La maladie de Parkinson (PD) et la démence à corps de Lewy (DLB) sont les deuxième et troisième maladies neurodégénératives les plus communes et font partie d’une classe de maladies appelées synucléinopathies. Les synucléinopathies sont associées à une pathologie liée à l’α-synucléine (α-syn) laquelle se caractérise par une accumulation de cette protéine dans les neurones, formant ainsi les corps de Lewy. L’α-syn pathologique se retrouve aussi sous forme d’oligomères et de fibrilles, qui sont toxiques pour les neurones et leurs synapses. L’une des premières anomalies observables chez les patients atteints de synucléinopathies est la dysfonction synaptique, souvent combinée à une perte de synapses. Il a été rapporté que les oligomères d’α-syn retrouvés au niveau des synapses précèdent la formation de corps de Lewy dans les neurones et leur transmission semble être associée à la progression des symptômes. Pourtant, les mécanismes moléculaires sous-jacents la dysfonction synaptique causée par l’α-syn restent inconnus. D’autre part, le fonctionnement normal des synapses est fortement régulé par une famille de protéines appelées organisateurs synaptiques. Les organisateurs synaptiques, incluant la protéine neurexine, sont des molécules d’adhésion cellulaire qui régulent la synaptogenèse, la plasticité, la libération des neurotransmetteurs et les fonctions cognitives. De plus, nous avons préliminairement montré que l’α-syn interagit avec l’isoforme β des neurexines (NRXs) (β-NRXs). Mon projet avait donc pour but de caractériser l’interaction α-syn/β-NRX et d’évaluer comment celle-ci contribue à la pathologie liée à l’α-syn. Nous avons émis l’hypothèse que cette interaction affecte la fonction synaptogénique liée aux NRXs et son trafic. Dans un premier temps, pour tester notre hypothèse, l’interaction α-syn/β-NRX a été évaluée grâce à des analyses de liaison à la surface cellulaire. Il a été constaté que les oligomères d’α-syn se lient fortement à NRX1,2β de manière dépendante du domaine riche en histidine (HRD), caractéristique de l’isoforme β, et cela sans perturber sa liaison à ses ligands endogènes postsynaptiques, neuroligine 1 (NLG1) et « leucine rich repeat transmembrane neuronal 2 » (LRRTM2). De plus, à travers des essais d’internalisation, nous avons observé que les oligomères d’α-syn altèrent le trafic de NRX1β en augmentant son internalisation de façon dépendante au HRD et altèrent également la différenciation NRX-dépendante de la synapse en synapse inhibitrice. Par conséquent, nous suggérons que cette internalisation accrue pourrait affecter la fonction synaptogénique associée aux NRXs. Ce travail contribue à une meilleure compréhension sur la façon dont l’α-syn provoque un dysfonctionnement synaptique, fournissant de nouvelles perspectives moléculaires et pharmacologiques sur les synucléinopathies. / Parkinson’s disease (PD) and dementia with Lewy bodies (DLB) are the second and the third most common neurodegenerative disorders and are part of a class of diseases called synucleinopathies. Synucleinopathies are associated with an α-synuclein (α-syn) pathology which shows an accumulation of α-syn in neurons, forming Lewy bodies. This pathological α-syn can form oligomers and fibrils, which are toxic for neurons and their synapses. One of the first changes to occur in patients’ brain with synucleinopathies is synaptic dysfunction often combined with synapse loss. Synaptic α-syn oligomers were revealed to precede the formation of Lewy bodies, and their transmission to other neurons to correlate with the progression of the symptoms. Yet, the molecular mechanisms underlying how α-syn leads to synaptic dysfunction are unknown. Synaptic function is highly regulated by a protein family called synaptic organizers. Synaptic organizers are cell adhesion molecules that regulate synaptogenesis, plasticity, neurotransmitter release, synaptic plasticity and cognitive functions. Of this family, we have found that α-syn interacts with the β-isoforms of the neurexins (NRXs) family members (β-NRXs). My project aimed to characterize α-syn/β-NRX interaction and to evaluate how this interaction contributes to α-syn pathology. We hypothesized that this interaction affects NRX trafficking and its synaptic function. Firstly, to test our hypothesis, the α-syn/β-NRX interaction was characterized by performing cell surface binding assays. I found that α-syn oligomers strongly bind to NRX1,2β in a histidine rich domain (HRD)-dependent manner, without disrupting NRX binding to its postsynaptic binding partners, neuroligin 1 (NLG1) and leucine rich repeat transmembrane neuronal 2 (LRRTM2). Moreover, using internalization assays, we discovered that α-syn oligomers impair NRX trafficking by increasing NRX1β internalization in an HRD-dependent manner and impair NRX-dependent inhibitory presynaptic differentiation. Thereby, we suggest that this increased internalization affects the inhibitory synaptogenic function of NRX-based synaptic organizing complexes. This work contributes to a better understanding of how α-syn causes synaptic dysfunction, providing promising new molecular mechanisms and pharmacological insights into synucleinopathies.

