L’objectif de cette thèse est la validation fonctionnelle d’implants rétiniens pour la restauration fonctionnelle de la vision chez des patients non voyants suite à la perte de leurs photorécepteurs. Ce travail a été réalisé sur modèle animal et a évalué expérimentalement de nouveaux protocoles de stimulation. Tout d’abord nous avons utilisé la technique de spectroscopie d’impédance pour simuler mathématiquement l’interface tissu-implantafin de caractériser la présence d’un espace entre le tissu et l’implant. La seconde partie compare par imagerie optique (IO) les caractéristiques de la réponse corticale évoquée par stimulation visuelle ou électrique de la rétine par prothèse sous rétinienne. Nous avons retrouvé que la taille de l’activation par l’implant rétinien est beaucoup plus grande que son correspondant visuel. Dans une troisième partie, est réalisée une évaluation in vitro de la performance des stimulations sur rétine isolée pour définir comment les cellules ganglionnaires réagissent à différents modes de stimulations. Ce travail a permis d’établir la courbe des réponses en fonction de l’intensité des stimulations électriques. Enfin, la thèse décrit un modèle animal de dégénérescence rétinienne qui présente des désorganisations de la rétine externe. Une analyse en IO a été réalisée sur ce modèle afin d’évaluer la réponse corticale aux stimuli visuels et électriques. Ce travail de thèse, par des approches physiques et physiologiques complémentaires, apporte un certain nombre de réponses qui devraient permettre d’améliorer l’utilisation de futures prothèses rétiniennes par une adaptation physique des matrices d’électrodes ou des patrons de stimulations utilisées / The aim of this thesis is the functional validation of retinal implants used for vision restoration in blind patients due to the loss of photoreceptors. This work was designed to develop an animal model to experimentally validate prototypes of new implants and new stimulation protocols pattern. Firstly we used the technique of impedance spectroscopy to simulate mathematically the tissue/implant interface. These data confirm the importance of reducing the space between the stimulating electrodes and retinal tissue, as well as the importance of physical characteristics of the electrical stimulus used. In a second approach, we have compared responses of visual cortical neuronal population using optical imaging (OI), evoked either by visual or electric retinal stimulation through subretinal prosthesis. This approach has demonstrated that the stimulation of an electrode induces cortical activation that the size of the cortical response to the retinal implant stimulation is much larger than its corresponding visual stimulus. In the third part, I performed in vitro experiment to measure the performance of stimulation at the level of ganglion cells of isolated retina. We have quantified the response curve as a function of the intensity of the electrical stimulation. Finally, the thesis describes a new animal model of outter retinal degeneration. OI was also performed on this model to assess the response to the visual and retinal prosthesis stimulations. This thesis, through complementary physical and physiological approaches, provides a number of responses that can potentially improve the use of retinal prostheses through specification of their design or patterns of stimulation.

Le système kallicréine-kinines est un système peptidergique complexe impliqué dans les processus inflammatoires, le contrôle du tonus et de la perméabilité vasculaire. Les effets biologiques des kinines sont accomplis par l’intermédiaire de deux types de récepteurs couplés aux protéines G, soit le récepteur B1 (B1R) et le récepteur B2 (B2R). Alors que le B2R est un récepteur constitutif, le B1R est faiblement exprimé en situation physiologique; il est induit par le stress oxydatif, les cytokines pro-inflammatoires (interleukine-1β (IL-1β) et le facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α)) ou par des endotoxines bactériennes à la fois au niveau systémique et local, notamment dans la rétine. Des études récentes de notre laboratoire ont montré l’implication du B1R dans la pathogenèse et la progression de la rétinopathie diabétique et de la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA). Les objectifs des travaux présentés dans cette thèse consistent à déterminer : 1) le mécanisme par lequel le B1R est impliqué dans la rétinopathie diabétique chez le rat; 2) l’implication de la iNOS en aval dans la cascade inflammatoire activée par le B1R; 3) l’expression et la localisation cellulaire du B1R dans les rétines humaines atteintes de DMLA exsudative et