La maladie de Parkinson (MP) est la deuxième maladie neurodégénérative la plus fréquente touchant 3 % de la population âgée de 65 ans et plus. La perte neuronale au niveau de la substantia nigra (SN) et induisant une réduction de la dopamine (DA) striatale ainsi que la présence d'agrégats formées principalement de la protéine α-Synuclein (α-Syn) caractérisent la MP. Bien que le diagnostic clinique soit basé sur la présence de déficits moteurs spécifiques, la MP est également associée à des dysfonctionnements de divers mécanismes cellulaires, notamment la dégradation de α-Syn, la fonctionnalité mitochondriale, le trafic axonal, la réponse neuroinflammatoire et l'augmentation du stress oxydatif. Jusqu'à présent, aucune thérapie n'est en mesure de ralentir et/ou de restaurer la dégénérescence neuronale. Les traitements actuellement utilisés se basent principalement sur le remplacement pharmacologique de la DA striatale et sont accompagné d'approches non-dopaminergiques, ciblant, par exemple, les récepteurs adrénergiques et sérotoninergiques pour mieux traiter les symptômes moteurs et non-moteurs. Des stratégies non-pharmacologiques, telles que la stimulation cérébrale profonde (SCP), ont permis une meilleure prise en charge des personnes qui ne répondent plus aux traitements pharmacologiques classiques. Des thérapies expérimentales en cours tentent, quant à elles, de restaurer la DA striatale par des approches génétiques et cellulaires, et plus récemment, des études cliniques évaluant de nouvelles stratégies basées sur l'agrégation de l'α-Syn et le transport cellulaire ont vu le jour. Deux défis majeurs demeurent toujours: 1) Identifier de nouveaux composés capables de ralentir, de sauver et/ou d'induire la régénérescence des neurones et 2) identifier des biomarqueurs caractéristiques de la phase prodromique de la maladie permettant des interventions précoces. Parmi les différents candidats potentiels présentant un tel effet, notre laboratoire a identifié une molécule, la cystamine, et son métabolite actif, la cystéamine. Tous deux ont déjà été testés chez l'homme pour d'autres indications, telle que pour la maladie de Huntington (MH). Les molécules cystamine/cystéamine agissent par de multiples voies jugées critiques à la pathogenèse de la MP. En particulier, la cystamine est capable de traverser la barrière hémato-encéphalique. De plus, les molécules cystamine/cystéamine peuvent favoriser la sécrétion de facteurs neurotrophiques, inhiber le stress oxydatif et réduire les réponses inflammatoires. Au cours des dernières décennies, notre laboratoire a cumulé plusieurs données suggérant que les molécules cystamine/cystéamine peuvent ralentir, et même inverser les processus neurodégénératifs induits dans de nombreux modèles de la MP. Afin d'approfondir nos connaissances sur les potentiels bénéfiques de l'utilisation de la cystéamine dans la MP, nous avons testé ce composé sous conditions in vivo. Nous avons utilisé des souris transgéniques Thy1-α-Syn présentant une pathogenèse progressive de type MP, accompagnés d'importants déficits moteurs et tout particulièrement, de la voie nigrostriée. L'utilisation de ce modèle nous a permis d'évaluer si un traitement à la cystéamine pouvait avoir un impact sur l'accumulation de l'α-Syn humaine et son implication dans la formation de corps de Lewy. Les résultats obtenus ont montré que le médicament peut améliorer les capacités motrices des souris traitées, présentant entre autres une action spécifique sur la voie nigrostriée. Cet effet peut être partiellement dû à la réduction des niveaux d'α-Syn de type « sauvage » et d'autres formes de la protéine (phosphorylée et filamentée) détectées par des analyses post-mortem chez les souris traitées. L'effet thérapeutique de la cystéamine a également été démontré in vitro en utilisant des neurones dopaminergiques (DAergiques) dérivés de cellules souches pluripotentes induites d'un patient atteint de la MP et porteur de la triplication du gène SNCA. Cette étude a montré l'activité bénéfique de la cystéamine dans la restauration des ramifications neuronales et dans l'augmentation de la viabilité cellulaire des neurones DAergiques exposés à la neurotoxine 6-hydroxy-DA. Les résultats présentés ici, ainsi que ceux de nos études antérieures, suggèrent des propriétés bénéfiques