Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Il s’agit de mieux comprendre la nature et l’origine des dysfonctions cognitives chez le DT1 ainsi que l’effet possible de l’exercice aigu et chronique sur les fonctions cognitives en prenant en compte les mécanismes sous-jacents à ces effets, notamment liés aux facteurs neurotrophiques (BDNF, IGF-1) et aux variations glycémiques.Les patients diabétiques de Type 1 (DT1) peuvent présenter un déclin léger, progressif, des fonctions cognitives en comparaison de sujets sains (Brands et coll. 2005 ; Gaudieri et coll. 2008 ; Blasetti et coll. 2011), nommé par certains auteurs Déclin Cognitif Associé au Diabète (DACD) (Mijnhout et coll. 2006). Les fonctions cognitives les plus touchées semblent être l’efficience psychomotrice, l’intelligence, l’attention, la vitesse de traitement des informations, la flexibilité cognitive et la perception visuelle (Brands et coll. 2005). Les mécanismes patho-physiologiques conduisant au DACD ne sont pas clairement élucidés (Figure 3). Les épisodes hypoglycémiques, l’hyperglycémie chronique, le déficit en Peptide C/Insuline, les complications diabétiques, sont souvent cités comme délétères pour le cerveau (Tonoli, Heyman et coll. 2013b).L’effet bénéfique est bien démontré chez le sujet sain, de l’exercice aigu et chronique sur les facteurs neurotrophiques (e.g. BDNF et IGF1) (Knaepen et coll. 2010) et sur les fonctions cognitives (Cassilhas et coll. 2012 ; Lambourne et coll. 2010) notamment exécutives (Colcombe et coll. 2003 ; Tomporowski et coll. 2003) et de mémoire spatiale (Ericksson et coll. 2011). Il est important de prendre en considération l’intensité et la modalité d’exercice puisqu’il a été montré chez le sujet sain, qu’un exercice modéré pouvait améliorer les performances cognitives alors qu’un exercice intermittent de haute intensité les détériorait (Brisswalter et coll. 2002). Il est aussi nécessaire de tenir compte du niveau d’entraînement des sujets puisque lorsque ceux-ci sont entraînés en endurance, l’exercice à haute intensité peut s’avérer au contraire bénéfique sur les fonctions cognitives (Brisswalter et coll. 1997). L’effet bénéfique de l’exercice de haute intensité sur les fonctions cognitives pourrait alors passer par une sécrétion plus importante de catécholamines, lesquelles augmenteraient le niveau d’éveil des sujets (Chmura et coll. 1998). Comme la libération du BDNF dans la circulation sanguine en réponse au stimulus « exercice » semble être dose-dépendant (Knaepen et coll. 2010), notre hypothèse est que des intensités plus élevées d’exercice pourraient susciter des augmentations plus marquées de facteurs neurotrophiques. Notre hypothèse est donc que l’activité physique régulière pourrait réduire ou limiter l’apparition d’un déclin des fonctions cognitives chez les patients DT1 par des mécanismes impliquant une modulation des taux circulants de BDNF et d’IGF-1 (Etude 2 – Exercice chronique & fonctions cognitives du DT1). Néanmoins, l’exercice physique peut être source de variations importantes de la glycémie chez le patient DT1. Ces variations sont importantes à prendre en considération puisqu’elles pourraient également influencer les fonctions cognitives. La meilleure compréhension des effets possibles de l’activité physique sur la fonction cognitive des patients DT1 en lien avec la glycémie (Etude 3 – Exercice aigu & Fonctions cognitives du DT1) pourrait aider à définir des programmes d’activité physique adaptés pour limiter le déclin des fonctions cognitives. / When compared to healthy controls, patients with Type 1 Diabetes (T1D), show a modest, but significant decline in their cognitive function (Brands et al., 2005). This cognitive decline is manifested through a deceleration of mental speed and a diminished mental flexibility. Hence, patients with T1D are less able to flexibly apply acquired knowledge in a new situation (Wessels et al., 2008). Even if the decline in cognitive function is modest, it could significantly influence daily activities of T1D patients, negatively affecting patients’ Quality of Life (QOL). Moreover, EEG studies have shown an increased incidence of abnormalities of brain functions in patients with T1D (Beauquis et al., 2009, Brands et al., 2004). According to the literature, mechanisms for cognitive decline are ascribed to episodes of severe hypoglycaemia, chronic hyperglycemia and C-peptide/insulin deficiency. Because the brain cannot synthesize or store glucose, it requires continuous supply of glucose. Therefore, it is not inconceivable that the disruption of glucose supply by hypoglycaemia and/or chronic hyperglycaemia (expressed as high glycated haemoglobin levels (HbA1c)) will cause disturbances of the cognitive function. Our meta-analysis (Tonoli et al., 2012) successfully demonstrated a reduction in HbA1c induced by aerobic training. Aerobic exercise is well known to enhance insulin action 24h following both acute exercise. Therefore, it is recommended that exercise is performed frequently in order to maintain a constant increase in insulin sensitivity and thus improve HbA1c. While acute aerobic exercise elicits acute marked falls in glycaemia which can often result in episodes of hypoglycaemia, this same meta-analysis revealed that there was a smaller fall of blood glucose levels when acute bouts of High Intensity