atrophique. Nos résultats ont permis de démontrer une implication du B1R dans la rétinopathie diabétique via l’activation de l’enzyme de synthèse du monoxyde d’azote inductible (iNOS) dans un modèle de diabète de type 1 induit par la streptozotocine (STZ) chez le rat. En plus de sa localisation généralisée dans toute la rétine, le B1R est exprimé dans la couche de l’épithélium pigmentaire qui forme la barrière hémato-rétinienne externe. Les taux d’expression (protéique et ARNm) du B1R, de la iNOS, de la carboxypeptidase M (impliquée dans la biosynthèse des agonistes B1R), de l'IL-1β, du TNF-α, du facteur de croissance de l'endothélium vasculaire A (VEGF-A) et de son récepteur, le VEGF-R2, ainsi que des protéines nitrosylées augmentent à deux semaines dans la rétine diabétique. Ces augmentations ainsi que l’hyperperméabilité vasculaire rétinienne induite par le diabète et par l’injection intravitréenne d’un agoniste du B1R (R-838) sont bloquées par un inhibiteur de la iNOS (1400W) appliqué topiquement à la surface de l’œil pendant 1 semaine (premier article). Les résultats du deuxième article montrent une augmentation significative de l'immunoréactivité du B1R dans les rétines humaines prélevées de patients atteints de DMLA exsudative. Toutefois, les changements d’immunoexpression du B1R ne sont pas significatifs dans les rétines des patients atteints de DMLA atrophique. La réactivité des cellules gliales est plus marquée dans la forme exsudative que dans la forme atrophique de DMLA. Une colocalisation du B1R est observée avec des marqueurs des cellules de Müller, des astrocytes, de la microglie, de la iNOS et de la fibrose, suggérant une implication du B1R dans le processus inflammatoire et la formation de fibrose dans la DMLA exsudative. En revanche, l’expression du B2R demeure stable dans les rétines de DMLA exsudative et atrophique par rapport aux rétines témoins; ce résultat ne supporte pas la possibilité que ce récepteur puisse être impliqué dans la DMLA chez l’humain. / The kallikrein-kinins system is a peptidergic system involved in inflammatory processes, the control of the vascular tone and permeability. These effects are mediated by two G proteincoupled receptors, the Bradykinin type 1 (B1R) and type 2 (B2R) receptors. While the B2R is a constitutive receptor, B1R is almost undetectable in physiological condition; it is, however, induced by oxidative stress, pro-inflammatory cytokines (interleukin-1β (IL-1β) and tumor necrosis factor-α (TNF-α)) or by bacterial endotoxins at both systemic and local levels, notably in the retina. Recent studies from our laboratory supported an implication of B1R in the pathogenesis and progression of diabetic retinopathy and age-related macular degeneration (AMD). This thesis aims at unraveling: 1) the mechanism by which B1R is involved in diabetic retinopathy in rats; 2) the involvement of iNOS in the inflammatory cascade downstream to the B1R; and, 3) the expression and cellular localization of B1R in human retinae with exudative and atrophic AMD. Our results have shown the implication of B1R in diabetic retinopathy via the activation of the inducible nitric oxide synthase (iNOS) in a type 1 model of diabetes induced by streptozotocin (STZ) in rats. In addition to its generalized localization throughout the retina, B1R is expressed in the retinal pigment epithelium which forms the outer blood-retinal barrier. The protein and transcript expression of inflammatory markers; iNOS, carboxypeptidase M, IL-1β, TNF-α, vascular endothelium growth factor A (VEGF-A) and its receptor, VEGF-R2, including B1R as well as nitrosylated proteins are increased in the retina of diabetic rats at 2 weeks post-STZ. These upregulations, as well as the retinal vascular hyperpermeability induced by diabetes and by the intravitreal injection of an B1R agonist (R-838) are blocked by a topical one-week treatment by eye-drop with the selective iNOS inhibitor (1400W) (first manuscript). The results of the second manuscript show significant increases in the immunoreactivity of B1R in exudative AMD retinae. Despite a slight increase, B1R immunostaining does not reach statistical significance in the retina of donors with atrophic AMD. The reactivity of glial cells is more impressive in the exudative than in the atrophic form of AMD. B1R is co-expressed with markers of Müller cells, astrocytes, microglia, iNOS and fibrosis, suggesting an involvement of B1R in the inflammatory events and the formation of fibrosis in exudative AMD. On the other hand, the expression of B2R remains stable in the retinae of exudative and atrophic AMD, supporting a secondary role of this receptor in AMD in humans.

La dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA) est l’une des principales causes de la perte de vision chez les personnes âgées. Dans la DMLA de forme sèche, le stress oxydatif, l’inflammation et la dysfonction lipidique causent la perte des cellules de l’épithélium pigmentaire rétinien (RPE) qui sont essentielles au maintien des photorécepteurs. Nous avons précédemment démontré qu’un ligand sélectif du CD36 permet de préserver la fonction rétinienne dans un modèle murin de la DMLA. Cependant, l’effet des ligands synthétiques du CD36 dans la protection du RPE n’a jamais été vérifié. L’objectif de cette étude était de caractériser l’effet cytoprotecteur du ligand du CD36 MPE-001 sur le RPE contre le stress oxydatif. Le stress oxydatif a été induit chez la lignée humaine hTERT RPE-1 par le NaIO3. Il a été observé que le MPE-001 diminue la production de superoxydes mitochondriaux et l’apoptose des cellules du RPE sans toutefois affecter le système antioxydant au niveau transcriptionnel. Des essais par immunobuvardage et par immunocytochimie ont montré que le NaIO3 perturbe le flux autophagique, alors que le MPE-001 le rétablit. L’effet protecteur du MPE-001 était complètement aboli par les inhibiteurs de l’autophagie wortmannin et bafilomycine A1. En conclusion, nous avons démontré pour la première fois qu’un ligand du CD36 protège les cellules du RPE contre le stress oxydatif de façon autophagie-dépendante. Nous proposons la modulation du stress oxydatif chez le RPE par l’activation du CD36 comme stratégie potentielle pour traiter la DMLA de forme sèche. / Age-related macular degeneration (AMD) is a leading cause of irreversible blindness in the elderly population. The retinal pigment epithelium (RPE) is a monolayer of epithelial cells that are critical in maintaining retinal neurons. Oxidative stress, inflammation and defects in lipid clearance are thought to cause damages to the RPE and the eventual loss of photoreceptors in the dry form of AMD. CD36 is a scavenger receptor that plays an important role in inflammation and lipid homeostasis. We have previously shown that stimulation of CD36 by a selective ligand preserves photoreceptor function in high fat high cholesterol diet-fed Apoe-/- mice, a mouse model of AMD. The effect of CD36 ligands on RPE cells protection from oxidative insults, however, had yet to be investigated. In this study, we aimed to study the cytoprotective effect of the CD36 ligand MPE-001 in RPE cells exposed to oxidative stress. Oxidative stress was induced in the human RPE cell line hTERT RPE-1 using NaIO3. MPE-001 was observed to decrease NaIO3-induced mitochondrial superoxide production and apoptosis, with no transcriptional effect on antioxidant enzymes. Immunoblotting and immunostaining showed that NaIO3 disrupts autophagic flux while MPE-001 co-treatment restores it. The protective effect of MPE-001 was completely abolished by the autophagy inhibitors wortmannin and bafilomycin A1. In conclusion, we report for the first time that a CD36 ligand confers protection to RPE cells under oxidative stress through the improvement of autophagic process. We therefore propose modulation of oxidative stress by CD36 ligands as a potential strategy to treat dry AMD.

La pathologie numérique s’est développée ces dernières années grâce à l’avancée récente des algorithmes d’analyse d’images et de la puissance de calcul. Notamment, elle se base de plus en plus sur les images histologiques. Ce format de données a la particularité de révéler les objets biologiques recherchés par les experts en utilisant des marqueurs spécifiques tout en conservant la plus intacte possible l’architecture du tissu. De nombreuses méthodes d’aide au diagnostic à partir de ces images se sont récemment développées afin de guider les pathologistes avec des mesures quantitatives dans l’établissement d’un diagnostic. Les travaux présentés dans cette thèse visent à adresser les défis liés à l’analyse d’images histologiques, et à développer un modèle d’aide au diagnostic se basant principalement sur les relations spatiales, une information que les méthodes existantes n’exploitent que rarement. Une technique d’analyse de la texture à plusieurs échelles est tout d’abord proposée afin de détecter la présence de tissu malades dans les images. Un descripteur d’objets, baptisé Force Histogram Decomposition (FHD), est ensuite introduit dans le but d’extraire les formes et l’organisation spatiale des régions définissant un objet. Finalement, les images histologiques sont décrites par les FHD mesurées à partir de leurs différents types de tissus et des objets biologiques marqués qu’ils contiennent. Les expérimentations intermédiaires ont montré que les FHD parviennent à correctement reconnaitre des objets sur fonds uniformes y compris dans les cas où les relations spatiales ne contiennent à priori pas d’informations pertinentes. De même, la méthode d’analyse de la texture s’avère satisfaisante dans deux types d’applications médicales différents, les images histologiques et celles de fond d’œil, et ses performances sont mises en évidence au travers d’une comparaison avec les méthodes similaires classiquement utilisées pour l’aide au diagnostic. Enfin, la méthode dans son ensemble a été appliquée à l’aide au diagnostic pour établir la sévérité d’un cancer via deux ensembles d’images histologiques, un de foies métastasés de souris dans le contexte du projet ANR SPIRIT, et l’autre de seins humains dans le cadre du challenge CPR 2014 : Nuclear Atypia. L’analyse des relations spatiales et des formes à deux échelles parvient à correctement reconnaitre les grades du cancer métastasé dans 87, 0 % des cas et fourni des indications quant au degré d’atypie nucléaire. Ce qui prouve de fait l’efficacité de la méthode et l’intérêt d’encoder l’organisation spatiale dans ce type d’images particulier. / During the last decade, digital pathology has been improved thanks to the advance of image analysis algorithms and calculus power. Particularly, it is more and more based on histology images. This modality of images presents the advantage of showing only the biological objects targeted by the pathologists using specific stains while preserving as unharmed as possible the tissue structure. Numerous computer-aided diagnosis methods using these images have been developed this past few years in order to assist the medical experts with quantitative measurements. The studies presented in this thesis aim at adressing the challenges related to histology image analysis, as well as at developing an assisted diagnosis model mainly based on spatial relations, an information that currently used methods rarely use. A multiscale texture analysis is first proposed and applied to detect the presence of diseased tissue. A descriptor named Force Histogram Decomposition (FHD) is then introduced in order to extract the shapes and spatial organisation of regions within an object. Finally, histology images are described by the FHD measured on their different types of tissue and also on the stained biological objects inside every types of tissue. Preliminary studies showed that the FHD are able to accurately recognise objects on uniform backgrounds, including when spatial relations are supposed to hold no relevant information. Besides, the texture analysis method proved to be satisfactory in two different medical applications, namely histology images and fundus photographies. The performance of these methods are highlighted by a comparison with the usual approaches in their respectives fields. Finally, the complete method has been applied to assess the severity of cancers on two sets of histology images. The first one is given as part of the ANR project SPIRIT and presents metastatic mice livers. The other one comes from the challenge ICPR 2014 : Nuclear Atypia and contains human breast tissues. The analysis of spatial relations and shapes at two different scales achieves a correct recognition of metastatic cancer grades of 87.0 % and gives insight about the nuclear atypia grade. This proves the efficiency of the method as well as the relevance of measuring the spatial organisation in this particular type of images.

