Méthode simple et non invasive permettant d’évaluer l’influence du système nerveux autonome (SNA) sur la fonction cardiaque. Le SNA est constitué de deux branches aux actions antagonistes. Celle dite sympathique est cardio-activatrice et celle dite parasympathique cardio-modératrice. Très étudié dans les sports d’endurance, les indicateurs parasympathiques de la VFC issus de l’analyse spectrale (Hautes fréquences, HF) et temporelle (RootMean Square of the Successive Differences, RMSSD) s’y avèrent pertinents pour le suivi d’entraînement. Dans un sport comme le football, le grand nombre de matchs durant la saison rend essentiel l’équilibre entre entraînement et récupération. Dans ce contexte,l’utilisation de la VFC peut aider les entraîneurs à optimiser l’entraînement et donc la performance physique des joueurs. Beaucoup de clubs Européens utilisent le marqueur recommandé dans les sports d’endurance (RMSSD). Or le football, sport intermittent,implique théoriquement plus des mécanismes sympathiques (réactivité) que parasympathiques.Effectivement, nos travaux, chez des footballeurs professionnels, montrent que RMSSD n’est pas l’indicateur le plus pertinent, que ce soit pour le suivi d’entraînement lors d’une pré-saison, que pour prédire la perception de la forme physique en compétition.L’analyse spectrale lors d’enregistrements dans la position debout se révèle logiquement plus adaptée puisque cette position met en oeuvre le système sympathique. Cependant, cette analyse ne permet pas d’identifier clairement les influences du SNA. De plus,nos résultats remettent en question l’attribution à l’influence parasympathique de RMSSD. En conclusion,la VFC en position debout est un outil pertinent dans la pratique d’un sport intermittent à haut niveau. / Heart Rate Variability (HRV) is a simple and noninvasive tool to assess autonomic nervous system(ANS) influences to the heart. ANS is made of twoopposing effect branches. The sympathetic oneactivates the heart while the parasympathetic one slowsit down. Parasympathetic indicators derived from HRVare well studied in the context of endurance sports.They could be determined by means of time or spectralanalysis (Root mean Square of the Successive Difference, RMSSD, and High Frequency, HF, respectively). They provide key information to monitor training adaptation. In the case of soccer, a balance between training charge and recovery is necessary because of the numerous games during a whole season. HRV is supposed to assist coaches in order tooptimize training and thus players’ physical performance. Many European soccer clubs use the indicator recommended for endurance sports (RMSSD). However, soccer is an intermittent sport that involves theoretically more the sympathetic nervous system(reactivity) than the parasympathetic one. Our studies on professional soccer players show that RMSSD is not the most relevant indicator, neither to monitor training during a pre-season nor to predict fitness perception during competition. We demonstrated that HRV spectralanalysis performed while players are standing is more appropriate since this position involved the sympathetic nervous system. However, spectral analysis failed toidentify sympathetic nervous system as the key determinant of soccer training adaptation. In addition, our results challenged the link between RMSSD and the parasympathetic nervous system. In conclusion,spectral analysis of HRV performed in the standing position is a useful tool in the case of intermittent highlevel sports.

L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier la réactivité autonomique cardiaque à des stimulations aversives au cours du sommeil et les phénomènes pouvant la moduler. Pour ce faire, nous avons utilisé une technique d’analyse temps-fréquence de la variabilité du signal RR (inverse de la fréquence cardiaque), basée sur des transformées en ondelettes de ce signal, lors de stimuli nociceptifs chez des sujets sains et en réponse à des évènements respiratoires obstructifs chez des patients apnéiques. Notre première étude suggère que la réactivité autonomique cardiaque en réaction à des stimuli nociceptifs est dépendante d’une activation sympathique qui est préservée dans tous les stades du sommeil. De plus, bien que cette réactivité cardiaque soit présente même lorsque la stimulation ne donne pas lieu à une réaction d’éveil, elle est plus importante si la stimulation est suivie d’une réaction d’éveil cortical, et ceci quelque soit le stade de sommeil. La deuxième étude, réalisée chez des patients apnéiques, montre que la réactivité autonomique en réponse aux évènements respiratoires obstructifs est dépendante essentiellement de la réactivité sympathique qui est modulée par le processus de réaction d’éveil plutôt que par les stades de sommeil ou par la sévérité des évènements respiratoires. Enfin, la troisième étude révèle qu’un niveau d’activité sympathique cardiaque élevé avant les stimulations nociceptives ou pendant les évènements respiratoires obstructifs peut favoriser l’apparition de réactions d’éveil. En conclusion, nos résultats sont en faveur du maintien de la réactivité sympathique cardiaque à des évènements aversifs au cours du sommeil et ceci dans tous les stades de sommeil. Cette réactivité sympathique est essentiellement modulée par le processus qui mène à la réaction d’éveil cortical, processus auquel semble participer un niveau sympathique basal élevé / The aim of this work was to study cardiac autonomic reactivity to aversive stimulations during sleep and the phenomena that could modulate this reactivity. We used time-frequency method of RR intervals variability (or heart rate variability), based on wavelet transform during nociceptive stimulations in healthy subjects and obstructive respiratory events in apnoeic patients. Our first study showed that the cardiac autonomic reactivity to nociceptive stimulations is sympathetically-driven cardiac activation in reaction, and preserved during all sleep stages. Furthermore, albeit cardiac reactivity persisted even in the absence of arousals, it was higher when a cortical arousal followed the noxious stimulus whatever the sleep stages. Our second work showed, in apnoeic patients, that cardiac autonomic reactivity in response to obstructive respiratory events was also dependent on sympathetic reactivity, mainly modulated by arousal process rather than sleep stages or severity of respiratory events. At last, our third work showed that cardiac sympathetic level before nociceptive stimuli or during respiratory events could favour cortical arousal. In conclusion, cardiac sympathetic reactivity in response to aversive stimuli during sleep is preserved during all sleep stages. This sympathetic reactivity is modulated by arousal process rather than sleep stages or severity of respiratory events. Cardiac sympathetic activity during sleep could take part in arousal process, by favouring cortical arousal