La maladie de Parkinson est une maladie neurodégénérative causée par la destruction des neurones dopaminergiques. La cause sous-jacente de cette perte neuronale est inconnue. La maladie de Parkinson peut se développer tôt dans la vie (forme juvénile autour de 40 ans) ou sporadiquement (après l’âge de 60 ans).PINK1 (PTEN-induced putative kinase 1) et Parkin sont des gènes liés à la forme juvénile de la maladie de Parkinson. Ils influencent la réponse inflammatoire et la dysfonction mitochondriale. PINK1 et Parkin ont été impliqués dans la régulation négative de la présentation de protéines mitochondriales (MitAP). Ces protéines répriment la présentation de protéines mitochondriales sur les molécules du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CMH I) à la suite d’un stress. MitAP est dépendant de la formation de vésicules mitochondriales (MDVs). La formation des MDVs est dépendante des protéines de trafic telles que de Snx9, Rab9, et Rab7. La diminution des niveaux d’expression de ces protéines induit une inhibition de MitAP. L'instabilité mitochondriale augmente également la fuite d'ADN mitochondrial dans le cytosol (à travers un mécanisme inconnu), ce qui entraîne l'activation du capteur d'ADN cytosolique tel que cGAS / STING. L’implication de MitAP dans l’auto-immunité a été démontrée. En effet, les souris PINK1 KO infectées par une bactérie intestinale Gram négatif, développe des lymphocytes T autoréactifs spécifiques aux antigènes mitochondriaux et des symptômes de type Parkinson. Des données récentes ont par ailleurs appuyé cette hypothèse en démontrant la présence de lymphocytes T autoréactifs spécifiques de l’alpha-synucléine, une protéine dont le dysfonctionnement est fortement associé à la maladie. Ainsi, nous avons émis l’hypothèse que les patients qui souffrent de la maladie de Parkinson ont un niveau plus élevé de MitAP. L’augmentation de MitAP, notamment au niveau des cellules présentatrices d’antigènes (CPA), entraînerait une autoréactivité mitochondriale et aussi une dérégulation inflammatoire causée par une augmentation de la production de MDVs. Cette production accrue de MDV entraînerait une augmentation des fuites d'ADN mitochondrial détecté par la voie cGAS/STING et induirait l’augmentation de la production de cytokines pro-inflammatoires impliquées dans la polarisation des lymphocytes T vers un phénotype auto-immun. Ici, nous montrons que les patients possèdent dans le sang, des lymphocytes T autoréactifs spécifiques aux antigènes mitochondriaux et que ces cellules expriment spécifiquement l’IL-17 (un marqueur des lymphocytes Th17 et Tc17, des types de lymphocytes qui est sont fortement liés aux maladies auto-immunes). Par ailleurs, nous montrons qu’en absence de PINK1, le traitement par endotoxine bactérienne (LPS) ou par la bactérie EPEC (Enteropathogenic Escherichia coli) des CPA a comme conséquence une surproduction d’un ensemble de cytokines pro-inflammatoires. Ces cytokines (IL-6, IL-23 et IL-1β) sont impliquées dans la polarisation des cellules Th17. Nous démontrons également que les CPA PINK1 KO traitées par le LPS induisent une polarisation biaisée des lymphocytes T vers un phénotype Th17. Nous démontrons également, dans une lignée de CPA déficientes pour des gènes associés à la biogenèse des MDVs, des niveaux d’expression réduits de cytokines pro-inflammatoires après infection par l’EPEC ou traitement avec le LPS. Ces données soulignent l’importance de la voie MitAP dans la pathophysiologie de la maladie Parkinson à travers la régulation de l’auto-immunité et de l’inflammation. / Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disease caused by the destruction of dopamine neurons, yet, the underlying cause of this neuronal loss is still unknown. Parkinson's disease can be juvenile or early onset (before age 40) and sporadically (after the age of 60). PINK1 (PTEN-induced putative kinase 1) and Parkin are genes implicated in the juvenile form of PD that have also been shown to influence inflammatory responses and mitochondrial dysfunction. PINK1 and Parkin negatively regulate mitochondrial antigen presentation (MitAP). These proteins suppress the presentation of mitochondrial proteins on Major Histocompatibility Complex (MHC) Class I following stress. MitAP is dependent on the formation of mitochondrial vesicles (MDVs). These MDVs utilize traffic proteins such as Snx9, Rab9, and Rab7. Decreased levels of expression of any of these proteins inhibit MitAP. Mitochondrial instability also increases mitochondrial DNA leakage into the cytosol (through and unknown mechanism) resulting in activation of cytosolic DNA sensors like cGAS/STING. MitAP's implication in autoimmunity has been demonstrated in PINK1 KO mice infected with gram-negative intestinal bacteria resulting in auto-reactive T-cells specific to mitochondrial antigens and Parkinson's-like symptoms. In PD patients, auto-reactive T cells specific for alpha-synuclein, a protein whose dysfunction is associated with PD, have been found, suggesting that auto-reactive T-cells are present in PD. Thus, we hypothesized that PD patients would have increased levels of MitAP in antigen presenting cells (APCs) resulting in mitochondrial self-responsiveness as well as an inflammatory deregulation. This increased production of MDVs would result in an increase mtDNA leakage and ultimately be detected by the