Tout au long de la vie d’un organisme, l’architecture du système nerveux est mise à l’épreuve par des processus de maturation, de croissance, de stress mécaniques et de vieillissement. Bien que certaines molécules de maintenance de l’organisation des ganglions et fascicules neuronaux aient été identifiés chez le nématode C. elegans, les mécanismes assurant la protection à long terme de l’architecture du système nerveux restent mal compris. Chez les mutants de maintenance neuronale sax-7/L1CAM, certaines structures neuronales se développent initialement normalement, mais se désorganisent avec le temps. Un criblage génétique effectué au laboratoire a indiqué l’implication du gène mig-6/Papiline dans la maintenance neuronale: la perte de fonction de mig-6 supprime la désorganisation neuronale progressive des mutants sax-7. De plus, l’organisation neuronale des mutants mig-6 est mieux préservée dans un contexte de stress mécanique que chez le type sauvage. Un équilibre entre l'adhésion cellulaire et la flexibilité du milieu semble donc clé. Par ailleurs, les cellules gliales sont en relation étroite avec les neurones, mais leur implication dans la maintenance neuronale reste inexplorée. Ainsi, lors de ces travaux, la question principale est d’étudier la contribution de la matrice extracellulaire et de cellules gliales dans un contexte de maintenance de l’architecture du système nerveux chez C. elegans. Les résultats révèlent que MIG-6/Papiline régule l’état de la matrice extracellulaire en modifiant l’organisation du collagène IV, un composant abondant et conservé des membranes basales. Cette modification du collagène IV semble compenser les défauts d’adhésion cellulaire présents chez les mutants de maintenance sax-7/L1CAM et contrer un déplacement des ganglions neuronaux lors d’un stress mécanique accru. L’exploration de cellules gliales en contexte de maintenance neuronale a mis en évidence certains défauts des mutants de maintenance sax-7/L1CAM. Comprendre les principes généraux du maintien de l'architecture et de la connectivité neuronale pourrait aider à identifier des facteurs clés influençant l'apparition et la progression de neuropathologies. / Throughout life, the architecture of the nervous system is challenged by processes of maturation, growth, mechanical stress and aging. Although neuronal maintenance mechanisms of ganglia and fascicles organization involving conserved factors have been identified in the nematode C. elegans, little is known about processes that aim for the long-term protection of the nervous system architecture. In sax-7/L1CAM neuronal maintenance mutants, some neuronal ganglia and fascicles initially develop normally, but become disorganized over time. A genetic screen performed in the laboratory indicated the involvement of mig-6/Papilin in neuronal maintenance: loss of mig-6 function suppresses progressive neuronal disorganization in sax-7 mutants. Moreover, the neuronal organization of mig-6 mutants is better preserved under mechanical stress than in the wild-type strain. A balance between the adhesion of neurons to their environment and the flexibility of the surrounding extracellular matrix thus seems of importance. Furthermore, glial cells are closely related to neurons, but their involvement in the maintenance of the organization of neuronal structures remains unexplored. The main question of this work is to study the contribution of the extracellular matrix and of two types of glial cells in the context of maintenance of the nervous system architecture in C. elegans. Our results reveal that MIG-6/Papilin regulates the state of the extracellular matrix by altering the organization of collagen IV, an abundant and conserved component of basement membranes, thus compensating for cell adhesion defects in sax-7/L1CAM maintenance mutants and counteracting a neural ganglia displacement upon increased mechanical stress. Our exploration of glial cells in the context of neuronal maintenance also revealed defects in sax-7/L1CAM maintenance mutants. Understanding the general principles of maintenance of neuronal architecture and connectivity could help identify key factors influencing the onset and progression of neuropathologies.

De nombreuses fonctions cérébrales dépendent de la capacité de réseaux de neurones à générer une activité rythmique. Les réseaux neuronaux, nommés générateurs de patron centraux (GPCs), contrôlant les patrons de mouvements répétitifs comme la locomotion, la respiration et la mastication en sont un exemple important. Des travaux antérieurs ont montré que le noyau sensoriel principal du trijumeau (NVsnpr), qui fait partie du GPC de la mastication, contient des neurones qui peuvent décharger de façon rythmique et que les astrocytes et leur protéine S100ß étaient nécessaires pour cette rythmogénèse neuronale. Cependant, l’effet de l’activation directe des astrocytes sur la décharge des neurones du NVsnpr n’a jamais été investigué. De plus, comme les astrocytes forment des réseaux bien définis dans le NVsnpr, nous avons émis l’hypothèse que l’activation de ces réseaux pourrait contribuer à synchroniser l’activité rythmique de groupes de neurones. Pour investiguer ces deux questions, nous avons utilisé des enregistrements en mode cellules entières de neurones et d’astrocytes du NVsnpr lors de stimulations optogénétiques des astrocytes chez des souris transgéniques. Différentes lignées de souris transgéniques ont été utilisées pour exprimer des protéines photosensibles comme la channelrhodopsin (ChR2) ou le récepteur adrénergique α-1 dans les astrocytes du NVsnpr dans le but de pouvoir les stimuler par l’exposition à la lumière. De ces lignées, seul le croisement de souris S100β-Cre à des souris ChR2-lox donna des réponses significatives. Ces résultats démontrent que la stimulation optogénétique des astrocytes du NVsnpr cause divers effets sur la décharge neuronale, dont la genèse de bouffées rythmiques. Cependant, l’enregistrement de paires de neurones n’a pas permis de confirmer l’implication des astrocytes dans la synchronisation de l’activité rythmique des neurones de NVsnpr. Ces résultats permettent d’affiner les méthodes d’études des astrocytes dans le système trigéminal ainsi que de confirmer l’implication des astrocytes dans une activité rythmique, une implication qui pourrait potentiellement être observée dans d’autres structures du système nerveux central comme les GPCs de la locomotion ou de la respiration. / Several cerebral functions depend on the capacity of neural network to generate a rhythmic activity. One prominent example of this is the neural networks, named central pattern generators (CPGs), controlling repetitive movements patterns like locomotion, breathing and chewing. Previous studies have shown that the trigeminal main sensory nucleus (NVsnpr), which is part of the masticatory CPG, contains neurons that can rhythmically discharge and that the astrocytes and their protein, S100β, were essential for this neuronal rhythmogenesis. However, the effect of the activation of astrocytes on neuronal discharge of the NVsnpr remains uninvestigated. Additionally, since astrocytes form well-defined networks in the NVsnpr, we hypothesized that the activation of these networks could help synchronize the rhythmic activity of groups of neurons. To investigate these questions, we used whole cell recordings of neurons and astrocytes of the NVsnpr during optogenetic stimulation of astrocytes in transgenic mice. Different mice strains have been used to express photosensitive proteins such as channelrhodopsin (ChR2) or the α-1 adrenegic receptor in NVsnpr astrocytes to enable their stimulation with light. Of all these strains, only the S100β-Cre X ChR2-lox hybrids provided significant responses. Optogenetic stimulation of NVsnpr astrocytes produced various effects on neuronal discharge, including the genesis of rhythmic bursts. However, the recording of pairs of neurons did not confirm the involvement of astrocytes in the synchronization of the rhythmic activity of NVsnpr neurons. These results contribute to the refinement of methods used to study astrocytes in the trigeminal system and confirm the involvement of astrocytes in rhythmogenesis, an involvement that could be observed in other structures of the central nervous system such as the CPGs for respiration or locomotion.