Lorsque le système nerveux central des mammifères est lésé, un ensemble de réactions secondaires impliquant l’inflammation et une gliose réactive conduit à la formation d’une cicatrice gliale qui inhibe la régénération axonale. Dans le cas d’une lésion de la moelle épinière l’absence de réparation efficace des réseaux axonaux lésés peut conduire à la paraplégie ou à la tétraplégie. Aujourd’hui on estime à plus de 2,5 millions le nombre d’individus dans le monde souffrant de ces handicaps et il n’existe à ce jour aucun traitement validé pour améliorer la situation des patients. Cependant, certaines approches de thérapie moléculaire, cellulaire, et de réadaptation semblent toutefois prometteuses sur modèle animal. La dégradation des chondroitines sulfates protéoglycanes (CSPGs), principales protéines inhibitrices de la cicatrice gliale, par clivage des coeurs protéiques et ou des chaînes latérales glycosaminoglycanes favorise la régénération axonale et entraîne une récupération fonctionnelle. Des études ont montré que la métalloprotéase matricielle MMP‐2 est capable de dégrader le coeur protéique de ces CSPGs. Par ailleurs, les cellules engainantes de la muqueuse olfactive (CEOs) occupent une place privilégiée parmi les types cellulaires proposés dans la thérapie cellulaire en favorisant la croissance axonale et la récupérationfonctionnelle après lésion de la moelle épinière. Cependant, les mécanismes qui sous‐tendent les propriétés régénératrices des CEOs restent essentiellement inconnus. Dans notre Thèse, nous présentons nos travaux en trois parties. Dans la première, nous montrons in vitro que : i) les CEOs en culture primaire secrètent des taux élevés de MMP‐2, au moins en partie active ; ii) les gélatinases MMP‐2 et MMP‐9 présentent une sécrétion vésiculaire golgi‐dépendante; iii) la distribution des vésicules contenant les MMPs est liée à celle du cytosquelette et des moteurs moléculaires qui participent probablement à une sécrétion focalisée de ces molécules en fonction d’interactions entre le milieu extracellulaire et le cytosquelette ; iv) les MMPs peuvent avoir une distribution nucléaire dans les CEOs ; v) MMP‐2 jouerait un rôle dans la migration des CEOs, un processus important dans leurs capacités à réparer le tissu nerveux. Dans la seconde partie de notre thèse, nous avons développé un modèle de cicatrice gliale in vitro et nous montrons que : i) la migration des cellules astrocytaires de la cicatrice gliale in vitro est sensible aux effets des inhibiteurs des MMPs, contrairement aux cellules microgliales ; ii) les CEOs lèvent l’inhibition de croissance axonale due aux cellules astro‐microgiales ; iii) le potentiel des CEOs à créer un environnement permissif à la croissance axonale serait lié aux gélatinases sécrétées par ces cellules, en particulier MMP‐2. Dans la troisième partie de notre Thèse, nous avons évalué in vivo si MMP‐2 contribuait aux effets bénéfiques des CEOs. Nous montrons pour la première fois, dans un model animal d’hémisection de la moelle épinière, et en utilisant des approches anatomiques, électrophysiologiques et d’analyse de la locomotion, qu’une administration chronique de MMP‐2 recombinante : i) augmente le nombre et le diamètre des axones du coté distal du site de lésion ; ii) restaure la réponse évoquée du reflexe‐H distal au site de lésion ; iii) améliore la réponse respiratoire à la fatigue musculaire induite électriquement et, iv) le plus important, améliore la récupération de la locomotion. L’ensemble de notre travail suggère que MMP‐2 sécrétée par les CEOs jouerait un rôle important des les propriétés bénéfiques de ces cellules lorsqu’elles sont transplantées dans des sites de lésions de la ME, et que cette MMP présente un réel potentiel thérapeutique qui reste à explorer. / When the mammalian central nervous system is injured, a set of secondary reactions involving inflammation and reactive gliosis leads to the formation of a glial scar that inhibits axonal regeneration. In the case of a spinal cord lesion, the lack of effective repair of injured axonal networks can lead to paraplegia or quadriplegia. Today it is estimated that more than 2.5 million people are suffering from these handicaps worldwide, and there is as yet no validated treatment to improve the situation of patients. However, based on animal models, some molecular, cellular, and rehabilitation therapy approaches seem promising. Degradation of chondroitin sulfate proteoglycan (CSPG), the main inhibitory protein of the glial scar, by cleavage of either the protein core or side chains glycosaminoglycans, promotes axonal regeneration and leads to functional recovery. Studies have shown that the matrix metalloproteinase MMP-2 is capable of degrading the core protein of the CSPG. In addition, olfactory mucosa ensheathing cells (OECs) represent the most promising cell type for promoting axonal growth and functional recovery after spinal cord injury. However, the mechanisms underlying the regenerative properties of OECs remain essentially unknown. Here, we present our work in 2 parts. First, we show in vitro that: i) OECs in primary culture secrete high levels of active MMP-2; ii) both gelatinases, MMP-2 and MMP-9, have a vesicular Golgi-dependent secretion; iii) the distribution of vesicles containing the MMPs is linked to cytoskeleton and molecular motors distribution, which are probably involved in focused secretion of these molecules; iv) MMPs may have a nuclear distribution in OECs; v) MMP-2 plays a role in the migration of EOCs, an important process in their ability to repair nerve tissue. In the second part of my work, we evaluated whether the MMP-2 contributed to the beneficial effects of EOCs. We used an in vivo approach and we show for the first time, in an animal model of hemisection of the spinal cord, and using anatomical, electrophysiological analysis of locomotion approaches, that a chronic administration of recombinant MMP-2: i) increases the number and diameter of axons in the distal side of the site of injury; ii) restores the response-evoked H-reflex distal to the lesion site, iii) enhances the respiratory response to electrically-induced muscle fatigue, and iv) most importantly, improves the recovery of locomotion. All our work suggests that MMP-2, secreted by the EOCs, plays an important role in the recovery properties of these cells, when transplanted into spinal cord lesions, and that this MMP has a real therapeutic potential that remains to be explored.

