Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Depuis le début du XXIème siècle, de nombreuses études ont souligné les relations étroites existant entre la voie des récepteurs nucléaires Liver X Receptors (LXRs), leurs gènes cibles et la maladie d'Alzheimer (MA). La stimulation de cette voie est considérée par conséquent comme une approche thérapeutique prometteuse. Cette voie régule de manière complexe et précise l'homéostasie cérébrale du cholestérol et le métabolisme des peptides β-amyloïde (Aβ). Les effets des oxystérols (produits de l'autoxydation du cholestérol) tels que le 24S-hydroxycholestérol (24S-PH-chol) et le 27-hydroxycholestérol (27-OH-chol), tous deux agonistes naturels endogènes des LXRs, sont très largement étudiés à l'échelle neuronale et gliale. Toutefois, peu d'études ont été effectuées sur ces effets au niveau des cellules endothéliales des capillaires cérébraux (CECCs) et des péricytes cérébraux, qui constitue la barrière hémato-encéphalique (BHE), et qui sont d'une part exposées à des flux quotidiens d'oxystérols, et d'autre part impliquées dans les échanges de peptides Aβ entre les compartiments sanguin et cérébral. En utilisant un modèle in vitro de BHE, ces travaux de thèse tendent à mettre en évidence sur l'influence de ces deux oxystérols sur les CECCs et sur les péricytes cérébraux, en se focalisant sur l'expression des gènes cibles des récepteurs LXRs et sur le transport des peptides Aβ. Nos résultats démontrent que le 24S-OH-chol induisent l'expression des transporteurs ATP Binding Cassette sub-familly A member 1 (ABCA1, pour les CECCs et les péricytes) et ABCG1 (seulement au niveau des CECCs), qui corrèle avec une augmentation de l'efflux cellulaire de cholestérol vers les (apo)liprotéines. De plus, ces oxysérols n'exercent aucune influence sur l'accumulation des peptides Aβ dans les péricytes cérébraux, mais diminuent le transport apical-à-basolatéral (influx) des peptides Aβ à travers les CECCs. Cette restriction d'influx est indépendante de la fonction du transporteur ABCA1, et semble être sous l'influence de la P-gp (P-glycoprotéine), pompe d'efflux de la BHE. Ces résultats soulignet l'importance des récepteurs LXRs dans le métabolisme cérébral du cholestérol et les échanges de peptides Aβ, et par conséquent dans la MA. / As several studies have demonstrated a close relationship between Liver X Receptors (LXRs) signalling pathway, their target genes and Alzheimer's disease (AD), stimulation of these nuclear receptors is now considered as a promising therapeutical approach in AD. This pathway strictly regulates brain cholesterol homeostasis and amyloid-β (Aβ) peptide metabolism. Actions of oxysterols such as 24S-hydroxycholesterol (24S-OH-chol) or 27-hydroxycholesterol (27-OH-chol), both known as LXR endogenous agonists, are therefore under intense scrutiny in neurons and glial cells. But little is known in brain capillary endothelial cells (BCECs) and brain pericytes (BPs) which compose the blood-brain barrier (BBB), which are continuously exposed to oxysterols fluxes and are involved in Aβ peptide exchanges between blood and brain. Using an in vitro BBB models, this study aims to highlight the influence of both oxysterols on BCECs and BPs, focusing on their involvement on LXRs target genes expression and on Aβ peptide transport. Our results demonstrate that 24S-OH-chol and 27-OH-chol induced the expression of ATP Binding Cassette sub-family A member 1 (ABCA1, in BCECs and BPs) and ABCG1 (only in BCECs), correlating with an increase of cellular cholesterol efflux to (apo)lipoproteins. Furthermore, these oxysterols do not modify Aβ peptide accumulation in BPs but decrease their influx across the BCECs. This latter process is ABCA1-independent and seems to be mediated by the P-gp (P-glycoprotein) efflux pump. These results highlight the importance of the BBB in the LXR-mediated effects in brain cholesterol metabolism and Aβ peptide clearance and, thus, in AD.