Dans la région CA1 de l’hippocampe, une population d’interneurones exprimant la somatostatine (SOM-INs) est reconnue pour une potentialisation à long terme (PLT) dépendante des récepteurs métabotropes du glutamate de type 1a (mGluR1a) à leurs synapses excitatrices provenant des cellules pyramidales (CP). Il a récemment été démontré que cette PLT est induite par l’apprentissage contextuel lié à la peur, illustrant l’importance de cette PLT des SOM-INs dans l’apprentissage et la mémoire. Cependant, l’implication du neuropeptide somatostatine (SST) dans cette PLT demeure inconnue. Dans la présente étude, le rôle de la SST dans la PLT dépendante des mGluR1a a été étudié, tout comme, l’effet de la somatostatine-14 (SST-14) exogène aux synapses excitatrices des SOM-INs. Pour ce faire, des souris transgéniques exprimant la « enhanced yellow fluorescent protein » (eYFP) sous le contrôle du promoteur de la SST ont été utilisées. Des enregistrements électrophysiologiques jumelés à une approche pharmacologique ont été réalisés sur ces souris. Les résultats suggèrent que la SST-14 exogène engendre une PLT persistante grâce aux récepteurs à la somatostatine 1-5 (SST1-5), aux synapses excitatrices des SOM-INs, mais n’affecte pas les synapses des CP ou bien des interneurones exprimant la parvalbumine (PV-INs). Cette potentialisation induite par SST-14 était indépendante des récepteurs à l’acide N-méthyl-D-aspartique (NMDAR) et mGluR1a, dépendante de l’activité synaptique concomitante et inhibée par le blocage des récepteurs GABAA. De plus, la PLT dépendante des récepteurs mGluR1a a été affectée par l’inhibition des SST1-5 ou bien par un traitement avec de la cystéamine suggérant un rôle pour de la SST endogène dans cette PLT. Nos résultats suggèrent que la SST endogène pourrait contribuer à la PLT hébbienne aux synapses excitatrices des SOM-INs en contrôlant l’inhibition GABAA. La SST aurait alors un rôle dans la modulation de la plasticité à long terme des SOM-INs qui pourrait être important dans la mémoire dépendante de l’hippocampe. / The CA1 region of the hippocampus includes a population of GABAergic interneurons expressing somatostatin (SOM-INs). This type of interneurons displays a long-term potentiation (LTP) dependant on type 1a metabotropic glutamate receptors (mGluR1a) at their excitatory synapses from pyramidal cells (PC). It was recently demonstrated that mGluR1a dependent LTP can be induce by contextual fear learning showing an important role of this LTP in learning and memory. However, the implication of the peptide somatostatin (SST) in this LTP remains unknown. In the present study, the role of SST in mGluR1 dependent LTP and the effect of exogenous somatostatin-14 (SST-14) onto excitatory synapses of SOM-INs were investigated. To do this, transgenic mice expressing enhanced yellow fluorescent protein (eYFP) under the control of the promoter of SST were used. Patch clamp recordings and pharmacological approaches were used with these mice. Results suggested that application of exogenous SST-14 induces a LTP through type 1-5 somatostatin receptors (SST1-5) of excitatory synapses of SOM-INs but does not affect synapses of PC or parvalbumin-expressing interneurons (PV-INs). This LTP induced by SST-14 was independent of N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR) and mGluR1a, activity dependent, and prevented by blocking GABAA receptors. Furthermore, mGluR1a dependent LTP was prevented by inhibition of SST1-5 and by depletion of SST by cysteamine treatment, suggesting a role of endogenous SST in LTP. Our results indicate that endogenous SST may contribute to Hebbian LTP at excitatory synapses by controlling GABAA inhibition. SST would then have a role in regulating SOM-INs LTP that may be important for hippocampus dependent memory processes.

La neurogenèse est maintenue dans le cerveau adulte dans des régions restreintes du cerveau appelées niches neurogéniques. L’une des niches principales est la zone ventriculaire/sous-ventriculaire (V-SVZ) dans laquelle résident des cellules souches neurales (NSCs). Les NSCs sont à l’origine de la formation des nouveaux neurones en donnant naissance aux progéniteurs puis aux neuroblastes. Les études récentes sur la neurogenèse ont mis en évidence l’existence des NSCs quiescentes (qNSCs, aussi appelées cellules B1) et des NSCs actives (aNSCs). Le modèle actuel de la neurogenèse adulte place les qNSCs B1 en amont des aNSCs. L’hypothèse étant que cette population dormante constitue une « réserve », afin de maintenir les aNSCs tout au long de la vie. Les techniques actuelles ne permettent pas de cibler les qNSCs spécifiquement in vivo et donc, d’analyser leurs propriétés biologiques, leurs mécanismes d’activation ainsi que leur relation avec les aNSCs. Cette compréhension est nécessaire pour la mise au point de stratégies thérapeutiques pouvant utiliser le potentiel des cellules souches pour restaurer la neurogenèse dans les contextes de vieillissement et de maladies neurodégénératives. Afin de caractériser les qNSCs de la V-SVZ, nous avons utilisé l’électroporation de plasmides dans un modèle de souris rapportrice Rosa26-stop-EYFP. Dans celle-ci, la séquence codant pour la protéine EYFP précédée par un codon STOP floxé, est inséré au locus Rosa26. L’excision du codon STOP par une recombinase permet l’expression du rapporteur dans les cellules électroporées ainsi que leur descendance. Cette technique nous a permis de cibler spécifiquement une population d’astrocytes en contact avec le ventricule et d’étudier leur contribution à la neurogenèse adulte. À la différence des approches virales et transgéniques, l’électroporation peut cibler les cellules quiescentes et l’expression du plasmide est limité aux cellules en contact avec le ventricule. Grâce à cette technique nous avons mis en évidence des éléments surprenants : i) cette population est majoritairement quiescente et ne contribuent à la neurogenèse que de manière minimale, ii) cette population ne participe pas à la régénération de la niche in vivo, iii) elles ne génèrent pas les aNSCs à l’origine des neurosphères in vitro et iv) son activité neurogénique peut être augmentée en exprimant le gène pro-neural Mash1. Ensuite, nous nous sommes intéressés au rôle de la signalisation EGFR dans la régulation de l’activité des cellules souches/progéniteurs neuraux (NSPCs). Dans cette seconde étude, nous montrons que i) la signalisation EGFR est réduite avec l’âge, ii) PI3K/AKT, MEK/ERK et mTOR régulent différemment la prolifération, la différenciation et la survie des NSPCs et iii) l’activation d’EGFR dans les qNSCs permet d’augmenter la neurogenèse sous ventriculaire à 3 mois, mais pas à 6 mois ou dans un modèle