L‟épissage alternatif est un mécanisme de régulation de l‟expression des gènes ayant pris une importance croissante dans l‟étude du vivant. Si des méthodes existent pour déterminer les gènes qui y sont soumis, peu d‟outils sont disponibles pour suivre ces événements d‟épissage in vivo au cours du développement. Pourtant, la caractérisation des régulations sous-jacentes à ces évènements et la détermination des facteurs impliqués sont dépendantes de stratégies fiables pour les visualiser dans des conditions physiologiques.Nous avons développé un système adapté à l‟étude d‟événements d‟épissage basé sur un rapporteur fluorescent bicolore. Nous l‟avons appliqué à cinq gènes de l‟organisme modèle Caenorhabditis elegans et avons suivi leur épissage in vivo.Parmi les différents gènes suivis, deux d‟entre eux suivaient un modèle d‟épissage potentiellement stochastique, un autre une absence d‟épissage alternatif détectable. Les deux derniers gènes présentent un profil d‟épissage spécifique à certain types cellulaires mais ont un effet toxique sur l‟organisme lorsque nous les avons exprimés à partir de concatémères extrachromosomiques. Pour remédier à cela, nous avons choisi de mettre en place une méthode simplifiée d‟insertion en simple copie des rapporteurs utilisant le CRISPR-Cas.Nos résultats indiquent que le système rapporteur fonctionne avec succès. Cependant, il peut encore être amélioré pour se rapprocher des taux physiologiques de transcription grâce à une insertion en simple copie dans le génome de l‟organisme. Nous avons également révélé un événement sous le contrôle de régulations spatiales, temporelles et conditionnelles. De plus, nous avons créé une série de constructions capables de déterminer les éléments en cis impliqués dans la régulation du gène top-1. / Alternative splicing is a regulatory mechanism of gene expression which is increasingly studied in Life Science. Methods exist to study this mechanism but specific tools to follow each alternative splicing event in a spatio-temporal manner are lacking. Yet, the characterization of the regulation and the elements that determines them depends on valide strategies for visualising them in physiological conditions.We have developped a dual-fluorescent reporter-based system in order to follow alternative splicing event regulation in vivo. It has been applied to five different genes in the model organism Caenorhabditis elegans. Among the genes followed, two follow a potentially stochastic scheme, one show no visible sign of alternative splicing. The last display tissue specific splicing patterns but developed a toxic effect in the animal when expressed from a multicopy extrachromosomal array. To remediate this problem, we decided to develop a method that allows for simpler single copy insertion of fluorescent reporter using CRISPR-Cas.Our results indicates that the dual-fluorescent reporter works well. However, this system can be upgraded by getting close to physiological rates of transcription allowed by single-copy insertion in the genome of C.elegans. We also discovered an alternatiove splicing event which follows a spatial, temporal and conditionnal regulation. Moreover, we constructed a set of different reporter to unravel the regulation observed in the gene top-1.

