Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Le travail accompli au cours de mes études de doctorat permet de mieux comprendre l'organisation et le mode d'opération du cortex moteur. Les études rapportées dans cette thèse décrivent la relation entre l'activité du cortex moteur primaire et l'activité motrice qu'elle génère. Elles lèvent le voile sur certaines interactions intrinsèques du cortex moteur et apportent ainsi des éclaircissements importants sur son mode de fonctionnement. Cette thèse est d'abord constituée d'une introduction présentant l'organisation générale des structures impliquées dans le contrôle des mouvements. Elle comprend également quelques discussions sur des études antérieures pertinentes aux projets de recherches présentés par la suite. Ceux-ci constituent le corps de la thèse. Ils sont présentés sous forme de trois articles, rédigés en anglais. Le premier couvre plusieurs propriétés d'entrée-sortie du cortex moteur du chat sous anesthésie. Différentes conditions d'activation corticale sont analysées et mises en relation avec les réponses motrices afin d'évaluer les caractéristiques du contrôle corticomoteur. Le second article discute des interactions entre les sorties motrices de deux points du cortex moteur. Il y est démontré que l'activité musculaire et les mouvements évoqués par l'activation corticale simultanée de deux points corticaux se combinent de façon linéaire. Quant au troisième article, il traite d'un mécanisme de couplage fonctionnel entre les points corticaux impliquant la levée d'inhibition. Les résultats présentés prouvent qu'il est possible pour deux points corticaux contrôlant des muscles antagonistes d'interagir et de combiner leur sorties motrices. Le dernier chapitre de la thèse comprend d'abord la présentation de données anatomiques du cortex moteur permettant de mieux comprendre et d'évaluer les principaux résultats obtenus lors de mon doctorat. Il est complété par une discussion générale apportant une interprétation plus élaborée des résultats obtenus, tout en les plaçant dans un contexte plus large. Il s'en dégage une vue d'ensemble rassemblant toutes les observations rapportées dans cette thèse et résumant l'avancement scientifique qu'elle apporte.

L’infection du système nerveux central (SNC) par le virus herpès simplex 1 (VHS-1) peut mener au développement d’une encéphalite herpétique qui représente l’infection cérébrale sporadique la plus répandue dans les pays développés. Cette infection dévastatrice a une prévalence de 1/250 000 individus, et atteint un taux de mortalité de 30% malgré l’administration d’un traitement antiviral à base d’acyclovir. De plus, la majorité des patients qui survivent à l’infection conservent des séquelles neurologiques graves et permanentes. Il est suggéré, qu’en plus des dommages causés par la réplication virale, la réponse immunitaire inflammatoire induite par l’infection serait responsable de l’exacerbation de l’encéphalite herpétique. Cette réponse inflammatoire est initiée par les macrophages résidents du SNC, nommés microglies. Dans certains désordres neurologiques, Il est proposé qu’en plus des microglies, les monocytes sanguins pourraient infiltrer le SNC et participer à la réponse immunitaire. Les connaissances concernant le recrutement des monocytes périphériques au SNC et leur rôle dans l’élaboration de la réponse immunitaire durant l’encéphalite herpétique sont très limitées. Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans cette réponse dirigée contre l’infection du cerveau par le VHS-1 pourrait permettre d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques et mener au développement de nouvelles stratégies combinant des antiviraux et des agents immunomodulateurs pour contrôler à la fois la propagation du virus et l'état inflammatoire dans le SNC. Les travaux présentés dans le cadre de cette thèse s’intéressent à l’implication des monocytes périphériques recrutés au niveau du cerveau dans la réponse immunitaire innée développée dans un modèle murin d’encéphalite herpétique. Pour atteindre nos objectifs, nous avons d’abord utilisé des souris chimériques dont les précurseurs myéloïdes dérivés de la moelle osseuse et les leucocytes sanguins expriment la protéine fluorescente verte (GFP pour «green fluorescent protein»). Ce modèle nous a principalement permis de distinguer les macrophages d’origine hématopoïétique des microglies résidentes du SNC car il n’existe aucun marqueur naturel permettant de différencier ces deux populations cellulaires. Cette stratégie nous a aidé à mieux caractériser la cinétique d’infiltration des monocytes, leur localisation dans le cerveau, et leur participation à la réponse immunitaire suite à l’infection du SNC