cGAS/STING pathway inducing the production of proinflammatory cytokines. Ultimately, these proinflammatory cytokines would induce the polarization of T-cells towards an autoimmune phenotype (Th17). Here, we show that APCs deficient in genes associated with MDVs biogenesis have reduced expression levels of pro-inflammatory cytokines after infection with Enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) or the bacterial endotoxin LPS. We determine that in the absence of STING there is a strong inhibition of MitAP and cytokine expression in raw 264.7 macrophages after LPS treatment. Furthermore, we validate that in the absence of PINK1, LPS or EPEC treated BMDCs overproduce a set of pro-inflammatory cytokines (IL-6, IL-23 and IL-1β) that induce a biased polarization of T-cells to a Th17 phenotype. Finally, we observed mitochondrial antigen specific T-cells expressing IL-17 (a marker of Th17 and Tc17 lymphocytes, the types of lymphocytes that are strongly related to autoimmune diseases) in PD patients. This data highlights the importance of the MitAP pathway in the pathophysiology of Parkinson's disease through the regulation of autoimmunity and inflammation.

Introduction: La sclérose en plaques (SEP) est une maladie inflammatoire et démyélinisante du système nerveux central (SNC). Les lymphocytes T pro-inflammatoires CD4 TH1/TH17 sont considérés pathogéniques en SEP et dans son modèle animal, l'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE). La restriction alimentaire en méthionine (MR) est associée à un effet anti-inflammatoire en périphérie. Cependant, l’impact de la disponibilité de la méthionine sur la fonction des lymphocytes T et sur la neuroinflammation centrale médiée par les lymphocytes T dans la SEP et l'EAE n’est pas connu. Il a été récemment découvert que le métabolisme de la méthionine est induit dans les lymphocytes T murins activés in vitro et que la restriction en méthionine affecte les fonctions effectrices et la prolifération des lymphocytes TH17. Nous formulons donc l’hypothèse que la manipulation du métabolisme des lymphocytes T via la restriction diététique en méthionine représente une nouvelle voie thérapeutique pour contrôler les maladies neuroinflammatoires telles que la SEP. Méthode: Des femelles C57BL/6 sont exposées à une diète contrôle ou réduite en méthionine puis immunisées au MOG35-55 pour induire une EAE active. Un suivi clinique et des expériences de cytométrie en flux permettent de caractériser le profil et l’activation immunitaire. Le prélèvement d'échantillons fécaux et le séquençage de l'ARNr 16S permettent d’évaluer l'influence de la diète sur la composition du microbiome intestinal. Résultats: La MR est associée à un délai significatif de l'apparition des déficits neurologiques chez les femelles C57BL/6 immunisées au MOG. Ceci est associé à une réduction du nombre de cellules immunitaires et de lymphocytes T pro-inflammatoires dans la rate au 7e jour post-induction (présymptomatique) et dans le SNC aux jours 10-13 (début) et 15-16 (pic). Nos résultats préliminaires suggèrent que le microbiome intestinal des souris sous la MR est différent de celui des souris sous la MC et est enrichi de bactéries ayant des effets bénéfiques en inflammation. Conclusion: Nos résultats suggèrent un impact bénéfique de la MR sur l'évolution clinique et les processus neuroinflammatoires dans un modèle animal de SEP. / Introduction: Multiple Sclerosis (MS) is an inflammatory and demyelinating disease of the central nervous system (CNS). Pro-inflammatory CD4 TH1/TH17 are considered pathogenic in MS and its animal model, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). Dietary methionine restriction (MR) is associated with an anti-inflammatory impact in the periphery. However, little is known about how methionine availability can affect the function of T lymphocytes and impact T-lymphocytes mediated central neuroinflammation in MS and EAE. It was recently discovered that methionine pathway is upregulated in activated murine T lymphocytes in vitro and that methionine restriction affects the effector functions and proliferation of TH17 lymphocytes. We therefore hypothesize that the manipulation of T lymphocyte metabolism via the restriction of dietary methionine intake represents a new therapeutic avenue for controlling neuroinflammatory diseases such as MS. Method: Active MOG35-55-EAE is induced in C57BL/6 female mice exposed to low methionine vs. control diet. Clinical evaluation and flow cytometry studies are used to characterize immune cells phenotype and activation. Fecal samples are collected and 16S rRNA sequencing is used to assess the influence of the diet on the composition of the intestinal microbiome. Results: Dietary MR is associated with a significantly delayed onset of neurological deficits in active EAE (female mice). This is paralleled by a lower number of immune cells and pro-inflammatory T lymphocytes in the spleens at day 7 post-induction (presymptomatic) and in the CNS at day 10-13 (onset) and 15-16 (peak). Our preliminary results suggest that the intestinal microbiome of mice under dietary MR is different from that of mice under control diet and is enriched for bacteria with beneficial effects on inflammation. Conclusion: Our results suggest a beneficial impact of MR on clinical course and neuroinflammation in an animal model of MS.