Le cholestérol est le principal stérol présent dans la rétine. Dans sa forme libre, le cholestérol est distribué dans toutes les couches cellulaires de la rétine, alors que le cholestérol estérifié s'accumule essentiellement à la base de l'épithélium pigmentaire rétinien. La capacité intrinsèque de la rétine à synthétiser le cholestérol paraît limitée, ce qui implique nécessairement que des voies extra-rétiniennes participent activement à suppléer la rétine en cholestérol. Les cellules gliales de Müller contribueraient à l'apport de cholestérol aux neurones de la rétine, en particulier pour la formation des synapses. Les conséquences délétères d'une accumulation ou à l'inverse d'un déficit en cholestérol dans les neurones sur leur survie souligne l'importance de maintenir l'équilibre entre l'apport et la néosynthèse du cholestérol d'une part et son élimination d'autre part. Pour cela, la rétine neurale a en particulier la capacité de convertir, pour l'éliminer, le cholestérol en 24S-hydroxycholestérol. En effet, le transport du 24S-hydroxycholestérol au travers des membranes est facilité par la présence d'un groupe hydroxyle supplémentaire, lui conférant une polarité plus importante par rapport au cholestérol. L'enzyme qui catalyse cette réaction est la cholestérol-24S-hydroxylase (CYP46A1). Des liens ont été établis entre CYP46A1, 24S-hydroxycholestérol et processus neurodégénératifs dans le cerveau, suggérant un rôle potentiel dans certaines pathologies comme la maladie d'Alzheimer. CYP46A1 est exprimée dans la rétine neurale, et plus particulièrement dans les cellules ganglionnaires de la rétine. Le rôle de CYP46A1 dans la rétine reste pour l'instant inconnu. Cependant, par analogie avec le cerveau, nous pouvons supposer une fonction dans le contrôle de l'homéostasie du cholestérol dans les neurones et envisager une association avec des pathologies dégénératives de la rétine comme la Dégénérescence Maculaire Liée à l'Âge (DMLA) ou le glaucome. Dans ce contexte, l'objectif de nos travaux a consisté à évaluer le rôle de la cholestérol-24S-hydroxylase dans la rétine en conditions physiologiques et pathologiques. Par une approche clinique, nous avons trouvé qu'un polymorphisme génétique dans CYP46A1 était un facteur de risque de glaucome (Risque relatif=1,26, intervalle de confiance à 95%=1,006-1,574, p<0,05) (Fourgeux et al. 2009, Invest Ophthalmol Vis Sci 50:5712-7). Par contre, ce polymorphisme génétique n'a pas été retrouvé, en tant que tel, comme facteur de risque chez des patients DMLA, mais pourrait l'être chez les patients non porteurs d'allèles à risque dans les gènes CFH et LOC388715 (Fourgeux et al. 2012, Invest Ophthalmol Vis Sci 53:7026-33). Deux approches expérimentales nous ont permis de suggérer qu'il existe un lien entre le stress des cellules de la rétine et le 24S-hydroxycholestérol. En effet, dans une étude in vivo faite chez le rat, après avoir reproduit une caractéristique principale du glaucome par l'augmentation de la pression intraoculaire, nous avons suggéré le rôle crucial de la glie dans le maintien de l'expression de CYP46A1 au cours de la neurodégénérescence de la rétine (Fourgeux et al. 2012, Acta Ophthalmol, Sep 23 ; doi: 10.1111/j.1755-3768.2012.02490.x.). Enfin, l'inhibition pharmacologique de l'activité CYP46A1 dans la rétine par le voriconazole injecté in vivo chez le rat nous a permis de mettre en évidence que la diminution du contenu en 24S-hydroxycholestérol de la rétine était associée à une dysfonction des cellules ganglionnaires, évaluée par électrorétinographie. En parallèle, nous avons observé une activation gliale, dont l'amplitude était amplifiée par l'inhibition de l'activation microgliale induite par la minocycline [...]

