Major depressive disorder (MDD) and suicide have been associated with elevated indices of oxidative damage in the brain, as well as white matter pathology including reduced myelination by oligodendrocytes. Oligodendrocytes highly populate white matter and are inherently susceptible to oxidative damage. Pathology of white matter oligodendrocytes has been reported to occur in brain regions that process behaviors that are disrupted in MDD and that may contribute to suicidal behavior. The present study was designed to determine whether oligodendrocyte pathology related to oxidative damage extends to brain areas outside of those that are traditionally considered to contribute to the psychopathology of MDD and suicide. Relative telomere lengths and the gene expression of five antioxidant-related genes, SOD1, SOD2, GPX1, CAT, and AGPS were measured in oligodendrocytes laser captured from two non-limbic brain areas: occipital cortical white matter and the brainstem locus coeruleus. Postmortem brain tissues were obtained from brain donors that died by suicide and had an active MDD at the time of death, and from psychiatrically normal control donors. Relative telomere lengths were significantly reduced in oligodendrocytes of both brain regions in MDD donors as compared to control donors. Three antioxidant-related genes (SOD1, SOD2, GPX1) were significantly reduced and one was significantly elevated (AGPS) in oligodendrocytes from both brain regions in MDD as compared to control donors. These findings suggest that oligodendrocyte pathology in MDD and suicide is widespread in the brain and not restricted to brain areas commonly associated with depression psychopathology.

La démyélinisation et la mort oligodendrocytaire sont bien connues dans la sclérose en plaques (SEP). Au cours de ces dernières années, plusieurs études ont également décrit ce type de lésion après un traumatisme crânien (TC), participant à l’aggravation des lésions de la substance blanche, responsables des dysfonctionnements cognitifs et moteurs. Malgré de nombreux efforts, aucune thérapie efficace n’est disponible à ce jour pour traiter les lésions de la substance blanche. Dans ce contexte, une stratégie thérapeutique prometteuse serait de freiner la neuro-inflammation et la démyélinisation, en plus de promouvoir la maturation des oligodendrocytes afin de favoriser la remyélinisation des axones et de limiter ainsi leur dégénérescence. Notre choix de stratégie porte sur la stimulation des processus de réparation endogène via la protéine neuroprotectrice et neurotrophique sAPPα, forme soluble de la protéine βAPP libérée par l’action des α-sécrétases (ADAM10). Dans ce contexte, l’objectif de mes travaux de thèse était d’étudier l’intérêt thérapeutique de l’étazolate, un activateur desα-sécrétases, sur les conséquences biochimiques, histologiques et fonctionnelles, dans différents modèles de TC et de SEP in vivo chez la souris, et ex vivo sur des tranches organotypiques de cervelet. Les résultats obtenus sur le modèle de TC par percussion mécanique chez la souris ont montré pour la première fois le potentiel anti-inflammatoire de l’étazolate, associé à la restauration du taux de la sAPPα. De plus, l’étazolate s’est également opposé aux troubles fonctionnels post-TC tels que l’hyperactivité locomotrice et le déficit cognitif à court et à long terme. Par la suite, j’ai développé un nouveau modèle ex vivo de TC par percussion mécanique sur des tranches organotypiques de cervelet. Nous avons montré pour la première fois que l’étazolate était neuroprotecteur dans le tissu cérébelleux, et qu’il s’opposait à la démyélinisation post-traumatique. Par ailleurs, les effets bénéfiques de l’étazolate sur les gaines de myéline ont été reproduits dans un modèle ex vivo de démyélinisation induite par la lysolécithine, modèle ex vivo de SEP. De façon intéressante nous avons montré que l’étazolate exerçait un effet remyélinisant en stimulant la différenciation des oligodendrocytes. Cet effet a été reproduit in vitro dans des cultures primaires