Microglial cells, the resident macrophages of the central nervous system (CNS), exist in a process-bearing, ramified/surveying phenotype under resting conditions. Upon activation by cell-damaging factors, they get transformed into an amoeboid phenotype releasing various cell products including pro-inflammatory cytokines, chemokines, proteases, reactive oxygen/nitrogen species, and the excytotoxic ATP and glutamate. In addition, they engulf pathogenic bacteria or cell debris and phagocytose them. However, already resting/surveying microglia have a number of important physiological functions in the CNS; for example, they shield small disruptions of the blood–brain barrier by their processes, dynamically interact with synaptic structures, and clear surplus synapses during development. In neurodegenerative illnesses, they aggravate the original disease by a microglia-based compulsory neuroinflammatory reaction. Therefore, the blockade of this reaction improves the outcome of Alzheimer’s Disease, Parkinson’s Disease, multiple sclerosis, amyotrophic lateral sclerosis, etc. The function of microglia is regulated by a whole array of purinergic receptors classified as P2Y12, P2Y6, P2Y4, P2X4, P2X7, A2A, and A3, as targets of endogenous ATP, ADP, or adenosine. ATP is sequentially degraded by the ecto-nucleotidases and 5′-nucleotidase enzymes to the almost inactive inosine as an end product. The appropriate selective agonists/antagonists for purinergic receptors as well as the respective enzyme inhibitors may profoundly interfere with microglial functions and reconstitute the homeostasis of the CNS disturbed by neuroinflammation.

Staphylococcus aureus est une bactérie responsable de nombreuses infections. Divers facteurs de virulence sont décrits comme ayant un rôle aggravant dans l’infection staphylococcique. La leucocidine de Panton-Valentine (LPV) en est un. Elle interagit par l’intermédiaire du récepteur de C5a (C5aR) avec les leucocytes et les cellules neuronales dans différents tissus, mais son action au niveau rétinien est méconnue. Nous avons recherché des cibles rétiniennes cellulaires de l’intoxination à la LPV et étudié ses conséquences cellulaires et inflammatoires précoces dans les tissus rétiniens. AINSI, deux modèles de lapins ont été créés : l'injection intravitréenne in vivo et les explants rétiniens ex vivo. Dans les deux modèles, les cellules ganglionnaires étaient les principales cibles cellulaires rétiniennes de la LPV et le seul type de neurones rétiniennes qui exprimait C5aR. Les cellules de Müller comme la microglie étaient activées. L’explant rétinien était facilement manipulé, ils peuvent servir à la recherche de la LPV sur la rétine. La LPV seule pourrait induire une inflammation rétinienne après avoir ciblé spécifiquement les cellules neuronales. / Staphylococcus aureus is responsible for many infections. It secretes various virulence factors aggravating the staphylococcal infections. Panton-Valentine leucocidin (PVL) is a virulent leukotoxin from S. aureus and presents active effects towards leukocytes and neuronal cells via the C5a receptor (C5aR). The effects of PVL on retina is little known. We explored PVL retinal cell target and early retinal inflammation and tried to find the processes of bacterial toxins aggravating bacterial endophthalmitis. We employed two different rabbit models to study the PVL effects on retina: intravitreal injection in vivo and retinal explant ex vivo. In the two models, retinal ganglion cells were the only retinal neurons which express C5aR and the major cell targets of PVL in retina. PVL induced retinal Müller and microglial cell activation. The retinal explants were easily manipulated and showed obvious cellular targets of PVL and glial cell activations, they can contribute to research the effects of PVL on retina in future. PVL alone without S. aureus could induce great retinal inflammation after targeting specifically retinal neurons.