de la maladie d’Alzheimer. Nos données suggèrent donc que les qNSCs représentent une population hétérogène et/ou présentant 2 voies neurogéniques distinctes. De plus, nous avons montré que les voies de signalisation associées à EGFR exercent un contrôle différentiel sur l’activité des NSPCs. Enfin, nos résultats indiquent que les facteurs présents dans la niche sous-ventriculaire lors du vieillissement inhibent de manière dominante l’activation des NSCs. / Neurogenesis is maintained in restricted regions of the adult brain called neurogenic niches. One of the main neurogenic niches is the ventricular-subventricular zone (V-SVZ) in which neural stem cells (NSCs) reside. NSCs produce neurons through the generation of transit amplifying progenitors and neuroblasts. Recent studies on adult neurogenesis revealed the existence of quiescent NSCs (qNSCs, also called B1) and activated NSCs (aNSCs). The current model of adult neurogenesis places qNSCs (B1) upstream of aNSCs in the lineage. The hypothesis is that the qNSC population constitutes a “reserve” pool to maintain aNSC pool throughout life. So far, the techniques used do not allow specific targeting of the qNSCs in vivo. Therefore, it is not possible to analyze their biological properties, activation mechanisms and relationship with aNSCs. This understanding is also necessary to establish therapeutic strategies that could utilize the potential of stem cells to restore neurogenesis in contexts of aging and neurodegenerative diseases. In order to characterize qNSCs in the ventricular zone, we took advantage of plasmid electroporation in a reporter mouse model, Rosa26-stop-EYFP. In this model, the sequence coding for EYFP preceded by a floxed STOP codon is inserted at the Rosa26 locus. Excision of the STOP codon by a recombinase enables expression of the reporter in electroporated cells and their progeny. This technique enabled the specific targeting of a ventricle-contacting astrocytes population and to study their contribution to adult neurogenesis. Unlike transgenic or viral approaches, electroporation can target quiescent cells and the expression of the plasmid is restricted to the ventricle-contacted cells. Using this approach, we made surprising observations: i) this population is mostly quiescent and only minimally contributes to adult neurogenesis, ii) this population does not participate in niche regeneration in vivo and iv) their neurogenic output can be increased by expressing the pro-neural gene Mash1. Next, we investigated the role of EGFR signaling in the regulation neural stem and progenitor cells (NSPCs) activity. In this second study, we show that i) EGFR signaling decreases during aging, ii) PI3K/AKT, MEK/ERK and mTOR exert different regulation proliferation, differentiation and survival of NSPCs and iii) activation of EGFR in the qNSCs increases V-SVZ neurogenesis in 3-months-old animals but not in 6-months-old or Alzheimer’s disease model animals. Our data suggests that the NSC population is heterogeneous, with variable neurogenic output from the different sub-populations, as well as different activation modalities. We also showed that EGFR-associated signalling pathways differentially regulate NSPCs activity. Finally, our results indicate that the factors present in the V-SVZ niche during aging dominantly inhibit activation of NSCs.

L’infection virale des voies respiratoires supérieures est la cause la plus fréquente des troubles de l’odorat. L’entraînement olfactif permet un rétablissement des fonctions olfactives chez une bonne proportion des patients avec une perte olfactive post-virale. Aussi, les fonctions olfactives sont corrélées avec différentes mesures neuroanatomiques du cortex olfactif. L’objectif de ce mémoire est donc de reproduire les résultats bénéfiques de l’entraînement olfactif chez des patients avec un trouble de l’odorat post-viral et d’observer si le rétablissement des performances olfactives modifie l’épaisseur corticale des régions olfactives. Trente-neuf patients ayant un trouble de l’odorat post-viral ont complété un entraînement olfactif d’une durée de 12 semaines. L’entraînement olfactif consistait à sentir des contenants avec une odeur de rose, de citron, d’eucalyptus et de clou de girofle, deux fois par jour. Les capacités olfactives ont été mesurées avec les tests Sniffin’Sticks au début et à la fin de l’étude. L’entraînement olfactif a permis l’amélioration clinique (≥6 points SDI) des fonctions olfactives chez 59% des patients. Ces patients avaient une épaisseur corticale plus importante au niveau du cortex orbitofrontal latéral gauche à p<0,0001 non corrigé. Les patients avec une amélioration du score SDI (≥0,25 points) ont une augmentation de l’épaisseur du cortex orbitofrontal médial gauche, du cortex entorhinal droit et du cortex cingulaire postérieur gauche (p<0,0001, non corrigé). Ces résultats démontrent l’efficacité de l’entraînement olfactif chez les patients avec un trouble de l’odorat post-viral et que la rémission des fonctions olfactives semble modifier l’épaisseur corticale de certaines régions du cortex olfactif. / Viral infection of the upper respiratory tract is the most common cause of disturbances in smell. Olfactory training allows a reestablishment of olfactory functions in a good proportion of patients with post-viral olfactory loss. Also, olfactory functions are correlated with different neuroanatomic measures of the olfactory cortex. The objective of this dissertation is therefore to reproduce the beneficial results of olfactory training in patients with post-viral olfactory dysfunction and to observe whether the restoration of olfactory performances changes the cortical thickness of the olfactory cortex. Thirty-nine patients with post-viral olfactory dysfunction completed a twelve-week olfactory training. The olfactory training consisted of smelling containers with the scent of roses, lemon, eucalyptus and cloves, twice a day. Olfactory functions were measured with the Sniffin'Sticks tests at the start and end of the study. Olfactory training resulted in clinical improvement (≥6 SDI points) of olfactory functions in 59% of patients. These patients had greater cortical thickness in the left lateral orbitofrontal cortex at p <0,0001 uncorrected. Patients with improved SDI score (≥0,25 points) had an increase in the thickness of the left medial orbitofrontal cortex, right entorhinal cortex and left posterior cingulate cortex (p <0,0001, uncorrected). These results demonstrate the effectiveness of olfactory training in patients with post-viral olfactory loss and that remission of olfactory functions appears to alter the cortical thickness of certain regions of the olfactory cortex.

