Le stress en début de vie (ELS) est associé à une susceptibilité accrue au développement de troubles liés au stress, tels que le trouble dépressif majeur (TDM). L'amygdale latérale (AL), une région du cerveau importante pour la régulation des comportements émotionnels et cognitifs, est vulnérable aux effets du ELS. Cependant, les mécanismes par lesquels l'ELS altère le comportement ne sont pas très bien définis. Auparavant, de nombreuses études se sont concentrées sur les mécanismes neuronaux qui sous-tendent les troubles comportementaux induits par le stress, mais le rôle des cellules gliales dans ce circuit reste indéterminé. Pourtant, les astrocytes, un type de cellule gliale, sont des déterminants clés du comportement. Nous avons donc cherché à identifier le rôle des astrocytes dans les effets de l'ELS sur le comportement dépendant de l'AL. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle de rongeur avec séparation maternelle, limitation de la litière et de la nidification pour reproduire les effets de l'ELS sur le cerveau en développement afin d’évaluer ses effets à long terme sur les astrocytes et le comportement dépendant de l'amygdale latérale. Bien que l'ELS n'ait pas eu d'influence sur le comportement anxieux des souris, ce dernier a altéré de manière significative la détection des menaces, un processus cognitif qui implique la capacité de distinguer avec précision un son menaçant précédemment appris (le stimulus conditionné) d'un son non menaçant dans un contexte nouveau. De plus, la diminution de la sensibilité au stress des astrocytes par la suppression des récepteurs glucocorticoïdes astrocytaires a amélioré de manière significative la fonction cognitive chez les souris ELS et naïves. Globalement, nos résultats suggèrent que les astrocytes jouent un rôle central dans la régulation des effets de l'ELS sur les troubles cognitifs. Ces données soulignent l'importance des astrocytes comme cibles thérapeutiques potentielles pour atténuer le dysfonctionnement cognitif, un symptôme omniprésent de la psychopathologie. / Early Life Stress (ELS) is associated with an enhanced susceptibility to the development of stress-related disorders, such as major depressive disorder (MDD). The lateral amygdala (LA), a brain region important for the regulation of emotive and cognitive behaviours is vulnerable to the effects of ELS. However, the mechanisms by which ELS impairs behaviour are poorly defined. Previously, research has focused on the neuronal mechanisms underlying stress-induced behavioural impairments, however the role of glial cells in this circuitry remains undetermined. Astrocytes, a type of glial cell, are key determinants of behaviour. Hence, we aimed to identify the role of astrocytes in the effects of ELS on LA-dependent behaviour. To accomplish this, we used a rodent model of maternal separation and limited bedding and nesting to replicate the effects of ELS on the developing brain by assessing its long-term effects on astrocytes and lateral-amygdala dependent behaviour. Although ELS did not influence anxiety-like behaviour in mice, ELS significantly impaired threat-detection, a cognitive process involving the ability to accurately distinguish between a previously learned threatening tone (the conditioned stimulus) and a non-threatening tone in a novel context. Additionally, decreasing astrocyte stress sensitivity by deleting astrocyte glucocorticoid receptors significantly enhanced cognitive function in both ELS and naïve mice. Overall, our results suggest that astrocytes are pivotal in the regulation of the effects of ELS on cognitive impairment. This data highlights the importance of astrocytes as potential therapeutic targets for mitigating cognitive dysfunction, a pervasive symptom of psychopathology.