de la cystéamine à l'égard de plusieurs marqueurs de la MP ainsi que des capacités à modifier le cours évolutif de la maladie. / Parkinson's disease (PD) is the second most common neurodegenerative disorder affecting 3% of the population aged 65 years of age and older. The disease hallmarks include neuronal loss at the level of the substantia nigra (SN) that leads to a decrease in striatal dopamine (DA) and the presence of inclusions mainly composed of the protein α-Synuclein (α-Syn). Although clinical diagnosis is based on the appearance of motor deficits, PD also presents with a number of non-motor symptoms that worsen the patient's quality of life. Neuropathologically, PD is characterized by the malfunction of various cellular mechanisms including α-Syn degradation, mitochondrial function, axonal trafficking, neuroinflammation and increased oxidative stress. To date, not a single compound/approach has shown the capacity to reverse or slow down neuronal degeneration. Therefore, PD therapy is still anchored to the pharmacological replacement of striatal DA levels and is often accompanied by non-dopaminergic approaches targeting, for example, the adrenergic and serotoninergic receptors, to better manage motor and non-motor symptomatology. Non-pharmacological strategies, such as deep brain stimulation (DBS), have allowed better symptomatic management, especially for individuals developing intractable motor contraindications due to DA replacement therapy. Promising experimental therapies have attempted to re-establish striatal DA through gene and cell-based strategies. More recently, new strategies targeting α-Syn aggregation and cellular transport have entered clinical trials. The most significant challenges in PD research include the: 1) identification of new disease-modifying agents able to slow down, rescue and/or induce regeneration of dying neurons and the 2) identification of biomarkers for the prodromal disease stages, which would allow early intervention. Among the various potential candidates displaying disease-modifying proprieties, our laboratory has identified cystamine, and its active metabolite cysteamine, already under trial in humans for other clinical indications, including another neurodegenerative disorder, Huntington's disease (HD). The molecule cystamine/cysteamine acts via multiple pathways that have been determined critical to the pathogenesis of PD. In particular, cystamine is capable of crossing the blood-brain barrier, and both agents (cystamine and cysteamine) can promote the secretion of neurotrophic factors, inhibit oxidative stress and reduce inflammatory responses. Over the last decade, our laboratory has accumulated compelling evidence that both cystamine and cysteamine can halt, and even reverse, ongoing neurodegenerative processes in various PD models. To expand our knowledge on the potential efficacy of cysteamine to treat PD, my thesis focused on testing the drug in vivo using the Thy1-α-Syn transgenic mouse model that displays a progressive PD-like pathogenesis and a number of behavioural motor deficits due to an age-related impairment of the nigro-striatal pathway. The use of this model has also allowed us to investigate whether treatment with cysteamine could impact the accumulation of human α-Syn and its related forms involved in Lewy body formation. The results obtained have shown how the drug can improve the motor skills of treated mice and specificity of action towards the nigro-striatal pathway. This effect may be partially due to the reduction of wild type (WT) α-Syn levels and other forms of the protein, e.g. phosphorylated and filamented that were detected in post-mortem analyses of the treated mice. The potential therapeutic effect of cysteamine on DA neurons has further been demonstrated in vitro using induced pluripotent stem cell- (iPSC) derived dopaminergic (DAergic) neurons from a PD patient carrying a triplication of the SNCA gene. This study showed the ability of the drug to restore neurite ramifications and increase cell viability of dying DAergic neurons exposed to the neurotoxin 6-hydroxy-DA. The findings herein, presented together with results from our previous investigations, suggest the potential efficacy of cysteamine towards multiple PD hallmarks as well as disease-modifying properties.