Exercise (HIE) are added to aerobic training sessions compared to an acute bout of aerobic exercise without HIE. In this way, chronic hyperglycaemia could be prevented by performing regular aerobic exercise while hypoglycaemia could be prevented by adding bouts of HIE to an aerobic exercise session.Furthermore, it is well-known that physical exercise and training has beneficial effects on the cognitive function in humans and that it supports brain plasticity (Berchtold et al., 2005, Knaepen et al., 2010, Colcombe and Kramer, 2003). Physical activity and, in particular, acute exercise and training seem to be key interventions to trigger the processes through which neurotrophins mediate energy metabolism and in turn neural plasticity (Dishman, et al., 2006; Hennigan, et al., 2007; Neeper, et al., 1996; Van Praag, 2008; Vaynman, et al., 2004). The neurotrophin that is most susceptible to physical activity is brain-derived neurotrophic factor (BDNF) (Vaynman et al., 2006). BDNF is an essential neurotrophin and plays a critical role in activity-dependent processes, including synapse development and plasticity and is so involved in memory formation, including learning and behaviour, synaptic plasticity and efficacy and neuronal connectivity, plus it promotes the development of immature neurons and enhances the survival of adult neurons(Knaepen et al., 2010). I Therefore, there exists an upcoming attention in the research area of the effects of physical exercise and training on the functioning of the brain. Besides the special focus on BDNF, an increasing attention to proteins with neurotrophic properties like Insulin-like Growth Factor-1 (IGF-1) exists. If neurotrophins are influenced by physical activity and are positively correlated with cognitive function, we hypothesize that these levels will increase in T1D patients during exercise and so influence the cognitive function of these persons. Until now, no literature can be found on the topic of T1D, exercise and cognitive decline. This PhD project consists of one cross sectional epidemiological study, 2 acute exercise study in which we will analyse the effects of exercise and trainin.

Les récepteurs à dépendance ont la particularité de présenter deux types de signalisation cellulaire : en présence de leur ligand, ils activent des voies positives de survie, de différenciation et de migration, mais en l'absence de leur ligand, ils activent au contraire l'apoptose de la cellule. Cette dualité fonctionnelle des récepteurs à dépendance est impliquée à la fois lors du développement embryonnaire, mais également dans le maintien de l'homéostasie chez l'adulte. En effet, elle permet le contrôle de la prolifération cellulaire, mais aussi l'élimination de cellules migrant en dehors de leur territoire défini, dans un environnement où la quantité de ligand est limitée. De ce fait, les récepteurs à dépendance ont été caractérisés comme des suppresseurs de tumeur conditionnels dans certaines pathologies cancéreuses. TrkC, le récepteur de la neurotrophine-3 (NT-3) appartient à cette famille fonctionnelle. En l'absence de NT-3, TrkC, sous sa forme monomérique, est clivé par les caspases en deux sites : ce clivage induit la libération d'un fragment hautement apoptotique, appelé TrkC-KF pour « Killer Fragment ». Dans ce manuscrit, nous décrivons les mécanismes moléculaires par lesquels TrkC-KF induit l'apoptose. Nous avons en effet pu déterminer que TrkC-KF s'associe dans le cytoplasme avec la protéine Cobral, qui permet son transport à la mitochondrie : TrkC-KF permet ainsi l'activation de Bax, relarguant le cytochrome C nécessaire à la formation de l'apoptosome. TrkC-KF est également transporté dans le noyau des cellules par les importines : cette localisation nucléaire permet son interaction avec le facteur de transcription Heyl / Dependence receptors are able to activate two cellular pathways: in the presence of their ligand, they activate positive signaling of survival, differentiation and migration, but in the absence of their ligand, they activate the apoptosis of the cell. This dual function is implied both during the embryonic development, and in the homeostasis maintenance in adults. lndeed, it enables the control of cellular proliferation, and the elimination of cells migrating outside their defined territory, in an environment where the ligand availability is limited. Therefore, dependence receptors have also been caracterised as conditionnal tumor suppressors in various types of cancer. TrkC, the neurotrophin-3 (NT-3) receptor, belongs to this functional family. ln the absence of NT-3, TrkC under its monomeric for mis cleaved by caspases : this cleavage induces the release of a highly apoptotic fragment, called TrkC-KF (Killer Fragment). ln this manuscript, we describe the molecular mecanism by which TrkC-KF induces apoptosis. lndeed, we determined that TrkC-KF associates in the cytoplasm with the Cobral protein, allowing its transport to the mitochondria : TrkC-KF enables Bax activation, which releases the cytochrome C forming the apoptosome. TrkC-KF is also transported by importins into the nucleus, where it directly interacts with the transcription factor Heyl. This complex inhibits MDM2 transcription, allowing p53 stabilisation : p53 activates the transcription of proapoptotic genes, among them Cobral and Bax. TrkC-KF has therefore a dual signalisation, one mitochondrial pathway enabling the apoptosome formation, one nuclear pathway upregulating the transcription of TrkC-KF partners. We then aimed at defining the biological relevance of this apoptotic signaling of TrkC, both during the development and tumorigenesis. lndeed, TrkC expression, in the absence of NT-3, induces in vivo the apoptosis of developing neurons in the nervous system. Moreover, NT-3-KO mice show a loss of 70% of neurons in the forming dorsal root ganglia (DRG), while TrkC-KO mice show only a 30% loss.