Cette thèse porte sur les relations entre mémoire et conscience du trouble dans la maladie d'Alzheimer. La maladie d'Alzheimer touche 5% de la population âgée de plus de 65 ans. Dans les faits, 880 000 personnes sont concernées en France en 2011 parmi lesquelles 30 000 sont âgées de moins de 35 ans. A l’heure actuelle, de nombreux progrès ont été faits permettant de mieux comprendre les déficits mnésiques chez ces patients et leur évolution au cours de la maladie. Toutefois, très peu de recherches ont évalué l’influence de ces troubles de mémoire sur la conscience du trouble et/ou de la maladie. L'axe principal de cette thèse sera donc d'évaluer comment les troubles de mémoire dans la maladie d'Alzheimer influencent la conscience du trouble. / Alzheimer's disease is characterized by memory deficits. However, only a few studies have explored how patients judge their memory difficulties. The main aim of this thesis is to determine in more details whether or not Alzheimer’s patients have impaired metamnesic abilities (knowledge about own memory). Indeed, previous studies showed a complex pattern of results and suggested a fractionation of metamemory in Alzheimer’s disease (Souchay, 2007). Therefore, the main aim of this thesis is to explore this fractionation in more details and to explore whether it can be observed (1) between long-term memory tasks and short-term memory tasks, (2) according to the type of response (judgment of learning or judgment of forgetting, or (3) with implicit measures).To study the fractionation hypothesis, 7 studies have been carried out comparing younger adults, older adults and patients with amnesic Mild Cognitive Impairment or Alzheimer's disease. Results first contradicted the existence of fractionation of metamemory, Alzheimer’s patients were as accurate as predicted their performance on short-term memory tasks than on long-term memory (yet failed). Furthermore, this work showed that implicit metamemory judgments are preserved in Alzheimer's disease (Mograbi and Morris, 2013) on both episodic and semantic memory tasks, contrary of the observation on explicit measures in literature (Souchay, 2000). Finally, patients were more inaccurate than elderly when asked to predict their remembering and their forgetting on both episodic and semantic memory tasks. In conclusion, results contradict the existence of a fractionation of metamemory in Alzheimer's disease. This finding will contribute to inform metamemory (Flavell, 1979 ; Nelson et Narens, 1990) and ansognosia models (Cognitive Awareness Model : Agnew et Morris,1998 ; Hannedotir et Morris, 2007 ; Morris et Hannesdotir, 2004 ; Morris et Mograbi, 2013).

La maladie d'Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative. Elle représente entre 60-80 % des cas de démence et touche autour de 47 millions de personnes à travers le monde. Deux types de lésions morphologiques de la MA ont été identifiés post mortem : les enchevêtrements neurofibrillaires intra-neuronaux de protéine Tau hyperphosphorylée et les plaques séniles. Les plaques séniles, ou plaques amyloïdes, se forment dans l'espace extracellulaire entre les fentes synaptiques et empêchent les connexions neuronales. Le composant principal de ces plaques est le peptide Amyloïde-ß (Aß) agrégé. Une hypothèse concernant cette maladie propose une mauvaise régulation des ions métalliques, telles que Zn et Cu, et une accumulation de Aß. Cette hypothèse est appelée hypothèse de la cascade amyloïde. Dans cette hypothèse le peptide Aß monomérique, présent aussi dans les cerveaux sains, agrège d'abord en formes oligomériques, puis en fibres, qui vont ensuite constituer les plaques amyloïdes. Il est proposé que le zinc stabilise davantage les fibres et le cuivre les formes oligomériques. Ces formes présentent une grande toxicité liée à la production d'Espèces Réactives de l'Oxygène (ERO), en présence d'un réducteur tel que l'ascorbate. Ces espèces oxydantes sont délétères pour les molécules environnantes. Pour mieux comprendre comment les ions