Les rétinopathies ischémiques prolifératives telles que la rétinopathie diabétique proliférative et la rétinopathie du prématuré sont les principales causes de la perte de la vision dans la population active et pédiatrique des pays industrialisés. Malgré le fait que les événements initiateurs sont différents et propres à chacune des pathologies, les rétinopathies ischémiques prolifératives sont le résultat d’un processus biphasique. On a d’abord une phase initiale de dégénérescence microvasculaire suivie d’une néovascularisation excessive et pathologique de la rétine hypoxique qui tente de réinstaurer l’apport en nutriments et en énergie. Mais au lieu d’aller revasculariser les zones avasculaires de la rétine, ces nouveaux vaisseaux sanguins sont mal orientés et se dirigent plutôt vers le vitré normalement avasculaire. Ceci provoque des tensions physiques dans la rétine et mène à long terme à son détachement et une perte de vision conséquente. Les traitements actuels ne viennent pas sans effets secondaires majeurs. Par exemple, la formation de la cataracte et l’augmentation de la pression intraoculaire avec l’utilisation des corticostéroïdes ou la perte de la vision partielle dans le cas du traitement au laser sont fréquemment observées. De même, la thérapie anti-VEGF (Vascular endothelial growth factor) apporte aussi son lot de complications, telles que la thromboembolie veineuse et l’augmentation de la neurotoxicité après un long usage, vu les propriétés neuro- et vaso-protectrices du VEGF. Le développement d’une nouvelle approche thérapeutique pour les rétinopathies ischémiques prolifératives est donc nécessaire afin de contrer ces limitations thérapeutiques. Dans notre première étude, nous mettons en évidence un nouveau mécanisme par lequel les cellules neuronales sous stress diabétique sont à l’origine d’une forte inflammation oculaire. Nos résultats démontrent que le co-récepteur multi-ligand Neuropiline-1, le VEGF et la Sémaphorine-3A agissent de concert afin d’attirer une sous-population particulière de phagocytes mononucléaires susceptibles d’activer le processus de croissance vasculaire pathologique dans la rétine diabétique. De plus, notre étude propose une base pour de futures recherches sur l’impact des phagocytes mononucléaires exprimant Neuropiline-1 dans les pathologies du système nerveux central caractérisées par une inflammation excessive. Nos résultats permettent aussi de mettre en lumière le caractère anti-inflammatoire potentiel des thérapies actuelles anti-VEGF (à cause du rôle de VEGF dans la mobilisation des phagocytes mononucléaires via Neuropiline-1) au niveau oculaire. Dans notre deuxième étude, nous mettons en évidence l’activation du facteur HIF1α dans les phagocytes mononucléaires présents dans la rétine hypoxique. L’utilisation d’une approche protéomique non biaisée de spectrométrie de masse en tandem nous a permis d’identifier les partenaires interagissant avec HIF1α dans un milieu déficient en oxygène. Nous avons pu ainsi déterminer pour la première fois l’association entre la voie d’HIF1α et celle d’IRE1α (un des trois senseurs de la voie de l’UPR « unfolded protein response ») dans le processus d’adaptation à l’oxygène des phagocytes mononucléaires. Nos résultats révèlent ensuite l’importance d’IRE1α (plus principalement son activité kinase) dans la production d’HIF1α. Nous démontrons finalement que la synergie entre les signalisations d’IRE1α et HIF1α pourrait être responsable du comportement pathogénique des phagocytes mononucléaires via leur libération de cytokines inflammatoires; ce qui participerait ainsi à la progression des rétinopathies. Collectivement, nos travaux ont permis d’identifier d’importants régulateurs de l’activité pathogénique des phagocytes mononucléaires. Nous montrons : 1) le rôle de Neuropiline-1 dans l’infiltration des phagocytes mononucléaires au niveau des zones endommagées de la rétine et 2) l’impact du mécanisme convergent entre les voies d’IRE1α et HIF1α sur leur sécrétion de facteurs pro-inflammatoires durant les rétinopathies. Nos résultats offrent une base pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques (ciblant Neuropiline-1, IRE1α et HIF1α) dans le traitement de maladies oculaires et d’autres pathologies caractérisées par une inflammation excessive. / Proliferative ischemic retinopathies such as proliferative diabetic retinopathy (PDR) and retinopathy of prematurity (ROP) are the principal causes of vision loss in working age and pediatric populations of industrialized countries. Although they display different initial triggers, proliferative ischemic retinopathies are biphasic ocular diseases that affect retinal vessels. There is an initial degeneration of the microvasculature, followed by a hypoxic stress on the retina. This triggers a second phase of deregulated and destructive blood vessel growth within the retina. Given this sequence of events and prominent clinical features, the currently most widely used local ocular therapeutic interventions directly target pathological blood vessel growth, yet present a number of non-desirable off-target effects such as the destruction of the retina itself. In fact, currently available treatments for proliferative ischemic retinopathies present non-negligible side effects, such as cataract formation with intravitreal use of corticosteroid or reduced visual field with laser-based photocoagulation surgery. Similarly, the anti-VEGF (Vascular endothelial growth factor) therapy may be associated with thromboembolic events, neuronal toxicity and atrophy when used as frequent long-term treatment given the fact that VEGF serves a vaso- and neuro-protective factor in the retina. Overcoming these therapeutic limitations and exploring novel pharmacological avenues are therefore required to ameliorate the safety profiles of current interventions. In our first study, we describe a novel mechanism by which severely stressed neuronal cells in the diabetic retina provoke destructive inflammation in the eye. We demonstrate that the multi-ligand co-receptor Neuropilin-1, VEGF and Semaphorin3A act as potent attractants for a specialized population of immune cells (mononuclear phagocytes) that later promote the exaggerated pathological vessel growth associated with the disease progression. Importantly, we provide evidence for a novel pharmacological intervention that reduces the inflammation associated with pathological retinal vessel growth. Our findings also suggest that current anti-VEGF therapies (a popular treatment for ocular vascular diseases) may in part be effective by reducing destructive ocular inflammation. In our second study, we provide evidence that those mononuclear phagocytes activate HIF1α in the hypoxic and inflamed retina. After using the unbiased proteomic approach of tandem mass spectrometry, we were able to identify HIF1α partners and found a novel link between HIF1α and the UPR (unfolded protein response) sensor IRE1α. Our data next established the crucial role of IRE1α (precisely via its kinase activity) in HIF1α production. We also suggested that the synergy between IRE1α and HIF1α pathways may be responsible of the pathogenic activity of the hypoxic mononuclear phagocytes via their secretion of inflammatory cytokines, thus contributing to the progression of the retinopathy. Collectively, our work identifies important regulators of the pathogenic activity of mononuclear phagocytes. We show that: 1) Neuropilin-1 promotes the infiltration of mononuclear phagocytes in the retina and 2) the convergent mechanism between IRE1α and HIF1α pathways is responsible for their release of pro-inflammatory factors during retinopathy. Our results could be used as a basis for the development of alternative therapeutic strategies (targeting Neuropilin-1, IRE1α and HIF1α) to treat ocular diseases or other pathologies characterized by an excessive inflammation.