Cette thèse montre que le GHB et les neurostéroïdes protègent efficacement contre la mort neuronale induite par les facteurs étiologiques de la maladie d'Alzheimer, notamment la sur-expression de l'amyloid precursor protein et le stress oxydant. Nous avons identifié un effet additif du GHB et de l'alloprégnanolone qui pourrait résulter de la combinaison des stimulations partielles évoquées par ces molécules sur l'expression des protéines anti-apoptotiques. L'effet du GHB est bloqué par un inhibiteur de l'aromatase, suggérant que le GHB induirait la neuroprotection via la stimulation de la neurostéroïdogenèse. Pour étudier les effets du GHB et des neurostéroïdes sur l’activité des MMP-2 et MMP-9, qui dégradent les peptides amyloïdes, nous avons optimisé un test enzymatique basé sur l’expression de ces protéases dans la levure. Nos résultats préliminaires ne permettent pas encore de conclure mais leur amélioration et combinaison avec des données de RT-qPCR contribueront à déterminer l'action du GHB et des neurostéroïdes sur l'activité et/ou l'expression des MMP. Notre travail suggère que le GHB et les neurostéroïdes pourraient être associés pour élaborer des stratégies neuroprotectrices contre les pertes neuronales provoquées par la maladie d'Alzheimer. / This PhD work showed that GHB and neurosteroids efficiently protect against nerve cell death caused by Alzheimer's disease etiological factors including amyloid precursor protein overexpression and oxidative stress. Interestingly, we identified an additive action of GHB and allopregnanolone that may result from the combination of partial stimulations of anti-apoptotic protein expression induced by both compounds. GHB protective effect was blocked by aromatase inhibitor, suggesting that GHB may also induce neuroprotection via the activation of neurosteroidogenesis. Finally, we have used a yeast-based MMP activity assay to check whether GHB and neurosteroids regulate MMP-2 and MMP-9 activities which control Aβ peptide degradation. We cannot yet conclude from our preliminary results but their improvement and combination with RT-qPCR analyzes will help to determine the modulatory action of GHB and neurosteroids on MMP activity and/or expression. Together, our data suggest that GHB and neurosteroids may be used to develop combined neuroprotective strategies against neuronal loss in AD.

La maladie d’Alzheimer (MA) se caractérise par une perte mnésique progressive et au plan neuropathologique par le dépôt extracellulaire de plaques amyloïdes, résultant de l’agrégation de peptides amyloïdes (Aβ), et par l’apparition d’une dégénérescence neurofibrillaire (DNF) constituée d’agrégats intraneuronaux de protéines Tau hyper et anormalement phosphorylées. L’évolution des déficits cognitifs des patients est particulièrement corrélée à la progression spatio-temporelle de la DNF. A l’heure actuelle, il n’existe aucun traitement curatif de la maladie. Le cholestérol joue un rôle central dans la physiopathologie de la MA. En particulier, l’allèle ε4 du gène de l’apolipoprotéine E, transporteur cérébral essentiel du cholestérol, est le principal facteur de risque génétique des formes sporadiques de la MA. De nombreuses études in vitro montrent qu’une surcharge en cholestérol induit la production d’Aβ pathogènes et qu’inversement, une déplétion en cholestérol entraîne une diminution de la voie amyloïde. Le cholestérol ne peut pas passer librement la barrière hémato-encéphalique (BHE). Le cholestérol cérébral est exclusivement synthétisé in situ. Le cholestérol cérébral en excès doit être exporté dans la circulation sanguine pour être métabolisé. Pour franchir la BHE, sa conversion en 24(S)-hydroxycholestérol est nécessaire, étape contrôlée par la cholestérol 24-hydroxylase (CYP46A1). Deux précédents travaux de thèse effectués dans le laboratoire ont permis de mettre en évidence des connexions étroites entre le métabolisme du cholestérol et la MA in vivo. La surexpression intracérébrale de CYP46A1 dans un modèle murin amyloïde à l’aide d’un vecteur viral adéno-associé (AAV) a conduit à la diminution de la production d’Aβ, des plaques amyloïdes et à l’amélioration des performances mnésiques des animaux. A l’inverse, l’inhibition de l’expression de CYP46A1 dans l’hippocampe de souris sauvages induit la production d’Aβ, la phosphorylation de Tau et des défauts mnésiques chez la souris. L’objectif de mon travail de doctorat a été de déterminer s’il existait un lien direct entre CYP46A1 et la pathologie Tau et si la modulation du métabolisme du cholestérol pourrait avoir un effet bénéfique sur la pathologie Tau associée à la MA. Pour répondre à ces questions, le modèle murin THY-Tau22, qui développe une pathologie Tau de type Alzheimer, a été utilisé. Cette pathologie, essentiellement hippocampique, est évolutive et associée à des déficits mnésiques. Dans l’hippocampe des souris THY-Tau22, le cholestérol libre total n’est pas modifié, alors que l’expression protéique de CYP46A1 est diminuée, et en