Les études neurophysiologiques de la prise de décision, traditionnellement ancrées dans des principes neuro-économiques, ont évoluées pour inclure une variété d’aires du cerveau. Partant d’abord du lobe frontal associé aux jugements de valeur, le champ s’est élargi pour inclure d’autres types de décisions incluant les décisions perceptuelles et les décisions incarnées qui impliquent notamment les aires sensorimotrices du cerveau. La théorie moderne de la prise de décision modèle l’activité neurale dans ces régions comme une compétition entre les différents stimuli et actions considérés par un individu. Cette compétition est résolue lorsque l’activité neurale associée à un stimulus ou une action choisie atteint un seuil critique. Toutefois, il reste à éclaircir comment ce modèle s’applique aux décisions effectuées alors que l’individu est déjà engagé dans une activité. Dans ce mémoire nous examinons ce type de décision chez des sujets humains dans une tâche de suivi continu. Des cibles « choix » apparaissaient sur un écran pendant que le sujet suivait de la main une cible qui se déplaçait doucement en continu. Le sujet pouvait ignorer ces cibles choix, ou abandonner la cible suivie pour toucher une cible choix, dans quel cas la cible sélectionnée devenait la nouvelle cible à suivre du doigt. Tel qu’attendu, nous avons observé que les sujets favorisaient les cibles plus proches, plus grandes, et les cibles alignées avec l’axe du mouvement. Toutefois nous avons été surpris de constater que les sujets ignoraient les coûts énergétiques du mouvement, tel que modélisés. Un biais pour minimiser les coûts du mouvement fut réintroduis lorsque la tâche fut divisée en séries de mouvements point-à-point, plutôt qu’un mouvement continu. Même si nous ne pouvons expliquer ce résultat surprenant, nous espérons qu’il inspire de futures études utilisant le paradigme expérimental de décision durant l’action. / Neurophysiological studies of decision-making have expanded over decades to involve many brain areas. The field broadened from neuroeconomics, mainly concerned with frontal regions, to perceptual or embodied decision-making involving several sensorimotor areas where neural activity is linked to the stimuli and actions necessary for the decision process. Current models of decision-making envision this neural activity as a competition between different actions that is resolved when enough activity favors one over the other. However, it is unclear how such models can explain decisions often present in natural behavior, where deliberation takes place while already engaged in an action. In this thesis, we examined the choices human subjects made as they were engaged in a continuous tracking task. While they were manually tracking a target on a flat screen, subjects were occasionally presented with a new target to which they could freely choose to switch, whereupon it became the new tracked target. As expected, we found that subjects were more likely to move to closer targets, bigger targets, or targets that were aligned to the direction of movement. However, we were surprised that subjects did not choose targets that minimized energetic cost, as calculated by a biomechanical model of the arm. A biomechanical bias was restored when the continuous movement was broken up into a series of point to point movements. While we cannot yet explain these findings with certainty, we hope they will inspire further studies using decide-while-acting paradigms.