Le cancer colorectal (CCR) est le premier cancer digestif dans les pays occidentaux. Malgré les progrès thérapeutiques réalisés au cours des deux dernières décennies, la survie relative à 5 ans ne dépasse pas 56%, et s’abaisse à 11,3% pour les patients métastatiques. Le pronostic est lié au stade de développement de la maladie au moment du diagnostic. Les décès sont en rapport avec une résistance primaire de la masse tumorale aux thérapies, ou la survenue de récidive, en rapport avec une maladie microscopique résiduelle, non contrôlée par les thérapies systémiques adjuvantes. Le travail réalisé au sein de notre laboratoire portant sur deux voies de signalisation met en leurs rôles dans le CCR : les neurotrophines (NTs, facteurs de croissance impliqués dans la survie des cellules cancéreuses) et l’autophagie (processus de recyclage cellulaire impliqué dans la résistance au stress). Le but de cette étude a été d’analyser la part de ces deux voies dans la survie des cellules du cancer colo-rectal et l’impact de leur inhibition sur le devenir cellulaire et l’évolution tumorale. L’étude a été menée sur deux lignées cellulaires provenant du même patient : SW480 (tumeur primaire) et SW620 (invasion ganglionnaire), aussi utilisées pour la réalisation de greffes sous cutanées sur le modèle murin Nude. De plus, la présence de principales protéines des NTs (TrkB) et de l’autophagie (LC3) a été analysée dans les tissus de patients. Des travaux précédents menés sur des cultures de CCR ont montré que la surexpression de TrkB était associée à la survie cellulaire. Nous avons donc choisi d’inhiber la voie des NTs avec le K252a (100nM). Sur culture cellulaire de CCR, in vitro, l’inactivation de la voie PI3K / AKT, induit une activation de l’autophagie. A l’opposé, le blocage du flux autophagique par une approche pharmacologique (avec la chloroquine, CQ ; 25µM) ou par une approche transcriptomique (siRNA anti-ATG5) induit une suractivation de la signalisation des NTs, via le couple TrkB/BDNF. Ainsi, les deux voies de survie se compensent mutuellement et la double inhibition permet l’amélioration de l’effet des simples traitements. L’utilisation des deux inhibiteurs in vivo induit une réduction spectaculaire du volume tumoral (voire même la disparition dans certains cas). Finalement, la présence de la forme active du TrkB (phospho TrkB) et de la forme active de la LC3 (LC3II), démontrant l’activation de ces deux voies dans les tissus de patients, a été observée. L’ensemble de ces résultats montre que l’activation des voies des NTs et de l’autophagie contribue à la survie des cellules de CCR. L’approche qui consiste à la double inhibition des NTs et de l’autophagie pourrait être un point majeur pour le développement de nouvelles thérapies dans le CCR. / Colorectal cancer (CRC) is the first digestive cancer in occidental countries. Despite effective therapies, cases of resistance and/or recurrence exist. Our laboratory works on two signaling pathways regulating balance between survival and cell death: neurotrophins (NTs, growth factors involved in cancer cells survival) and autophagy (cellular recycling involved in stress resistance). The aim of this study was to investigate relationship between these two pathways and the impact of their inhibition on cell fate and tumor evolution.Studies were performed on two CRC cell lines derived from the same patient: SW480 (primary tumor) and SW620 (node invasion), also used for subcutaneous xenografts on Nude mouse model. In addition, presence of major proteins of NTs (TrkB) and autophagy (LC3) were assessed in patient’s tissues.Previous work showed that TrkB overexpression is associated with pro-survival signaling in CRC cell. So, we choose to inhibit NTs pathway with K252a (100 nM). As expected, inactivation of the PI3K / AKT pathway was observed and CRC cells were able to activate autophagy. At the opposite, blocking autophagic flux by pharmacologic approach (chloroquine; CQ; 25µM) or by transcriptomic approach (siRNA against ATG5) induced over-activation of the NTs pathway, via TrkB/BDNF. Thus, both survival pathways compensate each other. Moreover, dual inhibition allowed improving the effect of single treatment through a significant reduction of metabolic activity. The using of both inhibitors in vivo induces a spectacular reduction of tumor volume (or even disappearance in some cases). Presence of active form of TrkB (phospho TrkB) and active form of LC3 (LC3-II) demonstrating activation of these two pathways, in patient’s tissues have been observed. Taken together, our results showed that activation of NTs and autophagy contribute to CRC cell survival. The approach consisting of dual inhibition of NTs and autophagy could be a major point for new CRC therapies development.