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurologique progressive caractérisée par des dysfonctionnements moteurs se manifestant par des tremblements, de la bradykinésie, de la rigidité musculaire ainsi que de l’instabilité posturale. Ces manifestations physiques sont causées par la dégénérescence des neurones dopaminergiques (DAergiques) de la voie nigrostriatale. Ces dysfonctions motrices sont généralement précédées, jusqu’à 10 ans avant leur apparition, par d’autres symptômes, dont des altérations gastro-intestinales. La dégénérescence des neurones DAergiques dans le plexus myentérique serait à l’origine des dysfonctions gastro-intestinales. Plusieurs problématiques associées à la MP peuvent entraver la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques. D’abord, les causes menant à l’initiation de la pathologie et la neurodégénérescence demeurent largement inconnues, et ce, malgré la mise en évidence de certains mécanismes impliqués dans la pathogenèse de la maladie, dont l’inflammation. Un second obstacle constitue le manque de biomarqueurs permettant le diagnostic précoce de la maladie au cours de son développement, puisque la pathologie se manifeste lorsque la dégénérescence atteint 60 à 70% des neurones DAergiques. Conséquemment, les traitements disponibles actuellement concernent uniquement les options thérapeutiques symptomatiques tandis qu’aucun traitement n’est disponible afin de modifier le cours évolutif du processus dégénératif amorcé plusieurs années avant le diagnostic. Ce projet doctoral s’inscrit donc dans une thématique globale ciblant plusieurs aspects de la problématique soulevée ci-dessus, en s’attardant principalement à mieux comprendre la contribution du système immunitaire innée dans la dégénérescence des neurones au niveau du plexus myentérique dans un modèle de souris parkinsoniennes. En premier lieu, nous avons caractérisé la réponse immunitaire engendrée par la neurotoxine 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6- tétrahydropyridine (MPTP) dans le plexus myentérique de souris sauvages et partiellement déficientes en immunité innée (MyD88 -/-) La découverte de l’infiltration de monocytes proinflammatoires dans le plexus myentérique nous a menés à étudier le rôle de ce type cellulaire dans l’altération des neurones DAergiques au niveau du plexus myentérique et du système nerveux central de souris traitées au MPTP. Les résultats obtenus nous ont permis de tester une nouvelle cible thérapeutique permettant de moduler la réponse inflammatoire afin de limiter les dommages neuronaux induits par la neurotoxine. / Parkinson’s disease (PD) is a progressive neurological disorder characterized by motor dysfunctions, which include tremor, muscle rigidity, postural instability and bradykinesia. The slow and progressive degeneration of dopaminergic (DAergic) neurons of the nigrostriatal pathway constitutes a key element at the origin of clinical motor manifestations. Non-motor symptoms are also observed and could preceed their motor counterparts by several years. The former include gastrointestinal problems such as delayed gastric emptying, constipation and defecatory dysfunctions. The degeneration of DAergic neurons in the myenteric plexus is at the origin of gastrointestinal impariments. Major issues encountered in PD research currently impede the development of appropriate medication. First, the factors behind PD initiation that lead to neurodegeneration remain largely unknown, despite the discovery of several mechanisms involved in its pathogenesis, notably inflammation, which has been given considerable attention in recent years. A second hurdle is the lack of biomarkers to diagnose the disease earlier in its development. Indeed, most motor symptoms are manifested when approximately 60 to 70 % of DAergics neurons are degenerated. As a result of these caveats, PD patients currently only have access to symptomatic treatment options, since no therapy is available to modify degenerative processes primed several years before diagnosis. My doctoral research project is built into a global thematic approach targeting several aspects of the issues raised above, but more specifically to investigate the role of the innate immune response and the contribution of macrophages to neuronal degeneration in the myenteric plexus in a murine model of PD. First we characterized the innate immune response occurring in the enteric nervous system secondary to 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) lesioning of wild-type and immune deficient (MyD88 -/-) mice. Our findings about proinflammatory monocytes infiltration in the myenteric plexus lead us to investigate on the role of the innate immune response relatively with neurodegeneration occurring in the central nervous system and myenteric plexus in response to MPTP. Our promising results provide us with the chance to test a new therapeutic target that modulates the innate immune response and limits MPTP-induced neuronal damages.