Le cholestérol est le principal stérol présent dans la rétine. Dans sa forme libre, le cholestérol est distribué dans toutes les couches cellulaires de la rétine, alors que le cholestérol estérifié s’accumule essentiellement à la base de l’épithélium pigmentaire rétinien. La capacité intrinsèque de la rétine à synthétiser le cholestérol paraît limitée, ce qui implique nécessairement que des voies extra-rétiniennes participent activement à suppléer la rétine en cholestérol. Les cellules gliales de Müller contribueraient à l’apport de cholestérol aux neurones de la rétine, en particulier pour la formation des synapses. Les conséquences délétères d’une accumulation ou à l’inverse d’un déficit en cholestérol dans les neurones sur leur survie souligne l’importance de maintenir l’équilibre entre l’apport et la néosynthèse du cholestérol d’une part et son élimination d’autre part. Pour cela, la rétine neurale a en particulier la capacité de convertir, pour l’éliminer, le cholestérol en 24S-hydroxycholestérol. En effet, le transport du 24S-hydroxycholestérol au travers des membranes est facilité par la présence d’un groupe hydroxyle supplémentaire, lui conférant une polarité plus importante par rapport au cholestérol. L’enzyme qui catalyse cette réaction est la cholestérol-24S-hydroxylase (CYP46A1). Des liens ont été établis entre CYP46A1, 24S-hydroxycholestérol et processus neurodégénératifs dans le cerveau, suggérant un rôle potentiel dans certaines pathologies comme la maladie d’Alzheimer. CYP46A1 est exprimée dans la rétine neurale, et plus particulièrement dans les cellules ganglionnaires de la rétine. Le rôle de CYP46A1 dans la rétine reste pour l’instant inconnu. Cependant, par analogie avec le cerveau, nous pouvons supposer une fonction dans le contrôle de l’homéostasie du cholestérol dans les neurones et envisager une association avec des pathologies dégénératives de la rétine comme la Dégénérescence Maculaire Liée à l’Âge (DMLA) ou le glaucome. Dans ce contexte, l’objectif de nos travaux a consisté à évaluer le rôle de la cholestérol-24S-hydroxylase dans la rétine en conditions physiologiques et pathologiques. Par une approche clinique, nous avons trouvé qu’un polymorphisme génétique dans CYP46A1 était un facteur de risque de glaucome (Risque relatif=1,26, intervalle de confiance à 95%=1,006-1,574, p<0,05) (Fourgeux et al. 2009, Invest Ophthalmol Vis Sci 50:5712-7). Par contre, ce polymorphisme génétique n’a pas été retrouvé, en tant que tel, comme facteur de risque chez des patients DMLA, mais pourrait l’être chez les patients non porteurs d’allèles à risque dans les gènes CFH et LOC388715 (Fourgeux et al. 2012, Invest Ophthalmol Vis Sci 53:7026-33). Deux approches expérimentales nous ont permis de suggérer qu’il existe un lien entre le stress des cellules de la rétine et le 24S-hydroxycholestérol. En effet, dans une étude in vivo faite chez le rat, après avoir reproduit une caractéristique principale du glaucome par l’augmentation de la pression intraoculaire, nous avons suggéré le rôle crucial de la glie dans le maintien de l’expression de CYP46A1 au cours de la neurodégénérescence de la rétine (Fourgeux et al. 2012, Acta Ophthalmol, Sep 23 ; doi: 10.1111/j.1755-3768.2012.02490.x.). Enfin, l’inhibition pharmacologique de l’activité CYP46A1 dans la rétine par le voriconazole injecté in vivo chez le rat nous a permis de mettre en évidence que la diminution du contenu en 24S-hydroxycholestérol de la rétine était associée à une dysfonction des cellules ganglionnaires, évaluée par électrorétinographie. En parallèle, nous avons observé une activation gliale, dont l’amplitude était amplifiée par l’inhibition de l’activation microgliale induite par la minocycline [...] / Cholesterol is the major sterol found in the retina. In its free form, cholesterol is present in all cell layers of the retina, whereas cholesteryl esters mainly accumulate at the basement of the retinal pigment epithelium. The intrinsic capacity of the retina to synthetize cholesterol appears limited. Some extra-retinal pathways actively participate to cholesterol uptake to the retina. Müller glial cells may contribute to cholesterol supply to retinal neurons, especially for synaptic formation. Cholesterol accumulation or conversely deficiency have deleterious consequences on neuron survival. Maintaining the equilibrium between cholesterol supply and neosynthesis in the one hand and cholesterol elimination in the other hand is crucial. For that purpose, the inner retina converts cholesterol into 24S-hydroxycholesterol. The transport of 24S-hydroxycholesterol across membranes is facilitated by the addition of the hydroxyle group to cholesterol at position 24 of carbon chain since it renders cholesterol more hydrophilic. CYP46A1 (cholesterol 24S-hydroxylase) is the enzyme which catalyzes this reaction. Some links between CYP46A1, 24S-hydroxycholesterol and neurodegenerative processes have been reported in the brain, suggesting a potential role in several pathologies such as Alzheimer’s disease. CYP46A1 is expressed in the neural retina and specifically in retinal ganglion cells. The contribution of CYP46A1 in the retina remains unknown. Moreover by analogy with the brain, we can suggest a function for CYP46A1 