Dans ce projet nous nous intéresserons à la création d’un nouveau modèle permettant de simuler des enregistrements extracellulaires de l’activité électrique neurale dans le système nerveux périphérique. Ce modèle fut développé pour permettre une meilleure compréhension de l’impact des différentes propriétés des interfaces sur la qualité des signaux recueillis. Ce projet fut en particulier conduit pour répondre au contexte actuel qui voit le développement de nombreuses applications dans le domaine des neuro-prothèses et autres interfaces neurales à but biomédical. Nos intentions étaient de fournir un nouvel outil permettant de mieux comprendre les particularités des interfaces existantes ou d’aider à leur amélioration et à la planification de futures innovations. Ce modèle est construit comme la synthèse de la compréhension actuelle des différents rouages biophysiques impactant les enregistrements. Sa structure peut être perçue comme l’assemblage de différents sous-systèmes interconnectés et représentant chacun une dimension du processus. Il s’avère particulièrement efficace pour l’analyse comparative des performances entre diffèrent types/géométries d’électrodes invasives. Dans ce document, nous nous efforcerons d’expliquer en détail la structure et les paramètres de notre modèle. Nous décrirons ensuite les différents tests que nous avons entrepris pour sa validation expérimentale, ainsi que les différentes voies d’applications que nous avons commencé à explorer. Nous finirons par décrire les améliorations qui nous sont apparues comme nécessaires ou possibles et par une discussion sur les ouvertures futures offerte à ce domaine de recherche. / Neural interfaces are becoming a newly dynamic and promising field especially thanks to the numerous applications they could have in the biomedical domain. A great deal of these applications requires a monitoring of targeted neural activity. Among the different technologies available for such recording practice, chronic electrodes implanted in the peripheral nervous system offer a good compromise on the resolution versus invasiveness technological constraint. A large array of electrodes has been developed in this intention but there is still only a limited comprehension of their recording principles and weakness. This makes difficult any targeted improvement of the electrodes and led this field to be mainly dominated by a trial and error empirical approach simultaneously costly in funds, animal lives and time. In particular, intrafascicular electrodes, while providing exiting results for stimulation, have often failed in recordings. These electrodes typically show interesting recording performance right after implantation but have rapid decline of their efficacy up to the points that they often become useless after a few weeks. Such performance proves problematic as they drastically limit the transfer of experimental results to human applications. The extent of our work has been the development of a theoretical framework for the study of implantable electrodes. Our goal here has been to construct a model that could be used as a platform to better understand implanted electrode and compare their performance and possible improvement. We focused our work on intrafascicular electrode for the peripheral nervous system. However, our procedure could easily be applied to other type of interface. During this project we first constructed a detailed model of the recording biophysical process happening at the peripheral nerve electrical interface. This model encompasses all the mechanism known to influence the quality and shape of neural activity recordings. We have then recreated within our model specific controlled experiments and by comparing the properties of the simulated recording with their experimental counterparts demonstrated the potency of our approach to produce bio-plausible signals. This validated our model as an in silico alternative to compare and test electrodes. We then further developed this model to also simulate some of the changes happening in the nerve post implantation. In particular, we found that the growth of the fibrotic scar could already explain a large part of the signal degradation happening in the first weeks. Then to demonstrate the adaptability of this model we used it to compare the performance of the main type of electrodes implanted nowadays peripherally. Finally, as the main weakness of our model relied in its relative complexity and the related long computing time, we started to analyze how this model could be simplified without losing the precision necessary for the intended applications. In conclusion, this project led to the creation of a model which in its current form can be used as an in silico platform to test and compare electrodes. This will facilitate the planning and development of future peripheral neural interface by proving both more economical and informative that current strategies. Conjointly, we opened the way to future improvement of our model, leading to more practicality.

Les Flavivirus neuropathogènes, tels que le virus de l’encéphalite japonaise (JEV), le virus West Nile (WNV), le virus de la fièvre jaune (YFV) et le virus Zika (ZIKV) causent des maladies neurologiques. Ces maladies sont dues à une infection des cellules du système nerveux central (CNS) par ces virus. Le CNS est un organe privilégié, isolé des agents pathogènes par une barrière entre le sang et le cerveau, appelée barrière hémato-encéphalique (BBB). Les Flavivirus neuropathogènes capables de traverser cette BBB afin d’atteindre leurs cellules cibles, localisées dans le CNS, sont neuroinvasifs. Le but de cette étude est de comprendre les mécanismes cellulaires permettant aux Flavivirus de traverser la BBB et les effets de l’infection par les virus ZIKV et WNV des cellules du CNS sur le développement de celles-ci.Le YFV est un virus hépatotrope, infectant majoritairement le foie et les reins. Deux vaccins vivants atténués dirigés contre le YFV, le vaccin FNV (pour French Neurotropic Virus) et le vaccin 17D, ont été obtenus empiriquement par passages successifs de souches virulentes de YFV sur cerveaux de souriceaux. Ces vaccins ne causent plus de maladies touchant les reins et le foie, mais peuvent parfois causer des encéphalites post-vaccinales. Ces cas d’encéphalites démontrent que ces souches vaccinales sont devenues neurovirulentes mais aussi neuroinvasives car les virus ont pu franchir