Zn(II) et Cu(II) vont moduler ou induire l'agrégation, leur impact est étudié en comparaison avec le peptide Amyloïde-ß murin (mAß). En effet, les rats et les souris partagent ce peptide et ne développent pas la MA. Le mAß diffère du Aß humain (hAß) par seulement 3 acides aminés sur les 40-42 acides aminés qui constituent la séquence hAß. Pour cette raison, une étude de l'impact de la différence de coordination des ions Zn(II) et Cu(II) au sein des deux peptides sur l'agrégation et la morphologie des agrégats est ici menée. Ceci a pour objectif d'aider une meilleure compréhension de la cascade amyloïde. La deuxième partie de cette thèse se focalise sur la production d'ERO. Jusqu'à récemment, les études étaient focalisées sur les peptides Aß1-n (n=16/28/40/42). Celui ici, en présence des ions cuivre, de dioxygène et d'ascorbate va produire des ERO. Cependant, il est démontré qu'une forte quantité de formes tronquées en position N-terminale du Aß (en particulier Aß4-n et Aß11-n) se trouvent dans les cerveaux post mortem des malades d'Alzheimer. Ces deux peptides présentent un site de coordination pour le Cu(II) de type ATCUN, qui peut donc coordonner fortement les ions Cu(II). Il est donc intéressant d'étudier leur capacité à produire des ERO et/ou capacité à en arrêter la production. Enfin, l'impact du Zn(II) sur la production d'ERO par les complexes AßCu a été évalué, car la concentration en Zn dans les fentes synaptiques est environ 100 fois plus grande que celle en Cu. / Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disease and it represents the 60-80 % of the dementia cases. It touched around 47 million people worldwide. Two hallmarks of AD were identified in post mortem brain: the intracellular neurofibrillary tangles of hyperphosphorylated Tau protein and the amyloid (or senile) plaques. The amyloid plaques are formed in the extracellular space in the synaptic cleft. These aggregates would prevent the neuronal connections. The major component of the senile plaques is the aggregated Amyloid-ß (Aß) peptide. An hypothesis concerning this disease proposed a metal ions dyshomeostasis and an accumulation of Aß. This hypothesis is called amyloid cascade hypothesis. According to this hypothesis, the monomeric Aß peptide, present also in the healthy brains, aggregates into dimer, trimer... and more generally into oligomers; and then into fibers, which constitute the amyloid plaques. It is considered that zinc ions stabilize the fibers and copper ions the oligomeric forms. These forms present a high toxicity linked to the production of Reactive Oxygen Species (ROS), in the presence of dioxygen and a reducing agent such as ascorbate. These oxidants species are toxic for the surrounding molecules. To better understand how Zn(II) and Cu(II), modulate and/or induce the aggregation of the Aß peptide, their impact was studied and compared to the murine amyloid-ß (mAß) peptide. Indeed, rats and mice share this peptide and do not develop AD. mAß peptide differs from the human (hAß) peptide at 3 only positions on the 40-42 amino acids which constitute the hAß sequence. For this reason, a study of the impact of the different Zn(II) and Cu(II) coordination on the aggregation and on the morphology of aggregates of both peptides was performed. This aims at helping to better describe amyloid cascade hypothesis. The second part of this thesis focuses on ROS production. Until recently, the studies were focused on the peptides Aß1-n (n=16 / 28 / 40 / 42). These peptides in presence of copper ions, O2 and ascorbate produce ROS. However, a high amount of N-truncated Aß peptides, in particular Aß4-n and Aß11-n, was found post mortem in AD brains. These two peptides have an ATCUN coordination site, which strongly coordinates the Cu(II). It is interesting to study their ability to produce or stop ROS production. Finally, the impact of the Zn(II) in the ROS production of AßCu complexes is evaluated. Indeed, the concentration of Zn in the synaptic cleft is around 100 times more than Cu.