conséquence le contenu en 24(S)-hydroxycholestérol. L’expression protéique de CYP46A1 dans l’hippocampe est également réduite dans un autre modèle murin de pathologie Tau, le modèle THY-Tau30. Ainsi, la pathologie Tau semble être à l’origine de la diminution de l’expression protéique de CYP46A1. Afin de déterminer si la surexpression de CYP46A1 chez la souris THY-Tau22 pouvait améliorer son phénotype biochimique, neuropathologique et clinique, un vecteur AAV codant pour CYP46A1 a été injecté dans l’hippocampe de souris THY-Tau22 âgées de trois mois et demi. Deux mois et demi après injection, la surexpression de CYP46A1 chez les souris THY-Tau22 induit une restauration de la concentration hippocampique en 24(S)-hydroxycholestérol et une augmentation de l’expression des gènes impliqués dans la synthèse du cholestérol, et plus particulièrement dans la voie du mévalonate. Deux mois et demi et cinq mois et demi post-injection, la surexpression de CYP46A1 entraîne une restauration complète des performances mnésiques des animaux qui s’accompagne d’un rétablissement de la dépression à long terme, de la longueur des dendrites secondaires, de la densité synaptique et de l’expression des gènes d’activité précoce dans l’hippocampe. (...) / Alzheimer’s disease (AD) is characterized by a progressive memory loss and neuropathologically by senile plaques and neurofibrillary tangles (NFTs). Senile plaques are constituted of extracellular amyloid peptide (Aβ) deposits while NFTs result from the accumulation and the aggregation of intracellular hyperphosphorylated Tau proteins. Spatiotemporal progression of NFTs particularly correlates with cognitive impairments. To date, there is no curative treatment for this disease. Cholesterol plays a central role in AD physiopathology. Indeed, the ε4 allele of the apolipoprotein E, the brain’s principal cholesterol-carrier protein, is the main genetic risk factor for sporadic forms of AD. Numerous in vitro studies have shown that cholesterol overload induces production of pathogenic Aβ and conversely, cholesterol depletion causes a reduction of the amyloidogenic pathway. In adult, brain cholesterol is exclusively synthesized in situ. Brain cholesterol is not able to freely cross the blood brain barrier and its major exportable form is 24(S)-hydroxycholesterol generated by the cholesterol 24-hydroxylase (CYP46A1). Two previous thesis works in this laboratory highlighted narrow connections between cholesterol metabolism and AD in vivo. The intracerebral overexpression of CYP46A1 mediated by an adeno-associated viral (AAV) vector, in a murine amyloid model, led to the decrease of Aβ production, senile plaques and improvement of memory abilities. At the opposite, hippocampal CYP46A1 inhibition in wild-type (WT) mice induced Aβ production, Tau phosphorylation and memory impairments. The aim of this thesis work was to determine whether there was a direct link between CYP46A1 and Tau pathology and whether cholesterol metabolism modulation could have a beneficial effect on AD-like Tau pathology. In order to answer these questions, the THY-Tau22 mouse model, that develops AD-like Tau pathology, was used. In this model, the pathology mainly occurs in the hippocampus, it is progressive, and associated with memory deficits. In THY-Tau22 mice, total free cholesterol in the hippocampus was unchanged, whereas both CYP46A1 protein expression and 24(S)-hydroxycholesterol content were decreased. Furthermore, we also demonstrated that CYP46A1 protein expression was reduced in another murine model of Tau pathology, the THY-Tau30 model. Therefore, it may suggest that Tau pathology can be responsible for CYP46A1 decrease. We next determined whether CYP46A1 overexpression in the THY-Tau22 mouse could improve its biochemical, clinical and neuropathologic phenotype. For this purpose, an AAV vector encoding CYP46A1 was injected in the hippocampus of 3.5-month-old WT and THY-Tau22 mice. Two and a half months after injection, hippocampal CYP46A1 overexpression in THY-Tau22 mice induced restoration of hippocampal 24(S)-hydroxycholesterol content and increased expression of genes involved in cholesterol synthesis, more particularly in the mevalonate pathway. Two and a half and five and a half months post-injection, CYP46A1 overexpression resulted in a complete restoration of memory abilities and was accompanied by restoration of long-term depression, length of secondary dendrites, synaptic density and expression of immediate-early genes in hippocampus. Despite this, abnormal Tau hyperphosphorylation and gliosis, that characterizes this model, remained unchanged after CYP46A1 overexpression. Altogether, these results suggest a direct connection between Tau pathology and CYP46A1 in vivo. In other words, Tau pathology could lead to memory deficits via CYP46A1 decrease. These data, together with the fact that CYP46A1 overexpression can modulate the amyloid pathology in mice, suggest that CYP46A1 may be a relevant therapeutic target for AD.