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Les effets des lésions de la moelle épinière sur la locomotion sont souvent évalués sur un tapis roulant avec une surface plane, ce qui demande peu d’implication active des structures supraspinales. L’objectif du présent travail est d’évaluer si un type d’entraînement nécessitant une plus grande part de contrôle volontaire (c.-à-d. supraspinal) pourrait améliorer la récupération de la marche chez le chat après une hémilésion unilatérale spinale au niveau thoracique (T10). Pour ce faire, pendant 6 semaines les chats ont été entrainés sur un tapis roulant conventionnel ou sur un tapis-échelle roulante, tâche requérant un placement des pattes plus précis. Les paramètres de la marche ont été évalués par cinématique et électromyographie (EMG) avant et une fois par semaine pendant 6 semaines après lésion. Nos résultats comparant la marche sur tapis conventionnel à celle sur échelle roulante montrent des différences dans les excursions angulaires et les couplages entre les membres. On observe aussi des différences dans l’amplitude des EMG notamment une augmentation de la deuxième bouffée du muscle Semitendineux (St) sur l’échelle roulante. Après l’hémilésion spinale cette bouffée disparait du côté de la lésion tandis qu’elle est maintenue du côté intact. Après l’entrainement sur échelle roulante, on observe des changements de trajectoire de la patte et une disparition du pied tombant (foot drag) qui suggèrent une amélioration du contrôle de la musculature distale. Nos résultats montrent que le patron locomoteur observé sur tapis conventionnel est influencé par le type d’entraînement procuré. De plus, certains paramètres de la locomotion suggèrent que l’entraînement sur échelle roulante, qui requiert plus de contrôle supraspinal, favorise une meilleure récupération de la marche après lésion spinale. / The effects of spinal cord lesions on locomotion in animals is often assessed on a flat surface which requires minimal supraspinal demands. Here we investigated whether locomotor training requiring more voluntary commands could improve recovery in cats after a unilateral hemisection on the left side (Thoracic 10). Cats were trained for 6 weeks on a conventional flat treadmill (FTM) or on a ‘ladder treadmill’ (LTM) requiring precise foot positioning. Locomotor parameters such as kinematics and electromyographic activity (EMG) were evaluated before and once a week for 6 weeks after spinal hemisection. There were differences in angular excursions and limb couplings when comparing walking on FTM and LTM and important changes occurred in the amplitude of EMGs such as an increased second burst in Semitendinosus (St) during LTM stepping. After the left hemisection, this burst disappeared on the left side while it was maintained on the right (non lesioned) side. With LTM training, we observed changes in limb trajectories and disappearance of foot drag of the left foot during FTM stepping suggesting a better control of distal musculature. Our results show that locomotor patterns observed during FTM stepping are influenced by different training modalities and also that training on the LTM after a spinal hemisection, demanding more supraspinal control, leads to a better stepping pattern.

L'apnée obstructive du sommeil (AOS) est un problème de santé important, affectant jusqu’à 38% de la population générale et augmentant en prévalence avec l’âge. L'AOS mène à une hypoxémie intermittente, une fragmentation du sommeil et des changements de flot sanguin qui peuvent provoquer des dommages vasculaires et neuronaux. Récemment, des anomalies de flot sanguin cérébral (FSC) mesurées à l’éveil ont été observées chez les adultes présentant de l’AOS sévère. On ne sait toutefois pas si ces anomalies s’accentuent avec le temps et si le traitement de l'AOS (généralement la pression positive continue - PPC) peut diminuer ces anomalies chez les personnes âgées. Ainsi, ce projet de maîtrise vise à déterminer si le traitement par PPC d’une durée de 18 mois chez les personnes apnéiques de plus de 55 ans normalise le FSC mesuré en tomographie d'émission monophotonique. De plus, ce projet vise à investiguer les effets à moyen-terme de l'AOS non traitée relativement à un groupe contrôle. Nous avons émis l’hypothèse que les sujets avec de l'AOS traitée par PPC auront des augmentations de FSC dans des régions précédemment hypoperfusées alors que les individus avec l'AOS non traitée auront des diminutions de FSC à travers le temps dans des régions sensibles à l’AOS. Nous avons évalué 12 participants contrôles et 23 participants nouvellement diagnostiqués avec de l’AOS. Ces-derniers ont été référés à une clinique d’AOS et 13 d’entre eux ont suivi un traitement par PPC. Pour l’analyse de l’imagerie par émission monophotonique, nous avons utilisé une méthode basée sur le voxel ainsi qu’une méthode d’extraction pour mesurer les changements à travers le temps dans chacun des groupes. Nous avons observé une augmentation du FSC chez le groupe traité au niveau du gyrus temporal inférieur gauche. De plus, nous avons observé des diminutions de FSC chez le groupe non traité au niveau de l’hippocampe gauche, du gyrus parahippocampal droit et du pôle temporal supérieur gauche. Aucun changement n’a été observé chez le groupe contrôle. Les diminutions de FSC observées dans le groupe non traité pourraient être causées par les conséquences de l’AOS, notamment par une combinaison de diminution du calibre vasculaire et une perte cellulaire. En éliminant ces mécanismes pathologiques, le traitement par PPC permettrait une revascularisation et une prolifération cellulaire. Puisque les régions cérébrales affectées par l’AOS dans ce projet sont associées au déclin cognitif, d’autres études sont nécessaires pour clarifier le lien entre l’AOS, son traitement et la démence. / Obstructive sleep apnea (OSA) is an important health problem, affecting up to 38% of the general population and increasing in prevalence with age. OSA causes blood flow changes leading to vascular and neuronal damage. Indeed, decreases in regional cerebral blood flow (rCBF) have been observed in OSA. The treatment of OSA is continuous positive airway pressure (CPAP). CPAP treatment has been associated with increases in rCBF. However, studies evaluating rCBF in OSA were predominantly composed of middle-aged people. Therefore, we don’t know if these results could be generalized to the aging population. Thus, this master's project