la BBB. A cause d’une incidence trop élevée d’encéphalites post-vaccinales par rapport au vaccin 17D, le vaccin FNV a été retiré du marché dans les années 1980.Le JEV est un virus neurotrope, causant des encéphalites graves en Asie du Sud-Est. A ce jour, il existe un vaccin vivant atténué, le JEV SA14-14-2, obtenu empiriquement par passages successifs d’une souche virulente sur cellules de hamster. Ce vaccin est moins neurovirulent et moins neuroinvasif que les souches virulentes de JEV en modèle de souris, et protège contre des infections humaines par le JEV. Cependant, des cas d’encéphalites ont été rapportés après injection de ce vaccin. Il apparait donc que, dans certains cas, la souche vaccinale JEV SA14-14-2 est capable de traverser la BBB et d’infecter les cellules neuronales. Les dernières épidémies à virus ZIKV en Polynésie Française et en Amérique du Sud ont induit une augmentation de cas de malformations congénitales dans les zones touchées. Cela a soulevé de nouvelles questions quant à la capacité d’un Flavivirus à provoquer des malformations congénitales du CNS. Dans cette étude, nous avons identifié les mécanismes cellulaires permettant aux Flavivirus de traverser la BBB et les effets de l’infection par les virus ZIKV et WNV des cellules du CNS sur le développement de celles-ci.Nous avons utilisé deux systèmes in vitro permettant d’étudier le développement du CNS et la neuroinvasion des Flavivirus. Un premier système consiste en l’infection de coupes de cerveaux d’embryon de souris. En utilisant ce système, nous avons montré que le ZIKV a un tropisme préférentiel pour les cellules progénitrices de neurones, alors que le WNV a un tropisme préférentiel pour les neurones. Nous avons également montré que l’infection des progéniteurs neuronaux par le ZIKV induit un arrêt de la mitose cellulaire, alors que l’infection par le WNV n’a aucun effet sur la mitose. L’étude sur l’effet apoptotique de l’infection par les deux virus WNV et ZIKV n’a montré aucune différence entre les deux virus à des temps précoces d’infection.Un deuxième système a été mis au point pour l’étude de la neuroinvasion par les Flavivirus neuropathogènes. Ce système est composé de cellules endothéliales hCMEC/D3 pouvant former des jonctions serrées. Ces cellules ont été cultivées sur filtres d’insert de puits de culture cellulaire Transwell, placés au-dessus de cellules neuronales humaines. A l’aide de ce système, nous avons comparé la capacité à traverser la BBB de plusieurs Flavivirus. / Neuropathogenic Flaviviruses, such as Japanese encephalitis virus (JEV), West Nile virus (WNV), yellow fever virus (YFV) and Zika virus (ZIKV), cause neurological diseases. These diseases are due to viral infection of central nervous system (CNS) cells. The CNS is a privileged organ, isolated from pathogenic agents by a barrier between the blood and the barrier, called the blood-brain barrier (BBB). Neuropathogenic Flaviviruses which can cross this BBB in order to reach their target cells in the CNS, are neuroinvasive. This study aims at understanding the cellular mechanisms by which YFV and JEV Flaviviruses cross the BBB and the effects of viral infection by WNV and ZIKV of the CNS cells during neocortex development.YFV is a hepatrotopic virus, which mostly infects the liver and the kidneys. The two live-attenuated vaccines against YFV, the FNV (for French Neurotropic Virus) vaccine and the 17D vaccine, were obtained empirically by several passages in suckling mouse brain of YFV virulent strains. These vaccines do not cause any disease targeting the liver or the kidneys, but can sometimes cause post-vaccine encephalitis. These encephalitis cases suggest that the vaccine strains have become neurovirulent and neuroinvasive. Due to high risks of post-vaccine encephalitis, the FNV vaccine use was discontinued in the 1980s.JEV is a neurotropic virus, causing acute encephalitis in South East Asia. To date, there is a live-attenuated vaccine against JEV, the JEV SA14-14-2 vaccine, which was obtained empirically by several passages in primary hamster kidney cells. This vaccine is less neurovirulent and less neuroinvasive than JEV virulent strains in mouse model, and it protects against JEV infections. However, some cases of post-vaccine encephalitis were reported. It thus seems that, in some cases, the vaccine strain JEV SA14-14-2 is able to cross the BBB and infect neuronal cells.The recent ZIKV epidemics in French Polynesia and South America were linked to an increase in the number of congenital malformations, rising questions regarding the capacity of a Flavivirus to induce CNS congenital malformations.In this study, we have identified cellular mechanisms involved in Flavivirus neuroinvasion and studied the effect of ZIKV and WNV infection of neuronal cells under development.To study CNS development, we have infected mouse embryos brain slices. We were able to show that ZIKV has a preferential tropism for neuronal progenitors, whereas WNV has a preferential tropism for neuronal cells. We also show that infection of neuronal progenitors by ZIKV impairs the cell life cycle, whereas no effect on the cell life cycle was observed for WNV-infected cells. Studies on apoptosis induction did not show any difference between both viruses at early time points of infection.To study Flavivirus neuroinvasion, we have used an in vitro model of BBB composed of human endothelial hCMEC/D3 cells that can form tight junctions. These cells were cultivated on Transwell inserts and placed above human neuronal cells. Using this system, we show that YFV FNV cross the BBB more efficiently than YFV 17D, suggesting that YFV FNV is more neuroinvasive than YFV 17D. This observation can explain the higher post-vaccine encephalitis risks associated with YFV FNV vaccine compared to YFV 17D vaccine. We also confirmed that JEV SA14-14-2 vaccine strain is less neuroinvasive than JEV RP9.We also examined how JEV crosses the BBB and the endothelial cell response following JEV treatment. We show that both JEV RP9 and SA14-14-2 are able to cross the BBB without infecting its endothelial cells and without disrupting the BBB. Preliminary results suggest that JEV RP9, but not JEV SA14-14-2, crosses the BBB by dynamin-dependant transcytosis. Transcriptomic analysis of endothelial cells treated by either virus show slight, but significant, differences in regulation of genes implicated in several pathways associated with CNS diseases.