mixtes de cellules gliales issues de souris PLP-eGFP, où la maturation morphologique des oligodendrocytes a été favorisée en présence d’étazolate. L’ensemble des effets bénéfiques exercés par l’étazolate a été inhibé en présence d’un inhibiteur pharmacologique spécifique d’ADAM10, le GI254023X, suggérant que l’effet remyélinisant de l’étazolate dépend, au moins en partie, d’ADAM10. Par la suite, l’effet remyélinisant de l’étazolate a été étudié dans un modèle in vivo de démyélinisation chronique induite par la cuprizone. Dans ce modèle, l’étazolate a été capable de promouvoir la remyélinisation en stimulant la différenciation des oligodendrocytes, confirmant nos résultats in vitro et ex vivo. L’ensemble de mon travail permet de considérer le potentiel thérapeutique de l’étazolate, en visant l’ADAM10 comme nouvelle cible thérapeutique neuroprotectrice et remyélinisante. Cela aura pour intérêt de limiter la neuro-inflammation, la démyélinisation, ainsi que de promouvoir la différenciation des oligodendrocytes et la remyélinisation, afin de favoriser la récupération fonctionnelle suite aux lésions de la substance blanche survenant après un TC ou la SEP chez l’homme. / Demyelination and oligodendrocyte cell death are well established in multiple sclerosis (MS) and are increasingly described after traumatic brain injury (TBI), participating in the aggravation of white matter injury responsible of motor and cognitive deficits. Despite many efforts in clinical research, no efficient therapy against white matter injury progression is available nowadays. Thus, promoting remyelination and counteracting neuroinflammation and demyelination are major therapeutic strategies in order to restore white matter integrity. Here, we studied the stimulation of endogenous repair mechanisms through the neuroprotective and neurotrophic protein sAPPα, the soluble form of βAPP protein released by the α-secretases (ADAM10). In this context, the aim of this work was to evaluate the therapeutic potential of etazolate, an α-secretase activator on short- and long-term biochemical, histological and functional outcome in different mouse models of TBI and MS in vivo, and ex vivo on organotypic cerebellar slices. The results obtained from the TBI mouse model by mechanical percussion showed for the first time the anti-inflammatory effect of etazolate associated to a restoration of sAPPα levels. The same treatment was able to attenuate functional deficits (hyperactivity, cognitive deficit). We also developed a new ex vivo model of TBI by mechanical percussion on organotypic cerebellar slices. We confirmed the neuroprotective effect of etazolate on cerebellar tissue reducing the lesion size. Interestingly, etazolate treatment attenuated post-traumatic ex vivo demyelination. Moreover, the beneficial effect of etazolate on myelin sheaths have been well reproduced after lysolecithin-induced demyelination, an ex vivo model of MS. Interestingly, etazolate was able to enhance remyelination promoting oligodendrocyte differentiation. This effect has been reproduced in the primary mixed glial culture from PLP-eGFP mice, enhancing oligodendrocyte morphological maturation. However, etazolate failed to promote its beneficial effects in the presence of GI254023X, a specific ADAM10 (α-secretase) inhibitor, suggesting that the mechanism of action of etazolate is partly through the activation of ADAM10. Furthermore, etazolate reproduced in vivo the oligodendrocyte differentiation, accompanied by an increase of the myelinated axons, observed by electron microscopy in a mouse model of cuprizone-induced chronic demyelination. Taken together, the findings of this work provide a first evidence for the therapeutic potential of etazolate, with ADAM10 as new therapeutic target in white matter repair. The interest of this approach is to attenuate neuroinflammation and demyelination and to enhance oligodendrocyte differentiation and thus remyelination, in order to promote functional recovery following white matter lesions arising after TBI or MS.