par le VHS-1. La deuxième partie des travaux porte sur les mécanismes impliqués dans le recrutement de ces monocytes et dans le contrôle de l’état inflammatoire au niveau du SNC durant l’encéphalite herpétique. Plus précisément, les expériences réalisées s’intéressent aux rôles de la signalisation via les récepteurs de chimiokines CCR2 et CX3CR1, exprimés à la surface des monocytes sanguins et des microglies, dans la protection ainsi que dans le recrutement des deux sous-types de monocytes sanguins, soient les monocytes «inflammatoires» et «patrouilleurs», au cours de l’encéphalite herpétique. Nos résultats ont montré pour la première fois que les monocytes sanguins infiltraient le SNC pour donner naissance à des macrophages ayant le même profil que les microglies résidentes et que ces cellules participaient à la réponse immunitaire suite à l’infection par le VHS-1. Nous avons également démontré, en utilisant des souris chimériques ayant des déficiences compartimentées en récepteurs CX3CR1 et CCR2 au niveau du SNC au niveau du système hématopoïétique, que les voies de signalisation via CX3CR1 au niveau des cellules résidentes du cerveau et de CCR2 au niveau des cellules hématopoïétiques étaient importantes pour la survie des souris, pour le contrôle de la réplication virale ainsi que pour contenir la réponse inflammatoire cérébrale durant l’encéphalite herpétique expérimentale. / Herpes simplex virus 1 (HSV-1) is the main cause of sporadic viral encephalitis in developed countries with an annual incidence of 1/250 000 individuals per year. Despite the use of acyclovir that aimed at blocking virus replication, the mortality rate associated with HSV encephalitis (HSE) is still high (i.e., 30%), with the majority of surviving patients developing severe neurological sequelae. It is believed that the high mortality rate and neurological disorders attributable to HSE could involve both virally- and immune-induced damages of the central nervous system (CNS). The inflammatory response is initiated by the resident macrophages of the brain, namely microglia. In addition, blood leukocytes, particularly monocytes, are thought to infiltrate the CNS and contribute to the control of viral infection together with microglia. However, it is also argued that these cells may also amplify the inflammatory response, thereby contributing to brain damages. Knowledge concerning the recruitment of peripheral monocytes to the CNS and their role in the immune response during HSE is limited. A better understanding of the mechanisms involved in their dynamic of recruitment might lead to the identification of new therapeutic targets and the development of new strategies combining antiviral agents and immunomodulatory molecules to better control both HSV replication as well as the inflammatory environment in the CNS. The studies presented in this thesis are intended to better evaluate the involvement of monocytes-derived macrophages, together with microglia, in the cerebral innate immune response during experimental HSE. To achieve our goals, we first used chimeric mice in which bone marrow progenitor cells and blood leukocytes express the green fluorescent protein (GFP). This model allowed us to better characterize the kinetics of infiltration of blood monocytes into the CNS, their distribution in different anatomical areas of the brain and their involvement in the immune response during experimental HSE. The second part of the work focuses on the mechanisms involved in the recruitment of monocytes into the CNS and in the control of the inflammatory state in mouse brain following HSV-1 infection. More precisely, experiments aimed at characterizing the role of signaling pathways through chemokine receptors CCR2 and CX3CR1, expressed on the surface of blood monocytes and microglia, in protecting and modulating the recruitment of the two blood monocytes subtypes, namely the "inflammatory" and "patrolling" monocytes, during HSE. To achieve this aim, we used chimeric mouse models of CCR2- and CX3CR1-deficient animals, in which the lack of either receptor was restricted to the hematopoietic system (blood monocytes) or the CNS (microglia). Our results showed that blood monocytes are recruited to the CNS following HSV-1 infection and give rise to microglia-like macrophages. These cells are involved in the immune response together with microglia by performing immunological functions including phagocytosis and antigen presentation. Furthermore, we showed that CX3CR1 and CCR2 expressed on cells of the CNS and in the hematopoietic system, respectively, are important for mouse survival, viral replication control and in maintaining an appropriate inflammatory response during experimental HSE.