Notre motricité s’adapte plus ou moins facilement aux changements liés, à l’environnement et à l’évolution de nos capacités au cours de nos expériences, de nos apprentissages et de l’avancée dans l’âge. Nous nous efforçons alors de trouver des solutions optimales, pour être plus performants, plus efficaces. Le couplage perception-action est à la base de l’organisation du contrôle moteur. L’Homme perçoit à travers plusieurs systèmes sensoriels des informations intrinsèques, en provenance de l’état du corps lui-même, et des informations extrinsèques, issues de l’environnement. Ces informations sont mises au service du mouvement et des actions de la vie quotidienne à travers les processus cognitivo-moteurs : de prédiction, d’estimation et de planification motrice. Interroger ces mécanismes chez des personnes âgées fragilisées par l’apparition de troubles cognitifs légers en lien avec la maladie d’Alzheimer, permet de mieux comprendre leur capacité d’adaptation et de compensation face à ce vieillissement. Il s’agit par ailleurs de maintenir et de renforcer ces capacités par l’enrichissement réfléchi de l’environnement de stimulation de la personne âgée. Ces interventions préventives représentent un intérêt majeur pour la préservation de l’indépendance fonctionnelle des personnes âgées vulnérables. Ces travaux de thèse proposent le développement d’outils permettant la stimulation et le renforcement des processus cognitivo-moteurs. Il s’agit d’engager le couplage perception-action à travers des exercices moteurs implicites favorisant l’acquisition de nouveaux apprentissages et le renforcement des processus d’adaptation et de compensation au cours de l’évolution de la maladie. / To write, take, walk, talk is a part of our daily. Our motor ability is used to change depending on our environment and our skill, acquired thanks to our experience, learnings, and according to our age. We strive to find optimal solutions, to be more performants, more efficient. But we must be able to discern to act well and act to better discern. This « perception-action » coupling is the basis of the organization of motor control. Human can discern through several sensory systems (Visual, auditory, proprioceptive) intrinsic informations, coming from his own body, and extrinsic informations, from his environment. All of these informations are in the service of the movement and actions of daily life through the cognitivo-motor processes: of prediction, estimation and motor planning. To question these processes in aged people, weakened by mild cognitive impairment related to Alzheimer's disease, first allow to better understand their adaptation and compensatory capacities faced to this pathological aging. These preventive interventions represent a source of major interest, especially in the preservation of functional independence of vulnerable old people.These works of thesis propose development of tools for stimulating and strengthening cognitive-motor processes. It is clearly about engaging the perception-action coupling through implicit motor exercises benefiting the acquisition of new training and strengthen the process of adaptation and compensation during the progression of Alzheimer’s disease. So many of these processes stimulation exercises will be presented to better know the components relates to the action.

Le point nodal de cette recherche porte sur le changement de regard sur la maladie d'Alzheimer et les troubles apparentés. Ce travail de thèse interroge alors le regard porté, à différents niveaux (sociétal, familial et singulier) sur la démence et sur ce que cela engendre sur les personnes qui en sont atteintes et sur son entourage. Nous amènerons ainsi notre réflexion sur les moyens qui pourraient être mis en place pour permettre une modification des représentations portées sur la vie psychique de la personne malade. Le concept de handicap de Wood et la Classification Internationale de Fonctionnement sont des référentiels sur lesquels nous allons nous appuyer comme modèles de compréhension des situations de handicap en s'intéressant tout particulièrement à la question du désavantage sociale. Nous interrogerons alors les effets des regards sur la personne Alzheimer nous conduisant à la question de l'intersubjectivité, c'est-à-dire des enjeux correspondant aux modes d'Alzheimer. Il convient alors de faire un inventaire de ce qui habite, trahi, infléchi le regard dans sa réciprocité et d'identifier tout ce qui caractérise ce regard. Nous faisons ainsi l'hypothèse d'un appel à l'art comme vecteur de changement de regard. L'objectif sera alors d'étudier comment l'art thérapie peut produire autre chose que ce qui fait désavantage. En effet, l'art fait appel à la créativité, il s'agit donc d'une production de la vie psychique. Cela engendre des émotions qui sont brutes, non représentables mettant en exergue ce qui constitue le coeur même de l'identité du sujet. Nous travaillerons sur les articulations entre les incapacités et les désavantages sociaux dans le but de rechercher et d'identifier de nouvelles compétences que les personnes âgées construisent dans leurs situations de malades Alzheimer. / Aging in our current society, in which death is constantly pushed backwards, places the elderly at risk of exclusion from the social sphere. "Aging young": here is the paradox we are facing every day. The way society views the elderly, especially those suffering from Alzheimer's disease, is pejorative, referring to dependence, decline and decay. Alzheimer's disease is often defined as “severing of connections” , often seen as an impediment to communication and relationships, especially with family members. " An individual is a social being" says Norbert Elias, sociologist. So taking into consideration the stigmatization of Alzheimer disease and the social representation that family members may have, it becomes possible to develop tools that would allow a different type of bond in the future. After several months of immersion, observations and meetings in different EHPAD, this study offers an approach to transform and build an alternative outlook on people suffering from Alzheimer's disease through an introduction to artistic and cultural measures.