Le brain-derived neurotrophic factor (BDNF) est une protéine de la famille des neurotrophines ayant été initialement découverte au système nerveux central, où elle est impliquée dans la mémoire et l‘apprentissage par la régulation de la croissance et de la survie neuronale. Les effets du BDNF sont médiés par le tropomyosin receptor kinase B (TrkB) et le récepteur pan-neurotrophique de 75 kDa (p75NTR). Le BDNF est le résultat du clivage d’une protéine précurseur, le proBDNF, laquelle a plutôt des effets pro-apoptotiques sur les neurones. Malgré sa découverte au cerveau, le BDNF est retrouvé en concentrations beaucoup plus importantes dans la circulation sanguine, où il est majoritairement contenu dans les plaquettes. Il est rapporté que ces cellules peuvent contenir des concentrations de BDNF allant de 100 à 1000 fois celles retrouvées au cerveau et que celles-ci peuvent être altérées par certaines maladies neurologiques. Malgré les importantes concentrations de BDNF qu’elles contiennent, très peu d’études ont investigué la présence du proBDNF ainsi que des récepteurs TrkB et p75NTR dans les plaquettes. Dans ces études, l’identification de ces protéines au niveau plaquettaire ne représentait pas un objectif primaire et les résultats obtenus ne sont souvent pas présentés. Jusqu’à présent, le proBDNF et les récepteurs TrkB et p75NTR n’ont pas été répertoriés dans les plaquettes. L’objectif principal de ce mémoire était d’investiguer la présence du proBDNF ainsi que des récepteurs TrkB et p75NTR dans les plaquettes de volontaires sains humains et de caractériser ces protéines dans le cas où elles seraient présentes. Les résultats obtenus suggèrent que les plaquettes expriment chacune de ces trois protéines, mais que les isoformes retrouvées au niveau plaquettaire diffèrent de celles retrouvées au cerveau. Les résultats proposent également que ces différences ne résident pas dans le profil de N-glycosylation des protéines. L’identité exacte des protéines étudiées n’a pas pu être confirmée par séquençage et leur nature demeure donc à confirmer. La présence plaquettaire du proBDNF et des récepteurs TrkB et p75NTR pourrait s’avérer intéressante au niveau des biomarqueurs périphériques de certaines maladies neuronales et psychiatriques. Leur présence pourrait aussi permettre la progression des connaissances dans le domaine de la biologie plaquettaire. / The brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is a protein that was initially identified in the central nervous system, where it is involved in learning and memory by promoting neuronal growth and survival. These effects of BDNF are mediated through its binding to the tropomyosin receptor kinase B (TrkB) and the 75 kDa pan-neurotrophic receptor (p75NTR). Mature BDNF results from the cleavage of its precursor protein proBDNF, which rather has a proapoptotic effect on neurons. While discovered in the brain, BDNF is found in much higher abundance in the blood circulation, where it is mostly contained within platelets. It has been shown that BDNF concentration in platelets can reach up to 1000 times those of the brain, and that peripheral BDNF levels are altered in certain neurological and psychiatric diseases. Despite these important BDNF concentrations in platelets, very few studies assessed the presence of proBDNF, TrkB and p75NTR in these cells. Furthermore, identification of these proteins in platelets was not a main objective of the studies that did assess that question. Consequently, methodology is not always described, and the results are mostly reported as data not shown. Until now, proBDNF, TrkB and p75NTR have not been reported in platelets. The main objective of this master’s thesis was to investigate the presence of proBDNF as well as receptors TrkB and p75NTR in healthy human platelets, and to characterize them if they were found in these cells. The results suggest that platelets express all three proteins, but that the isoforms found in platelets differ from the ones found in the brain. Also, the results show that these differences are not explained by differential N-glycosylation patterns. The identity of the proteins of interest could not be verified by protein sequencing, and their exact nature is yet to be confirmed. The presence of proBDNF as well as the TrkB and p75NTR receptors in platelets could be of interest in the search of peripheral biomarkers for neurological diseases. In addition, presence of these proteins at the platelet level could pave the way for further studies investigating their functions in platelets, and possibly result in advances in our knowledge of platelet biology.