Les protéines de liaison à l'ARN (PLA) s'assemblent en complexes cytoplasmiques avec les ARNm pour contrôler la traduction locale des ARNm et le transport axonal. Ces processus sont essentiels au maintien de la survie des neurones et leur déficience est impliquée dans le développement de nombreuses maladies neurodégénératives, telles que la SLA. Il a été montré ultérieurement que la déplétion nucléaire de TDP-43, liée à la SLA, entraîne l'accumulation d'une variante épissée alternativement de la ribonucléoprotéine nucléaire hétérogène A1 (hnRNP A1). Cette isoforme, appelée hnRNP A1B, possède une région désordonnée (RID) et, dans le contexte neuronal, localise dans les neurites et dans le noyau, alors que la hnRNP A1 localise majoritairement dans le noyau. Ceci appui l'hypothèse que la hnRNP A1B peut avoir une fonction cytosolique dans les neurones qui n'est pas partagée avec la hnRNP A1. En outre, les hnRNP A1 et hnRNP A1B sont mutées dans de rares cas de SLA familiale, dont certaines mutations sont spécifiques à la hnRNP A1B. Jusqu'à présent, la littérature se concentre sur l'isoforme hnRNPA1 tandis que peu est répertorié sur la fonction de la hnRNP A1B. Ainsi, cette étude vise à déterminer et caractériser la fonction cytosolique de la hnRNP A1B dans les neurones. Puisque très peu est répertorié sur la hnRNP A1B, il a fallu tout d’abord déterminer des partenaires d’interaction. Ainsi, une immunoprécipitation utilisant un anticorps spécifique à la hnRNP A1B suivi d'une spectrométrie de masse (IP-MS) a été réalisée sur la moelle épinière de souris. Les résultats soulèvent que de nombreux interacteurs de la hnRNP A1B sont associés au trafic intracellulaire dépendant du cytosquelette. Les interactions avec KLC1/KIF5C/Myh9/DyncIHI ont été validées par des tests d'immunoprécipitation et de colocalisation. Aussi, l’impact de certains mutants hnRNP A1B associés à la SLA ont été étudiées au niveau des interactions avec les protéines motrices. Des expériences visant à évaluer comment la hnRNP A1B peut être transportée, ainsi que réguler le transport, sont en cours. Les résultats confirment que la hnRNP A1B peut avoir une fonction cytosolique dans les neurones pour le transport axonal/dendritique de l'ARNm. Des études futures exploreront cette nouvelle fonction dans le contexte de la SLA. / RNA-binding proteins (RBPs) assemble into cytoplasmic complexes with mRNAs to control mRNA local translation and axonal transport. These processes are essential for maintaining neuronal survival and their impairment is implicated in the development of many neurodegenerative diseases, such as ALS. We have discovered that TDP-43 depletion, linked to ALS, drives the accumulation of an alternatively spliced variant of heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A1 (hnRNP A1). This isoform, termed hnRNP A1B, has an elongated prion-like domain (PrLD) and is present in neuronal processes, while hnRNP A1 is not. This finding supports a hypothesis that hnRNP A1B may have a cytosolic function in neurons that is not shared with hnRNP A1. In addition, hnRNP A1 and hnRNP A1B are mutated in rare cases of familial ALS with some mutations specific to hnRNP A1B. To date, the literature has mostly focused on the hnRNPA1 isoform and little is known about hnRNP A1B function. Thus, this study aims to identify and characterize the cytosolic function of hnRNP A1B in neurons. Since very little is known about hnRNP A1B, it was first necessary to identify interaction partners of the protein. Thus, immunoprecipitation using an antibody specific to hnRNP A1B followed by mass spectrometry (IP-MS) was performed on mouse spinal cord. Our results show that many hnRNP A1B interactors are associated with cytoskeletal-dependent intracellular trafficking. We then proceed to validate the interactions with the motor proteins KLC1/KIF5C/Myh9, by immunoprecipitation and proximity ligation assays. In addition, some hnRNP A1B ALS mutants were studied in the context of these interactions. Experiments to evaluate how hnRNP A1B may be transported, as well as regulate transport are currently underway. Our findings support that hnRNP A1B may have a cytosolic function in neurons in mRNA axonal/dendritic transport. Future studies will explore this novel function in the ALS context.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une pathologie complexe multifactorielle dont les mécanismes de dégénérescence des motoneurones et de propagation rapide au sein du système nerveux sont encore incertains. Par l’utilisation du nématode Caenorhabditis elegans, nous avons pu investiguer génétiquement et pharmacologiquement certains facteurs entrant en jeu dans la toxicité de TDP-43 et FUS. Des mutations dominantes dans ces protéines liant l’ADN et l’ARN, structurellement et fonctionnellement proches, sont des causes de SLA familiales. Nous avons, par le passé, construit un modèle de ver transgénique possédant le gène TARDBP ou FUS codant respectivement pour les protéines humaines TDP-43 ou FUS, sous le contrôle d’un promoteur exprimé seulement dans les neurones GABAergiques. Uniquement lorsque les gènes TARDBP ou FUS sont mutés, des symptômes relatifs à la SLA apparaissent au cours du temps, à savoir une paralysie progressive et une neurodégénérescence des motoneurones GABAergiques. Nous