aims to determine whether an 18-month CPAP treatment for apneic individuals older than 55 years normalizes the rCBF measured in single-photon emission computed tomography. In addition, this project aims to investigate the longitudinal effects of untreated OSA relative to a control group. We hypothesized that treated subjects will have rCBF increases in previously hypoperfused regions while individuals with untreated OSA will have decreased rCBF over time in OSA-sensible regions. We evaluated 12 control participants and 23 newly diagnosed participants with OSA. The latter were referred to an OSA clinic and 13 of them followed a CPAP treatment. For the analysis of single photon emission imaging, we used a voxel-based method and an extraction method to measure changes over time in each of the groups. We observed an increased rCBF in the treated group in the left inferior temporal gyrus. In addition, we observed decreased rCBF in the untreated group in the left hippocampus, the right parahippocampal gyrus, and left superior temporal pole. No change was observed in the control group. The decreased rCBF seen in the untreated group could be caused by the consequences of OSA, including a combination of decreased blood vessels caliber and cell loss. By eliminating these pathological mechanisms, CPAP treatment would allow revascularization and cell proliferation. Since brain regions affected by OSA in this project are associated with cognitive decline, further studies are needed to clarify the link between OSA, its treatment, and dementia.

Cette thèse démontre qu’une potentialisation cholinergique durant un conditionnement visuel typique permet de raffiner la réponse et la connectivité des neurones des aires corticales visuelles ainsi que des aires associatives supérieures via un phénomène plastique. Afin de déterminer cet effet sur un conditionnement visuel monoculaire sur la réponse corticale, nous avons utilisé un système d’imagerie calcique à large champ sur des souris adultes exprimant le rapporteur calcique GCaMP6s. La potentialisation cholinergique était causée par l’administration de donepezil (DPZ), un inhibiteur de l’acétylcholinestérase qui dégrade l’acétylcholine. Cette technique, possédant de bonnes résolutions spatiale et temporelle, a permis l’observation de l’activité neuronale dans les couches supra granulaires du cortex visuel primaire (V1), des aires secondaires (A, AL, AM, LM, PM, RL) ainsi que dans le cortex retrosplénial (RSC). Il a été alors possible de mesurer les modifications d’activité neuronale de ces aires au repos et lors de la présentation de stimulations visuelles, composées de réseaux sinusoïdaux d’orientation et de contraste varié. La réponse corticale des animaux naïfs est similaire en matière d’amplitude et de sensibilité au contraste pour chacune des orientations de stimulations visuelles présentées. Le conditionnement visuel accompagné de l’administration de DPZ diminue significativement la réponse neuronale évoquée par le stimulus conditionné dans la majorité des aires observés alors qu’il ne modifie pas la réponse à la stimulation non conditionnée. Cet effet n’est pas présent sans potentialisation cholinergique. Il est intéressant de noter qu’un effet sur la corrélation d’activation est observé exclusivement dans les aires de la voie visuelle ventrale. Finalement, le conditionnement monoculaire diminue la corrélation au repos entre les aires visuelles monoculaire et binoculaire de chacun des hémisphères, un effet qui disparaît lors de l’administration du DPZ durant le conditionnement. En conclusion, nos résultats démontrent une diminution de l’amplitude et de l’étalement de la réponse corticale dans les couches supra-granulaires de PM et de V1 en réponse à notre traitement. Nous suggérons que ces résultats démontrent une diminution de la réponse excitatrice causée par l’augmentation de l’activité inhibitrice en réponse à la stimulation conditionnée. / The cholinergic system of the basal forebrain modulates the visual cortex and enhances visual acuity and discrimination when activated during visual conditioning. As wide-field calcium imaging provides cortical maps with a fine regional and temporal resolution, we used this technique to determine the effects of the cholinergic potentiation of visual conditioning on cortical activity and connectivity in the visual cortex and higher associative areas. Mesoscopic calcium imaging was performed in head-fixed GCaMP6s adult mice during resting state or monocular presentation of conditioned (0.03 cpd, 30°, 100% contrast) or non-conditioned 1Hz-drifting gratings (30°, 50 and 75% contrast; 90°, 50, 75 and 100% contrast), before and after conditioning. The conditioned stimulus was presented 10 min daily for a week. Donepezil (DPZ, 0.3 mg/kg, s.c.), a cholinesterase inhibitor that potentiates cholinergic transmission, or saline were injected prior to each conditioning session and compared to a sham-conditioned group. Cortical maps were established, then amplitude, duration, and latency of the peak response, as well as size of activation were measured in the primary visual cortex (V1), secondary visual areas (AL, A, AM, PM, LM, RL), the retrosplenial cortex (RSC) , and higher cortical areas. Visual stimulation increased calcium signaling in all primary and secondary visual areas, but no other cortices (except RSC). The cortical responses were sensitive to contrast but not to grating orientation. There were no significant effects of sham-conditioning or conditioning alone, but DPZ treatment during conditioning significantly decreased the evoked neuronal activity response for the conditioned stimulus in V1, AL, PM, and LM. The size of activated area and signal-to-noise ratio were affected in some cortical areas. There was no effect for the non-conditioned stimuli. Interestingly, signal correlation appeared only between V1 and the ventral visual pathway and RSC and was decreased by DPZ administration. The resting state activity was slightly correlated and rarely affected by treatments, except between binocular and monocular V1 in both hemispheres. In conclusion, despite the previously observed enhancement of the cortical response of layer 4 after visual conditioning with cholinergic potentiation, mesoscale cortical calcium imaging showed that cholinergic potentiation diminished the cortical activation in layer 2/3 and sharpened the responses to the conditioned visual stimulus in V1 and PM, via a layer-dependent effect.