Les traitements actuels de la maladie de Parkinson (MP) sont des traitements dits symptomatiques, c'est-à-dire qu'ils soulagent les symptômes de la maladie sans intervenir sur ses troubles fonctionnels sous-jacents et ne peuvent donc pas empêcher la progression neurodégénérative de la MP. L'intérêt est donc grand de pouvoir développer des moyens pour prévenir la perte des neurones qui caractérise cette maladie ou encore modifier le cours évolutif de la pathologie lorsque celle-ci est déjà initiée. De cet intérêt, nous est venu le choix d’axer nos recherches sur un composé soupçonné de posséder des propriétés neuroprotectrices chez des modèles animaux atteints de désordres neurodégénératifs. Ce composé est la cystamine. Cette molécule a déjà été reconnue comme agent neuroprotecteur dans des modèles animaux de la maladie de Huntington (MH), une autre maladie neurodégénérative se traduisant par des troubles moteurs. C’est dans ce contexte que s’est inscrit mon sujet de thèse qui vise à aborder la question des effets et mécanismes thérapeutiques de la cystamine pour la MP. Mon travail s’est tout d’abord focalisé sur l’étude des propriétés neuroprotectrices et l’identification de certains mécanismes d’action à l’origine des effets bénéfiques observés dans un modèle murin pré-symptomatique de parkinsonisme induit par la toxine 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP). Par la suite nous avons étudié l’impact d’un traitement de cystamine, initié pendant le processus de dégénérescence, sur les changements comportementaux, biochimiques et pathologiques observés dans deux modèles neurotoxiques murins de la MP. Enfin, nous avons précisé les doses optimales d’efficacité de la cystamine, abordé l’identification de molécules intermédiaires impliquées dans l’action de la cystamine et vérifié leur transport au cerveau. Brièvement, nos investigations confirment non seulement le pouvoir neuroprotecteur de la cystamine lorsqu’administrée avant l’induction de la pathologie mais démontrent également ses capacités à stopper un processus neurodégénératif en cours (neurorescue) et même à renverser partiellement des déficiences motrices. Nous avons montré que ces effets bénéfiques sont associés, notamment, à une fine régulation du facteur neurotrophique brain-derived neurotrophic factor (BDNF) ainsi qu’à une modulation de certains facteurs apoptotiques et composés cytotoxiques pro-inflammatoires. Ces approches nous ont également permis d’identifier les cellules gliales comme médiateurs importants des effets bénéfiques de la cystamine et l’étendue des doses testées a permis l’identification des doses optimales d’efficacité de ce composé. Nos travaux pointent enfin la cystéamine comme l’intermédiaire majeur impliqué dans l’action thérapeutique de la cystamine et démontrent sa capacité à traverser la barrière hémato-encéphalique (BHE) in vivo. Nos dernières publications ainsi que nos résultats préliminaires sur le pouvoir thérapeutique de la cystamine démontrent la pertinence des études proposées et offrent une base solide pour la poursuite de la recherche translationnelle sur cette molécule. / Current treatments for Parkinson disease (PD) are only symptomatic, that means that they relieve symptoms of the disease without intervening in its underlying functional disorders and therefore cannot prevent the neurodegenerative progression of PD. There is therefore a huge interest in developing ways to prevent the loss of neurons that characterizes this disease or otherwise change the pathology’s evolutionary course when it is already initiated. From this interest, we have chosen to focus our research on a compound suspected to possess neuroprotective properties in animal models of neurodegenerative disorders. This compound is the cystamine. This molecule has already been recognized as a neuroprotective agent in animal models of Huntington disease (HD), another neurodegenerative disease resulting in motor problems. It is in this context that fits my thesis, which aims to address the issue of cystamine’s therapeutic effects and mechanisms for PD. First, my work focused on the study of neuroprotective properties of cystamine and the identification of some mechanisms of action responsible for the beneficial effects observed in an MPTP-induced presymptomatic murine model of parkinsonism. Subsequently we studied the impact of cystamine, when the treatment was administered during an ongoing DA-neuronal degeneration, on behavioural, biochemical and pathological changes observed in two distinct neurotoxic mouse models of PD. Finally we stated the optimal efficient doses of cystamine, addressed the identification of intermediate molecules involved in the cystamine’s action and checked their transport to the brain. Briefly, our investigations confirm not only the neuroprotective aptitudes of cystamine when administered before the induction of the pathology but also demonstrate its capacity to stop an ongoing neurodegenerative process (neurorescue) and even partly reverse motor deficiencies. We have shown that these beneficial effects are associated, in particular, to a fine regulation of the brain-derived neurotrophic factor (BDNF) as well as a modulation of apoptotic factors and pro-inflammatory cytotoxic compounds. These approaches have also enabled us to highlight the glial cells as important mediators of the cystamine’s beneficial effects and the extent of the doses tested allowed the identification of the optimal doses for this compound’s efficiency. Our work finally points the cysteamine as the major intermediate involved in the cystamine’s therapeutic action and demonstrates its ability to cross the blood-brain-barrier (BBB) in vivo. Our latest publications as well as our preliminary results on the therapeutic power of cystamine demonstrate the relevance of the proposed studies and offer a sound basis for the continuation on the translational research on this molecule.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 77-90. Publié aussi en version électronique.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La maladie de Parkinson (MP) se caractérise par une vulnérabilité sélective des cellules nerveuses, associée à la présence dans le cerveau d'agrégats de protéines mal repliées. Ces inclusions appelées corps de Lewy (CL) ont comme composant majoritaire une protéine appelée alpha-synucléine (α-syn). Pendant la dernière décennie, plusieurs études ont démontré que l'α-syn joue un rôle central dans l'initiation de la MP. Cependant, l'impact de ces agrégats sur l'homéostasie neuronale menant à la neurodégénérescence reste encore méconnu, en partie causé par l'absence d'outils appropriés. Dans ce but, notre équipe a créé une technologie novatrice qui nous permettra d'obtenir une meilleure compréhension des mécanismes conduisant à la formation de ces souches pathologiques. Cet outil basé sur l'optobiologie permet de contrôler l'agrégation de l'α-syn sous le contrôle de la lumière (le système LIPA : Light-Inducible Protein Aggregation). Notre système a permis d'induire la formation d'inclusions stables d'α-syn avec un contrôle spatial et temporel dans des cellules vivantes. Conduisant pour la première fois, à la formation in vivo d'inclusions mimant plusieurs des caractéristiques biochimiques et neuropathologiques des corps de Lewy. In vivo, les agrégats LIPA-α-syn ont compromis la transmission nigrostriatale, induit une perte neuronale dopaminergique et une altération du comportement de type parkinsonien. Ce système constitue un outil novateur permettant de générer, visualiser et disséquer le rôle de ces agrégats protéiques dans la MP et éventuellement d'autres troubles neurodégénératifs. Ce projet de thèse consiste en la création de nouveaux modèles cellulaires et animaux de la formation des CL afin obtenir de précieuses informations sur le processus d'agrégation et de propagation de l'α-syn et leur rôle dans la pathogenèse de la MP : cette compréhension permettra de développer de nouveaux traitements curatifs efficaces dans cette maladie. / Parkinson's disease (PD) is characterized by a selective vulnerability of nerve cells associated with the presence of aggregates of misfolded proteins in the brain. These inclusions called Lewy bodies (LBs) have as a major component a protein called alpha-synuclein (α-syn). During the last decade, several studies have demonstrated that α-syn plays a central role in the pathogenesis of PD. However, the impact of these aggregates on neuronal homeostasis leading to neurodegeneration remains poorly understood, partly caused by the lack of appropriate tools. To this end, our team has created a novel technology that will allow us to gain a better understanding of the mechanisms leading to the formation of these pathological strains. This tool based on optobiology allows to control the aggregation of α-syn under the control of light (the LIPA system: Light-Inducible Protein Aggregation). Our system allowed to induce the formation of stable α-syn inclusions with spatial and temporal control in living cells. Leading for the first time, to the in vivo formation of inclusions mimicking many of the biochemical and neuropathological features of Lewy bodies. In vivo, LIPA-α-syn aggregates compromised nigrostriatal transmission, induced dopaminergic neuronal loss and altered PD-like behavior. This system provides a novel tool to generate, visualize and dissect the role of these protein aggregates in PD and possibly other neurodegenerative disorders. This thesis project consists in the creation of new cellular and animal models of LBs formation in order to obtain valuable information on the aggregation and propagation process of α-syn and their role in the pathogenesis of PD: This understanding will allow the development of new effective curative treatments in this disease.