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative incurable partageant des mécanismes pathogéniques avec la démence frontotemporale (DFT). Elle est caractérisée par la dégénérescence sélective des neurones moteurs de la moelle épinière et du cerveau. Depuis les 25 dernières années, plus de 20 gènes ont été associés avec ces maladies, incluant FUS, C9ORF72 et TARDBP. Cependant, les liens entre la pathologie, le stade de la maladie et les mécanismes cellulaires demeurent incertains, mais semblent être multifactoriels. Bien que la SLA soit principalement considérée comme une maladie affectant le système nerveux, plusieurs d’observations suggèrent que des signaux périphériques, incluant ceux du tractus gastro-intestinal et de son microbiome, pourraient influencer la progression de la maladie. Récemment, de nouvelles études font état de perturbations du microbiome, appelé dysbiose, de la bioénergétique mitochondriale et de la composition lipidiques dans la SLA. Toutefois, il y a un manque considérable de compréhension de l’effet de ces perturbations sur la pathogenèse de la SLA. Une dysbiose a également été identifiée dans d’autres maladies neurodégénératives, telles que la maladie d’Alzheimer (MA) et la maladie d’Huntington (MH). En utilisant l’organisme modèle Caenorhabditis elegans, nous avons identifié une souche probiotique, Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114, ayant des propriétés neuroprotectives dans différents modèles de SLA et de MH. Dans la première partie de cette thèse, nous avons démontrés que la neuroprotection conférée par L. rhamnosus HA-114 est unique par rapport aux autres souches de L. rhamnosus et réside dans son contenu en acide gras. Ces effets bénéfiques requièrent acdh-1/ACADSB, kat-1/ACAT1 and elo-6/ELOVL3/6, gènes impliqués dans le métabolisme des lipides et la β-oxydation mitochondriale. De plus, HA-114 retarde l’apparition des symptômes et réduit la neurodégénérescence chez la souris SOD1G93A. Nos résultats suggèrent que des perturbations du métabolisme des lipides contribuent à la neurodégénérescence et que HA-114 restaure l’homéostasie lipidique et énergétique via la β-oxydation mitochondriale. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons utilisé le C. elegans et avons caractérisé l’orthologue de CHCHD10, har-1, dans plusieurs essais afin d’étudier son implication dans la SLA et la DFT. CHCHD10 code pour une protéine impliquée dans la maintenance de la morphologie mitochondriale et la phosphorylation oxydative. Des mutations dans ce gène ont récemment été liées à la SLA. Nous avons caractérisé deux allèles distincts : une délétion de 260 pb (gk3124) et une mutation ponctuelle (ad2155). Les mutants har-1(gk3124) et har-1(ad2155) développent une paralysie, une dégénérescence des neurones GABAergiques et une altération de la santé mitochondriale. Le pioglitazone et le 2,4-thiazolidinedione, deux composés régulant la santé mitochondriale, restaurent plusieurs phénotypes associés à la SLA chez les mutants har-1. De plus, L. rhamnosus HA-114 a également des effets similaires sur ces souches. Ces résultats semblent confirmer un lien entre le microbiome et la SLA et pourraient ouvrir la voie à de futures thérapies via la modulation de l’environnement intestinal. De plus, découvrir les mécanismes impliqués dans cette neuroprotection permettrait sans doute la découverte de nouveaux gènes et de biomolécules actives ayant la capacité de moduler la neurodégénérescence, ouvrant la voie à l’utilisation de nouveaux médicaments. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is an incurable neurodegenerative disease sharing pathological pathways with frontotemporal dementia (FTD). It is characterized by the selective degeneration of lower and upper motor neurons in the spinal cord and cerebral cortex. Over the last 25 years, more than 20 genes have been associated with these diseases, including FUS, C9ORF72 and TARDBP. Despite over a century of medical investigation, the links between pathology, disease stage and cellular mechanisms are still unclear, but may be multifactorial involving unresolved gene-environment interactions. While ALS is primarily considered a central nervous system disease, emerging evidence suggests that peripheral signals, including those from the gastrointestinal tract and gut microbiota, may be involved in ALS progression. Over the last year, new evidence showed perturbations in microbiota (called dysbiosis), mitochondrial bioenergetics, and in lipid composition in ALS. However, there is a considerable lack of understanding of the effect of these perturbations in ALS pathogenesis. Interestingly, dysbiosis has also been linked to other neurological conditions like Alzheimer’s disease (AD) and Huntington’s disease (HD). Using the model organism Caenorhabditis elegans, we discovered a probiotic bacterial strain, Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114, with neuroprotective properties in models of ALS and HD. In the first part of this thesis, we demonstrated that neuroprotection from L. rhamnosus HA-114 is unique from other L. rhamnosus strains, and resides in its fatty acid content. Neuroprotection by L. rhamnosus HA-114 requires acdh-1/ACADSB, kat-1/ACAT1 and elo-6/ELOVL3/6, which are key fatty acid metabolism and mitochondrial β-oxidation genes. Moreover, L. rhamnosus HA-114 delayed disease onset and suppressed motor neuron degeneration in an aggressive mouse model of ALS. Our data suggest that disrupted lipid metabolism contributes to neurodegeneration and that dietary intervention with L. rhamnosus HA-114 restores lipid homeostasis and energy balance through mitochondrial β-oxidation. In the second part of this thesis, we used C. elegans and characterized the CHCHD10 orthologue har-1, in a number of behavioral assays, to learn more about the biological role of this gene and its implication in ALS-FTD pathogenesis. CHCHD10 is a widely expressed gene coding for a mitochondrial protein with a potential role in cristae morphology maintenance and/or oxidative phosphorylation with mutations recently associated with ALS. We characterized two distinct alleles: a deletion of 260 bp (gk3124) and a point mutation (ad2155). Both har-1 (gk3124) and har-1 (ad2155) worms display age-dependent motility defects leading to paralysis, degeneration of GABAergic neurons and altered mitochondrial health. The small molecules, pioglitazone and 2,4-thiazolidinedione, with known neuroprotective activity, and also shown to regulate mitochondrial health, suppressed several har-1 phenotypes. Moreover, dietary supplementation of L. rhamnosus HA-114 improved several ALS-related phenotypes in these har-1 mutants. These findings may confirm a link between microbiota and ALS and can lead to future therapies, through the modulation of the intestinal environment. L. rhamnosus HA-114 is suitable for human consumption opening the possibility of modifying disease progression by dietary intervention. Furthermore, uncovering the complete neuroprotection pathway may give us insights into new genes and bioactive molecules able to modulate neurodegeneration, thus opening the door to new therapeutic approaches.