Bien que la maladie d’Alzheimer (MA) soit la cause de démence la plus fréquente, lesmécanismes qui sous-tendent les déficits cognitifs chez les patients restent mal connus.Cependant, les peptides amyloïdes (Aβ) semblent être un acteur majeur impliqué dansl’apparition des troubles mnésiques au cours de l’évolution de la maladie, notamment de parleur capacité à induire un hypofonctionnement du système cholinergique associé au déclinmnésique. Sur la base de ces observations, le rôle joué par les récepteurs cholinergiquesnicotiniques α7 (α7-nAChRs) a été largement étudié, au vue de leur capacité à interagir avecles Aβ, sans toutefois dégager un consensus quant à l’implication de ces récepteurs dans lesdéficits mnésiques induits par les Aβ.Afin d’améliorer notre compréhension quant aux mécanismes sous-tendant les effetsdélétères induits par les Aβ dans les déficits mnésiques, notre travail visait à identifier le rôlejoué par les récepteurs α7-AChRs via une approche comportementale, pharmacologique etmoléculaire. Ainsi, nous avons utilisé un modèle « souris » basé sur des injections de formesoligomériques d’Aβ(1-42) (Aβo(1-42)) dans la région CA1 de l’hippocampe dorsal (dCA1),structure cérébrale impliquée dans les processus mnésiques, atteinte de manière précoce dansla MA et exprimant fortement les récepteurs α7-nAChRs.La première partie de cette étude a consisté à mettre au point et à valider notre modèleanimal d’étude des effets induits par les Aβo(1-42) dans le dCA1 par une approchecomportementale et moléculaire. Nous montrons que les injections répétées d’Aβo(1-42) dans ledCA1 induisent une perturbation spécifique de la mémoire de travail alors que la mémoirespatiale est préservée lorsque les performances mnésiques sont évaluées 7 jours après ladernière injection. Nous avons également montré que cette perturbation de la mémoire detravail est associée à une absence d’activation/phosphorylation de ERK1/2 au sein du réseauhippocampo-frontal et septo-hippocampique. Ces données nous ont permis de valider notremodèle expérimental permettant d’étudier spécifiquement l’impact des Aβo(1-42) dansl’hippocampe dorsal.Dans une seconde partie, nous nous sommes focalisés sur le rôle joué par lesrécepteurs α7-nAChRs dans les perturbations mnésiques induites par les Aβo(1-42). Nosrésultats montrent que (1) les souris KOα7 ne présentent pas de déficits de mémoire de travailconsécutivement aux injections intra-dCA1 d’Aβo(1-42), (2) les déficits mnésiques ainsi que lala perturbation de l’activation de ERK1/2 induits par les Aβo(1-42) sont compensés par destraitements pharmacologiques agoniste partiel et antagoniste des récepteurs α7-nAChRs, (3)le traitement par un agoniste complet des récepteurs α7-nAChRs ne permet pas de prévenir lesdéficits mnésiques. Au regard de ces résultats, le récepteur α7-nAChRs semble être essentielau développement des déficits mnésiques induits par les Aβo(1-42), et l’utilisationd’antagonistes de ces récepteurs pourraient être une cible potentielle pour le développementde nouvelles stratégies thérapeutiques. / Although Alzheimer’s disease (AD) has been considered as one of the major causesfor dementia, the mechanisms by which cognitive decline appear still remain unclear.However, amyloid-β peptides (Aβ) seem to play a central role in the appearance of memoryimpairments in the time course of the disease, inducing down-regulation of the cholinergicsystem which is associated with cognitive decline. Based on these observations, the role of α7nicotinic receptors (α7-nAChRs) which can interact with Aβ was widely studied withoutconsensus about the involvement of these receptors in memory deficits induced by Aβ.In order to improve our knowledge about the mechanisms involved in Aβ side effects,our work aims at identify the role of α7-nAChRs via behavioral and molecular approaches.Thus, we used a mice model based on injections of oligomeric assemblies of Aβo(1-42) (Aβo(1-42)) in the CA1 field of the dorsal hippocampus (dCA1) which is a brain structure stronglyinvolved in memory processes, precociously affected in the AD and with a high density of α7-nAChRs.The first part of this study was to develop and validate this animal model to studythe effects induced by Aβo(1-42) in the dCA1 by behavioral and molecular approaches. Weshow that repeated injections of Aβo(1-42) in the dCA1 induce a specific disruption of workingmemory 7 days after the last injection whereas spatial memory is spared. We also showed thatworking memory disturbance is associated with decreased activation / phosphorylation ofERK1 / 2 in the hippocampo-frontal and septo-hippocampal networks. These data allowed usto validate our experimental model to specifically study the impact of Aβo(1-42) into the dorsalhippocampus.In the second part, we focused on the role played by the α7- nAChRs receptors inmemory disturbances induced by Aβo(1-42). Our results show that (1) KOα7 mice do notexhibit working memory deficits consecutively to intra-dCA1 Aβo(1-42) injections, (2) thememory deficits and decreasing activation of ERK1/2 induced by Aβo(1-42) are offset bypharmacological treatments partial agonist and antagonist of α7-nAChRs receptors, (3)treatment with a full agonist of α7-nAChRs receptors does not prevent memory deficits .Given these results, the α7-nAChRs receptor appears to be essential to the development ofmemory deficits induced by Aβo(1-42), and the use of antagonists of these receptors might be apotential target for developing new therapeutic strategies for AD.

