appariement différé à la position en boites de conditionnement opérant; iii) la réponse émotionnelle, aux niveaux comportemental et physiologique, à une situation stressante. L’ensemble de ces résultats suggèrent que l’HbL est impliquée dans les processus « online » de gestion des informations sensorielles, et qu’elle participe à la prise en compte de l’aspect émotionnel d’une situation. Ces particularités en font un lien important potentiel entre gestion des émotions et cognition. / The main objective of this thesis was to investigate the role of the lateral habenula (LHb) in mnemonic processes in rats using reversible inactivations with muscimol or CNQX. We have shown the involvement of the LHb in : i) encoding and retrieval of spatial reference memory in the Morris water maze ; ii) working memory, as a potential relay of top-down information coming from the medial prefrontal cortex, in a delayed non-matching to position paradigm using operant chambers ; iii) the behavioral and physiological responses to stressful situations. Altogether, those results suggest that the LHb is involved in the « online » process of sensory information. They also suggest that it is involved in coping with particularly stressful situations, and further position the LHb as an interface between emotions and cognition.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative incurable de l’adulte qui affecte principalement les motoneurones. Les mécanismes conduisant à la mort des motoneurones restent mal connus, notamment du fait de l'hétérogénéité de la maladie et du manque d'accès aux neurones humains affectés. La technologie des cellules souches pluripotentes induites humaines (iPSc) est un outil prometteur pour la modélisation de la SLA, car elle offre la possibilité unique d'obtenir et d’étudier des motoneurones humains.Des clones d’iPSc de deux sujets témoins ont été générés et nous avons comparé plusieurs protocoles afin de mettre au point un protocole efficace de différenciation des iPSc en motoneurones. Les cultures obtenues étaient hétérogènes et contenaient différents types de neurones et des précurseurs neuraux. Afin de pouvoir étudier des mécanismes intrinsèques aux motoneurones dans la SLA, nous avons développé une nouvelle technique pour purifier les motoneurones. Cette technique a consisté à trier les motoneurones par FACS en combinant l'utilisation d'un vecteur lentiviral rapporteur exprimant une protéine fluorescente sous le contrôle d'un promoteur spécifique des motoneurones, et d'un anticorps monoclonal dirigé contre le récepteur aux neurotrophines p75. Cette double sélection a permis l'isolement efficace de motoneurones purs. En parallèle, la technologie iPSc a été utilisée pour établir des modèles cellulaires de la SLA. Des clones de cellules iPS ont été générés à partir d’un patient avec une forme familiale de la SLA présentant une mutation dans le gène TARDBP (codant pour une protéine de liaison à l’ADN, TDP-43) et un patient atteint d’une forme sporadique de SLA. Afin de valider nos modèles, nous avons recherché des phénotypes caractéristiques de la maladie au cours de la différenciation des iPSc : i) la formation d’agrégats cytoplasmiques, ii) des altérations de génération et de survie des motoneurones, iii) des défauts de croissance neuritique. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal adult-onset neurodegenerative disorder primarily affecting motor neurons. Mechanisms leading to motor neuron death in ALS are poorly understood mostly because of disease heterogeneity and lack of access to affected cells. The induced pluripotent stem cell (iPSc) technology provides the opportunity to obtain and study human motor neurons and is therefore a promising tool for ALS modeling.IPSc clones from control subjects were generated, and we compared several protocols in order to set up an efficient protocol for iPSc differentiation into motor neurons. The obtained cultures were heterogenous, comprising different neuron subtypes and neural precursors. To allow investigation of intrinsic disease mechanisms in ALS motor neurons, we developed a new technique to purify motor neurons by FACS sorting. By combining the use of a lentiviral vector expressing a fluorescent protein under control of a motoneuron-specific promoter and of a monoclonal antibody directed against the p75 neurotrophin receptor, isolation of exquisitely pure motor neurons was achieved. In parallel, iPSc technology was used to establish cellular models of ALS. IPSc were generated from one patient with familial ALS carrying a mutation in the TARDBP gene (encoding a DNA-binding protein, TDP-43) and one patient with sporadic ALS. To validate our models, we investigated characteristic disease phenotypes during iPSc differentiation, including i) cytoplasmic aggregate formation, ii) motor neuron generation and survival defects, iii) neurite growth alterations.