L’érythropoïétine (Epo) est une cytokine exprimée dans le système nerveux central (CNS). A l’âge adulte, elle agit comme modulateur respiratoire dans le tronc cérébral en augmentant la réponse ventilatoire à l’hypoxie (RVH) chez l’homme et la souris. Les troubles respiratoires chez les nouveau-nés étant répandus, trouver un traitement adapté est d’un intérêt primordial. J’ai émis l’hypothèse qu’une stimulation chronique à l’Epo du CNS des nouveau-nés aiderait le développement de la commande centrale respiratoire et sa réponse à l’hypoxie. Afin de tester cette hypothèse, j’ai enregistré la respiration de souris transgéniques surexprimant l’Epo spécifiquement dans le CNS (Tg21). La RVH, qui se met normalement en place au cours du développement post-natal, apparaît légèrement plus tôt chez les souris Tg21, mais n’est pas accentuée avant le sevrage, comme elle l’est à l’âge adulte. Nous avons quantifié l’expression d’Epo et de son récepteur (EpoR) dans le tronc cérébral des souris Tg21. L’expression d’EpoR diminue au cours du développement post-natal, mais la surexpression d’Epo augmente. Ceci pourrait expliquer cette apparition tardive de l’augmentation de la RVH. J’ai par la suite étudié les mécanismes impliqués. J’ai montré par enregistrements électrophysiologiques que la dépression du rythme due à l’hypoxie n’est pas présente dans les troncs cérébraux provenant de souris Tg21. In vitro, le tronc cérébral Tg21 est capable de maintenir le rythme respiratoire en hypoxie. De plus, le patron de décharge des troncs cérébraux Tg21 le jour de la naissance ressemble à celui à trois jours de vie, ce qui laisse penser à une maturation accélérée de la commande centrale respiratoire. Cette dernière observation reste cependant à confirmer. Dans ses autres rôles (e.g. érythropoïétique et neuroprotecteur), l’Epo met en jeu différentes voies de signalisation, dont les voies de signalisation MEK-ERK et PI3K-Akt. J’ai émis l’hypothèse que ces voies de signalisation étaient également mises en jeu dans l’effet que l’Epo a sur la commande centrale respiratoire, et grâce à l’utilisation d’inihibiteurs, mis en évidence que l’une ou l’autre de ces voies de signalisation n’est pas suffisante pour expliquer l’effet bénéfique de l’Epo sur le rythme respiratoire, ce qui laisse penser à un mécanisme compensatoire. / Erythropoietin (Epo) is a cytokin expressed in the central nervous system (CNS). At adulthood, Epo acts as a respiratory modulator which enhances hypoxia ventilatory response (HVR) in both human and mouse. Respiratory disorders in newborns are common, as such finding an adapted treatment is of first interest. I hypothesized that chronic Epo stimulation on the CNS of newborns is helpfull to the central respiratory command to develop and respond to hypoxia. To test this hypothesis, I recorded breathing of transgenic mice overexpressing Epo in the CNS only (Tg21). HVR, which normally sets up during post-natal development, appears earlier in Tg21 mice, but is not higher as observed at adulthood in Tg21 mice. We quantified Epo and EpoR expression in Tg21 brainstems. EpoR expression decreases during post-natal development, while Epo overexpression is enhanced. These results could explain the late apparition of HVR enhancement. Then, I studied the underlying mecanisms. By electrophysiological recordings, I showed that usual rhythm depression due to hypoxia is not present in Tg21 brainstems-spinal cord preparations. In vitro, Tg21 brainstem is able to maintain the respiratory rhythm during hypoxia. Moreover, burst pattern from Tg21 mice on the first day of post-natal life looks like the burst pattern at three living days, which suggests an earlier maturation of the central respiratory system. However, this observation needs to be confirmed. In other roles (e.g. erythropoietic and neuroprotector) Epo recruits different pathways, mostly MEK-ERK and PI3K-Akt pathways. I hypothesized that these pathways are also involved in Epo effect on the central respiratory command. Thank to specific inhibitors, I highlighted that one of these pathways is not sufficient to support Epo role on newborn breathing, suggestiong a compensatory mechanism.