Thèse doctorat: Sciences de la Vie et de la Santé: Lille 1 : 2003 ; 3338. / Articles en anglais reproduits dans le texte. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p. 154-176.

Les lymphomes diffus à grandes cellules B (DLBCL) sont la forme de lymphomes non–Hodgkiniens agressifs la plus fréquente chez l’adulte, et sont très hétérogènes à la fois sur le plan biologique et clinique. Bien que plus de la moitié des patients peuvent être guéris avec le traitement standard R-CHOP (combinant la polychimiothérapie CHOP aux anti-CD20 comme le rituximab) 30 à 40 % des patients échappent ou sont réfractaires au traitement, déterminant des morbidités et mortalités importantes liées au nombre limité d’alternatives thérapeutiques. L’objectif des travaux de cette thèse était centré sur les mécanismes de résistance thérapeutique dans ces lymphomes, et plus particulièrement les résistances au rituximab. Dans une première partie de la thèse, nous avons étudié le rôle de facteurs endogènes neuropeptidiques, les neurotrophines (NTs), et l’implication de leur signalisation dans la survie des cellules tumorales et leur sensibilité à l’apoptose induite par le rituximab. Nous avons montré dans un premier temps que les cellules B tumorales des patients présentaient des taux parfois élevés de neurotrophines (NGF, BDNF) et de leurs récepteurs de haute (Trk) et de basse affinité p75NTR. Puis les résultats obtenus in vitro sur des lignées cellulaires humaines de DLBCL et in vivo (xénogreffes tumorales) ont mis en évidence l’existence d’un axe de survie BDNF/TrkB/p75NTR pouvant interférer avec l’efficacité de l’immunothérapie. Cet axe contribue à la survie des cellules tumorales et pourrait aussi participer à la résistance thérapeutique aux anti-CD20 en modulant l’expression du CD20 à la surface des exosomes. En effet ces microvésicules, sécrétées en grande quantité par les cellules B tumorales, expriment le CD20 à leur surface et seraient à ce titre impliquées dans l’échappement thérapeutique en réalisant des « récepteurs –leurres » vis-à-vis des anticorps thérapeutiques. Dans une 2e partie de cette thèse, nous avons évalué dans les DLBCL le rôle potentiel de nouvelles cibles émergentes en oncologie, les prohibitines (PHBs) et le facteur d’initiation de la traduction eIF4A. Pour cela, nous avons utilisé un ligand de ces acteurs cellulaires de la famille des flavaglines, le FL3. Nous avons montré que le FL3 présente un effet apoptotique très important in vitro sur les lignées cellulaires de DLBCL et in vivo sur les tumeurs induites chez la souris. Nos travaux ont permis d’en préciser les mécanismes moléculaires, mettant en évidence le rôle des PHBs en lien notamment avec l’activation d’Erk1/2, et la formation et l’activité du complexe eIF4F dans la survie des cellules de DLBCL. Les données préliminaires obtenues à partir des biopsies de patients montrent, de plus, que la forte expression de PHB1 pourrait avoir une valeur pronostique dans ces lymphomes. L’ensemble de nos travaux ont permis de mettre en évidence de nouvelles voies de survie et d’échappement thérapeutique dans les DLBCL, qui pourraient permettre d’identifier aussi de nouveaux marqueurs biologiques à valeur diagnostique et/ou pronostique pour le choix de thérapies ciblées. / Diffuse large B cell Lymphomas (DLBCL) are the most aggressive and heterogeneous biological and clinical form of non-Hodgkin lymphomas in adults. Although more than 50% of patients can be cured with standard therapy R-CHOP (combining the CHOP chemotherapy to the anti-CD20 as rituximab) 30 to 40% of patients exhibit primary refractory disease or relapse after initial response to therapy, determining morbidities and significant mortality related to the limited number of treatment options. The aim of this thesis was focussed on therapeutic resistances of these lymphomas, notably those of rituximab. In the first part of this thesis, we have evaluated the role of endogenous factor signaling, the neurotrophins (NTs), in DLBCL cell survival and sensitivity to the cytotoxicity of rituximab. We showed first that a high expression of neurotrophines (NGF, BDNF) and their high (Trk) and low (p75NTR) affinity receptors was often found in tumor B cells of DLBCL patients. Results obtained in vitro, on human cell lines of DLBCL, but also in vivo (xenografts) showed evidence of a survival BDNF/TrkB/p75NTR axis that can interfere with the efficacy of immunotherapy. This axis promotes survival of tumor cells and may also participate in rituximab resistance in regulating CD20 expression at