Etat des lieux : Les souris Tg2576, modèles de la maladie d'Alzheimer (MA), développent avec l'âge des troubles mnésiques, qui peuvent être réduits par l'exposition précoce à des conditions de vie cognitivement stimulantes, dite enrichissement environnemental. Hypothèse : L'effet pro-mnésique de l'enrichissement environnemental précoce provient-il d'une réduction de l'hypersynchronie neuronale, cause potentielle des troubles mnésiques chez les souris modèles de la MA ? Méthodes : Nous avons mis en évidence une hypersynchronie neuronale puis étudié l'effet de l'enrichissement environnemental sur ce phénotype chez les souris Tg2576, en utilisant des méthodes pharmacologiques, électro-encéphalographiques et immunohistochimiques. Résultats - conclusion : L'hypersynchronie neuronale apparait avant les premiers troubles mnésiques chez les souris Tg2576 mais n'est pas influencée par l'enrichissement environnemental. / Alzheimer's disease (AD) is characterized by an accumulation of amyloid peptides and by a progressive memory loss. These AD features can be modeled in transgenic mouse lines that overexpress mutant forms of the amyloid precursor protein. Environmental cognitive stimulations can delay memory decline in AD patients. Our team showed that an early environmental enrichment (EE) durably improves memory performances in Tg2576 mice, a progressive model of AD. Nevertheless, the neurobiological processes underlying the maintenance of memory performances in these mice remain unknown. EE might prevent some pathological events that contribute to memory deficits in Tg2576 mice. Among them, we focused on neuronal hypersynchrony. Indeed, AD patients and related mouse models exhibit seizures and some antiepileptic treatments can improve their memory performances. In this context, the two principal aims of this work were: 1) to evidence neuronal hypersynchrony in Tg2576 mice and precise its onset relative to the onset of memory deficits in this mouse line, 2) to determine if an environmental enrichment protocol that durably improves memory performances in these mice is able to reduce neuronal hypersynchrony. To this purpose, we assessed neuronal hypersynchrony at different ages in Tg2576 males as well as in Tg2576 females housed in enriched or standard conditions. To this end, we measured seizure susceptibility to a proconvulsant agent and the frequency of spontaneous interictal spikes on electroencephalographic recordings (EEG). We also looked for a marker of chronic seizures: the expression of neuropeptide Y in mossy fibers. In this thesis, we evidenced that neuronal hypersynchrony appears as soon as 1.5 months of age in Tg2576 mice, before their first memory deficits but that environmental enrichment does not influence it. We also observed that interictal spikes preferentially occur during sleep, their rate rising to its maximum during paradoxical sleep. Finally, Tg2576 mice present an overall increase in the power of EEG oscillations between 5 and 100 Hz, which is not affected by environmental enrichment. In conclusion, my thesis work showed that neuronal hypersynchrony precedes memory decline in Tg2576 mice and that environmental enrichment would rather promote the establishment of alternative cognitive strategies than preventing some alterations of brain neuronal activity such as neuronal hypersynchrony.

Un consensus se dégage dans la littérature à l'effet que « l'estimation cognitive », soit la capacité à fournir des solutions réalistes à des problèmes pour lesquels la réponse exacte n'est pas connue, reposerait sur une forte composante exécutive. Il demeure cependant impossible à ce jour d'identifier de manière précise et exhaustive les fonctions cognitives sur lesquelles repose la résolution d'un problème d'estimation cognitive en raison d'écueils méthodologiques. Sur le plan clinique, l'utilisation en neuropsychologie de tests d'estimation cognitive (ou TEC) pourrait s'avérer intéressante puisqu'il s'agit de tests peu encadrants (« open-ended ») qui s'administrent rapidement et se corrigent de manière objective. Des résultats prometteurs ont d'ailleurs été rapportés quant à la capacité de certains TEC à distinguer les personnes âgées sans atteinte cognitive des personnes âgées souffrant d'une démence de type Alzheimer (ou DTA). La présente étude avait conséquemment pour objectif d'élaborer un TEC (le TEC-Montréal