Les interactions réciproques entre les systèmes immunitaires innés central et périphérique s’avèrent essentielles au maintien de l’homéostasie du CNS en conditions basales. En contexte neuropathologique, les actions concertées de ces deux systèmes connexes sont déterminantes pour instaurer les changements adaptatifs nécessaires au maintien de l’activité neuronale et un retour éventuel à l’équilibre homéostatique. Au cours de la dernière décennie, il fut établi que des anomalies dans les fonctions des cellules myéloïdes sont inhérentes à l’apparition et à la progression de pathologies neurodégénératives et psychiatriques. Plusieurs allèles de susceptibilité associées aux monocytes furent identifiées comme importants facteurs de risques, mais les fonctions exactes exercées par ces cellules en contextes neuropathologiques demeurent relativement obscures. Les deux études présentées dans cette thèse leur attribuent un rôle crucial dans la neuroprotection en contexte d’excitotoxicité ainsi que dans l’élimination de l’Ab cérébrovasculaire et parenchymale chez un modèle murin transgénique de la maladie d’Alzheimer. Dans un premier temps, nous rapportons chez la souris C57BL/6J que des macrophages dérivés des monocytes circulants envahissent transitoirement le parenchyme cérébral à la suite d’une insulte excitotoxique locale induite par le kaïnate. L’administration de cette excitotoxine réduit considérablement les niveaux des monocytes patrouilleurs dans le sang, et la délétion sélective de ces cellules amenuise significativement la survie neuronale. En fait, l’ampleur des lésions neuronales corrèle inversement avec l’abondance des monocytes patrouilleurs en circulation. Dans la seconde étude, nous avons observé que les monocytes patrouilleurs sont sélectivement mobilisés dans la cavité luminale des veines corticales truffées d’Ab, chez la souris APP/PS1. Ces monocytes ingèrent les dépôts vasculaires d’Ab depuis le côté luminal et rampent momentanément sur les parois avant de rejoindre la circulation sanguine avec leur cargo amyloïde. L’abrogation de ce phénomène, via la délétion spécifique des monocytes patrouilleurs, provoque une augmentation significative de la densité cérébrale des plaques amyloïdes. Par conséquent, ces études positionnent les monocytes patrouilleurs comme régulateurs clés de la survie neuronale et des niveaux d’Ab dans l’encéphale. L’élucidation de ces fonctions inédites introduit de nouvelles pistes de recherche et de thérapie pour la maladie d’Alzheimer et autres pathologies du CNS comportant des processus excitotoxiques. / The functional interplay between the central and peripheral immune systems is instrumental for preserving the CNS homeostasis. In neuropathological contexts, the reciprocal actions of peripheral and central immune cells orchestrate adaptive changes allowing the CNS to cope with the encountered stress, and eventually restore the homeostatic state. During the last decade, myeloid cells have emerged as key therapeutic targets for many autoimmune, neurodegenerative and even psychiatric diseases. Many disease susceptibility variants associated to myeloid cells were identified, but the precise functions assumed by monocytes have remained mostly elusive. The two studies described herein report on the pivotal role of patrolling monocytes in supporting neuronal surival during excitotoxicity, as well as eliminating Ab peptides from the CNS in a transgenic murine model of Alzheimer’s disease. In the first study, we show in mice that monocytes temporarily engraft the brain following a local excitotoxic insult induced by the glutamate analog kainate. Circulating levels of patrolling monocytes are also profoundly altered following the administration of the excitotoxin, and the targeted deletion of patrolling monocytes significantly compromised neuronal survival. Moreover, the extent of neuronal death negatively correlated with levels of patrolling monocytes in the blood. In the second study, we demonstrate that patrolling monocytes are selectively attracted to Ab-laden veins in the cerebral cortex of adult APP/PS1 mice. These monocytes do not crawl on the luminal side of Ab-positive arteries or Ab-free blood vessels. Interestingly, patrolling monocytes carry intracellular loads of Ab in veins, and eventually circulate back to the bloodstream. The selective removal of patrolling monocytes significantly increased Ab load in the brain. Therefore, our results indicate that patrolling monocytes are strategically positionned to promote neuronal survival following kainate administration and abate cerebral levels of Ab in APP/PS1 mice. These findings open new research and therapeutic avenues for Alzheimer’s disease as well as neuropathological disorders implicating excitotoxicity.