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative reliée à l'âge qui est caractérisée par une perte des neurones dopaminergiques dans la substance noire pars compacta (SNpc). Bien que la majorité des cas soient idiopathiques, des mutations génétiques peuvent contribuer à l'étiologie d'une forme familiale de la MP, notamment des mutations du gène *SNCA* codant pour la protéine α-synucléine (αsyn) et dans le gène *PARK2* codant pour la protéine parkine. Les corps de Lewy (CL) dans la SN sont un critère diagnostique de la MP. Ces CL sont composés d'αsyn agrégé, où une phosphorylation en sérine 129 est considérée comme étant la modification post-traductionnelle la plus prédominante. La plupart des mutations dans *PARK2* causent une perte d'activité de parkine, ce qui entraîne une dysfonction mitochondriale et un stress oxydatif, menant ainsi à une dégénérescence des neurones dopaminergiques. Cependant, l'étendue des protéinopathies αsyn et parkine reste mal caractérisée dans la SN chez les patients atteints de la MP. Mon projet de maîtrise visait donc à déterminer la teneur, la solubilité relative et le statut de phosphorylation de ces deux protéines dans des homogénats générés à partir de la SN d'une cohorte de donneurs des cliniques des troubles du mouvement de Saskatoon afin de pouvoir examiner leur potentielle implication dans la pathologie de la MP. En plus de quantifier les niveaux de catécholamines, plusieurs données cliniques sur les sujets de l'étude ont été recueillies afin de pouvoir être en mesure d'investiguer la relation entre les caractéristiques cliniques et les deux protéines. Ainsi, cette étude a permis d'établir une association de la conversion de parkine en une forme agrégée et de l'augmentation d'αsyn phosphorylé insolubles dans la SN avec la MP idiopathique, ce qui met en lumière leur implication dans la dégénérescence. / Parkinson's disease (PD) is an age-related neurodegenerative disease characterized by a loss of dopaminergic neurones in the substantia nigra pars compacta (SNpc). While the majority of cases are idiopathic, genetic mutations can contribute to the etiology of a familial form of PD, including mutations in the *SNCA* gene encoding the protein α-synuclein (αsyn) and in the *PARK2* gene encoding the parkin (*PRKN*) protein. Lewy bodies (LB) in the SN is a diagnostic criterion for PD. These LB are composed of aggregated αsyn, where the phosphorylation at serine 129 is considered to be the most predominant post-translational modification. Most *PARK2* mutations cause a loss of parkin activity, which leads to mitochondrial dysfunction and oxidative stress, thus leading to degeneration of dopaminergic neurons. However, the extent of αsyn and parkin proteinopathies remains poorly characterized in the SN of PD patients. My master's project was therefore focused on determining the content, relative solubility and phosphorylation status of these two proteins in homogenates generated from the SN of a cohort of donors from the Movement disorder clinics in Saskatoon in order to be able to examine their potential involvement in the PD pathology. In addition of quantifying the catecholamines levels, several clinical data on subjects of the study were collected in order to be able to investigate the relationship between the clinical characteristics and the two proteins. Thus, this study established an association of parkin conversion to an aggregated form and increased phosphorylated αsyn in the insoluble SN with idiopathic PD, providing new insights on their involvement in degeneration.

Nous avons identifié comment les propriétés fonctionnelles des microcircuits GABAergiques dustriatum se mettent en place depuis la période embryonnaire jusqu’à l’adulte, et comment elles sont modifiées dans un modèle adulte pharmacologique (6-hydroxydopamine) ou génétique(PINK1 KO) de la maladie de Parkinson. Les neurones de projection (MSNs) immatures du striatum génèrent une séquence d’activités spontanées : des spikes calciques isolés et des plateaux calciques dans des petites assemblées de neurones connectés par des jonctions gap(E14-P8) puis des bouffées de spikes synchronisées d’origine synaptique (P6-P7). Ensuite les MSNs deviennent silencieux in vitro juste avant l’apparition de la locomotion du fait de l’expression du courant K de la rectification entrante et de la perte de la composante NR2C/Ddes réponses synaptiques cortico-striatales. Enfin dans les deux modèles murins de Parkinson,les courants synaptiques GABAergiques spontanés des MSNs deviennent géants ou en bouffées du fait du dysfonctionnement d’un seul type d’interneurone GABAergique. Ces résultats montrent l’importance de déterminer l’impact des altérations précoces du système dopaminergique sur le développement des microcircuits GABAergiques du striatum / We investigated how the functional properties of the mouse GABAergic microcircuits of the striatum mature from embryonic to adult stages and how they are altered in a pharmacological(6-OHDA) or genetic (PINK 1 KO) adult model of Parkinson’s disease (PD). The dominant population of immature projection neurons, the