ou TEC-M) selon un processus méthodologique plus rigoureux et de le normaliser au Québec. La performance au TEC-M d'un groupe de témoins âgés (n = 93), d'un groupe de témoins jeunes (n = 54) et d'un groupe de patients DTA (n = 15) a ainsi été comparée afin d'étudier l'effet du vieillissement normal et de la DTA sur les capacités d'estimation cognitive. Des corrélations et des analyses de régression ont aussi été effectuées à l'intérieur des groupes témoins âgés et DTA pour déterminer quelles fonctions cognitives sont le plus fortement reliées au rendement au TEC-M. Les résultats obtenus dans le cadre de la présente étude suggèrent d'abord que les qualités psychométriques de la version finale du TEC-M sont adéquates. Ensuite, nos résultats confirment empiriquement que les fonctions exécutives et la mémoire à long terme (principalement la mémoire sémantique) constituent les sphères cognitives les plus fondamentales lors de la réalisation d'une estimation cognitive. Finalement, nos résultats confirment que le vieillissement normal n'a eu aucun impact délétère sur les capacités d'estimation cognitive, le groupe témoin âgé fournissant même en moyenne un nombre significativement moins important de réponses bizarres que le groupe témoin jeune, et que la DTA engendre d'importantes difficultés d'estimation cognitive. Dans le contexte du vieillissement accéléré de la population québécoise qui aura vraisemblablement lieu au cours des deux prochaines décennies, ces résultats confirment la pertinence de l'introduction du TEC-M dans les batteries d'évaluation neuropsychologique en contexte gériatrique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Démence de type Alzheimer, Estimation cognitive, Évaluation neuropsychologique, Fonctions exécutives, Vieillissement.

La mémoire prospective (MP) renvoie au fait de se souvenir d'effectuer une action à un moment particulier dans le futur, comme par exemple, se souvenir du moment d'un rendez-vous ou de prendre ses médicaments à heure régulière. Toute tâche prospective est constituée d'une composante prospective (CP) qui consiste en l'identification d'un moment opportun auquel l'action doit être effectuée et d'une composante rétrospective (CR) qui est nécessaire à la rétention de l'action à accomplir et du moment. Alors que les études s'étant intéressées à la mémoire rétrospective auprès d'une population atteinte de la maladie d'Alzheimer (MA) abondent, très peu se sont intéressées à la MP. Toutefois, il y a des raisons de croire que les processus sous-jacents à la MP seraient particulièrement vulnérables aux atteintes typiques de la MA. Jusqu'à présent les quelques études ayant étudié la mémoire prospective dans la MA ont été confrontées à divers problèmes dont la présence d'effets plancher et le manque de sensibilité des épreuves. Cette étude a pour objectif de vérifier quelles composantes de la MP sont affectées dans la MA. Pour ce faire, nous contrôlons des facteurs reconnus pour influencer spécifiquement la CP, telle la saillance de l'indice prospectif, et la CR, telle la force d'association entre l'indice et l'action prospective. Nous étudions également l'effet de l'implication du participant dans la réalisation d'une action prospective. Cette étude vise aussi à examiner la contribution des déficits de mémoire rétrospective, des fonctions exécutives, de l'attention et de la vitesse de traitement de l'information dans l'émergence des troubles de MP chez les patients atteinte de la MA. Quarante participants, soit 20 MA et 20 témoins appariés pour l'âge et le niveau de scolarité, prennent part à cette étude. Tous sont soumis à une évaluation neuropsychologique complète et aux cinq tâches de MP élaborées. La tâche de la sonnerie et la tâche de l'enveloppe sont légèrement modifiées de leur procédure originale afin de favoriser l'implication du participant dans la tâche. La troisième, la tâche des visages, a pour objectif de mesurer l'impact de la saillance de l'indice prospectif sur la MP. Les deux dernières tâches (décision lexicale et dénomination) sont des tâches expérimentales ayant pour objectif de vérifier l'impact de la force du lien indice-action sur la performance prospective. Afin de contourner les déficits de MR et de s'assurer que les paires indice-action sont bien encodées, nous utilisons la technique de récupération espacée. Les résultats montrent que la MP est très