Les parasites à cycle de vie complexe peuvent modifier le comportement de leurs hôtes intermédiaires,ce qui semble souvent faciliter la transmission du parasite à l'hôte final. La manière dont les parasites y parviennent et, plus précisément, ce qui est modifié dans le cerveau de l'hôte, reste en grande partie à découvrir. Nous avons étudié ici l'épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus), l'hôte intermédiaire du parasite cestode Schistocephalus solidus. Lorsque infectées, les épinoches présentent une diminution dans leurs réponses antiprédateur. À ce jour, nous savons que les épinoches infectées présentent une augmentation de l'expression cérébrale de leur gène IMPA 1, qui code l'enzyme IMPase1, une étape clé de la synthèse du myo-inositol. Il est intéressant de noter que les niveaux d'IMPase 1 et de myo-inositol sont les principales cibles du traitement au lithium chez les patients atteints de troubles bipolaires. Bien qu'ils soient des candidats prometteurs, nous ne savons pas s'ils sont directement impliqués dans les modifications comportementales chez les poissons infectés. Notre principal objectif était donc d'effectuer une analyse fonctionnelle pour savoir si une altération de la voie cérébrale du myo-inositol avait une implication directe dans ces altérations. Nous avons injecté à des poissons non infectés du myo-inositol exogène (90 mM, n = 20) ou une solution saline (25 ppt, n = 20) pour induire la production de myo-inositol endogène, et nous avons exposé les poissons infectés à du chlorure de lithium (12,5 mM, n = 20). Contrairement à nos attentes, les poissons non infectés exposés à du myo-inositol exogène ou endogène n'ont pas montré d'altération de leur comportement. Cependant, les poissons infectés traités au lithium ont passé moins de temps à nager près de la surface, ont par couru une distance plus courte, ont eu une latence plus élevée pour se nourrir et ont passé plus de temps sans bouger après une attaque de prédateur. Ces résultats suggèrent que la voie du myo-inositol pourrait être impliquée dans les altérations comportementales observées chez les épinoches infectées. Ce mémoire contribue à l'élucidation des mécanismes moléculaires qui sous-tendent l'altération du comportement chez un hôte due à la présence d'un parasite. / Complex life cycle parasites can alter the behavior of their intermediate hosts, which often seems to facilitate the parasite transmission to the final host. How parasites achieve this and, more specifically,what is changed in the host brain remains largely uncovered. Here we studied the threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus), the intermediate host of the cestode parasite Schistocephalus solidus. While infected, sticklebacks have severe impairments in their antipredator responses. To date, we know that infected sticklebacks have an increase in their IMPA 1 gene brain expression, which encodes the IMPase 1 enzyme, a key step in the myo-inositol synthesis. Interestingly, IMPase 1 and myo-inositol levels are the main targets of lithium treatment in patients with bipolar disorder. Although promising candidates, we do not know if they are directly implicated in behavioral alterations in Schistocephalus-infected fish. Thus, our main objective was to perform a functional analysis of whether an alteration in the cerebral myo-inositol pathway had a direct implication in such alterations. We injected uninfected fish with exogenous myo-inositol (90 mM, n = 20) or with a saline solution (25 ppt, n = 20) to induce the production of endogenous myo-inositol, and exposed infected fish to lithium chloride (12.5 mM, n= 20). Contrary to our expectations, uninfected fish exposed to exogenous or endogenous myo-inositol did not show alterations in their behavior. However, infected fish treated with lithium spent less times wimming close to the surface, traveled a shorter distance, had a higher latency to feed, and spent more time frozen after a predator attack. These results suggest that the myo-inositol pathway might be implicated in the behavioral alterations observed in infected sticklebacks. This thesis contributes to the elucidation of the molecular mechanisms underlying behavioral alteration in a host due to the presence of a parasite.

L'obésité est un fléau dont la prévalence croît de manière impressionnante dans la société occidentale. Parallèlement, cette croissance de l'obésité est associée à une constellation d'anomalies métaboliques et hémodynamiques qui constituent toutes des facteurs de risque indépendants de maladies cardiovasculaires. Cette constellation d'anomalies métaboliques centrée autour de l'obésité abdominale se nomme syndrome métabolique et est caractérisée par une résistance à l'insuline, une dyslipidémie athérogène, une tension artérielle élevée et un état proinflammatoire et prothrombotique. Il est clair toutefois que les sujets souffrant du syndrome métabolique constituent une population très hétérogène dont le risque de mortalité cardiovasculaire est augmenté, mais hétérogène lui aussi. L'hypertension d'effort (HTE) est un phénomène rencontré lors des épreuves d'effort diagnostiques, dont la prévalence varie de 3 à 30 % dans les diverses populations étudiées. L'HTE est prédictive de la survenue ultérieure d'hypertension de repos et est associée à un risque de morbidité et de mortalité cardiovasculaire augmenté. L'HTE n'avait, avant la présente étude, jamais été étudiée chez les patients avec syndrome métabolique. Le but de la présente étude était donc d'évaluer la prévalence d'HTE chez les patients avec syndrome métabolique et d'évaluer la relation entre l'HTE et divers paramètres métaboliques. Enfin, cette étude visait à identifier l'influence du système nerveux autonome dans la pathogénèse de l'HTE chez les patients avec syndrome métabolique. Cette étude nous a donc permis de démontrer que l'HTE était très prévalente chez les patients avec syndrome métabolique. De plus, elle suggère que le cholestérol LDL était plus élevé chez les sujets avec syndrome métabolique et HTE que chez les patients avec syndrome métabolique et réponse normale à l'effort. Enfin, les résultats de cette étude démontrent que les sujets avec HTE et syndrome métabolique présentent des indices parasympathiques plus élevés lors de l'analyse de leur variabilité RR cardiaque.