Les astrocytes sont des cellules gliales du système nerveux central, essentielles à la formation des synapses, à la barrière hémato-encéphalique ainsi qu’au maintien de l'homéostasie. Récemment, les astrocytes ont été identifiés comme éléments clés du traitement de l'information dans le système nerveux central. Les astrocytes peuvent communiquer avec les neurones au niveau des synapses et moduler la communication neuronale en libérant des gliotransmetteurs et en absorbant des neurotransmetteurs. L’utilisation de nouvelles techniques comme la microscopie à super-résolution et les indicateurs calciques encodés génétiquement a permis de révéler une grande diversité spatio-temporelle des signaux calciques astrocytaires. La majorité de ces signaux sont observés au sein de leurs prolongements cellulaires, qui sont le site de communication entre neurones et astrocytes. Ces prolongements sont trop fins pour être observés en microscopie optique conventionnelle, de sorte que la microscopie à super-résolution et la modélisation informatique sont les seules méthodes adaptées à leur étude. Les travaux présentés dans cette thèse ont pour but d’étudier l'effet des propriétés spatiales (telles que la géométrie cellulaire, les distributions moléculaires et la diffusion) sur les signaux calciques dans les prolongements astrocytaires. Historiquement, les signaux calciques ont été modélisés à l'aide d'approches déterministes non spatiales. Ces modèles ont permis l'étude des signaux calciques à l’échelle de la cellule entière voire à l’échelle du réseau de cellules. Ces méthodes ne prennent cependant pas en compte la stochasticité inhérente aux interactions moléculaires ainsi que les effets de diffusion, qui jouent un rôle important dans les petits volumes. Cette thèse présente un modèle stochastique et spatial qui a été développé dans le but d’étudier les signaux calciques dans les prolongements fins astrocytaires. Ce travail a été réalisé en collaboration avec des expérimentateurs, qui nous ont fourni des données de microscopie électronique et à super-résolution. Ces données ont permis de valider le modèle. Les simulations du modèle suggèrent que (1) la diffusion moléculaire, fortement influencée par la concentration et la cinétique des buffers calciques endogènes et exogènes, (2) l'organisation spatiale intracellulaire des molécules, notamment le co-clustering des canaux calciques, (3) la géométrie du reticulum endoplasmique et sa localisation dans la cellule, (4) la géométrie cellulaire influencent fortement les signaux calciques et pourraient être responsables de leur grande diversité spatio-temporelle. Ces travaux contribuent à une meilleure compréhension du traitement de l’information par les astrocytes, un prérequis pour une meilleure compréhension de la communication entre les neurones et les astrocytes ainsi que de son influence sur le fonctionnement du cerveau. / Astrocytes are predominant glial cells in the central nervous system, which are essential for the formation of synapses, participate to the blood-brain barrier and maintain the metabolic, ionic and neurotransmitter homeostasis. Recently, astrocytes have emerged as key elements of information processing in the central nervous system. Astrocytes can contact neurons at synapses and modulate neuronal communication via the release of gliotransmitters and the uptake of neurotransmitters. The use of super-resolution microscopy and highly sensitive genetically encoded Ca2+ indicators (GECIs) has revealed a striking spatiotemporal diversity of Ca2+ signals in astrocytes. Most astrocytic signals occur in processes, which are the sites of neuron-astrocyte communication. Those processes are too fine to be resolved by conventional light microscopy so that super-resolution microscopy and computational modeling remain the only methodologies to study those compartments. The work presented in this thesis aims at investigating the effect of spatial properties (as e.g cellular geometry, molecular distributions and diffusion) on Ca2+ signals in those processes, which are deemed essential in such small volumes. Historically, Ca2+ signals were modeled with deterministic well-mixed approaches, which enabled the study of Ca2+ signals in astrocytic networks or whole-cell events. Those methods however ignore the stochasticity inherent to molecular interactions as well as diffusion effects, which both play important roles in small volumes. In this thesis, we present the spatially-extended stochastic model that we have developed in order to investigate Ca2+ signals in fine astrocytic processes. This work was performed in collaboration with experimentalists that performed electron as well as super-resolution microscopy. The model was validated against experimental data. Simulations of the model suggest that (1) molecular diffusion, strongly influenced by the concentration and kinetics of endogenous and exogenous buffers, (2) intracellular spatial organization of molecules, notably the co-clustering of Ca2+ channels, (3) ER geometry and localization within the cell, (4) cellular geometry strongly influence Ca2+ dynamics and can be responsible for the striking diversity of astrocytic Ca2+ signals. This work contributes to a better understanding of astrocyte Ca2+ signals, a prerequisite for understanding neuron-astrocyte communication and its influence on brain function.

Rationnel et objectif - La fibrillation atriale (FA) est la pathologie rythmique supra-ventriculaire la plus fréquemment diagnostiquée. Le remodelage atrial, qu’il soit électrique ou structurel, conduit à la mise en place et au développement de la cardiomyopathie atriale. La cardiomyopathie atriale est responsable de différentes complications : d’une part mécaniques conduisant à l’augmentation du risque thrombo-embolique et de l’insuffisance cardiaque, d’autre part électriques conduisant à différentes arythmies atriales dont la FA. L’objectif du présent travail est de caractériser les déterminants du remodelage atrial et de leur effet pro-arythmique à l’étage supra-ventriculaire dans la FA. Principaux résultats – Le premier axe de recherche a permis d’objectiver le remodelage induit par le flutter atrial (FLA) chronique à l’aide d’un modèle chronique canin. Le FLA est à l’origine d’un remodelage atrial électrique avec une augmentation de la vulnérabilité à développer de la FA et une diminution des périodes réfractaires effectives (PRE). Cependant, le FLA n’induit pas de remodelage structurel avec notamment l’absence d’augmentation de la durée de FA, de diminution des vitesses de conduction et d’augmentation du processus fibrotique atrial. À noter que la FA chronique, en présence d’un substrat anatomique de FLA, présente des caractéristiques électrophysiologiques originales, en