the surface of exosomes. Indeed, these microvesicles, secreted in large amounts by the tumoral B cells, express the CD20 and would be involved in the therapeutic escape acting as decoy receptors upon rituximab exposure. In the second part of the thesis, we evaluated in DLBCL the potential role of new oncogenic targets, PHBs proteins and the initiation factor of translation eIF4A. To this end, we used one of their ligands, a synthetic flavagline named FL3. We showed that FL3 determines a strong apoptosis in vitro on DLBCL cell lines and in vivo on tumors induced in mice (xenografts). Our works have clarified the molecular mechanisms, demonstrating involvement of PHBs, in correlation with ERK1/2 activation, and eIF4F complex formation and activity. Preliminary data obtained in patient biopsies showed a high expression of PHB1 in tumor B cells that may be decisive for cell survival and patient outcome lymphomas.Overall, present results show evidence of new survival and rituximab escape mechanisms in DLBCL, that should allow to identify new diagnostic and prognostic biomarkers for alternative therapeutic options.

La méthamphétamine (METH) est une drogue stimulante qui peut causer des déficiences des fonctions cognitives et des dommages irréversibles dans le cerveau des utilisateurs. Il est important de comprendre les mécanismes moléculaires de la toxicité de la drogue pour pouvoir développer des traitements pour contrer les effets toxiques de la METH. Plusieurs études dans notre laboratoire et autres ont montré qu’une seule dose élevée de METH (30-40 mg/kg de poids corporel) suffit à endommager l’arborisation terminale des neurones dopaminergiques dans le striatum et le cortex chez les rongeurs, de même qu’elle peut causer l’activation des signaux apoptotiques produits a partir du réticulum endoplasmique (RE) et de la mitochondrie dans le striatum. De ce fait, le but de cette thèse était d’analyser si la dose toxique de 40 mg/kg de METH injectée par faibles doses répétées (4 fois, avec des intervalles de 2 heures), appelée « binge METH », peut aussi causer des stress cellulaires du RE et de la mitochondrie dans le striatum. Des travaux récents ont suggéré que les récepteurs D1 et D2 de la dopamine pourraient être les intermédiaires de l’apoptose des neurones dans le striatum causée par l’administration d’une unique toxique dose de METH. Nous avons alors émis l’hypothèse que les messages cellulaires diriges par la stimulation des récepteurs D1 et D2 de la dopamine pourraient être à l’ origine des effets toxiques du « binge modele ». Le rôle des récepteurs de la dopamine sur l’activation des signaux de l’apoptose a été examiné en utilisant des antagonistes de ces récepteurs. Dans cette dissertation, je donne la preuve que « binge METH » affecte l’expression des immediate early genes de façon différente. Il semble que ces effets soient dépendants de la stimulation du récepteur D1. Un autre volet de cette dissertation a analysé les effets de « binge METH » sur l’expression de gènes impliqués dans la réponse au stress du RE et à l’altération de la fonction de la mitochondrie. Le prétraitement avec l’antagoniste du récepteur D1 de la dopamine, SCH23390, a complètement bloqué l’apparition de ces stress cellulaires après les injections de METH, alors que l’antagoniste du récepteur D2, raclopride, a eu des effets minimes. SCH23390 a aussi bloqué l’effet de METH à causer l’augmentation de la température corporelle des animaux, mais pas raclopride. Cependant, les deux antagonistes ont protégés contre les pertes dans plusieurs marqueurs des neurones de dopamine et sérotonine dans le striatum. De plus, SCH23390, mais non raclopride, a aussi protégé les neurones de sérotonine dans le cortex. Durant mes travaux, j’ai aussi identifié qu’il y a une augmentation de l’ARN messager de activin βA, la protéine TGF-β et Smad2 phosphorylée après les injections de METH. Ces effets sont réduits suite à un prétraitement par SCH23390 ; cependant, raclopride n’a eu aucun effet sur l’expression de TGF-β.En résumé, ces nouvelles données suggèrent que le récepteur D1 joue un rôle prédominant dans la toxicité de la METH. / Methamphetamine (METH) is a potent psychostimulant known to cause cognitive abnormalities and neurodegenerative changes in the brains of METH abusers. One approach for developing therapies for METH abuse is to understand the molecular mechanisms of toxicity of the drug. Investigations in our laboratory and elsewhere have shown that single intraperitoneal injections of METH (30-40 mg/kg of body weight) can