Dans les couches II-III du néocortex du rat, les neurones pyramidaux sont connus pour générer des potentiels d'action rétropropagés dans les dendrites. Cela entrainerait l'entrée de calcium dans les dendrites, diminuant le calcium disponible au niveau présynaptique. Sachant que la probabilité de relâche des vésicules de neurotransmetteurs est dépendante de la concentration en calcium périsynaptique, nous avons supposé que les potentiels d'action provoquent une diminution temporaire en [Ca²⁺]₀ autour des neurones qui émettent des potentiels d'action, ce qui affecte la libération de neurotransmetteurs. Ce mémoire présente une vérification de l'effet, sur le taux d'échec synaptique, du potentiel d'action dans le neurone postsynaptique dans des délais de l'ordre des dizaines de millisecondes. Les enregistrements in vitro ont été réalisés en current-clamp avec un ou quatre potentiels d'action et en voltage-clamp avec une ou quatre dépolarisations simulant des potentiels d'action. Les réponses synaptiques ont été examinées de 10ms à 100ms après le ou les potentiels d'action. Nous avons démontré que quatre potentiels d'action dans un neurone postsynaptique diminuent la probabilité de libération de neurotransmetteurs au niveau présynaptique pour des dizaines de millisecondes.

Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) résultent d’une insuffisance d’apport sanguin au cerveau et constituent la troisième cause de décès mondial. Expérimentalement et cliniquement, un AVC est suivi de réactions inflammatoires aiguës et prolongées et environ un tiers des survivants souffrent de démence post-AVC. Bien que plusieurs mécanismes aient été expliqués comme étant impliqués dans la pathologie de l’AVC, une thérapie efficace visant à minimiser les conséquences post-AVC n’a toujours pas été établie. Dans cette thèse, nous avons exploré la pathologie de la protéine TDP-43 et l’association de la neuroinflammation dans le modèle d’occlusion de l’artère cérébrale moyenne dans le vieillissement (chapitre 2), un modèle d’hypoperfusion cérébrale chronique (HCC): modèle pour la démence vasculaires et les effets thérapeutiques d’IMS-088 dans le modèle d’hypoperfusion cérébrale chronique (chapitre 3). Dans le premier chapitre, nous observons qu’une accumulation cytoplasmique de TDP-43 ubiquitinée dépendante de l’âge peut moduler les réponses inflammatoires post-ischémiques comme l’activation microgliale et de grands infarctus chez les souris âgées post-accidentvasculaire cérébral (AVC). Nous avons également observé qu’une augmentation/surexpression de TDP-43 potentialise les réponses NF-κB et les lésions ischémiques post-AVC. Finalement, nous observons la présence dans le cytoplasme de structures immunoréactives de TDP-43 dans des tissus humains post-mortem-AVC. Dans le chapitre 2, nous montrons que HCC induit une accumulation cytoplasmique en plus de la formation d’agrégats insolubles de phospho-TDP-43 dans les neurones corticaux. La présence de TDP-43 cytoplasmique a également été détectée dans les maladies humaines (démencevasculaire). La dérégulation de TDP-43 a été associée avec une activation microgliale et de la voie NF-κB en plus du développement de déficits moteurs et cognitifs après 2 mois de HCC. Finalement, dans le chapitre 3, nous avons étudié l’efficacité du nouveau médicament IMS-088 (analogue semi-synthétique de withaferin A) qui vise à moduler l’inflammation post-ischémique en ciblant la voie NF-κB chez les souris HCC. Après 2 mois de traitement oral de IMS-088, les souris HCC ont montré une amélioration importante des résultats cognitifs et moteurs en plus d’une restauration de la balance nucléaire et cytoplasmique de TDP-43 ainsi qu’une diminution de l’activation microgliale, de la mort cellulaire et une amélioration de l’autophagie. Selon ces résultats, IMS-088 devrait être considéré comme un candidat potentiel pour des interventions thérapeutiques futures pour HCC et pour d’autres protéinopathies avec TDP-43. / Stroke results from insufficient blood supply to the brain and is the third leading cause of death in the world. Experimentally and clinically, stroke is followed by acute and prolonged inflammatory responses, and about a third of stroke survivors suffer from post-stroke dementia. Although numerous mechanisms have been explained to be involved in stroke pathology, an effective therapy to minimize post stroke consequences