Ce travail de thèse s’intéresse à la Théorie de l’Esprit (TdE) dans les stades précoces de la maladie d’Alzheimer (MA) et le Mild Cognitive Impairment (MCI). La TdE est un processus central de la cognition sociale permettant d’inférer les états mentaux d’autrui et de nous adapter aux interactions sociales auxquelles nous sommes confrontés chaque jour. Des travaux ont mis en évidence un déficit de TdE chez le patient MA mais son authenticité reste discutée et celui-ci est attribuer aux autres troubles cognitifs des patients. Par ailleurs, une seule étude à ce jour s’était intéressée à la TdE chez le patient MCI, laissant un champ d’étude inexploré malgré l'intérêt de cet état pour le diagnostic précoce des pathologies dégénératives. Ce travail a pour but d’approfondir les données existantes sur le fonctionnement de la TdE dans la MA et le MCI et présente également l’ambition d’évaluer, pour la première fois dans ces populations, la TdE au plus près de son fonctionnement quotidien dans une tâche impliquant le patient dans une vraie interaction sociale. Les résultats montrent que les patients présentent bien un déficit de TdE y compris sur la tâche immersive, suggérant que ce déficit est observable dans des situations proches de la vie quotidienne. Les patients présentent également un déficit sur une tâche plus classique de TdE, la nature de leurs erreurs témoignant de l’authenticité de ce déficit. Ce travail tend donc à confirmer la présence d’un dysfonctionnement de la TdE dans les stades débutants de la MA et dans le MCI. Ce déficit est précoce, authentique et observé pour la première fois dans une situation d’interaction sociale réelle. / This work investigates Theory of Mind (ToM) ability in early Alzheimer’s disease (AD) and Mild Cognitive Impairment (MCI). ToM is a core feature of social cognition allowing us to infer and understand other’s mental states (i.e. beliefs, intentions, knowledge), in order to adapt our behavior in everyday social interactions. Previous works evidenced ToM deficit in AD patients, but the authenticity of this deficit is still debated and is attributed to other cognitive dysfunctions of patients. Moreover, only one study investigated ToM in MCI. This area thus requires further investigation since MCI represents an interesting concept for early diagnosis of neurodegenerative disorders. The purpose of this work is to further investigate ToM functioning in both AD and MCI with the ambition to evaluate for the first time ToM in close-to-everyday conditions with a task involving the patient in a real interaction. Results show that patients present ToM impairment even in a real interactive task suggesting that this deficit is noticeable in naturalistic conditions closed to everyday interactions. Patients also present difficulties in a classical ToM task, the nature of their errors suggesting genuine ToM difficulties. This work therefore confirms the presence of a ToM impairment in early AD and MCI. This impairment is precocious, authentic and is observed for the first time in a real social interaction.

Partant de l’observation et de l’étude expérimentale (réalisée en Master 2) de situations de maladie d’Alzheimer débutante avec association d’une amnésie hippocampique, d’une anomie et d’une apraxie constructive pour l’espace projectif (syndrome S3A), nous proposons que la cooccurrence des troubles cognitifs et psychopathologiques peut être liée à une rigidification de la fonction symbolique, à savoir la réduction de l’empan de substitution d’un signifié par des signifiants. Nous examinons cette hypothèse à propos des troubles cognitifs en partant de la définition de la fonction symbolique (ou sémiotique) par Piaget. Nous l’étendons aux aspects psychopathologiques en partant de la symbolisation et de ses transformations. La notion de distance symbolique est évoquée à titre de dénominateur commun à tous ces processus, cible de la rigidification de la fonction symbolique. Elle pourrait être liée aux perturbations de la mémoire de travail, entraînant :_ Proactivement, une déstructuration des éléments attributionnels dans le réseau sémantique élargi, contribuant à la genèse des troubles cognitifs._ Rétroactivement, du fait de l’érosion des mécanismes secondaires, l’activation de phénomènes archaïques - dont l’angoisse de non représentation – et des défenses attenantes. Quelques implications psychothérapiques sont envisagées. / Starting from the observation and experimental study of Alzheimer's disease early situations with association of hippocampal amnesia, anomia and constructive apraxia for projective space (S3A syndrome), we propose that the co-occurrence of cognitive and psychopathological disorders may be linked to a stiffening of the symbolic function, namely the reduction of the span of substitution of a signified item by signifiers. We examine this hypothesis about the cognitive impairment on the basis of the symbolic function as defined by Piaget. We extend it to psychopathological aspects starting with the symbolization and its transformations. The concept of symbolic distance is mentioned as a common denominator for all these processes, as a target for the stiffening of the symbolic function. It could be related to working memory impairment, causing:_ Proactively, a destructuration of atributional elements in the “broad semantic network”, contributing to the genesis of cognitive impairment._ Retroactively, because of the erosion of secondary mechanisms, an activation of archaic phenomena - including the anxiety of non-representation - and of the archaic defenses.Some psychotherapeutic implications are considered.