cause damage to striatal and cortical monoaminergic systems and induce neuronal apoptosis in the striatum of rodents via activation of endoplasmic reticulum (ER) and mitochondrial death pathways. Hence, the purpose of this thesis was to investigate if toxic binge METH injections can cause ER- and mitochondria-induced stress in the rat striatum. Recent studies have suggested that dopamine (DA) D1 and D2 receptors might mediate neuronal apoptosis in the striatum after single toxic METH doses. We therefore hypothesized that signaling through these two types of DA receptors might activate toxic effects of the binge METH regimen. The role of DA D1 or D2 receptors in METH-induced cell death pathways was thus examined by using pharmacological inhibitors of these receptors. In this dissertation, I report that binge METH regimen caused differential changes in immediate early genes (IEGs) that are known to influence synaptic changes in the brain. METH-induced changed in the expression of the IEGs were dependent on DA D1 receptor stimulation. The second study examined the effects of binge METH on the expression of ER stress- and mitochondrial dysfunction-responsive genes. Pretreatment with the DA D1 receptor antagonist, SCH23390, caused complete inhibition of METH-induced ER and mitochondrial stresses whereas the DA D2 receptor antagonist, raclopride, provided only partial blockade. SCH23390 also blocked METH-induced hyperthermia whereas raclopride failed to do so. Interestingly, both antagonists attenuated METH-induced dopaminergic and serotonergic deficits in the striatum. Moreover, SCH23390 but not raclopride blocked METH-induced serotonergic deficits in cortical tissues. I also found that METH treatment induced upregulation of activin βA mRNA, increased TGF-β and phosphorylated Smad2 proteins in the rat striatum. SCH23390 pretreatment completely blocked all these effects whereas raclopride did not block METH-induced increases in TGF-β expression.

Les neurotrophines sont des facteurs de croissance initialement découverts dans le système nerveux et ayant pour rôle de contrôler la croissance, la prolifération et la survie des cellules neuronales et astrocytaires, mais aussi dans de nombreux autres tissus. Les neurotrophines peuvent interagir avec leurs récepteurs de haute affinité Trks. Les travaux précédemment réalisés au sein de notre équipe ont mis en évidence une boucle de régulation autocrine, en réponse à un stress cellulaire, et ce de façon dépendante des neurotrophines, notamment du BDNF, dans plusieurs lignées lymphocytaires B humaines, à différents stades de différenciation. Les cellules produisent du BDNF qui agit de manière autocrine sur son récepteur spécifique, TrkB. Le transport du BDNF est assuré par la sortiline, une protéine à domaine Vps10. Les neurotrophines sont également synthétisées sous forme de progéniteurs biologiquement actifs, les pro-neurotrophines. Le pro-BDNF interagit avec le récepteur aux neurotrophines à domaine de mort p75NTR, l’interaction du pro-BDNF avec le récepteur p75NTR et de son co-récepteur, la sortiline, induit l’apoptose des lymphocytes B. La sortiline est exprimée dans les lymphocytes B humains, les lignées de lymphocytaires B. La sortiline, également appelée NTSR3, peut lier un autre neuropeptide, la neurotensine (NTS). Identifiée, dans le système nerveux, où elle joue un rôle de neurotransmetteur, impliqué dans l’analgésie et la thermorégulation. Elle est également présente dans le tube digestif, où elle est impliquée dans la régulation de la digestion et le contrôle et de la glycémie. La fonction de la neurotensine est associée à l’activation de la sortiline mais aussi de ses deux récepteurs à protéine G, le récepteur de haute affinité, NTSR1 et le récepteur de faible affinité, NTSR2. La NTS est impliquée dans l’oncogenèse de nombreux cancers solides via sa liaison au récepteur NTSR1 principalement mais également au récepteur NTSR2, notamment dans un modèle de cancer prostatique. Nous avons démontré pour la première fois l’expression de la neurotensine et de ses récepteurs NTSR1 et NTSR2 dans les lymphocytes B humains. Le stress pro-apoptotique induit par la privation sérique favorise une relocalisation des récepteurs NTSR1 et sortiline à la membrane plasmique. Au sein de ces cellules, la neurotensine induit une augmentation de la prolifération et une diminution de l’apoptose. Ces effets de la NTS sont bloqués par l’inhibiteur de NTSR1, le SR48692/Meclinertant®. Les analyses transcriptionnelles ont détecté une surexpression du récepteur NTSR2 