terme de durée de cycle et de d’arythmie et de sa stabilité. De plus, l’ablation du FLA permet de diminuer significativement la durée mais pas la vulnérabilité à présenter des arythmies supra-ventriculaires. Le second axe de recherche a permis de caractériser le rôle différentiel de l’arythmie atriale de la réponse ventriculaire rapide en cas de FA dans le développement du remodelage atrial. Nos travaux ont caractérisé le remodelage atrial induit par l’arythmie atriale isolée en cas de FA : d’une part électrique via la diminution des PRE et l’augmentation de la vulnérabilité ; d’autre part structurel via la diminution des vitesses de conduction et les anomalies des canaux sodiques, des jonctions communicantes et du processus fibrotique. La réponse ventriculaire rapide isolée induit également un remodelage atrial à type d’augmentation de la vulnérabilité, de diminution des vitesses de conduction, d’anomalies modérées du processus fibrotique et des canaux sodiques. À noter une dégradation modérée de la fonction systolique ventriculaire gauche. Cependant, ce remodelage atrial est significativement différent du remodelage induit par l’insuffisance cardiaque. De plus, il existe un effet synergique au niveau du remodelage atrial de l’arythmie atriale et de la fréquence ventriculaire élevée en cas de FA, au niveau du processus fibrotique notamment. Le troisième axe de recherche a permis d’objectiver le rôle de la cilnidipine, un inhibiteur calcique de type N et L, dans la limitation du remodelage atrial en cas de FA chronique, à l’aide d’un modèle aigü et chronique canin. Nos travaux ont caractérisé l’action anti-remodelante de la cilnidipine au niveau électrique, via la limitation de la diminution des PRE, de l’augmentation de la vulnérabilité atriale et de la durée de FA. D’autre part, la cilnidipine semble limiter le remodelage atrial, ce qui est objectivé par la normalisation des vitesses de conduction, de l’expression des canaux sodiques, des jonctions communicantes et de la fibrose tissulaire. La cilnidipine, contrairement aux inhibiteurs calciques de type L tels que la nifédipine, possède une activité anti-remodelante via la modulation de l’activité du système nerveux autonome. Conclusion – Différents facteurs, tels que le flutter atrial, les fréquences atriales et ventriculaires en cas de FA, ont été caractérisés comme déterminants du développement du remodelage atrial. A contrario, la modulation d’un des déterminants du remodelage atrial, le système nerveux autonome via la cilnidipine, permet de de limiter le remodelage atrial secondaire à la FA. Ce travail fournit de nouvelles données sur les mécanismes impliqués dans le remodelage atrial lié à la FA et introduit de nouvelles approches préventives au développement de la FA. / Rational and objective - Atrial fibrillation (AF) is the most common arrhythmia in clinical practice. Atrial remodeling, whether electrical or structural, leads to the development of atrial cardiomyopathy. The atrial cardiomyopathy results in various complications: on one hand, mechanical with an increased thromboembolic risk and heart failure, and on the other hand electrical prdeisposing to atrial arrhythmias including AF. The aim of the thesis was to characterize the determinants of atrial remodeling, and their proarrhythmic effect in AF. Main results - The first part of the thesis focused on the characterization of the atrial remodeling induced by sustained atrial flutter (AFL) in a chronic canine model in order to characterize the interrelationship between AF and AFL. AFL caused electrical remodeling, including increased AF vulnerability and decreased effective refractory periods (ERPs). However, failed to influence AF duration, atrial conduction velocities and fibrosis. Chronic AF in the presence of an anatomical substrate for AFL led to specific AF characteristics, in terms of cycle length and its variability. In addition, AFL ablation significantly reduced arrhythmia duration but not AF vulnerability. The second part of the thesis characterized the differential role of atrial arrhythmia and ventricular response in AF-induced atrial remodeling. We characterized the atrial remodeling induced by lone atrial arrhythmia in AF, with AV-block to prevent high ventricular rate: on the one hand electrical via decreased ERP, reduced expression of sodium channels and gap junctions, which increased AF vulnerability; on the other hand, structural fibrosis which contributed to conduction slowing. Lone high-rate ventricular response also induced atrial remodeling involving increased AF vulnerability, decreased atrial conduction velocities, moderate abnormalities of fibrosis and sodium channel downregulation. In addition, there was a synergistic effect on atrial remodeling of combined atrial arrhythmia and high ventricular rate, especially regarding fibrosis. Thus, atrial tachyarrhythmia and rapid ventricular response during AF produce distinct atrial remodeling; both can contribute to the arrhythmogenic substrate. These results provide new insights into the determinants of AF-related remodeling and provide novel considerations for ventricular rate-control. The third part of the thesis studies the ability of cilnidipine, an N- and L-type calcium channel blocker, to alter autonomic, electrical and structural remodeling associated with chronic AF, in a subacute and chronic dog model. We found that the cilnidipine inhibits the electrophysiological, autonomic and structural consequences of AF-related remodeling and the AF-associated increase in AF-vulnerability and AF-duration; in contrast, the highly selective L-type calcium channel blocker nifedipine had no protective effects. The protective effects of cilnidipine on the remodeling consequences of short-term AF were principally manifested by reductions in AF-induced ERP-abbreviation. With longer-term AF, cilnidipine also attenuated conduction-velocity reductions, protecting against AF-induced fibrosis and downregulation of sodium-channel and connexin subunits. Cilnidipine’s anti-remodeling properties were associated with suppression of the changes in autonomic tone caused by AF. Conclusion - Thus, we have shown 1) the distinct remodeling phenotypes produced by the closely related atrial re-entrant arrhythmias AFL and AF, as well as the interaction when they co-exist; 2) the specific contributions of the atrial rhythm and ventricular rate consequences of AF and how they interact; and 3) the ability of autonomic outflow inhibition by blocking N-type Ca2+-channels to prevent both electrical and structural components of AF-induced profibrillatory remodeling. This work provides new insights into the mechanisms involved in AF-related atrial remodeling and introduces novel preventive approaches.