Le potassium (K+) est impliqué dans la régulation de l’excitabilité cellulaire, la régulation du cycle cellulaire, la viabilité cellulaire, la neuroprotection et le maintien des fonctions microgliales et oligodendrocytaires. Le dysfonctionnement des canaux potassiques, décrit dans plusieurs maladies neurodégénératives comme la Maladie d’Alzheimer (MA), la sclérose en plaques (SEP), la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington, pourrait être une potentiel cible thérapeutique. Les mécanismes toxiques sous-jacents de ces pathologies neurodégénératives impliquent des oxystérols, dérivés oxydés du cholestérol, et des acides gras en relation avec le métabolisme peroxysomal. Le 7-cétocholestérol (7KC), le 24S-hydroxycholestérol (24S-OHC) et l'acide tétracosanoïque (C24: 0), souvent trouvés à des taux élevés au niveau du cerveau et dans le plasma de patients atteints de maladies neurodégénératives (MA, maladie de Nieman-Pick, SEP, maladie de Parkinson, maladie de Huntington et X-ALD conduisent une rupture de l’équilibre Redox qui aboutirait à la neurodégénérescence. Dans ce contexte, il est intéressant de déterminer l’éventuelle connexion entre environnement lipidique et homéostasie potassique. L’étude in vitro a été réalisée sur des olygodendrocytes murins 158N et les cellules microgliale BV-2. Nous avons montré que la lipotoxicité du 7KC, 24S-OHC et C24:0 implique une rétention du K+ faisant intervenir les canaux potassium voltage dépendant (Kv). Ces résultats ont montré que l'inhibition des canaux Kv conduisant à une augmentation la [K+]i contribue à la cytotoxicité du 7KC, 24S-OHC et C24:0. Nous nous sommes focalisés sur le canal Kv3.1b. La retention du K+ induite par les oxystérols (7KC et 24S-OHC) serait sous le contrôle de Kv3.1b. L’étude clinique réalisée sur du plasma de MA a révélé une corrélation négative entre le taux d’acide docosahexaénoïque (DHA) et la concentration de K+. Chez les souris transgéniques J20, modèle de la MA, l’étude de la topographie d’expression de Kv3.1b et d’Abcd3, au niveau de l’hippocampe et du cortex, a montré une baisse de l’expression de ces deux marqueurs. Dans leur ensemble, les résultats obtenus ont établi des relations entre lipotoxicité, métabolisme peroxysomal et altération de l’homéostasie potassique dans la neurodégénérescence et suggèrent une possible modulation de l’expression et de l’activité de kv3.1b dans la physiopathologie des maladies neurodégénératives. / Potassium (K+) is involved in the regulation of cellular excitability, cell cycle regulation, cell viability, neuroprotection and maintenance of microglial and oligodendrocytic functions. Potassium dysfunction, described in several neurodegenerative diseases such as Alzheimer's Disease (AD), multiple sclerosis (MS), Parkinson's disease and Huntington's disease, may be a potential therapeutic target. The underlying toxic mechanisms of these neurodegenerative pathologies involve oxysterols, which are oxidized cholesterol derivatives, and fatty acids including those associated with peroxisomal metabolism. 7-ketocholesterol (7KC), 24S-hydroxycholesterol (24S-OHC) and tetracosanoic acid (C24:0), often found at increased levels in the brain and plasma of patients with neurodegenerative diseases (Nieman-Pick disease, MS, Parkinson's disease, Huntington's disease and X-ALD) lead to a breakdown of the redox equilibrium leading to neurodegeneration. In this context, it is interesting to determine the possible connection between the lipid environment and potassium homeostasis The in vitro study was carried out on 158N murine oligodendrocytes and microglial BV-2 cells. We have shown that the lipotoxicity of 7KC, 24S-OHC and C24:0 implies retention of K+ involving the voltage dependent potassium channels (Kv). These results have shown that inhibition of Kv channels lead to an increase in [K +] i contributing to the cytotoxicity of 7KC, 24S-OHC and C24:0. The retention of K+ induced by oxysterols (7KC and 24S-OHC) would be under the control of Kv3.1b. A clinical study, on plasma of patients with Alzheimer’s disease, revealed a negative correlation between docosahexaenoic acid (DHA) and K+ concentration. In the J20 mice, a transgenic model of Alzheimer’s disease, the expression of Kv3.1b and Abcd3 was decreased in the hippocampus and cortex. Overall, the results obtained established relationships between lipotoxicity, peroxisomal metabolism and potassium homeostasis in neurodegeneration and suggest a possible modulation of the expression and activity of kv3.1b in the pathophysiology of neurodegenerative diseases. So, modulation of Kv3.1 could constitute a new therapeuthic approach against some neurodegenerative diseases.