L'obésité augmente la susceptibilité aux troubles anxieux et de l’humeur et, à son tour, un affect négatif influence les comportements alimentaires. Faisant partie du circuit de la récompense, le noyau accumbens intègre la signalisation dopaminergique avec des signaux corticaux et traduit ces informations en comportements motivés. Chez le rongeur, une alimentation riche en gras favorise des adaptations dopaminergiques au noyau accumbens et des études d'imagerie révèlent un recrutement amoindri de cette région du cerveau lors de la consommation d’aliments palatables en obésité humaine. Les altérations dopaminergiques au noyau accumbens perturbent les fonctions de récompense et contribuent fortement aux déficits motivationnels couramment observés en dépression. L'obésité induite par la diète résulte d'une surconsommation chronique d'aliments à forte densité énergétique, tels que ceux riches en gras, mais des acides gras alimentaires distincts influencent différemment la santé métabolique et l'humeur. Alors que les acides gras monoinsaturés, prédominants dans le régime méditerranéen, améliorent les paramètres du syndrome métabolique, les acides gras saturés, enrichis en produits d'origine animale et en aliments transformés, ont des actions pro-inflammatoires et leur consommation est corrélée aux symptômes dépressifs chez l’humain. Ainsi, nous avons émis l'hypothèse que l'obésité induite par une diète riche en gras saturés, et non monoinsaturés, favorise l’expression de comportements anxieux et dépressifs chez la souris via des adaptations moléculaires au noyau accumbens. Afin de tester cette hypothèse, nous avons exposé des souris mâles et femelles à une diète riche en gras saturés ou monoinsaturés ou à une diète faible en gras et avons évalué le rôle de l'inflammation au noyau accumbens dans l'expression d'un phénotype anxiodépressif. Dans notre première étude, impliquant uniquement des souris mâles, nous avons constaté que, malgré une prise de poids et une adiposité similaires, seules les souris nourries avec une diète riche en gras saturés présentaient des altérations métaboliques et des comportements anxiodépressifs. De plus, ces effets étaient accompagnés d'une augmentation des niveaux de marqueurs inflammatoires dans le noyau accumbens et, par approche virale, l’inhibition spécifique de la voie pro-inflammatoire du facteur nucléaire kappa-b dans cette région était suffisante pour empêcher l'expression de comportements anxiodépressifs ainsi que de recherche compulsive de sucrose. Dans notre deuxième étude, des souris femelles ont été placées sur les mêmes 3 régimes et nous avons également observé un phénotype anxiodépressif spécifique à la diète riche en gras saturés. Contrairement aux mâles, l'inflammation n'était pas associée à l’expression de comportements anxiodépressifs. À la place, des niveaux d'œstrogènes circulants élevés et une expression diminuée du récepteur à l’estrogène bêta dans le noyau accumbens ont distingué les souris sous diète riche en gras saturés des autres. Dans notre troisième étude, nous avons induit l'obésité et des comportements anxiodépressifs chez des souris mâles en les exposant à la diète riche en gras saturés. Par une approche chimiogénétique, nous avons renversé le phénotype dépressif induit par la diète riche en gras saturés en activant les neurones du noyau accumbens exprimant le récepteur dopaminergique de type 1. De plus, nous avons mis en évidence des effets différentiels de ces neurones, en condition de diète riche en gras saturés, avec une hausse des comportements anxieux par cette même manipulation. Dans notre quatrième étude, nous évaluons le potentiel d'un nouveau co-agoniste glucagon-like peptide-1/dexaméthasone à réduire la motivation pour les aliments riches en gras et en sucre chez les souris mâles. Nous avons constaté que ce co-agoniste pouvait inhiber, de manière aiguë, la motivation à obtenir des récompenses alimentaires à la fois sous diète contrôle et suite au sevrage d’une diète riche en gras et en sucre. Le traitement prolongé avec ce composé chez des souris obèses a permis de réduire le poids corporel et l'apport alimentaire, sans favoriser de comportements anxiodépressifs ou de déficit cognitif. Dans l'ensemble, notre travail supporte le rôle du noyau accumbens dans la susceptibilité accrue à l'anxiété et à la dépression chez les personnes obèses. Nous démontrons que la composition du régime alimentaire en différents acides gras, et non seulement la teneur, influence les altérations métaboliques