au sein des lymphocytes B purifiés de patients ayant une LLC et au niveau des ganglions de patients atteints de lymphomes B en revanche, l’expression de la neurotensine est réduite. La surexpression de NTSR2 induit l’activation transcriptionnelle de TrkB, autre récepteur exprimé par ces lignées comme par les cellules de LLC de patients. La co-localisation de ces 2 récepteurs a été démontrée. Ce complexe protéique induit l’activation des voies de signalisation ERK, p38MAPK et JNK, après traitement par le BDNF, le ligand de TrkB. Ces données suggèrent un phénomène de transactivation entre ces 2 récepteurs, dépendant des métalloprotéases. Le blocage de l’internalisation de ce complexe protéique, induit une augmentation de l’activation des voies de signalisation. Le trafic intra-cellulaire endosomal de ce complexe apparaît perturbé dans les cellules surexprimant NTSR2, ce qui pourrait conduire à son accumulation comme cela est détecté dans les cellules de LLC. Ces cellules leucémiques se caractérisent également par une production d’exosomes contenant le complexe TrkB/NTSR2, sécrété en extra-cellulaire et retrouvé en excès dans le plasma des patients en comparaison à des témoins volontaires sains. / Neurotrophins are growth factors, initially discovered in the nervous system and whose functions are implicated in the growth, proliferation and survival of neuronal cells and astrocytes, and also in many other tissues. Neurotrophins can interact with their high-affinity receptors Trks. Previous work in our team showed a neurotrophin-dependent survival autocrine loop in response to cellular stress, including BDNF in several human B cell lines at various stages of B lymphocytes differentiation. These cells produce BDNF which acts in an autocrine manner on its specific tyrosine kinase receptor, TrkB. BDNF transport is provided by a Vps10 domain protein named, sortilin. Neurotrophins are synthesized as biologically active precursors, pro-neurotrophins. The proBDNF may interact with a death domain neurotrophins receptor p75NTR. The interaction of proBDNF with the p75NTR receptor and its co-receptor sortilin, induces B cell apoptosis. Sortilin is expressed in human lymphocytic lines B. Sortilin can bind another neuropeptide, neurotensin (NTS) and also called NTSR3 (Neurotensin Receptor 3). Identified in the nervous system, where it acts as a neurotransmitter involved in analgesia and thermoregulation, NTS is also present in the digestive tract, and involved in the digestion and glucose regulations. Neurotensin functions are associated to the sortilin activation but also its two G-protein coupled receptors, the high and the low affinity receptors, NTSR1 and NTSR2 respectively. NTS is involved in the oncogenesis of many solid cancers, especialy by its binding to the receptor NTSR1 mainly, but also NTSR2 notably in a prostate cancer model. We have demonstrated for the first time the expression of neurotensin and its receptors NTSR1 and NTSR2 in human B lymphocytes. The pro-apoptotic stress induced by serum deprivation promotes relocation NTSR1 receptor sortilin and to the plasma membrane. Within these cells, neurotensin induces increased proliferation and decreased apoptosis. These effects are blocked by the NTSR1 antagonist, SR48692/Meclinertant®. Transcriptional analyzes have detected overexpression of the receptor NTSR2 in purified B cells from patients with CLL and in lymph nodes of B-cell lymphomas patients, in contrast, the expression neurotensin is reduced. Overexpression NTSR2 induced transcriptional activation of TrkB. This receptor is expressed by B cell lines and B cells of CLL patients. The co-localization of these 2 receptors was demonstrated. This protein complex induces the activation of signaling pathways ERK, JNK and p38MAPK, after treatment with BDNF, the TrkB ligand. These data suggest a transactivation between these two receptors, depending to the metalloproteas activation. The internalization blocking of this protein complex, induces its plasma membrane sequestration and induces an increase of the signaling pathways activation. The intracellular endosomal trafficking in cells overexpressing NTSR2 cells, as detected in CLL cells, appears disrupted, which might lead to the NTSR2/TrkB complex accumulation, and releasing to the extracellular environnement. These leukemic cells are also characterized by a production of exosomes containing the TrkB/NTSR2 complex, secreted to the extracellular environement and found in excess in the plasma of patients in comparison to healthy volunteers.