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Les lésions nerveuses périphériques (LNP) ont des origines variées. Elles peuvent être causées par un traumatisme, une inflammation, une ischémie mais également par la compression de nerfs par une tumeur. Ces lésions traumatiques entrainent une perte sensorielle mais aussi une atteinte motrice pouvant avoir une incidence importante sur la vie des patients et leurs familles. De nombreux progrès ont été réalisés dans le traitement des LNP ces dernières années, cependant, la récupération des patients reste incomplète. Ainsi, l’amélioration du pronostic clinique demeure un défi pour les chercheurs et les cliniciens avec l’utilisation de nouvelles techniques et produits thérapeutiques. Ceci m’a conduit pour ma thèse à utiliser une nouvelle approche avec deux types de greffons combinés avec plusieurs stades de lésion du nerf donneur, mais également à tester le potentiel thérapeutique de petites molécules de types neurostéroïdes, ligands TSPO et activateurs de canaux potassiques afin d’étudier les effets sur la neurorégénération et la neuroprotection lors d’une lésion traumatique. Ainsi, ma thèse se compose de deux parties, faisant appel à deux modèles expérimentaux de rats. 1) Afin de déterminer les meilleures conditions de lésion du nerf donneur lors de la greffe, une neurorrhaphie entre le nerf donneur et la greffe a été réalisée avec deux types de greffons (frais ou pré-dégénérés). Un marquage des neurones par un traceur rétrograde, l’analyse des axones myélinisés et l’évaluation des potentiels d’actions ont été réalisés pour étudier la neuroprotection et la neurorégénération. Cette approche a permis de montrer une régénération axonale efficace à condition que la partie axonale fournie par le nerf donneur atteigne 50 % du nombre total d’axones. De plus, l’utilisation du greffon pré-dégénéré a montré un effet bénéfique en potentialisant le processus de neurorégénération. 2) Dans le but d’étudier l’effet de l’administration de petites molécules telles que la progestérone, la Nestorone, l’étifoxine et les activateurs des canaux potassiques Kv7.2/7.3 sur la neuroprotection, la régénération axonale et les fonctions de récupération, on a utilisé un modèle de lésion par compression du nerf spinal cervical. Les analyses histologiques mentionnées ci dessus, la mesure des potentiels évoqués et des tests de comportements sensori-moteurs ont été effectués pour étudier la neuroprotection, la neurorégénération et les fonctions de récupération. La progestérone et la Nestorone ont montré des effets bénéfiques sur la neuroprotection à court terme, mais également sur la neurorégénération et la récupération fonctionnelle à long terme après une lésion nerveuse. D’une manière intéressante, l’action seule de l’étifoxine améliore la récupération fonctionnelle motrice tandis que le GRT12 seul a plutôt une action bénéfique sur la récupération sensitive. Les composés de synthèse associant les propriétés de ligands TSPO d'activateurs des canaux Kv7.2/7.3 ont montré des effets sur la récupération fonctionnelle à la fois motrice et sensitive. Notre étude met en évidence qu’une neurorrhaphy réalisée avec une lésion de 50% du nerf donneur est la meilleure condition pour la neurorégénération. Elle a également permis de vérifier l’avantage de l’utilisation d'un greffon nerf pré-dégénéré pour améliorer le processus de neurorégénération. Nous avons démontré l’action thérapeutique de la progestérone et de la Nestorone sur la neuroprotection et neurorégénération, mais également celle des nouveaux composés synthétiques (ligand TSPO combiné à l’activateur Kv7.2/7.3) sur la récupération sensori-motrice. / Peripheral nerve injury (PNI) results from multiple causes, including trauma, inflammation, ischemia and tumor compression. Dysfunction of affected muscles and sensory deprivation caused by PNI result in huge obstacles for suffering patients and their families. Even though many achievements for PNI treatment have been realized during the last decades, poor clinical prognosis remains a challenge for researchers and clinicians. This prompted me to explore new approaches for nerve repair by using two different types of nerve grafts associated with several nerve injuries of donor nerve, but also investigate the therapeutic potential of several small molecules including neurosteroids, TSPO agonist ligands and potassium channel activators for promoting neuroprotection and neuroregeneration. My thesis is divided into two parts and makes use of two experimental rat models. The major aims were : 1) To determine the optimal injury condition of a donor nerve for end-to-side neurorrhaphy by using a sciatic end-to-side neurorrhaphy model with different types of autologous nerve grafts (fresh or predegenerated). Neuronal retrograde labeling, analysis of myelinated axons and the evaluation of action potentials were performed to evaluate neuroprotection and neuroregeneration. This approach showed that effective axonal regeneration into a nerve graft occurred only when axonal resources supplied by the donor nerve reached 50% of its total number of axons. In addition, the use of a predegenerated nerve graft was beneficial for neuroregeneration by improving the environment of the nerve pathway. 2) To investigate the efficacy of the administration of small molecules including progesterone, Nestorone, etifoxine and Kv7.2/7.3 channel activators for neuroprotection, axonal regeneration and functional recovery. For these studies, we developed a cervical spinal nerve crush injury model. The same histological analysis mentioned above, measures of evoked potentials and motor or sensory behavioral tests were performed to evaluate neuroprotection, neuroregeneration and functional recovery. Progesterone and Nestorone showed benefits on neuroprotection at early stages and on neuroregeneration and functional recovery at later stages after nerve injury. Interestingly, the mono-therapy of etifoxine promoted motor functional recovery while the mono-therapy of GRT12 was beneficial for sensory functional recovery. The synthetic compounds combining TSPO ligand and Kv7.2/7.3 channel activator properties promoted both motor and sensory functional recovery. In conclusion, our study revealed that 50% axotomy of a donor nerve in the end-to-side neurorrhaphy paradigm is the optimal condition for neuroregeneration. We also verified the advantage of using predegenerated instead of a fresh nerve graft to improve the regenerative environment. We also demonstrated the effectiveness of progesterone and Nestorone in neuroprotection and neuroregeneration, and that new synthetic compounds with TSPO ligand and Kv7.2/7.3 channel activator properties promoted motor and sensory recovery.