et de l'humeur en obésité. Nos données suggèrent que cette relation est gouvernée par des mécanismes moléculaires distincts en fonction du sexe. Enfin, ces études pourraient orienter le développement de nouvelles approches thérapeutiques traitant à la fois les composantes métaboliques et motivationnelles de l'obésité. / Obesity increases the odds for mood disorders such as depression and anxiety and, in turn, negative affect influences feeding behaviours. Part of the reward circuitry, the nucleus accumbens integrates dopaminergic signaling with cortical inputs and translates this information into goal-oriented behaviours. In rodents, high-fat feeding promotes dopaminergic adaptations in the nucleus accumbens and imaging studies reveal blunted recruitment of this brain region during palatable food consumption in human obesity. Alterations in nucleus accumbens dopamine signaling disrupt reward function and heavily contribute to the motivational deficits commonly observed in depression. Diet-induced obesity results from chronic overconsumption of energy-dense foods, such as those with a high fat content, yet distinct dietary fatty acids influence metabolic health and mood differently. While monounsaturated fatty acids, predominant in the Mediterranean diet, have overall benefits for features of the metabolic syndrome, saturated fatty acids, enriched in animal-derived products and processed foods, have pro-inflammatory actions and their consumption correlates with depressive symptoms. Thus, we hypothesized that obesity induced by a saturated, but not monounsaturated, high-fat diet promotes anxiety and depressive behaviours in mice via molecular adaptations in the nucleus accumbens. In order to test this hypothesis, we placed male and female mice on either a saturated or monounsaturated high-fat diet or a control low-fat diet and assessed the role of nucleus accumbens inflammation in mediating the expression of an anxiodepressive phenotype. In our first study, only involving male mice, we found that, despite similar weight gain and overall adiposity, only mice fed the saturated high-fat diet displayed metabolic impairments and anxiodepressive behaviours. In addition, these impairments were accompanied by enhanced levels of inflammatory markers in the nucleus accumbens and region-specific viral mediated inhibition of the pro-inflammatory nuclear factor kappa-b pathway was sufficient to prevent the expression of anxiodepressive behaviours as well as compulsive sucrose-seeking. In our second study, female mice were placed on the same 3 diets and we also observed an anxiodepressive phenotype specific to the saturated high-fat diet. In contrast to the males, inflammation was not associated to the increase in anxiodepressive behaviours. Instead, elevated circulating levels of estrogen and diminished expression of estrogen receptor beta in the nucleus accumbens distinguished mice on the saturated high-fat diet from the others. In our third study, we induced obesity and anxiodepressive behaviours in male mice by exposing them to the saturated high-fat diet. Via a chemogenetic approach, we blocked the depressive phenotype induced by saturated high-fat feeding by activating neurons of the nucleus accumbens expressing the type 1 dopamine receptor. In addition, we evidenced differential effects of these neurons, under conditions of saturated high-fat feeding, as anxiety behaviours were enhanced by this same manipulation. In our fourth study, we assess the potential of a novel glucagon-like peptide-1/dexamethasone co-agonist to reduce motivation for high-fat/high-sugar rewards in male mice. We found that this co-agonist could acutely inhibit operant response for palatable foods under both chow and withdrawal from high-fat/high-sucrose diet conditions. Prolonged treatment with this compound in diet-induced obese mice successfully reduced body weight and food intake, without promoting anxiodepressive behaviours as well as cognitive impairment. Overall, our work supports a role for the nucleus accumbens in the greater susceptibility to anxiety and depression in obese individuals. We demonstrate that diet composition in fatty acids, and not just fat content, influences metabolic and mood impairments in obesity. Our data suggests this relationship to be mediating by distinct molecular mechanisms in a sex-specific manner. Finally, these studies may orient the development of novel therapeutic approaches addressing both the metabolic and motivational components of obesity.