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La rétinopathie du prématuré, modélisée par les modèles de rétinopathie induite par l’oxygène (OIR), est l’une des principales causes de cécité dans l’enfance. Elle est constituée d’une première phase de vaso-oblitération rétinienne et choroïdienne suivie d’une phase de néovascularisation post-ischmémique rétinienne. La phase de dégénérescence vasculaire est entre autres liée d’une part à une baisse de l’expression des facteurs pro-angiogéniques et d’autre part à une inflammation rétinienne excessive. Toutefois, les mécanismes post-transcriptionnels à l’origine de ces phénomènes demeurent peu connus. La dérégulation des microARNs (miRs), des ARNs non codants régulant négativement l'expression des gènes, est impliquée dans la modulation de multiples processus physiologiques et pathologiques dont l’angiogenèse et l'inflammation. Cependant, le rôle des miRs dans l’angiogenèse et l’inflammation au cours de l’OIR reste à explorer. Basé sur l’établissement préalable d’un profil de modulation de l’expression des miRs au cours de l’OIR, nous avons sélectionné et caractérisé dans cette thèse le rôle d’un miR sur la fonction angiogénique puis d’un miR sur la fonction inflammatoire dans l’OIR. Nous avons caractérisé dans un premier temps, le miR-96. L’expression du miR-96 était significativement diminuée in vivo dans la rétine et la choroïde lors de la phase de vaso-oblitération du modèle murin de l’OIR. In vitro, le miR-96 était régulé négativement par l’hyperoxie dans les cellules endothéliales rétiniennes. La supplémentation en miR-96 avait un effet pro-angiogénique sur les cellules endothéliales rétiniennes soumises à l’hyperoxie par la préservation de la signalisation de facteurs angiogéniques, tels que VEGF et Ang2, leur permettant de maintenir leur capacité de migration et de tubulogenèse. In vivo, la supplémentation intravitréenne en miR-96 exerçait également ces fonctions vaso-protectives et permettait de préserver la microvascularisation rétinienne et choroïdienne par le maintien du niveau d’expression physiologique de VEGF et Ang2. Dans un second temps, nous avons caractérisé le miR-125a. L’expression du miR-125a était significativement diminuée in vivo dans la rétine lors de la phase de vaso-oblitération du modèle murin de l’OIR, mais également in vitro dans les cellules microgliales soumises à l’inflammation par hyperoxie ou LPS, ce qui était inversement corrélé à une augmentation de cytokines pro-inflammatoires telles que TNF-a, IL-6 et IL-16. Le miR-125a a été caractérisé comme anti-inflammatoire et sa supplémentation dans les cellules microgliales activées diminuait significativement l’expression de ces marqueurs pro-inflammatoires. La modification du sécrétome des cellules microgliales permettait une récupération des capacités angiogéniques des cellules endothéliales rétiniennes avec amélioration de leur prolifération et de leur tubulogenèse. In vivo, la supplémentation intravitréenne en mir-125a permettait de maintenir une expression physiologique de TNF-a, IL-6 et IL-16, ce qui était associé à une diminution de la vaso-oblitération rétinienne. Collectivement, ces travaux ont permis d’identifier et de caractériser le rôle du miR-96 dans la dysfonction angiogénique et du miR-125a dans la dysfonction inflammatoire lors de l’OIR. Cette thèse démontre pour la première fois qu’une thérapie basée sur la modulation de miRs spécifiques permettait de prévenir la dégénérescence vasculaire de l’OIR. Ces résultats pourraient constituer la base de nouvelles stratégies thérapeutiques dans le traitement précoce des rétinopathies ischémiques comme la rétinopathie du prématuré. / Retinopathy of prematurity is one of the leading causes of blindness in childhood and is represented by oxygen-induced retinopathy (OIR) models. It’s characterized by a first phase of retinal and choroidal vasoobliteration followed by a retinal neovascularization. The vascular degeneration is partly linked to a decrease in the expression of pro-angiogenic factors and to an excessive retinal inflammation. However, the post-transcriptional mechanisms implicated remain poorly understood. microRNAs (miRs) are non-coding RNAs that negatively regulate gene expression. Dysregulation of miRs is involved in the modulation of multiple physiological and pathological processes including angiogenesis and inflammation. However, the role of miRs in angiogenesis and inflammation during OIR remains to be explored. Based on the prior establishment of the modulation profile of miRs expression during OIR, we selected and characterized in this thesis the role of a miR on the angiogenic function then another miR on the inflammatory function in OIR. We first characterized the miR-96. In vivo, miR-96 expression was significantly downregulated in the retina and choroid during the vaso-obliteration phase of OIR rat. In vitro, miR-96 was downregulated by hyperoxia in retinal endothelial cells. miR-96 overexpression had a pro-angiogenic effect on retinal endothelial cells subjected to hyperoxia by preserving the signaling of angiogenic factors including VEGF and Ang2. This allowed to maintain their capacity for migration and tubulogenesis. In vivo, intravitreal supplementation with miR-96 also exerted these vasoprotective functions and preserved retinal and choroidal microvasculature by maintaining the physiological expression level of VEGF and Ang2. Secondly, we characterized the miR-125a. In vivo, the expression of miR-125a was significantly reduced in the retina during the vaso-obliteration phase of the OIR rat. In vitro, miR-125a was downregulated in microglial cells subjected to inflammation by hyperoxia or LPS, which was inversely correlated with an increase in pro-inflammatory cytokines such as TNF-a, IL-6 and IL-16. miR-125a was characterized as anti-inflammatory and its overexpression in activated microglial cells significantly decreased the expression of these pro-inflammatory markers. The modification of the secretome of the microglial cells allowed a recovery of the angiogenic capacities of the retinal endothelial cells with improvement of their proliferation and their tubulogenesis. In vivo, intravitreal supplementation with mir-125a maintained a physiological expression of TNF-a, IL-6 and IL-16, which was associated with a decrease in retinal vaso-obliteration. Collectively, these tasks identified and characterized the role of miR-96 in angiogenic dysfunction and miR-125a in inflammatory dysfunction during OIR. This thesis demonstrates for the first time that a therapy based on the modulation of specific miRs can prevent the OIR vascular degeneration. These results could form the basis of new therapeutic strategies in the early treatment of ischemic retinopathies such as retinopathy of prematurity.