Introduction: L’inflammation chronique et l’hypercoagulabilité associées au cancer favorisent la survenue de thromboembolie. L’accident vasculaire cérébral (AVC) ischémique peut être le premier signe d’un cancer actif non diagnostiqué (ou occulte). La fréquence et les prédicteurs de cancer occulte en AVC ischémique demeurent cependant débattus. Nous avons d’abord effectué une revue systématique de la littérature afin de résumer les connaissances sur la fréquence et les prédicteurs de cancer en AVC ischémique. Nous avons ensuite effectué une étude de cohorte rétrospective appariée pour comparer le risque de cancer chez les individus ayant subi un AVC ischémique ou un accident ischémique transitoire (AIT) à celui d’individus sans AVC/AIT à travers des données de l’Étude longitudinale canadienne sur le vieillissement. Méthodes: Dans notre revue systématique, nous avons interrogé sept bases de données à la recherche d’articles publiés entre janvier 1980 et septembre 2019 rapportant des tumeurs malignes et des néoplasies myéloprolifératives diagnostiquées après un AVC ischémique (protocole PROSPERO: CRD42019132455). Dans notre cohorte appariée, nous avons utilisé les données de la cohorte globale (n=30 097) de l’Étude longitudinale canadienne sur le vieillissement, une grande cohorte populationnelle d’individus âgés de 45 à 85 ans au recrutement (2011 à 2015). Nous avons construit une cohorte rétrospective par appariement individuel exact sur l’âge (ratio 1:4) et avons utilisé des modèles à risques proportionnels de Cox pour estimer les rapports de risques instantanés de nouveau diagnostic de cancer avec et sans AVC/AIT préalable. Résultats: Pour notre revue systématique, nous avons dépisté 15 400 entrées et inclus 51 articles. L’incidence cumulée combinée de cancer dans la première année suivant un AVC ischémique était de 13,6 par millier (intervalle de confiance à 95% [IC 95%]: 5,6 à 24,8), plus élevée pour les études d’AVC cryptogénique (62,0 par millier; IC 95%: 13,6 à 139,3 vs 9,6 par millier; IC 95%: 4,0 à 17,3; p-value=0,02) et pour celles rapportant des tests de dépistage du cancer (39,2 par millier; IC 95%: 16,4 à 70,6 vs 7,2 par millier; IC 95%: 2,5 à 14,1; p-value=0,003). L’incidence de cancer après un AVC était généralement supérieure par rapport aux individus sans AVC et la plupart des cancers étaient diagnostiqués dans les premiers mois suivants l’AVC. Nous avons identifié plusieurs prédicteurs de cancer occulte, dont l’âge avancé, le tabagisme, l’infarctus de plusieurs territoires vasculaires cérébraux ainsi que l’élévation des d-dimères et de la protéine C-réactive. Pour notre étude de cohorte, nous avons respectivement inclus 920 et 3 680 individus dans les groupes avec et sans AVC/AIT. Nous avons observé une incidence supérieure de cancer dans la première année suivant l’AVC/AIT qui diminuait par la suite. Le risque instantané de nouveau diagnostic de cancer dans la première année suivant un AVC/AIT était significativement augmenté (rapport de risques instantanés=2,36; IC 95%: 1,21 à 4,61; p-value=0,012) par rapport aux individus appariés pour l’âge après ajustements. Les principaux types de cancer dans la première année étaient le cancer de la prostate (n=8, 57,1%) et le mélanome (n=2, 14,3%). Conclusion: Nous avons observé dans notre revue systématique et notre étude de cohorte une incidence de nouveau diagnostic de cancer suivant un AVC ischémique globalement faible, mais supérieure à celle d’individus sans AVC. La fréquence de nouveau diagnostic de cancer après un AVC était également supérieure en AVC cryptogénique et après un dépistage. Plusieurs prédicteurs peuvent être utilisés pour augmenter la probabilité prétest de cancer occulte en AVC ischémique. Toutefois, l’incidence de cancer post-AVC que nous rapportons est probablement sous-estimée en raison de limites méthodologiques des études méta-analysées. Des études prospectives de plus grande taille avec documentation systématique des diagnostics de cancer post-AVC sont nécessaires pour produire des estimations plus valides et précises qui pourront guider l’élaboration d’études randomisées et contrôlées de détection précoce de cancer en AVC ischémique. / Introduction: Cancer promotes thromboembolism through inflammation and hypercoagulability, and an ischemic stroke may be the first sign of an undiagnosed (occult) malignancy. The frequency and predictors of occult cancer in people with acute ischemic stroke, however, remains unclear. We first sought to summarize the existing published data regarding the frequency and predictors of cancer after an ischemic stroke in a systematic review. We also conducted a retrospective matched cohort study to compare the incidence of cancer in people who experienced an ischemic stroke or transient ischemic attack (TIA) to that of people without stroke, using data from the Canadian Longitudinal Study on Aging. Methods: For our systematic review, we searched seven databases from January 1980 to September 2019 for articles reporting malignant tumors and myeloproliferative neoplasms diagnosed after an ischemic stroke (PROSPERO protocol: CRD42019132455). For our matched cohort study, we used data from the comprehensive sub-group (n=30,097) of the Canadian Longitudinal Study on Aging, a large population-based cohort of individuals aged 45-85 years when recruited (2011-2015). We built a retrospective cohort with individual exact matching for age (1:4 ratio). We used Cox proportional hazards models to estimate hazard ratios of new cancer diagnosis with and without a prior stroke/TIA. Results: For our systematic review, we screened 15,400 records and included 51 articles. The pooled cumulative incidence of cancer within one year after an ischemic stroke was 13.6 per thousand (95% confidence interval [CI], 5.6 to 24.8), higher in studies focusing on cryptogenic stroke (62.0 per thousand; 95% CI, 13.6 to 139.3 vs 9.6 per thousand; 95% CI, 4.0 to 17.3; p- value=0.02) and those reporting cancer screening (39.2 per thousand; 95% CI, 16.4 to 70.6 vs 7.2 per thousand; 95% CI, 2.5 to 14.1; p-value=0.003). The incidence of cancer after stroke was higher overall compared to people without stroke. Most cases were diagnosed within the first few months after stroke. Several predictors of cancer were identified, namely older age, smoking, involvement of multiple vascular territories, as well as elevated C-reactive protein and d-dimers. For our cohort study, we respectively included 920 and 3,680 individuals in the stroke and non- stroke groups. We observed a higher incidence of cancer in the first year after stroke/TIA that declined afterwards. The hazard of new cancer diagnosis in the first year after stroke/TIA was significantly increased (hazard ratio=2.36; 95% CI, 1.21 to 4.61; p-value=0.012) as compared to age-matched non-stroke participants after adjustments. The most frequent primary cancers in the first year after stroke/TIA were prostate (n=8, 57.1%) and melanoma (n=2, 14.3%). Conclusion: We observed in both studies of our research project that the frequency of incident cancer after an ischemic stroke is low overall, but higher as compared to people without stroke. The frequency of new cancer diagnosis after stroke is also higher in cryptogenic stroke and after cancer screening. Several predictors may increase the yield of cancer screening after an ischemic stroke. The pooled incidence of post-stroke cancer is likely underestimated due to methodological issues in most studies of our review. Larger prospective studies with systematic ascertainment of cancer after stroke are needed to produce more valid and precise estimates of post-stroke cancer risk and guide randomized controlled studies of cancer screening in people with acute ischemic stroke.