in the regulation of cholesterol homeostasis in retinal neurons. Possible associations between CYP46A1 and Age-related Macular Degeneration (AMD) and glaucoma were suspected. In this context, we aimed to evaluate the role of CYP46A1 in the retina in physiological and pathological conditions. Through a clinical approach, we found that a genetic polymorphism in CYP46A1 was a risk factor for glaucoma (Odd Ratio = 1.26 ; 95% CI=1.006-1.574, p<0.05) (Fourgeux et al. 2009, Invest Ophthalmol Vis Sci 50:5712-7). By contrast, this genetic polymorphism was not found as a risk factor in AMD patients, but may become an additional risk factor in patients who do not carry risk allele in CFH and LOC387715 genes (Fourgeux et al. 2012, Invest Ophthalmol Vis Sci 53:7026-33). Two experimental approaches suggested that a link between retinal stress and 24S-hydroxycholesterol does exist. Indeed, in a rat model of glaucoma of elevated intraocular pressure, we suggested the crucial role of CYP46A1 in maintaining CYP46A1 expression in the course of retinal neurodegeneration (Fourgeux et al. 2012, Acta Ophthalmol, Sep 23; doi: 10.1111/j.1755-3768.2012.02490.x.). Pharmacological inhibition of CYP46A1 activity in the retina by voriconazole administered in vivo in the rat highlighted that the decrease in retinal 24S-hydroxycholesterol levels was associated with RGC dysfunction evaluated by electroretinography. In parallel, we observed glial activation in which magnitude was exacerbated when microglia activation was inhibited by minocycline at the same time.In conclusion, by a dual clinical and experimental approach, our works suggest a crucial role for CYP46A1 in maintaining cholesterol homeostasis in the retina in physiological and pathological conditions. Müller glial cell intervention in this process may be suspected especially in pathological conditions of glaucoma

La dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA) est la première cause de cécité dans les pays industrialisés. C’est une maladie complexe et multifactorielle ayant des conséquences majeures sur la qualité de vie des personnes atteintes. De nombreux facteurs de risque, génétiques et non génétiques, jouent un rôle important dans la pathogénèse des stades avancés de la DMLA. Les modèles de prédiction développés à ce jour reposent sur un nombre limité de ces facteurs, et sont encore peu utilisés dans la pratique clinique.Ce travail de thèse avait pour premier objectif d’identifier de nouveaux biomarqueurs circulants du risque de DMLA. Ainsi, à partir d’une étude post-mortem basée sur une approche de lipidomique, nous avons identifié les composés lipidiques sanguins les plus prédictifs des concentrations rétiniennes en acides gras polyinsaturés omégas 3 (AGPI w-3). Nous avons développé un modèle de prédiction basé sur 7 espèces de lipides des esters de cholestérol. Ce modèle, obtenu en combinant pénalisation et réduction de la dimension, a ensuite été validé dans des études cas-témoins de DMLA et dans un essai clinique randomisé de supplémentation en AGPI w-3. Ces biomarqueurs pourraient être utiles pour l’identification des personnes à haut risque de DMLA, qui pourraient ainsi bénéficier d’une supplémentation en AGPI w-3.Le deuxième objectif de cette thèse était de développer un modèle de prédiction du risque de progression vers une DMLA avancée à partir de facteurs de risque génétiques, phénotypiques et environnementaux. Une originalité de notre travail a été d’utiliser une méthode de régression pénalisée – un algorithme d’apprentissage automatique – dans un cadre de survie afin de tenir compte de la multicollinéarité entre les facteurs de risque. Nous avons également pris en compte la censure par intervalle et le risque compétitif du décès via un modèle à 3 états sain-malade-mort. Nous avons ensuite validé ce modèle sur une étude indépendante en population générale.Il serait intéressant de valider ce modèle de prédiction dans d’autres études indépendantes en y incluant les biomarqueurs circulants identifiés à partir de l’étude de lipidomique effectuée dans le cadre de cette thèse. Le but final serait d’intégrer cet outil prédictif dans la pratique clinique afin de rendre la médecine de précision une réalité pour les patients atteints de DMLA dans le futur proche. / Age-related macular degeneration (AMD) is the leading cause of blindness in industrialized countries. AMD is a complex and multifactorial disease with major consequences on the quality of life. Numerous genetic and non-genetic risk factors play an important role in the pathogenesis of the advanced stages of AMD. Existing prediction models rely on a restricted set of risk factors and are still not widely used in the clinical routine.The first objective of this work was to identify new circulating biomarkers of AMD’s risk using a lipidomics approach. Based on a post-mortem study, we identified the most predictive circulating lipids of retinal content in omega-3 polyunsaturated fatty acids (w-3 PUFAs). We combined penalization and dimension reduction to establish a prediction model based on plasma concentration of 7 cholesteryl ester species. We further validated this model on case-control and interventional studies. These biomarkers could help identify individuals