Le potassium (K+) est impliqué dans la régulation de l’excitabilité cellulaire, la régulation du cycle cellulaire, la viabilité cellulaire, la neuroprotection et le maintien des fonctions microgliales et oligodendrocytaires. Le dysfonctionnement des canaux potassiques, décrit dans plusieurs maladies neurodégénératives comme la Maladie d’Alzheimer (MA), la sclérose en plaques (SEP), la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington, pourrait être une potentiel cible thérapeutique. Les mécanismes toxiques sous-jacents de ces pathologies neurodégénératives impliquent des oxystérols, dérivés oxydés du cholestérol, et des acides gras en relation avec le métabolisme peroxysomal. Le 7-cétocholestérol (7KC), le 24S-hydroxycholestérol (24S-OHC) et l'acide tétracosanoïque (C24: 0), souvent trouvés à des taux élevés au niveau du cerveau et dans le plasma de patients atteints de maladies neurodégénératives (MA, maladie de Nieman-Pick, SEP, maladie de Parkinson, maladie de Huntington et X-ALD conduisent une rupture de l’équilibre Redox qui aboutirait à la neurodégénérescence. Dans ce contexte, il est intéressant de déterminer l’éventuelle connexion entre environnement lipidique et homéostasie potassique. L’étude in vitro a été réalisée sur des olygodendrocytes murins 158N et les cellules microgliale BV-2. Nous avons montré que la lipotoxicité du 7KC, 24S-OHC et C24:0 implique une rétention du K+ faisant intervenir les canaux potassium voltage dépendant (Kv). Ces résultats ont montré que l'inhibition des canaux Kv conduisant à une augmentation la [K+]i contribue à la cytotoxicité du 7KC, 24S-OHC et C24:0. Nous nous sommes focalisés sur le canal Kv3.1b. La retention du K+ induite par les oxystérols (7KC et 24S-OHC) serait sous le contrôle de Kv3.1b. L’étude clinique réalisée sur du plasma de MA a révélé une corrélation négative entre le taux d’acide docosahexaénoïque (DHA) et la concentration de K+. Chez les souris transgéniques J20, modèle de la MA, l’étude de la topographie d’expression de Kv3.1b et d’Abcd3, au niveau de l’hippocampe et du cortex, a montré une baisse de l’expression de ces deux marqueurs. Dans leur ensemble, les résultats obtenus ont établi des relations entre lipotoxicité, métabolisme peroxysomal et altération de l’homéostasie potassique dans la neurodégénérescence et suggèrent une possible modulation de l’expression et de l’activité de kv3.1b dans la physiopathologie des maladies neurodégénératives. / Potassium (K+) is involved in the regulation of cellular excitability, cell cycle regulation, cell viability, neuroprotection and maintenance of microglial and oligodendrocytic functions. Potassium dysfunction, described in several neurodegenerative diseases such as Alzheimer's Disease (AD), multiple sclerosis (MS), Parkinson's disease and Huntington's disease, may be a potential therapeutic target. The underlying toxic mechanisms of these neurodegenerative pathologies involve oxysterols, which are oxidized cholesterol derivatives, and fatty acids including those associated with peroxisomal metabolism. 7-ketocholesterol (7KC), 24S-hydroxycholesterol (24S-OHC) and tetracosanoic acid (C24:0), often found at increased levels in the brain and plasma of patients with neurodegenerative diseases (Nieman-Pick disease, MS, Parkinson's disease, Huntington's disease and X-ALD) lead to a breakdown of the redox equilibrium leading to neurodegeneration. In this context, it is interesting to determine the possible connection between the lipid environment and potassium homeostasis The in vitro study was carried out on 158N murine oligodendrocytes and microglial BV-2 cells. We have shown that the lipotoxicity of 7KC, 24S-OHC and C24:0 implies retention of K+ involving the voltage dependent potassium channels (Kv). These results have shown that inhibition of Kv channels lead to an increase in [K +] i contributing to the cytotoxicity of 7KC, 24S-OHC and C24:0. The retention of K+ induced by oxysterols (7KC and 24S-OHC) would be under the control of Kv3.1b. A clinical study, on plasma of patients with Alzheimer’s disease, revealed a negative correlation between docosahexaenoic acid (DHA) and K+ concentration. In the J20 mice, a transgenic model of Alzheimer’s disease, the expression of Kv3.1b and Abcd3 was decreased in the hippocampus and cortex. Overall, the results obtained established relationships between lipotoxicity, peroxisomal metabolism and potassium homeostasis in neurodegeneration and suggest a possible modulation of the expression and activity of kv3.1b in the pathophysiology of neurodegenerative diseases. So, modulation of Kv3.1 could constitute a new therapeuthic approach against some neurodegenerative diseases.