Les traumatismes spinaux (TS) touchent environ 17 810 personnes chaque année en Amérique du Nord. À la suite de ces lésions, la plupart des individus atteints vont perdre l’habilité à effectuer des mouvements simples et certains peuvent présenter des paralysies d’un ou plusieurs membres. Également, ces patients vont souffrir de troubles du sommeil, de détresse émotionnelle (anxiété et dépression) et de déficits cognitifs (mémoire). L’occurrence d’un traumatisme crânien (TC) concomitant est sous-estimée et sous-diagnostiquée dans 12.4 à 74% des patients TS, pouvant affecter considérablement la réhabilitation post-traumatisme. Bien que les soins prodigués actuellement permettent une certaine récupération après TS ou TC, il semble nécessaire de développer des thérapies adaptées dans le cadre des TS-TC concomitants. Afin de combler ce manque de connaissances après TS-TC concomitant, nous avons développé un nouveau modèle animal de TS-TC concomitant. En utilisant des approches comportementales et électrophysiologiques, nous avons examiné l’impact d’un TS-TC concomitant sur les fonctions motrices, le sommeil, l’état émotionnel et les capacités cognitives. Un groupe de rats recevant un TS-TC concomitant a été comparé avec un groupe ne recevant qu’un TS seul et un groupe contrôle (SHAM), recevant une laminectomie et une craniotomie sans TS et TC. La locomotion globale et le sommeil ont été évalués à chaque semaine pendant un mois par le test de session en arène ouverte et par électroencéphalographie pour évaluer l’architecture du sommeil, l’analyse spectrale des états de vigilance, incluant spécifiquement la dynamique de l’activité delta en sommeil sans mouvement rapide des yeux (sommeil NREM). L’état émotionnel et les capacités cognitives ont été testés 6 semaines post-traumatisme. L’anxiété et la dépression ont été testées en arène ouverte et par le test de préférence au sucrose respectivement. La mémoire de travail et la mémoire spatiale ont été testées par le test du labyrinthe en Y et par le test de reconnaissance spatiale d’objets respectivement. Le TS-TC et le TS seul ont induit des déficits moteurs en comparaison au groupe SHAM. La durée et la qualité de l’éveil et du sommeil n’ont pas été affectées par le TS seul ou le TS-TC concomitant, malgré une tendance à la hause de l’activité spectrale et de la dynamique de l’activité delta en sommeil NREM après TS-TC. Ni le TS-TC ou le TS seul n’a affecté l’état émotionnel. Seule la mémoire de travail a été affectée après TS-TC en comparaison aux groupes SHAM et TS seul. Les résultats obtenus suggèrent que la mémoire de travail pourrait être considérée comme un potentiel biomarqueur de lésion concomitante de la moelle épinière et du cerveau. De plus amples expériences seront nécessaires afin de décrire complétement ce nouveau modèle animal de TS-TC concomitant comme d’une part, la réalisation de mesures comportementales spécifiques dans les phases aigue et chronique post-traumatisme et d’autre part, une mesure de la neuro-inflammation et de la plasticité par immunohistochimie au niveau de l’hippocampe. Le développement de ce nouveau modèle animal va permettre la création et l’adaptation d’outils diagnostiques et thérapeutiques pour les patients présentant des TS-TC concomitants. / Spinal cord injuries (SCI) affect 17,810 people in North America every year. In this condition, most individuals will lose the ability to perform simple motor actions and will additionally suffer from sleep disturbances, emotional distress (anxiety and depression) and cognitive impairments (memory). The occurrence of traumatic brain injury (TBI) in SCI population is underestimated and missed-diagnosed in 12.4 to 74% of SCI patients, impeding the implementation of optimal rehabilitation strategies and drug therapies. Although specialized care is critically needed to improve rehabilitation outcomes in these patients, specialized dual diagnosis care and evidence-based approaches for treatment are currently lacking. To address this knowledge gap, we developed and characterized a novel rodent model of concomitant TBI and SCI. Using a combination of behavioral and electrophysiological techniques, we examined the impact of concomitant TBI and SCI on motor function, sleep, emotional state, and cognition. A group of rats receiving concomitant TBI and SCI were compared with control groups that received SCI only or surgical procedures without injuries (SHAM group). Global locomotion and sleep were evaluated each week for one month by using the open-field test and electroencephalography to evaluate sleep architecture, the spectral composition of vigilance states, including delta activity during non-rapid eye movement (NREM) sleep. Emotional states and cognition were assessed at 6 weeks after surgery. Anxiety and depression were tested using the open-filed and sucrose preference tests, respectively. Working memory and spatial memory were evaluated by Y Maze test and spatial object recognition test, respectively. We found that concomitant TBI-SCI and SCI alone both impacted locomotor abilities, by comparison to the intact state. The duration and quality of wakefulness and sleep were not significantly affected by SCI or TBI-SCI, despite spectral analysis showing a tendency for TBI-SCI to increase NREM sleep delta activity. Neither concomitant TBI SCI nor SCI significantly impacted anxiety and depressive-like behaviors in comparison to the SHAM group. By contrast, working memory was significantly impaired after TBI-SCI but was preserved in SHAM and SCI groups. This result suggests that working memory could potentially be used as a biomarker of these concomitant injuries. Further experiments are needed to fully characterize this novel animal model. This includes performing more specific behavioral tests in the acute and chronic stages after injury. Also, immunochemistry experiments directed on molecular markers of neuro-inflammation and plasticity are needed. This novel animal model will be useful to create and adapted diagnosis and therapeutic tools for TBI-SCI patients.