at high risk of AMD who could be supplemented with w-3 PUFAs.The second objective of this thesis was to develop a prediction model for advanced AMD. This model incorporated a wide set of phenotypic, genotypic and lifestyle risk factors. An originality of our work was to use a penalized regression method – a machine learning algorithm – in a survival framework to handle multicollinearities among the risk factors. We also accounted for interval censoring and the competing risk of death by using an illness-death model. Our model was then validated on an independent population-based cohort.It would be interesting to integrate the circulating biomarkers identified in the lipidomics study to our prediction model and to further validate it on other external cohorts. This prediction model can be used for patient selection in clinical trials to increase their efficiency and paves the way towards making precision medicine for AMD patients a reality in the near future.

La dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) est la cause la plus fréquente de déficience visuelle centrale irréversible chez les personnes de plus de 50 ans dans les pays industrialisés, avec des impacts sociétaux et financiers majeurs. La DMLA est une maladie à multiples facettes provoquée par des interactions entre les facteurs de risque et les antécédents génétiques et l'inflammation joue un rôle important. Les effets pro-inflammatoires provoquent une perturbation de l'environnement sousrétinien physiologiquement immunosuppresseur. L'accumulation de phagocytes mononucléaires (PM) dans l'espace sous-rétinien qui s'ensuit est au coeur de l'étiologie des formes atrophiques et humides de la DMLA. Après l’usage de tabac, l'obésité est l'un des facteurs de risque modifiables les plus importants. Nous avons démontré que les régimes riches en graisses exacerbent la néovascularisation choroïdienne (NVC) en modifiant le microbiote intestinal. La dysbiose intestinale entraîne une perméabilité intestinale accrue, une inflammation chronique de bas grade, une augmentation des PM sur le site de l'angiogenèse pathologique dans l'oeil et exacerbe finalement la NVC. La modification du microbiote peut réduire l'inflammation et atténuer la NVC et peut ainsi fournir des traitements peu intrusifs et rentables pour prévenir ou retarder la DMLA exsudative. Une autre option thérapeutique qui pourrait réduire la NVC par modulation inflammatoire consiste à piéger localement les ligands de NRP1 avec un piège dérivé de NRP1. Les ligands de NRP1 sont élevés dans le vitré des patients atteints de DMLA. Nous avons constaté que les PM exprimant NRP1 favorisaient la NVC en atténuant la production de facteurs inflammatoires et en favorisant l'activation alternative, donnant aux PM un caractère pro-angiogénique. Les PM moins inflammatoires et plus de type M2 qui sont enrichis avec l'âge et exacerbent la NVC peuvent être modulés et devenir moins nuisibles en empêchant l'activation de NRP1. Cette thèse explore deux angles dans lesquels la régulation de l'inflammation peut influencer la formation de NVC et jette les bases du développement futur de nouveaux traitements préventifs primaires et secondaires efficaces dans le contexte de la DMLA. / Age related macular degeneration (AMD) is the most common cause of irreversible central vision impairment in people over 50 in industrialized countries, with major societal and financial impacts. AMD is a multifaceted disease provoked by interactions among environmental risk factors and genetic backgrounds in which inflammation plays an important role. Proinflammatory effects cause a disruption of the physiologically immunosuppressive subretinal environment. The ensuing accumulation of mononuclear phagocytes in the subretinal space is central to the etiology of both atrophic and wet forms of AMD. After smoking, obesity is one of the most important modifiable risk factors. We demonstrate that high-fat diets exacerbate choroidal neovascularisation (CNV) by altering gut microbiota. Gut dysbiosis leads to heightened intestinal permeability and chronic low-grade inflammation, increases recruitment of microglia and macrophages to the site of pathological angiogenesis in the eye and ultimately exacerbates CNV. Modifying microbiota can reduce systemic and local choroidal inflammation and attenuate pathological neovascularization and may thus provide minimally intrusive and cost-effective paradigms to prevent or delay exudative AMD. Another therapeutic option that could reduce CNV through inflammatory modulation is locally trapping ligands of NRP1 with a NRP1-derived trap. Ligands for NRP1 are elevated in the vitreous of patients with AMD at times of active CNV. We found that NRP1-expressing MPs promote CNV by mitigating production of inflammatory factors and promoting alternative activation, giving the MPs a pro-angiogenic character. The less inflammatory and more M2-like MPs that are enriched with age and exacerbate CNV can be rendered less detrimental by hindering NRP1 activation. This thesis explores two angles wherein regulation of inflammation can influence the formation of CNV and lays the groundwork for future development of novel effective primary and secondary preventive treatments for AMD.