is still to be established. In this thesis, we have explored TDP-43 protein pathology and associated neuroinflammation in middle cerebral artery occlusion model (MCAO) in aging (chapter 2) and in chronic cerebral hypo-perfusion model(CCH): model for vascular dementia and therapeutic effects of IMS-088 in the chronic cerebral hypo-perfusion (CCH) model (chapter 3). In the chapter 2, we observed age-dependant cytoplasmic accumulation of ubiquitinated TDP-43 can modulate the post-ischemic inflammatory responses like microglial activation and large infarctionsafter acute stroke. We also observedthat an increase / over expression of TDP-43, potentiates NF-κB response and ischemic injury after stroke. Finally, we observed the presence of cytoplasmic TDP-43 immunoreactive structures in post-mortem-stroke human brain tissues.In the chapter 3, we reported that CCH induces cytoplasmic accumulation and formation of insoluble phospho-TDP-43 aggregates in cortical neurons. Presence of cytoplasmic TDP-43 was also detected in human disease (vasculardementia). Further, mislocalizationof TDP-43 was associated with microglial and NF-κB activation as well as development of cognitive and motor impairments after 2 months of CCH. Finally, in chapter 3 we studied the efficacy of a novel drug IMS-088 (semi-synthetic analog of withaferin A) which is aimed to modulate post ischemic inflammation by targeting NF-κB pathway in the CCH mice. After 2 months of oral IMS-088 treatment, CCH mice showed marked improvement in cognitive and motor outcome along with restoration of nuclear vs cytoplasmic TDP-43 balance and decreased microglial activation, cell death and improved autophagy. Basing on these evidences, IMS-088 should be considered as potential candidate for therapeutic interventions in CCH and other TDP-43 proteinopathies.

Des avancées thérapeutiques majeures résultantes de plusieurs décennies de recherche intensives ont significativement modifié la physionomie de l'infection au virus de l'immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1). Dans plusieurs pays, mais pas tous, les personnes infectées peuvent désormais bénéficier de la trithérapie antirétrovirale pour contrôler la charge virale systémique. Néanmoins, pour plus de la moitié des cas d'infection, des particules virales sont présentes très tôt dans le système nerveux suivant la neuroinvasion du virus et occasionnent différentes dysfonctions neurocognitives. Fait important, la prévalence de ces troubles neurologiques persiste même en présence d'un traitement suppressif et efficace. Le système nerveux agit donc comme sanctuaire où le virus peut infecter des microglies et astrocytes pour ainsi causer une réaction neuroinflammatoire délétère pour la physiologie neuronale. De nombreuses recherches ont d'ailleurs démontré que les dommages au cerveau corrèlent davantage avec cette réaction qu'avec la charge virale. Dans un premier temps, cette thèse présente un article de revue faisant état d'une problématique majeure intimement reliée à l'infection par le VIH-1 dans le cerveau. Nous décrivons le débalancement abrute dressé par un profil sécrétoire prépondérant en composés neurotoxiques accompagné par un déclin important dans la production de différents composés neurotrophiques. Plus précisément, nous discutons plus en détail les divers rôles de premiers plans entrepris par ces composés neurotrophiques dans ce contexte de neuropathogenèse. De façon additionnelle, nous adressons les mécanismes biologiques variés par lesquels le virus, directement ou indirectement, interfère avec leurs productions et leurs rôles fondamentaux dans le cerveau de sujets infectés. Enfin, nous discutons des retombées pathophysiologiques de telles perturbations. Par la suite, nous présentons un premier article de recherche complété se concentrant justement sur la relation entre le VIH-1 et l'un de ces facteurs neurotrophiques, nommément la chimiokine fractalkine. Nous y présentons une relation de causalité entre l'infection d'astrocytes et la réduction de cette chimiokine autant au niveau transcriptomique que protéomique. Par des comparaisons directes avec d'autres cytokines exprimées par les astrocytes, nous mettons en évidence un dérèglement transcriptionnel spécifique de celle-ci. Ainsi, nous évoquons un mécanisme biologique particulier faisant intervenir des défauts dans le recrutement du facteur de transcription