La maladie d’Alzheimer (MA) est une pathologie neurodégénérative lente, progressive et irréversible. Elle est principalement caractérisée par deux lésions histopathologiques : les dégénérescences neurofibrillaires, causées par l’accumulation intraneuronale d'agrégats de protéines Tau hyper- et anormalement phosphorylées ; et les dépôts amyloïdes parenchymateux, constitués d’agrégats de peptides amyloïdes (Aβ) issus du clivage de la protéine précurseur du peptide amyloïde (APP). À ces deux lésions s'ajoute entre autres une dérégulation de l'homéostasie protéique et des systèmes de dégradation des protéines : protéasome, autophagie et voie endosome/lysosome qui sont les mécanismes principaux mis en jeu pour l'élimination des agrégats protéiques. Plusieurs études suggèrent que la surproduction et l'agrégation des peptides Aβ sont les causes principales de la MA. Ainsi, la réduction de leur production et/ou l’amélioration de leur clairance représentent des stratégies potentielles pour le développement de traitement contre la MA. Les objectifs de mes travaux de thèse furent d’étudier de façon plus approfondie l’implication respective des voies de dégradation de l’APP et de ses métabolites ; de déterminer le mode d’action biologique de dérivés chimiques de la chloroquine sur le métabolisme de l’APP en relation avec la Valosin-Containing protéine (VCP), supposée être la cible de ces molécules, et par la même occasion d’étudier la relation existante entre l’APP et VCP. Dans un premier temps, nous avons pu démontrer que l’APP et ses fragments carboxyterminaux (APP-CTFs) étaient principalement dégradés par deux voies : la g-sécrétase et la voie endolysosome. Ensuite, nous avons démontré que VCP régulait le trafic intracellulaire de l’APP. Enfin, nous avons découvert que l’action des molécules était indépendante de la protéine VCP et qu’il s’agissait de modulateurs indirects de l’activité β-sécrétase permettant ainsi de réduire la sécrétion de peptides Aβ. En conclusion, ces travaux ont permis de contribuer à une meilleure compréhension du métabolisme de l’APP et de ses processus de dégradation ainsi que de caractériser l’effet biologique de nouveaux inhibiteurs indirects de la β-sécrétase. / Alzheimer's disease (AD) is a slow, progressive and irreversible neurodegenerative disease. There are two histopathological hallmarks found in AD brains: neurofibrillary tangles, caused by the intraneuronal accumulation of Tau protein aggregates in a hyper- and abnormally phosphorylated form; and amyloid deposits in the brain parenchyma which are mainly composed of amyloid peptides (Aβ) aggregates derived from the cleavage of the amyloid precursor protein (APP). AD physiopathology also includes a deregulation of protein homeostasis and degradation systems: proteasome, autophagy and the endosome/lysosome pathway, which are the main processes involved in the elimination of protein aggregates. Many evidences suggest that overproduction and aggregation of Aβ peptides are the main causes of AD and that strategies aiming to reduce their production and/or improve their clearance represent attractive approaches for AD therapeutics. Thus, this thesis aimed to study the respective contribution of g-secretase, proteasome and lysosomes in APP degradation; to determine the biological mode of action of chloroquine derivatives on APP metabolism in relationship with the Valosin-Containing Protein (VCP), supposed to be the target of these molecules, and at the same time, to study the relationship between APP and VCP. First, we have demonstrated that APP and its carboxy-terminal fragments (APP-CTFs) were mainly degraded by two pathways: g-secretase and the endosome/lysosome pathway. Next, we showed that VCP was involved in APP trafficking and processing. Finally, we have discovered that the action of our molecules does not depend on VCP but that they are indirect modulators of the β-secretase activity, reducing Aβ peptides secretion. In conclusion, this work contributed to a better understanding of APP metabolism and its degradation processes but also to characterize the biological effects of new indirect β-secretase inhibitors.

La maladie d’Alzheimer (AD), pathologie neurodégénérative progressive, est caractérisée par des dépôts β-amyloïdes extracellulaires, des enchevêtrements neurofibrillaires intracellulaires de Tau et une dégénérescence neuronale. A travers les nombreux modèles transgéniques AD disponibles, les connaissances sur les peptides amyloïdes et la protéine Tau ne cessent de progresser. Mais contrairement aux cas génétiques, l’étiologie des cas sporadiques d’AD reste à ce jour idiopathique, rendant difficile d’établir une stratégie thérapeutique efficace. Au cours d’une étude sur l’implication des protéines kinases dans la pathogénèse d’AD, des collaborateurs ont fait une observation totalement inattendue, mais très intéressante: une molécule de faible poids moléculaire, serait capable d’induire une production spécifique d’Aβ1-42 sans altérer les niveaux d’Aβ1-40 dans un modèle de lignée cellulaire. Dans ce contexte, le projet de thèse portait sur l’utilisation de dérivé purique (PD1) pour développer des modèles AD induits chimiquement sur différents supports (culture primaire de neurones, culture organotypique d’hippocampe et souris) et en investiguer les mécanismes sous-jacents à l’augmentation des peptides A1-42 (issus du métabolisme de l’APP (Amyloid precursor protein)).La première partie du projet de thèse a permis de mettre en évidence dans un contexte in vitro (culture primaire de neurones et culture organotypique d’hippocampe) que PD1 à forte dose induisait une augmentation du ratio Aβ42/40 et de manière