Les démences frontotemporales (DFT) et la sclérose latérale amyotrophique (SLA) sont deux maladies neurodégénératives dévastatrices. La mutation du gène C9ORF72 a été identifiée comme la cause commune la plus fréquente de ces deux pathologies (c9FTD/ALS). Plusieurs hypothèses pourraient expliquer les mécanismes conférant un effet toxique à la mutation et amenant à une neurodégénérescence. Nous nous sommes intéressés à l'effet de la perte de fonction du gène C9ORF72. Pour étudier sa relation avec la DFT et la SLA, nous avons développé un modèle murin en utilisant un micro ARN interférence de synthèse pour diminuer les transcrits du gène C9orf72 murin et ainsi obtenir des souris avec un knockdown ubiquitaire de C9orf72. Nous avons montré que les souris miR-C9orf72 développent une atteinte de type DFT tout en présentant une motricité normale, ce qui exclut une atteinte de type SLA. Les souris miR-C9orf72 ne présentent pas d'agrégation cytoplasmique de protéine TDP43, un trait de DFT-SLA. Cependant, nous avons observé une augmentation du nombre de cellules corticales contenant une accumulation de p62 chez ces souris. Ces structures sont aussi positives pour le marqueur de lysosomes Lamp1 dans les neurones et les microglies suggérant un stress cellulaire. De ce fait, nous émettons l'hypothèse que la perte de fonction de C9ORF72 est un élément requis pour causer le déséquilibre cellulaire qui mènera à une sensibilité accrue aux produits toxiques produits par l'expansion GGGGCC. Ainsi, ce nouveau modèle pourra servir comme outil pour déchiffrer les mécanismes moléculaires de la pathologie et identifier des cibles thérapeutiques spécifiques aux c9FTD/ALS. / The GGGGCC intronic repeat expansion within C9ORF72 is the most common genetic cause of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD). The precise mechanisms through which the C9ORF72 mutation causes “c9FTD/ALS” have not yet been elucidated, but several hypotheses have been proposed. For my PhD project, in order I investigated the role of a partial loss of function of C9orf72 in ALS and FTD disease pathogenesis. For this, we have generated C9orf72 knock-down mice by targeting the RNA mouse orthologue of C9ORF72. We found that by knocking down C9orf72 intrinsically, mice develop social interaction deficits and depression like behavior, which relate to FTD-like anomalies. When looking for ALS-like abnormalities, we found that C9ORF72 knock-down mice have conserved spatial memory and normal motility through all their lifespan. However, they develop a lessening of strength that appears late and is maintained without aggravation. They do not present axonal loss or signs of muscle atrophy and/or wasting. Further analysis showed that C9orf72 knock-down mice present neuromuscular junction deficits at an old age that aggravate with further aging. These findings suggest that C9ORF72 partial loss of function leads disease pathogenicity course to a more likely FTD-like phenotype, and that gain of function toxicities caused by the expansion may be needed to trigger motor neuron disease and massive neurodegeneration.

Les études basées sur l’utilisation de modèles murins de la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) portent très souvent sur des stades symptomatiques ou pré-symptomatiques. Des données existent cependant montrant que des altérations morphologiques des motoneurones existent aux stades post-nataux, suggérant que la SLA pourrait être une maladie neurodéveloppementale. Dans ce travail de thèse basé sur l’utilisation du modèle murin SOD1G93A de la SLA, nous avons cherché à savoir si dès le développement des réseaux moteurs, des perturbations existaient notamment au niveau de la mise en place des inhibitions, c'est-à-dire au niveau de l’homéostasie chlorure. En effet, nous pensons qu’une mauvaise construction du réseau pendant la vie embryonnaire serait la cause des dysfonctionnements observés lors de la survenue de la SLA. Nos données mettent en évidence que la morphologie des motoneurones est modifiée chez les embryons SOD1G93A au stade de développement E17,5 par rapport aux embryons WT et que cette modification de morphologie induit une hyperexcitabilité. De plus, nous montrons une altération du potentiel d’équilibre des ions chlorure (ECl) due à une modification de l’équilibre de la balance des co-transporteurs NKCC1/KCC2. Enfin, nous avons cherché à savoir si une modification du ECl avait une conséquence fonctionnelle au niveau de la mise en place de l’activité locomotrice exprimée par le réseau spinal lombaire. En conclusion, les travaux de cette thèse démontrent pour la première fois un déficit développemental au niveau du modèle murin SOD1G93A et ouvre des perspectives sur la recherche