avons voulu connaître le rôle que pouvait jouer le système immunitaire, dont des évidences croissantes montrent une implication dans la SLA, dans la protéotoxicité liée à ces protéines dans nos modèles de ver. Dans un premier temps, nous avons évalué la motricité des vers en milieu solide et en milieu liquide, et grâce à des vers transgéniques exprimant la GFP dans les neurones GABAergiques, nous avons pu quantifier la neurodégénérescence. Nos résultats soulignent un rôle prévalent de l’orthologue de la protéine du système immunitaire innée Sarm1 chez le ver, TIR-1, ainsi que les kinases en aval dans la pathologie. Nous avons pu, de surcroît, utiliser le marqueur NLP-29 dont le promoteur lié à la GFP nous indique l’activation de la voie Sarm1 dans l’ensemble du ver et non seulement dans les neurones. De manière intéressante, l’activation de ces protéines se produit entre autres dans des cellules non-neuronales de manière paracrine suggérant qu’un signal de danger opère extracellulairement et vraisemblablement à travers un récepteur membranaire. Ces dernières années, un nombre important d’études met en lumière le rôle proéminent des microARNs dans des maladies telle que la SLA. Classiquement vus comme des régulateurs de l’expression post-transcriptionnelle, ce qui en font notamment des outils antiviraux puissants, ils peuvent agir à d’autres niveaux et notamment comme ligands de récepteurs Toll-like (TLRs), eux aussi impliqués dans la SLA. iv Outre le potentiel biomarqueur de ces petites molécules, nous avons investigué leur rôle dans la neurodégénérescence observée dans la SLA. Ainsi, dans une deuxième partie d’étude, nous avons utilisé des mutants pour différentes protéines impliquées dans la biogénèse des microARNs et trouvé qu’elles étaient partie intégrante du processus de paralysie et de dégénérescence des vers TDP-43A315T. Plus encore, le microARN let-7 pourrait être une molécule signal transitant entre les neurones et les cellules avoisinantes. Enfin, des analyses bio-statistiques prédisent la possibilité que let-7 se lie au récepteur TOL-1, l’unique orthologue des TLRs chez C. elegans. Les propriétés des microARNs en font en effet des cibles de choix dans la recherche de nouveaux acteurs dans la SLA et de potentielles cibles thérapeutiques. / Amyotrophic lateral sclerosis is a complex multifactorial pathology characterized by the progressive spread of motor neuron degeneration. Unfortunalety, the underlying disease mechanisms remain unclear. By using the nematode Caenorhabditis elegans, we were able to investigate genetically and pharmacologically some factors involved in TDP-43 or FUS proteotoxicity. Dominant mutations in these structurally and functionally similar DNA/RNA binding proteins, are causative for familial ALS. We have constructed transgenic C. elegans models expressing human TARDBP or FUS genes - encoding respectively TDP-43 and FUS - only in GABAergic motor neurons. In these transgenics animals, the expression of mutant TARDBP or FUS alleles results in early the motor deficits leading to age-dependent paralysis accompanied by neuronal protein aggregation. Using transgenic strain expressing GFP in GABAeric neurons, we found an increased rate of neurodegeneration in TDP-43 and FUS mutants. With these models we investigated the potential role of the innate immune system as a modifier of these phenotypes. Our results highlight a prevalent role for the worm’s innate immune system, and specifically the TIR-1/Sarm1 pathway and associated downstream kinases in neurodegeneration. We used GFP fluorescence linked to NLP-29 promoter to indicate Sarm1 pathway activation in the entire worm. Interestingly, activation of the TIR-1/Sarm1 pathway occurs in a paracrine manner in non-neuronal cells, suggesting that a danger signal operates extracellularly likely through a membrane receptor. In a past few years, a number of studies have highlighted the prominent role of microRNAs in diseases such as ALS. Traditionally seen as post-transcriptional regulators, what makes them powerful antiviral tools is that they can act at other levels and in particular as Toll-like receptors (TLRs) ligands, also involved in ALS. In addition to the biomarker potential of these small molecules, we investigated their role in the neurodegeneration observed in ALS. As a result, in the a second section of this study, we used worms mutant for several proteins involved in the biogenesis of microRNAs and found that they were involved in the process of TDP-43A315T-independent paralysis and neurodegeneration. Moreover, the microRNA let-7 seems to be a signal molecule involved in the non-cell autonomous trans-neuronal and trans-cellular spread of motor neuron degeneration. Finally, bio-statistical analyzes predict the possibility that let-7 binds to the vi TOL-1 receptor, the single ortholog of TLRs in C. elegans. Thus microRNAs may be prime targets for ALS therapeutic intervention.