répétable. Fort de ces résultats, nous avons voulu étudier les mécanismes d’action de PD1 autour de deux hypothèses : interaction dans le métabolisme de l’APP et implication des cellules gliales. Contrairement à nos premières hypothèses, nous avons montré que PD1 aurait de potentiels effets anti-inflammatoires (i.e. IL-1β) in vitro et in vivo. La voie de signalisation de l’IL-1β étant de plus en plus incriminée dans la pathogenèse d’Alzheimer; nous nous sommes interrogés sur l’effet dual de PD1 : outil pharmacologique alzheimerigène ou candidat médicament pour le traitement d’AD? / Alzheimer’s disease (AD), a progressive neurodegenerative disorder, appears to be associated with an increase in a particular form of β-amyloid deposits, intracellular Tau tangles and neuronal degeneration. Through many available transgenic AD models, knowledge about amyloid peptides and Tau protein continues to increase. However, in contrast to the genetic cases of AD, the etiology of sporadic AD cases remains unknown, making the establishment of an effective therapeutic strategy difficult.During the course of a study on the role of protein kinase involved in AD, our collaborators made an unexpected but very interesting observation. They identified a low molecular weight compound able to induce production of Aβ1-42 while the level of the much less toxic form Aβ1-40 remained constant. This selective induction of Aβ1-42 versus Aβ1-40 was observed in a cell line model. Therefore, the overall goal of the project thesis was based on the use of purine derivative (PD1) to understand the molecular mechanisms underlying the selective production of Aβ1-42. This would allow us to establish cellular assays and a chemically-induced animal AD model relevant to studies on the treatment and prevention of AD.The first part of this project allowed us to demonstrate in vitro that PD1, at high dose, repeatedly induced an increase in Aβ42/40 ratio in primary neurons and in neuronal hippocampal slice culture (OHSCs). Based on these facts, we analyzed the amyloid profile by focusing on APP metabolism and on glial cell activity. In contrary to our hypothesis, we highlighted whether PD1 exhibits potential anti-inflammatory properties (i.e. IL-1β) both in vitro and in vivo. The IL-1β pathway is more and more linked in the AD pathogen which leads us to consider that PD1 could have a dual effect : alzheimerogenic pharmacological tool or potential drug candidate for the treatment of AD ?

L’augmentation de la prévalence des démences est un problème majeur d’intérêt international. À la différence du vieillissement normal, la démence désigne l’affaiblissement progressif de l’ensemble des fonctions intellectuelles : mémoire, attention, jugement, capacité de raisonnement et les perturbations de conduite qui en résultent. Mondialement, on estime que 35,6 millions de personnes sont atteintes de démence et on dénombre 7,7 millions de nouveaux cas chaque année (WHO, 2012). Dans ce contexte, la détection précoce, prédiction et dissociation des différents syndromes démentiels sont d’un intérêt primordial, en particulier à des fins de traitement. Au cours de la dernière décennie, la littérature scientifique a montré, grâce à l’apport des outils de neuroimagerie, une association entre les troubles de la mémoire épisodique observés chez les patients atteints de maladie d’Alzheimer (MA) et l’atrophie hippocampique qu’on retrouve également chez la majorité d’entre eux (Petersen et al., 2000). Toutefois, plusieurs études portant sur la variante sémantique de l’aphasie primaire progressive (vsAPP), anciennement appelée la démence sémantique (Gorno-Tempini et al., 2011), retrouvent un patron d’atrophie semblable à celui retrouvé dans la MA en ce qui concerne l’hippocampe (Chan et al., 2001; Davies, Graham, Xuereb, Williams, & Hodges, 2004; Duval et al., 2012; Galton et al., 2001; Gorno-Tempini et al., 2004; Hornberger & Piguet, 2012; Nestor, Fryer, & Hodges, 2006; Pleizier et al., 2012; Schroeter & Neumann, 2011). Or, au niveau cognitif, ces patients démontrent plutôt une détérioration de la mémoire sémantique et n’ont généralement pas de trouble majeur au niveau de la mémoire épisodique, du moins durant les premières phases de la maladie (Gorno-Tempini et al., 2011). Il s’avère donc primordial de comparer et de préciser nos connaissances par rapport à l’implication de l’hippocampe dans ces deux pathologies afin d’orienter leurs diagnostics cliniques respectifs et de mieux diriger les méthodes d’intervention disponibles. Une étude récente a montré, chez des participants en santé, que des parties différentes de l’hippocampe sont impliquées dans le réseau de la mémoire épisodique comparativement à celui de la mémoire sémantique (La Joie et al., 2014). La partie antérieure de l’hippocampe serait impliquée dans la mémoire sémantique, tandis que la partie postérieure de cette structure serait plutôt associée à la mémoire épisodique. Notre hypothèse générale est donc que des parties différentes de l’hippocampe sont touchées dans les deux maladies en raison de leurs connexions distinctes avec les deux systèmes soutenant la mémoire épisodique et sémantique respectivement, et qu’ainsi la partie antérieure de l’hippocampe est plus touchée dans la vsAPP et la partie postérieure est plus touchée dans la MA. Le premier article de la thèse visait à identifier et comparer le patron d’atrophie cérébrale associé à la vsAPP et la MA à travers une méta-analyse basée sur des études anatomiques antérieures, et à caractériser plus précisément le volume de l’hippocampe sous un axe antéro-postérieur dans les deux maladies. Les résultats de l’étude ont confirmé la signature