medium spiny neurons (MSNs) generates asequence of spontaneous calcium activities: calcium spikes and synchronized gap junction driven calcium plateaus (E14-P8) followed by synapse-driven synchronized calcium spikes (P6-P7). Then they become silent in vitro (P8-P10) just before the onset of locomotion (P10-P12), because of the parallel expression of the K+ rectifying current and loss of the NR2C/Dcomponent of NMDA receptor-mediated cortico-striatal responses. In addition, we show that thetonic low frequency, spontaneous GABAergic activity of MSNs switches to a gigantic or bursting pattern in both PD models. This switch is due to only one subtype of GABAergic interneuron which entrains the striatal microcircuits in abnormal GABAergic oversynchrony. This study reflects the need for developmental investigations on the impact of early alteration of the dopaminergic system on striatal GABAergic microcicuits

La maladie de Parkinson et l’atrophie multisystématisée ont ceci de particulier que le diagnostic de certitude ne peut être obtenu du vivant du patient. L’un des enjeux actuels est d’approcher au plus prêt le diagnostic clinique réel du patient, pré requis indispensable à l’étude de l’histoire naturelle de la maladie, à une analyse fiable des données épidémiologiques de la maladie, à la bonne pratique des études de recherche pharmaceutique, à l’évaluation clinique des thérapeutiques innovantes. S’il est relativement aisé de poser le diagnostic de maladie de Parkinson à un stade avancé, il est en revanche beaucoup plus délicat de l’établir au stade initial de l’affection. C’est avec l’AMS que le diagnostic différentiel initial est le plus difficile. Actuellement les séquences morphologiques d’IRM représentent une aide incontestable, mais les anomalies observées sont souvent inconstantes et apparaissent à un stade tardif. La première partie du travail visait à étudier de manière simultanée et complémentaire la macro et la microstructure cérébrale dans les deux pathologies en utilisant de manière combinée les techniques de morphométrie voxel à voxel (VBM) et d’imagerie du tenseur de diffusion appliqué à l’ensemble du cerveau (VB-DTI). Cette étude confirme les données classiques d’atrophie putaminale dans l’AMS-P et d’augmentation de la diffusivité putaminale ; nous avons de surcroît mis en évidence une diminution de densité de substance grise dans le circuit moteur (cortex moteur primaire CMP gauche versus MP et aire motrice supplémentaire versus témoins) et une diminution de la fraction d’anisotropie dans le CMP gauche versus témoins. Il existait donc des anomalies macro et microstructurelles dans le circuit moteur des patients AMS-P en révélant la destruction tissulaire dans le circuit moteur - indépendamment de la perte de volume détecté par VBM et en accord avec les données anatomopathologiques et les caractéristiques cliniques motrices.La deuxième partie du travail consistait à étudier la connectivité cérébrale et les modifications des connexions cortico-putaminales à l’aide de la tractographie probabiliste. Nous avons étudié les modifications volumiques et les modifications microstructurales putaminales et tenté de dégager des profils utiles au diagnostic différentiel. Des séquences T1 haute résolution volumique et en tenseur de diffusion ont été acquises. Le putamen était segmenté de manière manuelle, le cortex de manière automatique à l’aide du logiciel free surfer. Nous avons calculé la probabilité de connectivité entre le putamen et les régions corticales ipsilatérales motrice, associative et limbique. Les volumes putaminaux, surfaces corticales, paramètres de diffusion (diffusivité moyenne et fraction d’anisotropie) ont été étudiés et comparés entre les groupes. Nous avons mis en évidence pour la première fois une altération des projections putamino-corticales motrices dans l’AMS-P en bonne concordance avec l’atteinte du putamen moteur dorsolatéral et l’atteinte corticale motrice et prémotrice dans la maladie. L’analyse multivariée permettait de discriminer AMS-P d’AMS-C (forme cérébelleuse de l’AMS), de MP et de témoins avec une sensibilité de plus de 75%. La troisième et dernière partie consistait à étudier les profils cognitifs dans les deux pathologies et les corrélations anatomo-cognitives à l’aide de la VBM et de la VB-DTI. La pertinence de l’évaluation cognitive classiquement effectuée dans le diagnostic différentiel maladie de Parkinson et atrophie multisystématisée est quasi nulle. De plus, les principales corrélations imagerie-cognition sont en bonne concordance avec les données de la littérature. L’implication du système moteur dans l’AMS sur le versant moteur semble se confirmer sur le plan cognitif. A notre connaissance aucune étude de corrélation imagerie-cognition en imagerie de diffusion dans la maladie de Parkinson ou l’atrophie multisystématisée n’a été publiée. / A definite diagnosis of Parkinson’s disease (PD) and multiple system atrophy (MSA) can only be confirmed