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La formation de la gaine de myéline est un processus complexe et finement régulé. Une altération de l’expression des gènes codant pour les protéines structurales de cette gaine entraine de graves neuropathies démyélinisantes. Notre objectif est d’identifier de nouvelles voies de signalisation capables de moduler l’expression de ces gènes. Les cellules de Schwann et les oligodendrocytes contiennent et synthétisent de grande quantité de dérivés oxydés du cholestérol : les oxystérols. Ces molécules sont connues pour leurs rôles dans le maintien de l’homéostasie du cholestérol et dans la progression des maladies neurodégénératives. Les oxystérols peuvent être classés en deux groupes : ceux dont l’oxydation a lieu sur la chaine carbonée latérale (25OH) et ceux qui portent une oxydation sur l’un des cycles du cholestérol (7KC). Nous nous sommes tout d’abord intéressés à la première catégorie d’oxystérols. Nous avons montré que le 25OH, réprimait l’expression des gènes de la myéline périphérique P0 et PMP22. Cette activité répressive était le fruit d’un mécanisme direct conduisant à une augmentation de la quantité des LXRs liés à leurs éléments de réponse sur les promoteurs des gènes de la myéline, et d’un mécanisme indirect provoquant une diminution de l’activité de la voie Wnt/β-caténine. En revanche, dans le SNC, nos résultats indiquent que le 25OH active l’expression des gènes de la myéline PLP et MBP. Le traitement, par ces oxystérols, de cultures organotypiques de cervelet démyélinisées par la lysolécithine permet une remyélinisation des axones des cellules de Purkinje. Nous nous sommes ensuite penchés sur le rôle du corégulateur transcriptionnel RIP140. Ce dernier peut soit agir comme un corépresseur soit comme un coactivateur. Il peut interagir avec le LXR. L’invalidation de RIP140 dans le poisson zèbre altère les gaines de myéline. Nous avons montré que RIP140 possédait des rôles bivalents dans la régulation de la myélinisation. En effet, il est capable d’activer mais aussi de réprimer l’activité transcriptionnelle de P0 et de PMP22. Enfin, nous nous sommes intéressés à la seconde catégorie d’oxystérols. Le 7KC est l’oxystérol majoritairement présent dans le SNP et la CS. Il est connu pour moduler l’action du récepteur aux dioxines : le AhR. Ce récepteur a été très largement étudié dans un cadre toxicologique. Cependant ses rôles et ses ligands endogènes restent à ce jour encore assez méconnus. Nos résultats indiquent que le AhR est impliqué dans le contrôle de l’expression des gènes de la myéline périphérique. L’invalidation du AhR, chez la souris, provoque des anomalies structurales de la gaine de myéline conduisant à des déficits moteurs. Cette étude a permis de mieux comprendre les dialogues entre les voies de signalisation gouvernant le processus de myélinisation. Ce travail apporte également de nouvelles perspectives thérapeutiques des maladies neurodégénératives comme la CMT1A ou la sclérose en plaques. / The myelination of axons is a complex process performed by Schwann cells (SC) and by oligodendrocytes (OL) respectively in the peripheral nervous system (PNS) and in the central nervous system (CNS). A slight change in expression of myelin structural proteins has a deep impact on the development and preservation of nerve fibers and their myelin sheaths, as observed for example in Charcot-Marie-Tooth disease or in Pelizaeus-Merzbacher disease. Our aim is to identify new signaling pathways able to control the expression of these structural proteins. SC and OL contain and synthesize high amount of reactive molecules generated from the oxidation of cholesterol: the oxysterols. Their implication in cholesterol homeostasis and in the progression of neurodegenerative disorders is well known but few data are available for their functions in myelination of PNS and CNS. Firstly, we demonstrate that oxysterols inhibit peripheral myelin gene expression: MPZ and PMP22. This downregulation is mediated by two mechanisms: by increasing the binding of LXRs to myelin genes promoters and by inhibiting the Wnt/β-catenin pathway leading to a decrease of b-catenin recruitment at the levels of the MPZ and PMP22 promoters. However, in the CNS, our data demonstrate that activation of LXRS by oxysterols stimulate myelin genes expression (PLP and MBP). Interestingly, by using demyelinated organotipc culture of cerebellum, we show that oxysterols enhance OL differentiation and promote remyelination, via LXRs. Then, we studied the role of the transcriptional coregulatory, RIP140, in myelination. RIP140 is able to act as a corepressor or as a coactivator and can interact with LXRs. In Zebrafish, the knocked down of the orthologue of RIP140 led to a decrease of peripheral and central myelin gene expression and to a defect in myelin sheath ultrastructure. Finally, we focused on impact of AhR in myelination process. AhR is a ligand activated transcription factor mostly known to interact with environmental pollutant like dioxins to mediate their toxic and carcinogenic effect. However, its detoxifying activity is posterior to the apparition of the gene and its physiological roles and endogenous ligands remain elusive. We show that the main oxysterol in the nervous system is 7-ketocholesterol which is an endogenous modulator of AhR. We report that the constitutive absence of AhR in mice leads to defects in locomotion behaviors. We studied the impact of this invalidation on the myelin of sciatic nerve. We observed a severe demyelinating phenotype and deregulation of myelin genes expression. Moreover, we demonstrated a cross-talk between AhR and Wnt/β-catenin pathways. Our data reveal a new endogenous role of AhR in myelination process.