des mécanismes de compensations opérant jusqu’à la survenue du phénotype de la maladie. / Most studies based on the use of Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) mouse models focus on symptomatic or presymptomatic periods. However, morphological alterations of ALS motoneurons have been described in post-natal stages, suggesting that ALS could be a neurodevelopmental disease. In this PhD Thesis, based on the use of the SOD1G93A mouse model of ALS, we tried to know if during the embryonic development of the spinal motoneuronal networks, alterations occur particularly at the level of the maturation of GABA/Glycine inhibition, driven by the chloride homeostasis. Indeed, we believe that a wrong construction of the motor network during the embryonic life may be the cause of the troubles observed at the onset of ALS. Our data show that the morphology of motoneurons is altered in E17,5 SOD1G93A embryos compared to WT embryos and that this changes in morphology induced hyperexcitability. In addition, we show an alteration of the equilibrium potential of chloride ions (ECl) due to a modification of the balance of NKCC1/KCC2 chloride co-transporters. Finally, we tried to know if a modification of the ECl had functional consequences in the development of locomotor activity expressed by the lumbar spinal network. In conclusion, the work of this PhD Thesis demonstrates, for the first time, a developmental deficit in the SOD1G93A mouse model and opens new perspectives based on understanding compensatory mechanisms occuring until the appearance of the disease.

Les pathologies du motoneurone sont caractérisées par une atteinte progressive des motoneurones au niveau de la corne antérieur de la moelle épinière. Au delà de cette susceptibilité anatomique commune, qui est responsable d’une atteinte motrice progressive et diffuse dans ces pathologies, d’autres systèmes neurologiques sont touchés. La dégénérescence du faisceau corticospinal est une caractéristique classique dans la sclérose latérale amyotrophique, qui est la maladie du motoneurone la plus commune chez l’adulte. Cependant, il est de plus en plus reconnu que la SLA est une maladie multisystémique. En particulier, une atteinte précoce du système sensoriel a été démontrée dans la modèle animal de la SLA ainsi que dans l’amyotrophie spinal liée à la mutation du gène SMN1 (survival motor neuron 1 en anglais). Chez les patients, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) a émergé comme l’approche la plus performant à l’étage cérébral, permettant d’extraire des indices quantitatifs sur la perte neuronale, la dégénérescence axonale et la démyélinisation dans les pathologies neurodégénératives. Cependant, l’investigation de l’étage médullaire dans ces pathologies est difficile à mener à cause des nombreux défis techniques et méthodologiques que représente l’IRM de la moelle épinière.L’objectif de ce projet de thèse a été d’utiliser l’approche IRM multiparamétrique au niveau de la moelle épinière pour analyser les structures de la matière grise et blanche qui sont atteintes dans deux des pathologies du motoneurone les plus répondues, c’est-à-dire la SLA et la SMA, leurs altérations au cours du temps et leurs corrélations fonctionnelles avec les données cliniques et électrophysiologiques. / Degenerative motor neuron diseases (MND) are characterized by a progressive dysfunction and loss of ventral horn motor neurons of the spinal grey matter. Beyond this common anatomical susceptibility, which is responsible for a progressive and diffuse weakness, other neurological systems are also impaired. The corticospinal tract (CST) degeneration is a classical feature of amyotrophic lateral sclerosis (ALS), which is the most common adult onset motor neuron disease, but a more widespread multisystem involvement is now well recognized. In particular, early sensory system involvement has been demonstrated in animal models of ALS and also of survival motor neuron 1 gene linked spinal muscular atrophy (SMN1-linked SMA). In human patients, magnetic resonance imaging (MRI) has emerged as the most powerful approach at the brain level to extract quantitative data on neuronal loss, axonal degeneration and demyelination in degenerative conditions. Studies at the spinal cord levels are scarce mainly because of technical and methodological difficulties. The objective of the present thesis project was to use a multi-parametric MRI approach at the spinal cord level to analyze grey and white matter structures that are impaired in two most common MND, i.e. ALS and SMN1-linked SMA, their temporal alterations during the disease course and the functional correlates, as assessed by clinical and electrophysiological examinations.