d’atrophie cérébrale classique observée dans les deux maladies, mais également l’hypothèse que l’hippocampe est touché de façon bilatérale dans la MA et la vsAPP. Par contre, dans la vsAPP, l’atrophie est limitée à la partie antérieure de la structure tandis qu’une atrophie plus globale a été observée dans la MA. De plus, lorsque les deux groupes ont été directement comparés, une atrophie plus prononcée de la partie postérieure a été observée dans le groupe MA versus vsAPP. Le deuxième article de la thèse visait à investiguer l’effet de la vsAPP sur les patrons de connectivité fonctionnelle de l’hippocampe antérieur versus postérieur. Les résultats ont montré deux patrons différents de connectivité fonctionnelle, entre l’hippocampe antérieur versus postérieur et le reste du cerveau, chez les contrôles. De plus, une réduction de la connectivité dans l’hippocampe antérieur a été observée chez le groupe vsAPP, et une connectivité fonctionnelle comparable à celle des contrôles a été trouvée dans l’hippocampe postérieur. Globalement, nos résultats confirment que l’atrophie de l’hippocampe est présente, mais de façon différentielle, dans la MA et la vsAPP. Nos résultats soutiennent également l’hypothèse que les syndromes neurodégénératifs comme la MA et la vsAPP n’impliquent pas seulement des atrophies focales, mais découlent plutôt d’une déconnexion entre diverses régions anatomiques, et que les symptômes cliniques sont causés par cette scission dans les réseaux neuronaux qui supportent des fonctions cognitives comme la mémoire sémantique et épisodique. / The increase in the prevalence of dementia is a major international concern. Unlike normal aging, dementia refers to the progressive weakening of all intellectual functions: memory, attention, judgment, reasoning ability, and the resulting behavioral changes. Globally, it is estimated that 35.6 million people are affected by dementia, and 7.7 million of new cases are reported each year (WHO, 2012). In this context, early detection, prediction and dissociation of these different syndromes are of primary interest, particularly for treatment purposes. Over the past decade, the scientific literature has shown, with the help of neuroimaging tools, an association between the episodic memory impairments observed in patients with Alzheimer's disease (AD) and the hippocampal atrophy found in the majority of these patients (Petersen et al., 2000). However, several studies regarding the semantic variant of primary progressive aphasia (svPPA), previously known as semantic dementia (Gorno- Tempini et al., 2011), find a similar hippocampal atrophy pattern to that found in AD patients (Brambati et al., 2009; Chan et al., 2001; Davies et al., 2004; Desgranges et al., 2007; Galton et al., 2001; Nestor et al., 2006). However, from a cognitive perspective, these patients rather demonstrate a deterioration of semantic memory and do not generally show episodic memory impairments, at least during the beginning of the disease (Gorno-Tempini et al., 2011). It is therefore essential to compare and clarify our knowledge regarding the involvement of the hippocampus in these two pathologies in order to guide their respective clinical diagnoses and available intervention methods. A recent study has shown, in healthy participants, that different parts of the hippocampus are involved in the episodic versus semantic memory networks (La Joie et al., 2014). The anterior part of the hippocampus would be involved in semantic memory, whereas the posterior part of this structure would be associated to episodic memory. Our general hypothesis is that different parts of the hippocampus are affected in both diseases, because of their distinct connections to the two systems supporting episodic and semantic memory, and thus that the anterior part of the hippocampus would be impaired in svPPA whereas the posterior part would be impaired in AD. The first article of the thesis aimed to identify and compare the pattern of cerebral atrophy associated with svPPA and AD through a meta-analysis based on previous anatomical studies, and to further characterize the volume of the hippocampus under an antero-posterior axis in both diseases. The results of the study confirmed the hypothesis that, in addition to the classical signature of cerebral atrophy observed in both diseases, the hippocampus is affected bilaterally in AD and svPPA. In svPPA, however, the atrophy is limited to the anterior part of the structure whereas a more general atrophy was observed in AD. In addition, when both groups were directly compared, a more pronounced posterior atrophy was observed in the AD versus svPPA group. The second article of the thesis aimed to investigate the impact of AD and svPPA on the functional connectivity patterns of the anterior versus posterior hippocampus. The results showed two different patterns of functional connectivity, between the anterior and posterior hippocampus and the rest of the brain, in controls. A reduction in functional connectivity in the anterior hippocampus was observed in svPPA, whereas a comparable functional connectivity pattern to that of controls was observed in the posterior hippocampus. Overall, our results confirm that atrophy of the hippocampus is present, but affects different parts of the structure, in both diseases. Our results also support the hypothesis that neurodegenerative syndromes such as AD and svPPA do not only implicate focal atrophies, but rather derive from a disconnection between various anatomical regions, and that clinical symptoms are caused by this rupture in the neural networks supporting cognitive functions such as semantic and episodic memory.