I hjärnan finns neuron och gliaceller. Förut trodde man att neuroner var dem enda som hade en viktig funktion i hjärnan men på senare tid har upptäckt att gliaceller har en större betydande roll än man tidigare trott. Gliaceller är ett samlingsnamn som innefattar bland annat microglia celler, oligodendrocyter och astrocyter. Östrogen är ett steroidhormon som har många viktiga funktioner i kroppen som bland annat reproduktionen, immunförsvaret, skelettet och endokrina system. Östrogen binder till östrogenreceptorer och de finns 3 stycken olika som kallas för östrogenreceptor alfa (α), östrogenreceptor beta (β) och G-proteinkopplade östrogenreceptor (GRP30). Alla dessa östrogenreceptorer har man funnit i hjärnan. Syftet med detta projektarbete är att ge en djupare förståelse om östrogens signalering i hjärnans gliaceller och om östrogens signalering kan ge någon relevant funktion till framtida farmakologiska behandlingar.  Systematisk litteraturstudie gjordes och sökningar på databasen PubMed. Begränsade antalet träffar med sökord, inklusionskriterier och exklusionskriterier. Artiklar granskades sedan via ett urvalssystem och relevanta artiklar användes för att besvara syfte och frågeställningar.  Östrogensignaleringen på gliaceller har många olika effekter. En signalering på östrogenreceptor β på oligodendrocyter leder till mognad, differentiering, bättre överlevd och att remyeliniseringen aktiverades. Medan en östrogens signalering på microglia cellens östrogenreceptorer α, β och GRP30 leder dämpning av inflammation och förbättrad kognitiv funktion. Östrogensignaleringen på astrocyter ger flera olika effekter såsom metabolismen av glukos, progesteron syntesen, glutamattransportören GLT-1, tillväxtfaktorn TGF-α, upptaget av glutamat samt ökad proteinproduktion av AMPA-receptor. Den nya kunskapen om östrogens signalering på hjärnans gliaceller kan leda till framtida farmakologiska behandlingar vid hjärnskada och ischemisk stroke. Östrogenet har visat på neuronskyddande effekter via signalering på gliaceller. Svagheten är att de endast är djurstudier som ligger till grund för kunskapen om östrogens signalering på gliaceller. I framtiden skulle det behövas styrkas med studier gjorda på människa. En styrka är att djurstudierna ger en fingervisning om östrogen signaleringen eftersom hjärnans uppbyggnad är likvärdig.

The present study focuses on the biological functions of the transcription factor EMA/E2F-6, a member of the E2F-family of transcription factors that play an import role in cell cycle progression, differentiation and apoptosis. EMA/E2F-6 functions as a transcriptional repressor by recruiting a large protein complex, that includes polycomb group proteins, to specific target genes in order to silence their expression. To identify the biological functions of EMA/E2F-6 mice lacking this factor were developed and subsequently analysed. EMA/E2F6-/- mice are born with the expected frequency, are fertile and develop normally up to 18 months of age. Then about 25 % of these mice develop a paralysis of the hind limbs and present with a severe primary myelination defect of the spinal cord (and in part of peripheral nerves, too) that is accompanied by a massive infiltration of macrophages. Importantly, the histological findings were also detected in EMA/E2F-6-/- mice lacking clinical symptoms albeit to a lesser extend. With respect to EMA/E2F-6 association with polycomb group (Pc-G) proteins there were no significant findings such as skeletal transformations. In addition, only a mild proliferation defect of T-lymphocytes was observed that, in a more severe form, is typical for Pc-G mutations in the mice. Surprisingly, embryonic fibroblasts from EMA/E2F-6-/- mice have no obvious cell cycle defects. Accordingly, gene expression profiles showed that classical E2F target genes were normally regulated in these cells. However, EMA/E2F-6-/- fibroblasts ubiquitously express genes like alpha-tubulin-3 and -7 that are normally expressed in a strictly testis-specific manner. All EMA/E2F-6-dependent target genes identified contain a conserved E2F-binding site in their promoters that is required both for EMA/E2F-6 binding and regulation.

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