affectée dans la MA. Des effets planchers sont par ailleurs observés à la majorité des tâches prospectives et limitent les analyses statistiques possibles. Les résultats indiquent que les CP et CR de la performance prospective sont toutes deux affectées dans la maladie. Par ailleurs, les résultats à la tâche des visages suggèrent que le groupe témoin, et plus particulièrement le groupe MA, bénéficient de l'augmentation, par la couleur, du caractère saillant de l'indice. La tâche de récupération espacée et de décision lexicale a, quant à elle, montré que la force du lien indice-action a un impact bénéfique sur la récupération de l'intention d'action (CR), mais aucun sur la détection de l'indice (CP). La maximisation de l'encodage des paires indice-action via la technique de récupération espacée n'améliore toutefois pas le rendement prospectif global du groupe DTA, car il persiste une difficulté à détecter l'indice prospectif. L'implication du participant dans la tâche prospective ne semble pas avoir d'impact sur la performance prospective des groupes MA et témoins. Finalement, on retrouve très peu de liens entre la performance prospective et le rendement aux épreuves neuropsychologiques du groupe MA. L'étude des corrélations montre que c'est la mémoire rétrospective qui semble le mieux expliquer le rendement prospectif, alors qu'on observe très peu de corrélations significatives avec le fonctionnement exécutif. Il serait intéressant de bâtir des tâches de mémoire prospective sollicitant beaucoup moins la mémoire rétrospective afin d'examiner la contribution de la mémoire de travail et des fonctions exécutives dans la performance prospective des individus atteints de MA. Par ailleurs, compte de la vulnérabilité de la MP à la MA, il serait très pertinent d'effectuer des études auprès d'une population atteinte de déficits cognitifs légers afin de permettre une plus grande variabilité dans les résultats et d'éviter les effets planchers. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Mémoire prospective, Mémoire rétrospective, Fonctions exécutives, Maladie d'Alzheimer.

Le suivi des interactions entre protéines, localisées à la membrane plasmique ou à l'intérieur de cellules, a été réalisé au cours de cette thèse par imagerie de fluorescence et par l'analyse de processus dits de FRET (Forster Resonance Energy Transfer). Pour quantifier le FRET entre nos protéines d'intérêt, nous avons choisi le contraste de durée de vie de fluorescence car cette méthode est indépendante de la concentration et de l'intensité de fluorescence. Afin d'obtenir une résolution suffisante pour des problématiques neurobiologiques, un microscope TIRFLIM (Total Internal Reflection Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy) avait préalablement été développé. Celui-ci nous permet de faire de l'imagerie en plein champ avec une résolution axiale sub-longueur d'onde. Ce dispositif a été calibré et optimisé au cours de cette thèse pour répondre au mieux à des problématiques biologiques. Différentes approches ont ainsi été testées dans le but de calibrer la profondeur de pénétration de l'onde évanescente. Des surfaces plasmoniques ont entre autres été utilisées pour augmenter la sélectivité axiale du montage. Notre microscope a été dédié à l'étude de l'effet du cholestérol sur l'interaction entre la protéine précurseur de l'amyloïde APP, protéine transmembranaire impliquée dans la maladie d'Alzheimer et une de ses enzymes de clivage BACE1. Nous avons ainsi effectué un suivi dynamique de l'effet du cholestérol sur l'interaction entre APP et BACE1 dans des cellules HEK-293 et dans des cultures primaires de neurones d'hippocampe d'embryons de rat, de la membrane plasmique à l'intérieur des cellules grâce à notre dispositif TIRFLIM. La mesure d'anisotropie de fluorescence résolue en temps a également été implémentée sur notre montage. Ces mesures résolues en temps et en polarisation ont permis de mesurer le temps de corrélation rotationnelle de fluorophores et de mettre en évidence de manière qualitative différents niveaux d'homodimérisation de protéines impliquées dans la maladie d'Alzheimer.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Pharmacie. Pharmacognosie : Reims : 2007. / Bibliographie multiples.

Reproduction de : Thèse d' exercice : Médecine générale : Nancy 1 : 2002. / Thèse : 2002NAN11064. Titre provenant de l'écran-titre.