NF-κB au promoteur du gène codant pour la fractalkine. Ensuite, nous caractérisons les facteurs solubles produits de cellules infectées/activées connus pour jouer un rôle dans la sécrétion de la fractalkine par les astrocytes. La dernière partie de cet article confirme le potentiel neuroprotecteur de cette chimiokine contre l'apoptose neuronale lors d'une exposition à du milieu conditionné de cellules infectées. Nous terminons en proposant qu'un dérèglement dans la signalisation de la fractalkine dans le cerveau accentue le débalancement décrit en détail dans l'article précédent et puisse avoir des conséquences notables pour la survie neuronale. Pour finir, dans le cadre d'un deuxième projet de recherche, un autre chapitre de cette thèse est alloué à des données préliminaires mettant en lumière le potentiel anti-inflammatoire de la fractalkine. Les données présentées illustrent l'expression du récepteur correspondant sur des microglies, autant infectées que non-infectées, avec entre autres une réponse fonctionnelle à la fractalkine recombinante se traduisant par une modulation du profil inflammatoire. Par conséquent, cette étude aborde un autre rôle intrinsèque de ce facteur qui serait bénéfique dans l'optique de mieux contrôler l'activité microgliale parfois neurotoxique. D'autres investigations présentement en cours et prévues prochainement permettront idéalement d'approfondir cet aspect intéressant. Globalement, ces travaux de recherche de doctorat permettent une mise en perspective de la relation entre le VIH-1, la production de la fractalkine par les astrocytes et ses propriétés bénéfiques dans le cerveau sous des conditions neuroinflammatoires. Les données présentées ici permettent de laisser entrevoir une possible percée thérapeutique dans le but de mieux contrôler les symptômes d'ordre neurocognitifs associés à l'infection au VIH-1 qui, rappelons-le, demeurent prévalents.

L'origine et la fonction des cellules immunitaires du système nerveux central (SNC), connues sous le nom de microglies, sont controversées. Les objectifs de cette thèse étaient de déterminer si les cellules souches de la moelle osseuse peuvent infiltrer le SNC et se différencier en cellules microgliales, et d'élaborer plus précisément si les microglies sont bénéfiques ou dommageables aux neurones lors des maladies neurodégénératives. Premièrement, nous établissons que les cellules de la moelle osseuse peuvent en effet infiltrer différentes régions du SNC, et qu'elles se différencient en microglies périvasculaires et parenchymateuses. De plus, les microglies originaires de la moelle osseuse expriment fortement la protéine CD1 le, suggérant qu'elles sont de meilleures cellules présentatrices d'antigène que les microglies parenchymateuses déjà présentes dans le SNC. Il est alors possible que les microglies infiltrantes jouent un rôle important dans le maintien du bon fonctionnement du SNC, surtout durant les infections cérébrales et les maladies neurodégénératives. Nous démontrons ensuite que la réponse immunitaire microgliale protège les neurones contre l'excitotoxicité aiguë par un mécanisme qui dépend de la voie de signalisation MyD88/NF-icB. De plus, les cellules de la moelle osseuse sont fortement attirées vers les régions affectées par la mort neuronale, mais que ces cellules ne sont pas critiques à la protection neuronale dans les stages initiaux de l'excitotoxicité. Au contraire, dans ce model neurodégénératif aiguë, ce sont les microglies résidentes du cerveau qui sont bénéfiques. Nous avons ensuite étudié le rôle des microglies infiltrantes dans un modèle animal de la maladie neurodégénérative chronique d'Alzheimer. Ces cellules microgliales sont attirées en grand nombre par la P-amyloïde, se dirigent vers les plaques séniles et les infiltrent. Nous confirmons aussi qu'une réponse immunitaire spécifique est engendrée par la Pamyloïde. Finalement, nous démontrons que les microglies provenant de la moelle osseuse restreignent la formation des plaques séniles en phagocytant la p-amyloïde. En conclusion, les résultats de cette thèse démontrent qu'il y a en effet deux populations de microglies et que le rôle de ces cellules varie en fonction du processus neurodégénératif aigu ou chronique. Il serait possible d'utiliser les cellules souches hématopoiétiques comme véhicule thérapeutique, surtout pour contrôler la cascade amyloïde et le déficit cognitif.