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est la maladie des neurones moteurs la plus fréquente, affectant 4-6 individus par 100,000 habitants à l’échelle mondiale. La maladie se caractérise par une faiblesse et une atrophie musculaire suite à la dégénérescence des neurones du cortex moteur, tronc cérébral et moelle épinière. Les personnes atteintes développent les premiers symptômes à l’âge adulte et la maladie progresse sur une période de trois à cinq ans. Il a été répertorié qu’environ 10% des patients ont une histoire familiale de SLA; 90% des gens affectés le sont donc de façon sporadique. La découverte il y a 19 ans de mutations dans le gène zinc/copper superoxide dismutase (SOD1), présentes dans 15-20% des cas familiaux de SLA et environ 2% du total des individus affectés, a été l’événement déclencheur pour la découverte de variations génétiques responsables de la maladie. La recherche sur la génétique de la SLA a connu une progression rapide ces quatre dernières années avec l’identification de mutations dans de nouveaux gènes. Toutefois, même si certains de ces gènes ont été démontrés comme réellement liés à la maladie, la contribution d’autres gènes demeure incertaine puisque les résultats publiés de ceux-ci n’ont pas, à ce jour, été répliqués. Une portion substantielle de cas reste cependant à être génétiquement expliquée, et aucun traitement à ce jour n’a été démontré comme étant efficace pour remédier, atténuer ou prévenir la maladie. Le but du projet de recherche de doctorat était d’identifier de nouveaux gènes mutés dans la SLA, tout en évaluant la contribution de gènes nouvellement identifiés chez une importante cohorte multiethnique de cas familiaux et sporadiques. Les résultats présentés sont organisés en trois sections différentes. Dans un premier temps, la contribution de mutations présentes dans le gène FUS est évaluée chez les patients familiaux, sporadiques et juvéniles de SLA. Précisément, de nouvelles mutations sont rapportées et la proportion de mutations retrouvées chez les cas familiaux et sporadiques de SLA est évaluée. De plus, une nouvelle mutation est rapportée dans un cas juvénile de SLA; cette étude de cas est discutée. Dans un deuxième temps, de nouvelles avenues génétiques sont explorées concernant le gène SOD1. En effet, une nouvelle mutation complexe est rapportée chez une famille française de SLA. De plus, la possibilité qu’une mutation présente dans un autre gène impliqué dans la SLA ait un impact sur l’épissage du gène SOD1 est évaluée. Finalement, la dernière section explique la contribution de nouveaux gènes candidats chez les patients atteints de SLA. Spécifiquement, le rôle des gènes OPTN, SIGMAR1 et SORT1 dans le phénotype de SLA est évalué. Il est souhaité que nos résultats combinés avec les récents développements en génétique et biologie moléculaire permettent une meilleure compréhension du mécanisme pathologique responsable de cette terrible maladie tout en guidant le déploiement de thérapies suite à l’identification des cibles appropriées. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is the most common of motor neuron diseases, affecting 4-6 individuals per 100,000 individuals worldwide. ALS is characterized by muscle weakness and atrophy caused by the degeneration of neurons located in the motor cortex, brain stem and spinal cord. This fatal disease generally has an adult onset and progresses over a three to five year period. While 10% of patients affected have a family history of the disease, 90% of cases do not and are considered sporadic. The finding of mutations in the zinc/copper superoxide dismutase gene (SOD1) gene 19 years ago in about 15-20% of familial ALS (FALS) patients and approximately 2% of overall cases developed the interest of identifying rare genetics variants causing the disease. The ALS research field experienced a rapid progression during the last four years as mutations in new genes have been identified. While mutations in some of those new genes have been clearly linked to ALS, the role of others is still questionable and so far has not been positively replicated in other populations. Importantly, a significant portion of cases still need to be genetically explained and, unfortunately, there is still no effective treatment to cure, attenuate or prevent the disease. The aim of this Ph.D research project was to identify new ALS mutated genes while analysing the causative role of other newly identified genes in a large familial and sporadic ALS cohort of different origins. The results presented here are categorized into three different sections. First, the contribution of FUS mutations to familial, sporadic and juvenile ALS is analysed. Specifically, new FUS mutations are reported in ALS cases and the proportions of variants present in the tested familial and sporadic ALS cohorts are assessed. In addition, a new mutation is reported in a juvenile ALS patient, and this interesting case is discussed. Second, new genetic avenues are explored for the SOD1 gene. Precisely, a new and complex SOD1 mutation is reported in a French ALS family. Moreover, the possibility that other ALS mutated genes influence SOD1 splicing events is evaluated. Third, the contribution of new candidate genes is evaluated. Precisely, the contribution of OPTN, SIGMAR1 and SORT1 genes to the ALS phenotype is assessed. Hopefully, our different findings combined with recent developments in genetics and molecular biology will permit a better understanding of the pathological mechanisms involved in the disease and will lead to the identification of the right targets in order to develop appropriate therapeutics for ALS patients.

Ce travail a porté sur les remaniements corticaux précoces des circuits moteurs et extramoteurs dans la SLA grâce à l’étude des activations IRMf issues de tâches motrices et cognitives. La première partie de nos travaux nous a permis de montrer grâce des tâches simples d’activation motrice en IRMf (1) qu’alors que les patients SLA présentaient un déficit moteur discret, une augmentation des activations corticales est apparue dans les aires sensorimotrices bilatérales du cerveau. (2) Ces modifications précoces de l’activité neuronale étaient corrélées à la latéralisation du déficit moteur du membre ou la prédominance manuelle et surtout, (3) au taux de progression de la maladie à un an et à la survie, suggérant que ce remaniement de l’activité qui correspond probablement à de la plasticité cérébrale a des implications fonctionnelles. Enfin, (4) ce phénomène apparaissait actif puisqu’il s’est poursuivi pendant au moins onze mois. Dans la deuxième partie, nous avons montré lors d’une tâche de fluence verbale silencieuse que (1) les SLA présentaient une suractivation initiale des aires dévolues au processus sémantique avec un renforcement de la connectivité fonctionnelle entre les réseaux (CFR). (2) Au bout de onze mois et alors que l’atteinte des fluences était stable, ce phénomène de compensation s’épuisait avec une diminution conjointe de l’activation des réseaux et de la CFR. La tâche de 2-Back, réalisée alors que les patients ne présentaient pas d’atteinte de la mémoire de travail lors des tests psychométriques, nous a permis de montrer en outre que certains circuits non-moteurs se réorganisaient très précocement chez les patients, alors même qu’ils étaient asymptomatiques / In this work we used motor and cognitive tasks in an fMRI study to explore the early cortical reorganizations of the motor and extra-motor circuits in ALS patients. In a first part, using a simple motor task, we demonstrated (1) that increased cortical BOLD signal changes occurred in specific regions of the brain of ALS patients when their motor deficit was still moderate, and that this early signal changes correlated with (2) the lateralisation of the motor deficit or hand predominance and, more importantly, (3) with the rate of disease progression at one year and survival time, suggesting that modulations of cerebral activity in ALS may have functional implications. Furthermore, (4) this brain plasticity was maintained with time and disease progression during at least eleven months. In a second part, we demonstrated during a silent verbal fluency task (1) that ALS patients presented initially an increased cortical activation of areas devolved to the semantic process with an intensification of the functional network connectivity (FNC). (2) After eleven months and while their performance in tests of verbal fluency was stable, this cerebral compensation ran out with a decrease of the previous cerebral activations and the FNC. A N-back working memory paradigm, realized while the patients did not present any deficit of their working memory, allowed us to show that certain non-motor circuits were reorganized prematurely while patients were still asymptomatic

Dans le cadre d’un projet général concernant l’étude de la réactivité des acidesbenzoïques non protégés avec les organométalliques, la synthèse totale d’analoguesstructuraux de l’apogossypol mettant en jeu des réactions de métallation aromatique a étéétudiée ainsi que la réaction de substitution nucléophile aromatique des acides benzoïquesortho-fluorés et ortho-méthoxylés.Le gossypol, (1,1’,6,6’,7,7’-hexahydroxy-5,5’-di-iso-propyl-3,3’-diméthyl-2,2’-binaphtalène-8,8’-dicarboxaldéhyde), pigment principal des graines du cotonnier, existe sousla forme de deux atropoisomères et possède de multiples applications pharmaceutiques. Il estnotamment un inhibiteur efficace des protéines anti-apoptotiques de la famille Bcl-2. Legossypol déformylé ou apogossypol présente des propriétés similaires mais est plus stable,plus sélectif et moins toxique. Une méthode permettant de remplacer les groupes iso-propylesdu gossypol par des groupes structurellement proches a été mise au point. La stratégie retenuemet à profit les compétences du laboratoire dans le domaine des réactions de métallation etrepose sur la lithiation latérale de l’acide 4-hydroxy-6,7-diméthoxy-8-méthyl-2-naphtoïquepar le tétraméthylpipéridure de lithium. Divers dérivés 5,5’-didés-iso-propyl-5,5’-dialkylapogossypol racémiques ont été préparés selon cette méthode. La synthèse asymétriqued’analogues de l’apogossypol a également été étudiée et la voie de synthèse sélectionnéerepose sur le « concept lactone ». Un intermédiaire avancé de la synthèse, une lactonefonctionnalisée potentiellement réductible de façon asymétrique, a été préparée.La deuxième partie est consacrée à l’étude de la réaction de substitution nucléophilearomatique des acides benzoïques ortho-fluorés et ortho-méthoxylés (réaction SNArAB). Unerevue de la littérature des réactions de substitution nucléophile aromatique activée par lesesters est présentée. L’influence de substituants méthoxylés et halogénés (F, Cl, Br) sur lasélectivité SNAr/addition 1,2 a été évaluée. Il est montré que les acides 2-fluoro-6-halogénobenzoïques conduisent, par réaction avec les aryllithiens et les arylmagnésiens, auxproduits d’ipso-C2-substitution avec un excellent rendement et la réaction SNArAB permet unaccès efficace aux acides 3-halogéno-[1,1’-biphényl]-2-carboxyliques. Dans le cas de l’acide2,3-diméthoxybenzoïque, il a été découvert que la présence d’un substituant méthoxy enposition 3 permet de limiter la formation de cétone et le produit d’ipso-substitution est isoléavec un rendement correct. / As part of a program directed toward the study of the reactivity of unprotected benzoicacids with polar organometallics, the total racemic synthesis of apogossypol analogues bymetalation reactions was studied as well as the aromatic nucleophilic substitution reaction ofortho-fluoro- and ortho-methoxybenzoic acids (SNArAB reaction).Gossypol (1,1’,6,6’,7,7’-hexahydroxy-5,5’-di-iso-propyl-3,3’-diméthyl-2,2’-binaphtalène-8,8’-dicarboxaldéhyde) which is the main pigment of cotton seed, displaysmultiple pharmacological applications. It is a potent anti-apoptotic Bcl-2 protein inhibitor.The racemic route developed herein allows the replacement of the iso-propyl groups byvirtually any alkyl groups, providing a series of 5,5’-dides-iso-propyl-5,5’-dialkylapogossypolderivatives. Lateral metalation of 4-hydroxy-6,7-dimethoxy-8-methyl-2-naphthoic acid withLTMP is the key step of the synthesis. Atroposelective synthesis of apogossypol analoguewas also examined. The strategy relies on the “lactone concept” and involves a functionalizedlactone as a key intermediateThe influence of halogen atoms (F, Cl, Br) and methoxy groups on the 1,2-addition/SNArAB selectivity was examined. Treatment of 2-fluoro-6-halobenzoic acids withorganolithiums or Grignard reagents gives ipso-substituted products in excellent yields. Themethod allows the efficient preparation of 3-halo-[1,1’-biphenyl]-2-carboxylic acids and doesnot require protection of the carboxylate. Interestingly, the presence of an additional methoxyin C3 reduces the nucleophilic addition of the organometallic species to the carboxylate and2,3-dimethoxybenzoic acid affords ipso-substituted products in good yields.

Ce manuscrit de thèse présente l’étude des techniques de super-résolution latérale en nanoscopie optique, qui est une des nouvelles techniques d'imagerie haute résolution, aujourd'hui largement utilisée en biophysique et en imagerie médicale, pour imager et caractériser des nanostructures, tout en conservant les avantages de l'imagerie optique en champ lointain comme un vaste champ, la visualisation et l’analyse en temps réel…Un des défis futurs de la microscopie 3D super-résolue est d’éviter l’utilisation des marqueurs fluorescents. La microscopie interférométrique fait partie des techniques d’imagerie 3D sans marquage permettant la détection de nanostructures. Pour améliorer le pouvoir de détection de ce système optique, un premier protocole de traitement d’images a été développé et implémenté, permettant ainsi de révéler des structures initialement non mesurables. Puis, pour améliorer la résolution latérale du système, une nouvelle technique combinant l’interférométrie et le principe du nano-jet photonique a été développée permettant l’observation d’objets de taille inférieure à la limite de diffraction de l’instrument optique. / This manuscript presents the study of the lateral super-resolution techniques in optical nanoscopy, which is a new high-resolution imaging method now widely used in biophysics and medical imaging, to observe and measure nanostructures, with the advantages of far field optical imaging, such as a large field of view, visualization and analysis in real time…One of the future challenges of 3D super resolution microscopy is to avoid the use of fluorescent markers. Interferometric microscopy is a 3D label-free imaging technique enabling the detection of nanostructures. To improve the detection capability of this optical system, a first version of a protocol composed of image processing methods was developed and implemented, revealing structures initially unmeasurable. Then, to improve the lateral resolution of the system, a new technique combining interferometry and the principle of the photonic nano-jet has been developed, thus allowing the observation of objects of a size smaller than the diffraction limit of the optical instrument.

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La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est la maladie des neurones moteurs la plus fréquente, affectant 4-6 individus par 100,000 habitants à l’échelle mondiale. La maladie se caractérise par une faiblesse et une atrophie musculaire suite à la dégénérescence des neurones du cortex moteur, tronc cérébral et moelle épinière. Les personnes atteintes développent les premiers symptômes à l’âge adulte et la maladie progresse sur une période de trois à cinq ans. Il a été répertorié qu’environ 10% des patients ont une histoire familiale de SLA; 90% des gens affectés le sont donc de façon sporadique. La découverte il y a 19 ans de mutations dans le gène zinc/copper superoxide dismutase (SOD1), présentes dans 15-20% des cas familiaux de SLA et environ 2% du total des individus affectés, a été l’événement déclencheur pour la découverte de variations génétiques responsables de la maladie. La recherche sur la génétique de la SLA a connu une progression rapide ces quatre dernières années avec l’identification de mutations dans de nouveaux gènes. Toutefois, même si certains de ces gènes ont été démontrés comme réellement liés à la maladie, la contribution d’autres gènes demeure incertaine puisque les résultats publiés de ceux-ci n’ont pas, à ce jour, été répliqués. Une portion substantielle de cas reste cependant à être génétiquement expliquée, et aucun traitement à ce jour n’a été démontré comme étant efficace pour remédier, atténuer ou prévenir la maladie. Le but du projet de recherche de doctorat était d’identifier de nouveaux gènes mutés dans la SLA, tout en évaluant la contribution de gènes nouvellement identifiés chez une importante cohorte multiethnique de cas familiaux et sporadiques. Les résultats présentés sont organisés en trois sections différentes. Dans un premier temps, la contribution de mutations présentes dans le gène FUS est évaluée chez les patients familiaux, sporadiques et juvéniles de SLA. Précisément, de nouvelles mutations sont rapportées et la proportion de mutations retrouvées chez les cas familiaux et sporadiques de SLA est évaluée. De plus, une nouvelle mutation est rapportée dans un cas juvénile de SLA; cette étude de cas est discutée. Dans un deuxième temps, de nouvelles avenues génétiques sont explorées concernant le gène SOD1. En effet, une nouvelle mutation complexe est rapportée chez une famille française de SLA. De plus, la possibilité qu’une mutation présente dans un autre gène impliqué dans la SLA ait un impact sur l’épissage du gène SOD1 est évaluée. Finalement, la dernière section explique la contribution de nouveaux gènes candidats chez les patients atteints de SLA. Spécifiquement, le rôle des gènes OPTN, SIGMAR1 et SORT1 dans le phénotype de SLA est évalué. Il est souhaité que nos résultats combinés avec les récents développements en génétique et biologie moléculaire permettent une meilleure compréhension du mécanisme pathologique responsable de cette terrible maladie tout en guidant le déploiement de thérapies suite à l’identification des cibles appropriées. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is the most common of motor neuron diseases, affecting 4-6 individuals per 100,000 individuals worldwide. ALS is characterized by muscle weakness and atrophy caused by the degeneration of neurons located in the motor cortex, brain stem and spinal cord. This fatal disease generally has an adult onset and progresses over a three to five year period. While 10% of patients affected have a family history of the disease, 90% of cases do not and are considered sporadic. The finding of mutations in the zinc/copper superoxide dismutase gene (SOD1) gene 19 years ago in about 15-20% of familial ALS (FALS) patients and approximately 2% of overall cases developed the interest of identifying rare genetics variants causing the disease. The ALS research field experienced a rapid progression during the last four years as mutations in new genes have been identified. While mutations in some of those new genes have been clearly linked to ALS, the role of others is still questionable and so far has not been positively replicated in other populations. Importantly, a significant portion of cases still need to be genetically explained and, unfortunately, there is still no effective treatment to cure, attenuate or prevent the disease. The aim of this Ph.D research project was to identify new ALS mutated genes while analysing the causative role of other newly identified genes in a large familial and sporadic ALS cohort of different origins. The results presented here are categorized into three different sections. First, the contribution of FUS mutations to familial, sporadic and juvenile ALS is analysed. Specifically, new FUS mutations are reported in ALS cases and the proportions of variants present in the tested familial and sporadic ALS cohorts are assessed. In addition, a new mutation is reported in a juvenile ALS patient, and this interesting case is discussed. Second, new genetic avenues are explored for the SOD1 gene. Precisely, a new and complex SOD1 mutation is reported in a French ALS family. Moreover, the possibility that other ALS mutated genes influence SOD1 splicing events is evaluated. Third, the contribution of new candidate genes is evaluated. Precisely, the contribution of OPTN, SIGMAR1 and SORT1 genes to the ALS phenotype is assessed. Hopefully, our different findings combined with recent developments in genetics and molecular biology will permit a better understanding of the pathological mechanisms involved in the disease and will lead to the identification of the right targets in order to develop appropriate therapeutics for ALS patients.