L'épithélium pigmentaire rétinien (EPR) est une monocouche formée de cellules hautement spécialisées et uniques dont les nombreuses fonctions servent à maintenir une vision adéquate. En revanche, ces fonctions spécifiques rendent les cellules de l’EPR particulièrement vulnérables au stress oxydant. Avec le vieillissement, les cellules de l’EPR peuvent dégénérer et devenir non-fonctionnelles, donnant lieu à plusieurs maladies telles que la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA). Dans les pays occidentaux, la DMLA est la principale cause de cécité et de déficience visuelle chez les personnes âgées. En fait, environ 90 % des patients atteints de la DMLA souffrent de la forme sèche, pour laquelle il n'existe aucun traitement. Des années de recherche ont établi que le stress oxydant est un contributeur majeur à la pathogenèse de la DMLA sèche. De nombreuses études ont montré que le stress oxydant induit les cellules de l’EPR à libérer des vésicules extracellulaires (VEs). Nos propres travaux ont démontré que les VEs peuvent induire le stress oxydant et la sénescence chez les cellules de l’EPR. Comme d'autres, nous avons constaté que les VEs étaient enrichis en microARNs. Grâce au séquençage d’ARN, nous avons identifié le let-7f comme étant l'un des microARNs les plus abondants contenus dans ces vésicules. L'objectif de ce mémoire a été l’exploration entre la relation let-7f et la dégénérescence des cellules de l’EPR. Nos résultats ont démontré une régulation et une augmentation de l’expression du let-7f dans les cellules de l’EPR sous stress oxydant, in vitro et in vivo. De plus, la surexpression du let-7f a généré un stress oxydant, le dysfonctionnement et la sénescence des cellules humaines de l’EPR (ARPE-19). De plus, l’inhibition du let-7f à protéger ces cellules contre les conséquences néfastes induites par l’iodate de sodium. En somme, les résultats de ce travail suggèrent fortement que le let-7f est impliqué dans la dégénérescence des cellules de l’EPR et pourraient aider à la découverte de nouveaux processus pertinents dans la pathogenèse de la DMLA sèche. / The retinal pigment epithelium (RPE) is a highly specialized and unique monolayer of cells whose many functions are vital for maintaining proper vision. In turn, these specific functions render RPE cells particularly vulnerable to oxidative injury. With age, RPE cells can degenerate and become dysfunctional, giving rise to various disorders such as age-related macular degeneration (AMD). In western countries, AMD is the primary cause of blindness and visual impairments in the elderly. In fact, approximately 90% of all AMD patients suffer from the dry form of the disease, for which there exist no approved treatment. Decades of research have established that chronic oxidative stress is a major contributor to the pathogenesis of dry AMD. Numerous studies have shown that oxidative stress induces RPE cells to release extracellular vesicles (EVs) which participate in cell-to-cell communication. Our recent work has demonstrated that EVs alone were sufficient in inducing oxidative stress and senescence in RPE cells. Consistent with others, we found that EVs released by RPE cells were enriched in microRNAs. RNA-sequencing identified let-7f as one of the most abundant miRNAs contained in these vesicles. Despite being one of the first miRNAs to be discovered, the role of let-7f in RPE cells has remained essentially unexplored. The aim of this dissertation was to investigate the relationship between let-7f and RPE cells in regards to their degeneration and dysfunction. Our results revealed that the expression of let-7f increased and was regulated by oxidative stress in RPE cells, in vitro and in vivo. In addition, let-7f overexpression promoted oxidative stress, cellular dysfunction and senescence in human RPE (ARPE-19) cells. Finally, inhibition of let-7f exhibited protective effects against sodium iodate-induced oxidative injury. Overall, the findings in this work provide strong evidence that let-7f is implicated in the degeneration of RPE cells and further mechanistic investigation may help to uncover novel insights into the genesis of dry AMD.

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