La sclérose en plaques (SP) est une maladie inflammatoire du système nerveux central (SNC) affectant plus de 2,5 millions de personnes dans le monde. Bien que son étiologie soit inconnue, de nombreuses données supportent la contribution des réponses immunitaires à la maladie. La présence de leucocytes au sein des lésions de démyélinisation est un marqueur neuropathologique de la SP. Les traitements actuels diminuent les exacerbations de la SP mais échouent à arrêter sa progression. Ainsi, il est essentiel d’identifier des nouvelles voies contribuant à la pathologie de la SP. NKG2D est un récepteur co-activateur de cellules effectrices qui participent à la surveillance immunitaire. Cependant, cette voie peut contribuer à l’inflammation et aux lésions tissulaires. Le blocage ou l’élimination du NKG2D réduit la gravité de la maladie dans des modèles animaux de SP. Dans la pathologie humaine, des lymphocytes T CD4+ et CD8+ NKG2D+ sont présents dans les lésions et élevés dans le sang périphérique des patients atteints de la forme cyclique de SP durant une poussée. Au moins un ligand du NKG2D (NKG2DL) est exprimé par des oligodendrocytes dans des lésions et les lymphocytes T CD8+ causent la mort in vitro des oligodendrocytes humains de façon NKG2D dépendante. On ignore encore si d’autres cellules neurales expriment des NKG2DL et sont susceptibles à la reconnaissance par le NKG2D. Dans cette thèse, nous avons investigué la contribution de la voie NKG2D à la pathologie de la SP. La première partie présente la caractérisation de l’expression des NKG2DL au sein du SNC. Nous avons trouvé des niveaux élevés de ULBP4, mais aucun autre ligand, dans les lésions et la matière blanche d’apparence normale chez des patients SP. Nous avons identifié des déclencheurs potentiels de l’expression de ULBP4 par les astrocytes. ULBP4 soluble est détecté dans le liquide céphalo-rachidien, et des essais fonctionnels ont démontré sa capacité à renforcer la sécrétion de cytokines inflammatoires par les lymphocytes T CD8+. Dans la seconde partie, nous avons caractérisé les lymphocytes T exprimant NKG2D dans le sang de patients atteints des formes cycliques et progressives de la SP ainsi que chez des sujets témoins. Bien que nous ayons trouvé des proportions similaires, les lymphocytes T NKG2D+CD4+ de patients SP avaient un phénotype mémoire activé associé aux profils Th1 et Th1/Th17. Les lymphocytes T NKG2D+CD8+ étaient diminués chez les patients atteints de la forme cyclique. Cette population affichait une expression prédominante du granzyme B et manifestait des capacités de dégranulation envers les astrocytes exprimant ULBP4. Finalement, les analyses d’imagerie en temps réel ont révélé un rôle pour NKG2D et son ligand ULBP4 dans les interactions durables entre les astrocytes et les lymphocytes T CD8+ humains. Nos travaux identifient un nouveau mécanisme dans le dialogue entre ces types cellulaires. Globalement, ce projet de thèse présente une caractérisation en profondeur de la voie NKG2D dans la SP. De plus, il fournit de nouvelles preuves quant à l’implication de ULBP4 dans la pathophysiologie de la SP. De nouvelles investigations contribueront à élucider la validité de ULBP4 en tant que cible thérapeutique. / Multiple sclerosis (MS) is a neuroinflammatory disease of the central nervous system (CNS) that affects more than 2.5 million people worldwide. Despite its unknown etiology, numerous evidences point to aberrant immune responses that contribute to the typical tissue damage. Indeed, the presence of infiltrating immune cells within the characteristic focal demyelinating lesions is a pathological hallmark of MS. Current treatments, which target the immune system, generally control disease exacerbations, but have failed to stop progression. Therefore, it is essential to identify common immune pathways that contribute to MS pathology. NKG2D is a co-activating receptor of immune cells that plays a critical role in immune surveillance. Nevertheless, aberrant NKG2D-mediated responses can contribute to inflammation and tissue damage. Various studies have implicated the NKG2D pathway in MS. NKG2D blocking or depletion reduced disease severity in various EAE models, a commonly used animal model of MS. In the human pathology, NKG2D+CD4+ and CD8+ T lymphocytes have been found in MS lesions and are upregulated in the peripheral blood of RRMS patients under relapse. Moreover, at least one NKG2DL has been observed in oligodendrocytes from MS lesions, which were found near CD8+ T lymphocytes. Furthermore, in vitro studies have demonstrated NKG2D-dependent killing of human oligodendrocytes by CD8+ T lymphocytes. Whether other neural cells express NKG2DL and can thus be susceptible to NKG2D-mediated recognition was still unknown. In this thesis, we investigated further the contribution of the NKG2D pathway to the pathobiology of MS. The first part of this project consisted in the evaluation of NKG2DL expression within the CNS. We found upregulated levels of ULBP4, and no other NKG2DL, in MS lesions and normal appearing white matter from MS patients. Moreover, we identified potential triggers observed in MS lesions that could impact on ULBP4 expression. Soluble ULBP4 was also found in the cerebrospinal fluid, and functional assays demonstrated its capacity to boost inflammatory cytokines secretion by CD8+ T lymphocytes. In the second part, we performed a deep characterization of CD4+ and CD8+ T lymphocytes expressing NKG2D in blood samples from relapsing-remitting and progressive forms of MS as well as age and sex matched healthy controls. Despite finding similar proportions, NKG2D+CD4+ T lymphocytes from MS patients exhibited an activated memory phenotype associated with Th1 and Th1/Th17 responses. In contrast, NKG2D+CD8+ T lymphocytes were reduced in RRMS patients. This subset displayed a predominant granzyme B expression irrespective of the donors’ group, and exhibited degranulating capacities toward ULBP4-expressing astrocytes. Finally, live imaging analysis revealed a role for NKG2D and its ligand ULBP4 in the establishment of long-lasting interaction between astrocytes and CD8+ T lymphocytes. This provides a new mechanism involved in the dialogue between these cell types. Overall, this thesis project provides a deep characterization of the NKG2D pathway in relapsing-remitting and progressive MS patients. Moreover, it provides new evidence for the involvement of ULBP4, a specific NKG2DL, in the pathophysiology of MS. Further investigations will contribute to elucidate the validity of ULBP4 as a therapeutic target in MS.