Les masses kystiques latérales du cou (MKLC) bénignes et malignes sont difficiles à différencier cliniquement. L’utilité des modalités d’imagerie et de prélèvement doit être clarifiée. Une revue rétrospective de cas entre 2010 et 2016. Les données d’imagerie ont été récoltées et plusieurs variables propres à la masse furent analysées. Les rapports de cytoponction à l’aiguille fine (CAAF), de la biopsie au trocart (BT) et des examens extemporanés (EE) ont été analysés. La sensibilité, la spécificité, la valeur prédictive positive (VPP) et la valeur prédictive négative (VPN) pour prédire la malignité ont été calculées pour toutes les variables comparées entre les masses kystiques bénignes et malignes. Aucune variable d’imagerie n’a pu différencier les masses kystiques bénignes de malignes. La sensibilité de la CAAF est plus basse que celle de la BT (59% vs 83%; p=0.036) et de l’EE (59% vs 93%; p=0.01). L’EE a une meilleure VPN que la CAAF (92% vs 40%; p<0.001) et que la BT (92% vs 50%; p=0.062). La VPP et la spécificité étaient similaires dans tous les groupes. Les cliniciens ne peuvent pas se fier uniquement à l’imagerie pour différencier les masses bénignes des masses malignes. Vu sa VPP adéquate (92%), la CAAF devrait être utilisée initialement pour tous les patients avec une MKLC. Si la CAAF s’avère négative, la BT devrait être utilisée vu sa meilleure sensibilité. Un examen extemporané devrait toujours suivre une BT négative vu la faible VPN de la BT. Un résultat positif à l’une des trois modalités de prélèvement indique la présence de malignité. / Benign and malignant lateral cystic neck masses (LCNM) are difficult to distinguish clinically. The usefulness of imaging and sampling modalities in clarifying the diagnosis remains unclear. Retrospective review of cases between 2010 and 2016. Imaging data was reviewed and the variables pertaining to the mass were assessed including the following: size, nodal level, fat stranding, extracapsular spread, calcifications, vascularity, necrosis and standardized uptake value. Sampling reports of fine-needle aspiration (FNA), core-needle biopsy (CNB) and frozen section (FS) were also assessed. Sensitivity, specificity, positive predictive value (PPV) and negative predictive value (NPV) for predicting malignancy were calculated for all variables and compared between benign and malignant cystic neck masses. Ultrasound was used in 47.2% and CT-Scan in 90.5% of patients. No variables on imaging could definitely differentiate benign from malignant LCNM. FNA had a lower sensitivity then CNB (59% vs 83%; p=0.036) and FS (59% vs 93%; p=0.01). FS had a better NPV when compared to FNA (92% vs 40%; p<0.001) and CNB (92% vs 50%; p=0.062). Specificities and PPV were similar among all groups. Clinicians cannot rely on imaging to differentiate benign from malignant LCNM. Given its adequate PPV (92%), FNA should be used initially on lateral cystic neck masses. Because of its high sensitivity, CNB should be considered if FNA is not diagnostic of malignancy. FS should always follow a CNB not indicative of malignancy, because of the low NPV. Any result diagnostic of malignancy on either FNA, CNB or FS strongly indicates presence of malignancy.