neuropathologically. The clinical differentiation of the parkinsonian variant of multiple system atrophy (MSA-P) from PD is challenging, especially during the early stages of the disease. Early differentiation of these diseases is particularly important because the disorders differ in terms of progression, prognosis, and treatment responses. The aim of the first part of the study was to evaluate in vivo changes in the brain’s macro- and microstructure in MSA-P and in PD and to characterize the cerebral anatomical differences between the two conditions. We used a combination of voxel-based morphometry (VBM) and whole-brain, voxel-based diffusion tensor imaging analysis (VB-DTI). In MSA-P patients, VBM analysis revealed a lower density of grey matter (GM) in a motor related circuit (especially in the left primary motor cortex, PMC), relative to PD patients, and in the left supplementary motor area (SMA), relative to controls). Diffusion tensor imaging analysis revealed lower fractional anisotropy (FA) values in the left PMC and the right cerebellum in MSA-P patients, compared with controls. Using a volumetric diffusion technique, our study revealed selective tissue degeneration in motor circuits, regardless of the volume loss detected in VBM and in agreement with pathology reports and clinical motor characteristics. Our findings suggest that MSA-P is characterized by both macro- and microstructural changes in the sensorimotor circuit. The aim of the second part of the study was to evaluate brain connectivity especially cortico putaminal connectivity using probabilistic tractography. We assessed volumetric and microstructural changes that occur within each of these subregions and try to establish the potential value of these changes in differential diagnosis.DTI and T1-weighted images were obtained using 1.5 T MRI. Putamen was manually segmented. The cortex was segmented using Freesurfer software and cortical regions were classified in three functional systems: motor, associative and limbic. Then, we calculated the connection probability between putamen and ipsilateral cortical target. Volumes and DTI parameters (fractional anisotropy FA, mean diffusivity MD) of the resulting DTI-based parcellations of the putamen were compared between groups. Comparisons between groups were carried out using bivariate non parametrics tests. Putamen microstructural changes were present in the two variants of MSA according to anatomopathological knowledge. Loss of motor connectivity in MSA-P patients can be explained partially by important volume loss of putamen. Statistical multivariate model combining few clinical criteria and data obtained by MRI-based parcellation allows discriminating MSA-P from MSA-C from PD patients and controls in more than 75% of cases.The third part’s aim was to study the cognitive profile of MSA patients compared to PD patients and to evaluate the cognitive clinical correlations with VBM and VB-DTI brain MRI data. The contribution of standard neuropsychological examination to the differential diagnosis of both syndromes remains still limited. Our study revealed the main involvement of motor cortex in cognitive functions. From our knowledge, there is no study of cognitive correlations and DTI parameters in PD or in MSA.

Les brassinostéroïdes sont des phytostérols découverts relativement récemment. Les études de plusieurs chercheurs ont déjà montré que ces molécules sont de véritable hormones de croissance pour les plantes. Ces stéroïdes possèdent donc un potentiel important en agriculture. Cependant, à notre connaissance, peu d'études sur les brassinostéroïdes n'a été réalisée chez les mammifères. Sachant que plusieurs phytostérols possèdent un potentiel antioxydant, nous avons porté notre attention sur le potentiel neuroprotecteur des brassinostéroïdes. Dans ce travail de recherche, nous avons tenté de déterminer si les brassinostéroïdes sont aptes à contrer le stress oxydatif, un suspect potentiel dans le déclenchement de la maladie de Parkinson. Cependant, ces molécules ne sont pas facilement accessibles dans la nature ou dans le commerce. Peu de brassinostéroïdes sont commerciaux, leur concentration effective dans les plantes est faible et leur extraction à partir de végétaux est laborieuse. C'est ainsi que nous avons opté pour la synthèse de ces molécules. Dans le présent travail, nous présentons la synthèse de la 28-Homocastastérone et de plusieurs précurseurs de brassinostéroïdes. Nous présentons aussi une étude de la réactivité particulière du lien alcénique en position C-22,C-23 de ces molécules. Finalement, nous présentons nos résultats préliminaires sur le potentiel neuroprotecteur des molécules préparées face au MPP+, une toxine reproduisant la neurodégénérescence de la maladie de Parkinson. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Brassinostéroïdes, Neuroprotection, Synthèse asymétrique, Maladie de Parkinson, Chimie des stéroïdes.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre.