Le système visuel permet d’analyser et d’interpréter le monde qui nous entoure. L’intégration des stimuli visuels résulte de processus physiologiques et adaptatifs complexes. Ces processus adaptatifs font référence aux mécanismes de plasticité et à leur capacité à remodeler structurellement et fonctionnellement les circuits neuronaux. Fondamentale, la plasticité neuronale permet de s’adapter à son environnement. Les processus neurodéveloppementaux et adaptatifs consécutifs à une lésion dépendent en grande partie de mécanismes de plasticité, retrouvés dans l’ensemble du système nerveux central. De nombreux acteurs de la physiologie et de la plasticité neuro-visuelle ont été étudiés, souvent avec un objectif thérapeutique. Associée aux processus neurodégénératifs sous-jacents à de nombreuses neuropathologies, Tau, une protéine associée aux microtubules jouant un rôle dans le remodelage synaptique mais aussi dans la dynamique du cytosquelette, n’a jamais été étudiée dans la physiologie rétinienne et la plasticité visuelle. Notre hypothèse est que chez la souris adulte, Tau influence la physiologie rétinienne et les mécanismes de neuroplasticité visuelle. Notre premier objectif était d’étudier l’influence de la protéine Tau dans la physiologie rétinienne au cours du vieillissement. Nous avons comparé des souris exprimant la protéine Tau humaine dans un modèle de tauopathie modérée (hTau) à des souris déficientes pour la protéine Tau (Tau KO). L’influence de la protéine Tau dans la rétine est principalement étudiée d’un point de vue pathologique dans des modèles de tauopathies sévères associés à une surexpression de Tau mutée ou une augmentation pathologique de sa phosphorylation. Notre choix d’étudier les souris hTau reposait sur le fait que ces souris expriment la protéine Tau humaine non mutée et donc représentent un modèle plus proche de ce que l’on retrouve chez l’Homme. Cette étude a démontré que l’expression de la protéine Tau n’influençait pas la physiologie rétinienne au cours du vieillissement. Cette étude a suggéré également une toxicité neuronale différentielle de Tau entre la rétine et le cerveau dans un modèle modéré de tauopathie. Notre deuxième objectif était d’étudier l’influence de Tau dans la plasticité dépendante de l’expérience visuelle chez la souris adulte grâce au modèle de privation monoculaire. Tau est connue pour être impliquée dans les mécanismes de potentialisation à long terme. Cette seconde étude a permis de démontrer chez des souris sauvages (WT) que l’expression de Tau était modulée au cours du développement mais aussi au cours de l’induction de la plasticité visuelle en réponse à la privation monoculaire dans le cortex visuel. Grâce à l’étude du réflexe optocinétique permettant d’étudier l’acuité visuelle, en utilisant des souris Tau KO et des contrôles WT, nos résultats ont montré que Tau limite la plasticité visuelle chez l’adulte. L’analyse des cortex visuels a révélé un niveau d’expression de protéines associées à la plasticité plus élevé chez les souris Tau KO. Ces données ont permis de déterminer que la protéine Tau limite la plasticité visuelle chez la souris adulte. Notre troisième objectif était d’étudier le rôle de Tau dans la survie neuronale et la régénération axonale dans un modèle de lésion du nerf optique chez la souris adulte. La survie neuronale a été quantifiée sur rétines entières étalées et la régénération a été analysée par comptage des axones marqués grâce à un traceur antérograde injecté dans l’humeur vitrée. En utilisant des souris Tau KO et WT, nos analyses ont démontré que la protéine Tau n’influence ni la survie, ni la régénération axonale et ce, même lorsque la repousse axonale était favorisée par la libération soutenue de CNTF (ciliary neurotrophic factor), un facteur neurotrophique. Ces données ont mis en évidence que Tau n’influençait pas la survie neuronale et la régénération neuronale chez l’adulte. L’ensemble de nos résultats suggère donc que : 1/ Tau n’influence pas la physiologie rétinienne au cours du vieillissement et dans un modèle de tauopathie modérée, 2/ Tau limite la plasticité dépendante de l’expérience visuelle et 3/ Tau n’influence pas les mécanismes de survie neuronale et de régénération axonale du nerf optique. Pris ensemble, ces travaux mettent en évidence l’implication de Tau dans physiologie et les mécanismes de plasticité dans le système visuel. Ce nouveau rôle de Tau pourrait, à terme, mener au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques dans le système visuel mais aussi plus généralement dans le système nerveux central lors d’altérations de la plasticité neuronale. / The visual system allows us to analyze and interpret the world around us. The integration of visual stimuli results from complex physiological and adaptive processes. These adaptive processes refer to the mechanisms of plasticity and their ability to structurally and functionally reshape neural circuits. Basically, neuronal plasticity allows to adapt to the environment. The neurodevelopmental and adaptive processes consecutive to a lesion are largely dependent on mechanisms of plasticity found throughout the central nervous system. Many factors in physiology and neuro-visual plasticity have been studied, often with a therapeutic objective. Associated with the neurodegenerative processes underlying many neuropathologies, Tau, a microtubule-associated protein playing a role in synaptic remodeling but also in the dynamics of the cytoskeleton, has never been studied in retinal physiology and visual plasticity. Our hypothesis is that in adult mice, Tau influences retinal physiology and the mechanisms of visual neuroplasticity. Our first objective was to study the influence of the Tau protein in retinal physiology during aging. We compared mice expressing human Tau protein in a model of moderate tauopathy (hTau) to mice deficient in Tau protein (Tau KO). The influence of the Tau protein in the retina is most often studied from a pathological point of view in severe tauopathy models associated with an overexpression of mutated Tau or a pathological increase in its phosphorylation. Our choice to study hTau mice was based on the fact that these mice express the unmutated human Tau protein and therefore represent a model closer to what is found in humans. This study demonstrated that the Tau protein expression does not influence retinal physiology during aging. Also, this study suggested differential neuronal toxicity of Tau between the retina and the brain. Our second objective was to study the influence of Tau in visual experience-dependent plasticity in adult mice using the monocular deprivation model. Tau protein has been reported to be involved in long-term potentiation mechanisms. This study demonstrated in wild mice (WT) that the expression of Tau was modulated during development but also during the induction of visual plasticity in response to monocular deprivation in the visual cortex. Thanks to the study of the optokinetic reflex, using Tau KO mice and WT controls, our results showed that Tau limits visual plasticity in adults. Analysis of visual cortices revealed a higher level of expression of proteins associated with plasticity in Tau KO mice. These findings highlighted that Tau protein is an important factor in visual plasticity of the adult mice. Our third objective was to study the role of Tau in neuronal survival and axonal regeneration in a model of optic nerve damage in adult mice. Neuronal survival was quantified on whole flat-mount retinae and regeneration by counting stained regenerated axons using an anterograde tracer injected into the vitreous humor. Using Tau KO and WT mice, our analyzes demonstrated that the Tau protein does not influence survival or axonal regeneration significantly, even when axonal regrowth was improved by the sustained release of CNTF (ciliary neurotrophic factor), a neurotrophic factor. These data demonstrated that Tau does not influence retinal survival and neuronal regeneration in adults. All of our results therefore suggest that: 1 / Tau does not influence retinal physiology during aging and in a mild model of tauopathy, 2 / Tau limitates plasticity dependent on visual experience and 3 / Tau does not influence retinal survival and axonal regeneration mechanisms of the optic nerve. Overall, this work highlights Tau's involvement in physiological and neuronal plasticity mechanisms in the visual system. This new role of Tau could ultimately lead to the development of new therapeutic strategies in the visual system but also more generally in the central nervous system during alterations in neuronal plasticity.

La maladie d’Alzheimer (MA) est la démence la plus répandue dans le monde. Les deux marqueurs histopathologiques de la MA sont les plaques amyloïdes, formées d'agrégats du peptide bêta-amyloïde, et les enchevêtrements neurofibrillaires, composés de la protéine Tau anormalement hyperphosphorylée. La pathologie Tau a un rôle important dans la maladie puisque son étendue corrèle avec le degré du déficit cognitif des patients. La majorité des cas de MA est d’origine sporadique dont les causes demeurent encore méconnues; elles semblent être multifactorielles, avec des facteurs externes, biologiques et/ou génétiques qui accélèrent la manifestation de la maladie. Des études épidémiologiques ont démontré que le statut métabolique des individus au cours de leur vie influence le risque de MA. En effet, des altérations métaboliques comme un diabète de type 2 (DT2) ou une obésité sont reconnus comme facteurs de risque de la MA. Or, le nombre de cas de DT2 et d’obésité est en pleine croissance à cause de la sédentarisation des populations, ce qui suggère que l’incidence de la MA pourrait suivre cette inquiétante augmentation. Il est donc indispensable de mieux comprendre l’impact de ces altérations métaboliques sur la MA afin d’espérer ralentir son évolution. De nombreuses études ont évalué l’impact du DT2 et de l’obésité sur la pathologie amyloïde in vivo, mais les études sur la pathogenèse de Tau sont plus rares et présentent une importante divergence des résultats. Dans ce contexte, notre hypothèse est que le diabète et de l’obésité peuvent promouvoir la pathologie Tau in vivo. Notre 1e objectif était donc d’examiner la phosphorylation de la protéine Tau dans deux modèles murins qui développent spontanément une obésité et un DT2 : les souris ob/ob et db/db. Une hyperphosphorylation de Tau est observée dans le cerveau des deux modèles, principalement due à une hypothermie. En effet, ces souris sont hypothermiques et la normothermie restaure une phosphorylation de Tau semblable aux souris contrôles. Comme la caféine s'est révélée bénéfique pour le diabète, l'obésité et la phosphorylation de Tau, nous l'avons utilisé comme traitement thérapeutique chez les souris ob/ob. Cependant, la consommation de caféine chronique a exacerbé l'hyperphosphorylation de Tau en favorisant une hypothermie plus profonde. Notre 2e objectif était d’évaluer l’impact du DT2 et de l’obésité sur pathogenèse de Tau dans des conditions plus proches de la pathologie humaine. Pour cela, nous avons nourri des souris hTau, exprimant la protéine Tau humaine, avec des régimes riches en graisses, cholestérol et/ou sucre, reconnus pour induire l’obésité et le DT2 chez l’humain. D'autre part, la restriction calorique et l'exercice physique ont été caractérisés pour réduire l'incidence et l’évolution des troubles métaboliques ainsi que la MA. Nous avons évalué leur impact sur la pathologie Tau chez ces souris obèses comme stratégies thérapeutiques. Nous n'avons trouvé aucun effet du gras, du sucre et du cholestérol, même combinés, sur la phosphorylation, l'O-GlcNAcylation, l'épissage, le clivage et l'agrégation de Tau, suggérant que leur surconsommation n’aggrave pas la pathologie Tau chez ces souris. De plus, nous avons observé un effet bénéfique de l'exercice sur la phosphorylation Tau et un effet délétère de la restriction calorique sur l'agrégation de Tau chez les souris hTau obèses. Enfin, notre 3e objectif était d’explorer les effets d’une déficience en insuline sur la pathologie Tau chez les souris hTau par injection de streptozotocine, une toxine qui détruit les cellules productrices d'insuline. Les souris hypoinsulinémiques présentent une hyperphosphorylation de Tau dans le cerveau sans agrégation, par inhibition de PP2A, la phosphatase majeur de Tau. L’ensemble de ces résultats suggère que i) les perturbations métaboliques peuvent induire l'hyperphosphorylation de Tau de manière indirecte, en perturbant la thermorégulation; ii) les régimes hypercaloriques ne semblent pas modifier l'homéostasie de Tau en conditions strictement contrôlées; iii) la déficience en insuline peut induire l'hyperphosphorylation de Tau sans pour autant conduire à son agrégation. Nous révélons également que les stratégies utilisées pour réduire la MA doivent être adapté avec le statut métabolique des patients pour éviter l'exacerbation des diverses neuropathologies de la MA. Ces données se confrontent à certains travaux publiés et montrent que les relations entre le métabolisme et la MA peuvent être moins directes que pensées. Ce travail pose des bases de rigueur et de méthodologie qui pourrait contribuer à éviter certains biais pour les études futures. / Alzheimer's disease (AD) is the leading form of dementia worldwide. The two histopathological markers of AD are senile plaques composed of amyloid- peptide, and neurofibrillary tangles of abnormally hyperphosphorylated Tau protein. Tau pathology is important since it correlates with the degree of cognitive impairment in AD patients. The majority of AD cases are of sporadic form whose causes are still unknown; it seems to be multifactorial, with external, biological and/or genetic, which accelerate the manifestation of the disease. Epidemiological studies have shown that metabolic status of individuals during their life strongly increases the risk of developing AD. Indeed, metabolic disorders such as type 2 diabetes (T2D) or obesity are described as risk factors for AD. New cases of T2D and obesity is increasing because of people sedentarization, suggesting that the incidence of AD cases could follow this worrying growth. Therefore, it is essential to better understand the impact of these metabolic disorders on AD. Many studies have evaluated the impact of T2D and obesity in vivo on amyloid pathology, but there are fewer studies on the pathogenesis of Tau and they exhibit some discrepencies between results. In this context, our hypothesis is that diabetes and obesity could promote Tau pathology in vivo. Our first aim was thus to evaluate the phosphorylation of Tau protein in two mouse models that spontaneously develop obesity and DT2: the ob/ob and db/db mice. Significant hyperphosphorylation of Tau was observed in the brain of these two models, mainly due to hypothermia. Indeed, ob/ob and db/db mice were hypothermic and normothermia restored Tau phosphorylation similar to control levels. As caffeine has been shown to be beneficial for diabetes, obesity and Tau phosphorylation, we used it as a therapeutic treatment in ob/ob mice. Unexpectedly, chronic caffeine consumption exacerbated Tau hyperphosphorylation in ob/ob mice by promoting deeper hypothermia. Then, our second aim was to assess the impact of T2D and obesity on Tau pathogenesis in conditions closer to human pathology. For this purpose, we fed hTau mice, expressing the human Tau protein, with high-fat, high-cholesterol and/or high-sugar diets, described to induce obesity and DT2 in humans. On the other hand, caloric restriction and physical activity have been characterized to reduce the incidence and outcome of metabolic disorders as well as AD. We evaluated their impact on Tau pathology in obese hTau mice as therapeutic strategies. Surprisingly, we found no effect of fat, sugar and cholesterol, even combined, on Tau phosphorylation, O-GlcNAcylation, splicing, cleavage and aggregation, suggesting that their overconsumption does not worsen Tau pathology in these mice. Moreover, we observed a beneficial effect of exercise on Tau phosphorylation and a deleterious effect of caloric restriction on Tau aggregation in obese hTau mice. Finally, our last aim was to examin the effects of insulin deficiency on Tau pathology in hTau mice using streptozotocin injection, a toxin that destroys insulin producing cells. Hypoinsulinemic mice exhibited Tau hyperphosphorylation in the brain without aggregation through inhibition of PP2A, the main Tau phosphatase. All these results suggest that i) metabolic alterations can induce Tau hyperphosphorylation indirectly, by disrupting thermoregulation; ii) hypercaloric diets do not appear to modify Tau homeostasis under strictly controlled conditions; iii) insulin deficiency may induce Tau hyperphosphorylation without, however, leading to its aggregation. We also revealed that the strategies used to reduce AD have to be adapted to the meatbolic status of patients to avoid the exacerbation of some neuropathologies of AD. These data object to some published research and show that the relationship between metabolism and AD may be less direct than thought. This work establishes a basis of rigor and methodology, which could help to avoid some biases for future studies.

La protéine Tau est impliquée dans de nombreuses maladies neurodégénératives regroupées sous le terme de Tauopathies dont la plus fréquente est la maladie d’Alzheimer (MA), qui est caractérisée, dans les phases précoces, par une augmentation du stress oxydant dans le cerveau des patients. L’accumulation d’espèces réactives de l’oxygène (ou ROS) dans les neurones mène notamment à l’apparition de dommages au niveau de leur ADN génomique. Les neurones ne se divisant pas, l’accumulation de dommages non réparés au niveau de la molécule d’ADN induit, à terme, des conséquences importantes sur leur fonctionnement. Cependant, les mécanismes impliqués dans l’accumulation de dommages à l’ADN neuronal dans la MA ne sont pas élucidés. La MA est également caractérisée par la présence de protéine Tau hyper et anormalement phosphorylée. Cette protéine Tau pathologique s’agrège et forme les « dégénérescences neurofibrillaires » (ou DNF). Les mécanismes conduisant à l’agrégation de Tau dans les cerveaux Alzheimer demeurent encore peu connus. Néanmoins, il est maintenant admis que bien plus que les agrégats insolubles, ce sont des petites formes oligomériques de Tau qui sont toxiques dans les neurones.Tau peut se localiser dans les conditions physiologiques au niveau de la membrane plasmique et au sein du noyau des neurones. Dans le laboratoire, il a été montré dans des cultures primaires de neurones murins que Tau joue un rôle essentiel dans la protection de l’ADN génomique neuronal en condition de stress. Le premier objectif de cette thèse était de savoir si in vivo Tau joue un rôle protecteur vis-à-vis de l’ADN. Nous avons donc mis au point un modèle murin de stress hyperthermique, stress induisant la formation de ROS. Nous avons ainsi validé in vivo la fonction protectrice de Tau vis-à-vis de l’ADN génomique. Nous avons également mis en évidence que l’absence de Tau altérait l’intégrité d’ARN cytoplasmiques et nucléaires en condition de stress, ce qui suggère que Tau pourrait jouer un rôle dans le contrôle qualité des ARN. Le deuxième objectif était d’évaluer l’impact de la pathologie Tau sur sa fonction protectrice de l’ADN. Notre hypothèse était que la pathologie Tau pourrait avoir un rôle délétère sur sa fonction protectrice de l’ADN génomique. L’impact de la pathologie Tau a alors été évalué in vivo dans un modèle de souris transgéniques (THY-Tau22). Nos résultats indiquent que dans les neurones hippocampiques soumis à un stress hyperthermique et possédant une pathologie de Tau précoce, il y a la perte de la fonction protectrice de Tau vis-à-vis de l’intégrité des acides nucléiques. Par ailleurs, nous avons observé qu’une augmentation de ROS jouait le rôle d’agent inducteur in vivo dans la formation de petits oligomères de Tau dans le cytoplasme et le noyau de neurones hippocampiques. De façon intéressante nous avons observé une corrélation entre les neurones possédant des dommages aux acides nucléiques et la formation de petits oligomères de Tau. Ces résultats mettent en lumière l’existence d’une fenêtre temporelle critique où une augmentation du stress oxydant induit conjointement l’oligomérisation de Tau et la formation de dommages aux acides nucléiques dans des neurones présentant une pathologie précoce. Ceci suggère que des formes oligomériques de Tau seraient impliqués dans l’altération des acides nucléiques.Les phospholipides peuvent également servir d’agent inducteur pour l’oligomérisation de Tau. Ils sont retrouvés dans les membranes. Les radeaux lipidiques sont des microdomaines de la membrane plasmique riches en sphingolipides et en cholestérol qui pourraient servir de point de nucléation pour l’oligomérisation de Tau. Avant de pouvoir répondre à cette question, le troisième objectif a été d’étudier l’état de phosphorylation de Tau associée aux radeaux lipidiques. Nos résultats indiquent que dans le cortex de patients atteints de la MA, la protéine Tau associée aux radeaux lipidiques est hyperphosphorylée et oligomérisée. / Tau protein is involved in neurodegenerative diseases called tauopathies. The most frequent tauopathies is Alzheimer's disease (AD). This dementia is characterized, in the early phases, by an increase of oxidative stress in the brain of patients. The accumulation of reactive oxygen species (ROS) in neurons leads to the appearance of damage to genomic DNA. Neurons do not divide, so unrepaired DNA damage will have important consequences on neuronal functioning. However, mechanisms involved in DNA damage accumulation in AD have not been deciphered.AD is also characterized by the presence of hyper and abnormally phosphorylation of Tau protein. Pathological Tau forms aggregates and leads to the formation of neurofibrillary tangles. However, mechanisms involved in the intracellular aggregation of Tau in AD brains remain unknown. Nevertheless, it is now admitted that, much more than insoluble aggregates of Tau, small oligomers are the toxic form of Tau.Tau protein is mainly known for its MAP (Microtubule Associated Protein) function. However, in physiological condition, it can also be located at the plasmic membrane level and in neurons nucleus and therefore may have others functions. A new function of Tau was revealed in the laboratory. It was shown that Tau plays an essential role in neuronal genomic DNA protection in stress condition. This study was performed in primary neuronal cultures of embryonic mice neurons. The first objective of this thesis was to challenge the DNA protective function of Tau in vivo. To answer this question, we designed a murine model of hyperthermic stress which leads to the formation of ROS. Using this model, we showed that Tau is able to protect in vivo the genomic DNA of hippocampal neurons of mice submitted to hyperthermic stress. We also highlighted the fact that Tau deficiency alters the integrity of cytoplasmic and nuclear ARN suggesting that Tau could play a role in quality control of RNA. Our second objective was to study if Tau pathology has a deleterious impact on its DNA protective function. The impact of Tau pathology has been analyzed in the transgenic mouse model THY-Tau 22 mice. Our results indicate that an increase of ROS induces the loss of the nucleic acid protective function of Tau selectively in early stages of Tau pathology. We also observed that hyperthermic stress plays an inducing role in vivo in the formation of small Tau oligomers in the nuclei and the cytoplasm of hippocampal neurons. Interestingly, we observed a correlation between nucleic acid damage and the formation of Tau oligomers suggesting that oligomers would be the toxic forms of Tau involved in the alteration of nucleic acid integrity. These results bring to light the existence of a critical time window where an increase of ROS induces both Tau oligomerization and nucleic acid damage in neurons displaying early Tau pathology.Phospholipids, which are principally found in membranes, can be an inducing agent for Tau oligomerization. Lipid rafts are microdomains of the plasmic membrane, which are rich in sphingolipids, and cholesterol. A hypothesis is that lipid rafts could be a nucleation point for Tau oligomerisation. Before being able to answer this question, the third objectif was to study the phosphorylation and conformational state of Tau associated with rafts in physiological and pathological conditions. Our results indicate that in the cortex of AD patients, Tau associated to lipid rafts is hyperphosphorylated, abnormally conformed and oligomerized.

La maladie d’Alzheimer est la forme de démence la plus répandue dans le monde. Il existe de nombreux facteurs de risque dont le principal est l’âge mais également le diabète et l’obésité. Les principales affections neuropathologiques de la maladie d’Alzheimer sont l’atrophie cérébrale, les plaques amyloïdes et les dégénérescences neurofibrillaires formées de la protéine tau hyper- et anormalement phosphorylée. Cette altération dans la phosphorylation de tau peut s’expliquer par un déséquilibre entre les kinases et les phosphatases. Une altération du métabolisme du glucose et une résistance à l’insuline sont aussi observées chez les patients atteints de la maladie d’Alzheimer. De plus, une atrophie cérébrale et des dégénérescences neurofibrillaires ont été observées chez des patients souffrant d’obésité et de diabète. Il semble donc qu’il y ait un lien étroit entre la pathologie tau, l’obésité et le diabète. Différentes études ont cherché à déterminer l’impact d’un régime riche en gras sur la pathologie tau mais les résultats sont controversés. Etant donné que l’obésité est un facteur de risque pour la maladie d’Alzheimer, mon hypothèse est qu’un régime riche en gras peut induire une hyperphosphorylation de tau. Cependant nous aimerions voir si l’obésité peut être un facteur de risque sans être accompagnée d’une résistance à l’insuline. En effet, jusqu’à présent, les études montrent principalement le rôle de la résistance à l’insuline comme facteur de risque pour la maladie d’Alzheimer. Mon objectif est donc d’étudier l’impact d’un régime riche en gras sur la protéine tau, dans un modèle de souris sauvages et de souris hTau (un modèle qui exprime la protéine tau humaine sans mutations) et de déterminer les mécanismes impliqués. Après un régime riche en gras, nous n’avons pas observé de modifications significatives de la phosphorylation de tau chez les souris hTau, seulement une augmentation significative chez les mâles sauvages et une diminution significative chez les femelles sauvages. Ces résultats nous poussent à penser que les souris hTau pourraient être résistantes à l’impact d’un régime riche en gras, contrairement aux souris sauvages. / Alzheimer's disease is the most common form of dementia in the world. There are many risk factors, the most important of which are age, but also diabetes and obesity. The main neuropathological disorders of Alzheimer's disease are cerebral atrophy, amyloid plaques and neurofibrillary tangles formed by hyper- and abnormally phosphorylated tau protein. This alteration in the phosphorylation of tau can be explained by an imbalance between the kinases, and the phosphatases. Impaired glucose metabolism and insulin resistance is also observed in brain of patients with Alzheimer’s disease. On the other hand, brain atrophy and neurofibrillary tangles have been observed in patients suffering from obesity and diabetes. It therefore seems that there is a close link between tau pathology, obesity and diabetes. Different studies have sought to determine the impact of a high-fat diet on tau pathology but the results are controversial. Since obesity is a risk factor for Alzheimer's disease, my hypothesis is that a high-fat diet can induce hyperphosphorylation of tau without being accompanied by insulin resistance. However, we would like to see if obesity can be a risk factor without insulin resistance. Indeed, so far, studies have mainly shown the role of insulin resistance as a risk factor for Alzheimer's disease. My goal is to study the impact of a high-fat diet on tau protein, in a model of wild-type mice and hTau mice (a model that expresses human tau protein without mutations) and to determine the mechanisms involved. Following a high-fat diet, we did not observe any significant changes in tau phosphorylation in hTau mice, only a significant increase in wild-type males and a significant decrease in wild-type females. These results lead us to believe that hTau mice appear to be resistant to the impact of a high-fat diet, unlike wild-type mice.

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 novembre 2023) / La Maladie d'Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative dévastatrice et irréversible. Un changement majeur qui précède l'agrégation et pathologie de la protéine tau déclenche par sa phosphorylation sur des région qui ne doivent pas l'être (ce qu'on appelle une hyperphosphorylation). A court terme, l'état de phosphorylation de tau devient très volatile face à certaines conditions, notamment aux changements de températures corporels durant le sommeil. En nous inspirant de cet étendu de températures circadiens, nous avons postulé l'hypothèse qu'avec le modèle expérimental des cellules neuroblastomes humaines (SH3R), les variations de températures mèneraient aux changements d'activités de kinases et phosphatases (dont les majeures protéines responsables pour contrôler les niveaux de phosphorylation de tau), ceux qui, à leur tour impacteraient le clivage et la sécrétion de tau. Le rythme circadien, sans aucun traitement, a influencé tau en augmentant sa sécrétion durant la nuit comparée à son niveau durant la journée. En exposant les cellules à une température hypothermique légère (35°C), nous avons remarqué une hyperphosphorylation de tau, ainsi qu'une baisse de sa sécrétion. L'opposé a été observé face à une hyperthermie légère (38°). Par la suite, nous avons investigué si ces observations proviennent des changements sur la kinase (GSK-3B) et le phosphatase (PP2AC). En inhibant PP2AC (l'okadaïque acide et le LB100), et GSK-3B (AR-A014418), nous avons sélectionné les doses et temps de traitement optimaux. Ainsi, AR a réussi à empêcher l'hyperphosphorylation de tau induit par l'hypothermie. Le clivage de tau n'a par contre pas démontré un impact suffisamment causal entre les niveaux de phosphorylation et sécrétion dans les conditions testées. Des manipulations complémentaires avec les cellules et chez la souris soumis aux inhibiteurs et les modulations de température nous aideraient à comprendre davantage sur les indications précoces qui risquent traduire à des cascades pathologiques de tau durant les étapes neurodégénératives de la MA. / Alzheimer's Disease (AD) is a devastating and irreversible neurodegenerative disease that affects many cognitive faculties. A major hallmark of initial aggregation and pathogenetic stages of the tau protein at risk of developing into AD pathology is identified by its phosphorylation on certain regions of its sequence where it does not belong (termed as hyperphosphorylation). The phosphorylation state on tau transiently becomes very volatile against certain conditions including core temperature changes in the sleep-wake cycle. Based on this scale of circadian temperature variations, we hypothesized that using human neuroblastoma cells (SH3R) subjected to temperature modulations would induce changes in intracellular kinase and phosphatases (known as major proteins controlling tau phosphorylation), thus impacting tau cleavage and secretion. We observed that the circadian rhythm by itself induced a heightened level of tau secretion during the night compared to that during the daytime. Treating the cells to a mild hypothermic temperature (35°C) induced tau hyperphosphorylation, as well as reduced secretion levels. Conversely, the opposite was observed under mild hyperthermic temperature (38°C). We then assessed whether these changes were performed by the major tau kinase (GSK-3B) and phosphatase (PP2AC). We performed preliminary experiments on their inhibitors (AR-A014418 for kinase, okadaic acid and LB100 for phosphatase), which were required to then examine tau status under the same temperature modulations as above. Thus far, AR inhibitor successfully reduced the expected hypothermia-induced hyperphosphorylation. However, tau cleavage was not observed as a mediating stage between tau phosphorylation and secretion activities under the tested conditions. Complementary experiments with cells and mice are needed to assess tau phosphorylation, cleavage and secretion changes under the same temperature modulations and the remaining inhibitors mentioned to obtain a more comprehensive profile on early tau changes which risk cascading into its pathology in the brain and lead to neurodegenerative stages of AD.

Les tauopathies, dont la maladie d’Alzheimer (MA) est l’exemple le plus connu, sont des maladies neurodégénératives caractérisées par une agrégation intra-neuronale progressive de protéine Tau hyperphosphorylée conduisant inéluctablement à la mort du neurone. De nombreuses études convergent vers une implication du stress oxydant comme l’un des mécanismes précoces à l’origine de la MA. En effet, une accumulation de dommages oxydatifs aux acides nucléiques est observée aux stades précoces de la MA. Cependant, les mécanismes impliqués dans cette altération de l’intégrité des acides nucléiques au cours de la MA restent obscurs. Outre son rôle connu dans la stabilisation des microtubules, Tau est un acteur essentiel de la protection de l’intégrité des acides nucléiques neuronaux. En effet, au sein du laboratoire, il a été récemment montré in vivo que Tau protège l’ADN et l’ARN en condition physiologique ainsi qu’au cours d’un stress hyperthermique. L’hyperthermie est un outil inducteur de stress oxydant. Aucune étude n’a été menée pour examiner l’effet de la pathologie Tau sur la fonction protectrice de Tau vis-à-vis des acides nucléiques (AN).Cette problématique constitue le premier objectif de ma thèse. Pour cela, nous avons utilisé un modèle murin qui développe une agrégation et une hyperphosphorylation progressive de la protéine Tau : les souris THY-Tau22. Nous avons démontré, dans ce modèle, que l’hyperthermie induit des dommages aux AN uniquement dans les neurones présentant une pathologie précoce, à des stades qui précèdent la formation d’agrégats insolubles de Tau. Au sein de ces neurones, ces dommages aux AN induits par l’hyperthermie sont strictement corrélés à la formation d’oligomères de protéines Tau, formes précoces de l’agrégation de Tau. Une association similaire entre la présence d’oligomères de Tau et des dommages oxydatifs a également été mis en évidence dans des cerveaux de patients atteints de la MA. Le pré-traitement de ces souris avec du bleu de méthylène, un inhibiteur de l’agrégation de Tau, prévient la formation de ces oligomères ainsi que les dommages aux acides nucléiques. Ces résultats suggèrent que l’oligomérisation de Tau prévient la fonction protectrice de Tau vis-à-vis des acides nucléiques. Ce travail met également en lumière l’existence d’une fenêtre critique de vulnérabilité de l’ADN et l’ARN au cours de la progression de la pathologie.Dans le deuxième volet de ce manuscrit, nous nous sommes concentrés sur la relation entre la protéine Tau et l’ARN. Bien que l’interaction de Tau avec l’ARN soit connue depuis une vingtaine d’années, la fonction de cette interaction reste obscure. Notre hypothèse est que Tau pourrait être impliquée dans le métabolisme des ARN. Par stratégie TAP-tag, des partenaires protéiques de Tau ont été purifiés. Parmi eux, la protéine DEAD box protein 6 (DDX6), un acteur du métabolisme des ARN, a été identifiée comme un nouveau partenaire de Tau. DDX6 est une hélicase à ARN impliquée notamment dans la voie de régulation de l’expression génique par les microARN. Ce second projet vise à caractériser, comprendre la fonction de ce complexe ainsi que son impact dans la pathogénèse des tauopathies. Nous avons confirmé l’interaction entre Tau et DDX6 puis identifié les séquences de Tau impliquées dans ce complexe. Nos résultats suggèrent que l’interaction de Tau avec DDX6 stimule l’activité du microARN Let-7a. De manière particulièrement intéressante, des mutations de Tau responsables de formes familiales de tauopathies altèrent l’interaction Tau/DDX6 et abolissent l’effet de Tau sur l’activité du microARN Let-7a. L’ensemble de ces résultats met en évidence un rôle atypique de Tau, non décrit à ce jour, dans la voie de régulation du microARN Let-7a. Cette nouvelle fonction ouvre des perspectives sur le rôle de Tau dans le métabolisme des ARN et suggère un impact de la pathologie Tau sur la régulation de la voie des microARN. / Tauopathies are neurodegenerative disorders characterized by a progressive intraneuronal accumulation of hyperphosphorylated Tau leading to neuronal death. The most well-known tauopathy is Alzheimer Disease (AD). Numerous studies suggest that oxidative stress is one of the early mechanisms involved in AD. An increase in oxidative DNA and RNA damage occurs at early stages of AD. The mechanisms underlying the alteration of nucleic acid integrity during the course of AD are unclear. In addition to its well-described role in microtubule stabilization, Tau is an essential player in the protection of neuronal nucleic acid integrity. Indeed, we recently reported that Tau protect DNA and RNA integrity in vivo under physiological and hyperthermic conditions, which is known to be a strong inducer of oxidative stress. However, no study has been conducted to test the effects of Tau pathology on the protective function of Tau. This is the first objective of my thesis.To do that, we used a transgenic Tau pathology mouse model. With age, these mice develop a progressive Tau hyperphosphorylation and aggregation. We demonstrate, in this model, that hyperthermia selectively induces nucleic acid damage in neurons that display early Tau pathology without Tau fibrils. In these neurons, nucleic acid damage is strictly correlated with prefibrillar Tau oligomers. A similar association between prefibrillar Tau oligomers and nucleic acid oxidative damage was observed in AD brains. Pretreatment with Methylene Blue (MB), a Tau aggregation inhibitor reduced hyperthermia-induced Tau oligomerization as well as nucleic acid damage. These results suggest that Tau oligomerization triggers the loss of the nucleic acid protective function of Tau. This study highlights the existence of a critical window of DNA and RNA vulnerability during the progression of Tau pathology.In the second part of this manuscript, we have focused on the relationship between Tau and RNA. It has been reported that Tau bind to RNA. Although this interaction has been known for 20 years, the function of this interaction is still unclear. Based on this observation, we hypothesize that Tau is involved in RNA metabolism. Proteins interacting with Tau have been purified using the tandem affinity purification methodology. Thus, the DEAD box protein 6 (DDX6), known to be an actor of RNA metabolism, has been identified as a new Tau partner. DDX6 is a RNA helicase implicated in miRNA gene silencing mechanism. This project aims to understand Tau-DDX6 complex function in physiological conditions and its impact on tauopathies. We validate the interaction between Tau and DDX6, and identify Tau sequences involved in the interaction. Our results suggest that Tau-DDX6 complex enhance Let-7a activity. Interestingly, Tau mutations involved in inherited tauopathies impair Tau-DDX6 interaction and abolish the effect of Tau on Let-7a activity. All these results highlight a new and atypical function of Tau in microRNA pathway. This undescribed function offers promising prospects for the role of Tau in RNA metabolism and suggest a potential impact of Tau pathology on regulation of microRNA pathway.

La Dystrophie Myotonique de type I (DM1) est une maladie génétique à transmission autosomique dominante. Elle est due à une expansion pathologique de triplets CTG au sein de la région 3'UTR du gène DMPK. Les individus atteints de DM1 souffrent d'une atteinte multi-systémique, qui se caractérise, sur le plan moléculaire, par une altération de l'épissage alternatif de plusieurs transcrits privilégiant l'expression d'isoformes foetales. L'hypothèse physiopathologique majeure de la DM1 repose sur un gain de fonction toxique des ARNm mutés conduisant à des altérations de facteurs régulateurs d'épissage des familles Mbnl et CELF. Dans le cerveau de patients atteints de DM1, un défaut d'épissage alternatif du transcrit de Tau conduit à la surexpression de l'isoforme foetale avec, notamment, une exclusion préférentielle des exons 2 et 3. Ce défaut s'accompagne d'une agrégation de la protéine, signe d'une dégénérescence neuronale. Ainsi, le premier objectif de ce travail a été de mieux connaître les mécanismes moléculaires responsables du phénotype d'épissage pathologique de Tau dans la DM1. Nous nous sommes également intéressés au transcrit de la Troponine T cardiaque (cTNT), transcrit exprimé dans le coeur et dont l'altération d'épissage avec la DM1 conduit à un profil d'épissage de type foetal. Concernant Tau, nos résultats montrent que le profil d'épissage foetal., et en particulier, l'exclusion des exons 2 et 3, est un phénotype qui peut être obtenu par différentes voies moléculaires impliquant différents éléments cis régulateurs. Dans la DM1, ce phénotype résulte d'un mécanisme bien spécifique. Pour l'exon 2, celui-ci semble impliquer un « silencer » intronique situé dans une région relativement loin en aval de l'exon. Cette même région semble également médier l'effet du facteur d'épissage ETR-3, facteur appartenant à la famille CELF et qui favorise l'exclusion des exons 2 et 3. Pour ce qui est de la régulation de l'exon 5 de cTNT, celle-ci met en cause plusieurs éléments cis régulateurs, tous localisés dans les 150 nucléotides introniques encadrant l'exon. Parmi ces éléments, on identifie un « silencer » et un « enhancer » en amont de l'exon et deux « enhancers » en aval. Nos résultats montrent qu'une région intronique en amont est indispensable à l'effet des expansions de CTG. De plus, dans cette région, nous avons identifié de nouveaux sites fonctionnels de fixation du facteur d'épissage Mbnl1 par rapport à ceux décrits dans la littérature. En conclusion, nos travaux mettent en évidence plusieurs éléments cis régulateurs d'épissage alternatif de Tau et cTNT. Pour ces transcrits, les régions introniques en jeu dans l'effet des expansions de triplets CTG le sont également dans l'effet des facteurs Mbnl ou CELF. Ces résultats confortent l'hypothèse physiopathologique des mécanismes de dérégulation de l'épissage alternatif dans la DM1. Ils montrent également la spécificité des mécanismes mis en jeu dans la pathologie, fournissant ainsi des cibles thérapeutiques

La protéine Tau est impliquée dans de nombreuses maladies neurodégénératives regroupées sous le terme de Tauopathies dont la plus fréquente est la maladie d'Alzheimer (MA), qui est caractérisée, dans les phases précoces, par une augmentation du stress oxydant dans le cerveau des patients. L'accumulation d'espèces réactives de l'oxygène (ou ROS) dans les neurones mène notamment à l'apparition de dommages au niveau de leur ADN génomique. Les neurones ne se divisant pas, l'accumulation de dommages non réparés au niveau de la molécule d'ADN induit, à terme, des conséquences importantes sur leur fonctionnement. Cependant, les mécanismes impliqués dans l'accumulation de dommages à l'ADN neuronal dans la MA ne sont pas élucidés. La MA est également caractérisée par la présence de protéine Tau hyper et anormalement phosphorylée. Cette protéine Tau pathologique s'agrège et forme les " dégénérescences neurofibrillaires " (ou DNF). Les mécanismes conduisant à l'agrégation de Tau dans les cerveaux Alzheimer demeurent encore peu connus. Néanmoins, il est maintenant admis que bien plus que les agrégats insolubles, ce sont des petites formes oligomériques de Tau qui sont toxiques dans les neurones.Tau peut se localiser dans les conditions physiologiques au niveau de la membrane plasmique et au sein du noyau des neurones. Dans le laboratoire, il a été montré dans des cultures primaires de neurones murins que Tau joue un rôle essentiel dans la protection de l'ADN génomique neuronal en condition de stress. Le premier objectif de cette thèse était de savoir si in vivo Tau joue un rôle protecteur vis-à-vis de l'ADN. Nous avons donc mis au point un modèle murin de stress hyperthermique, stress induisant la formation de ROS. Nous avons ainsi validé in vivo la fonction protectrice de Tau vis-à-vis de l'ADN génomique. Nous avons également mis en évidence que l'absence de Tau altérait l'intégrité d'ARN cytoplasmiques et nucléaires en condition de stress, ce qui suggère que Tau pourrait jouer un rôle dans le contrôle qualité des ARN. Le deuxième objectif était d'évaluer l'impact de la pathologie Tau sur sa fonction protectrice de l'ADN. Notre hypothèse était que la pathologie Tau pourrait avoir un rôle délétère sur sa fonction protectrice de l'ADN génomique. L'impact de la pathologie Tau a alors été évalué in vivo dans un modèle de souris transgéniques (THY-Tau22). Nos résultats indiquent que dans les neurones hippocampiques soumis à un stress hyperthermique et possédant une pathologie de Tau précoce, il y a la perte de la fonction protectrice de Tau vis-à-vis de l'intégrité des acides nucléiques. Par ailleurs, nous avons observé qu'une augmentation de ROS jouait le rôle d'agent inducteur in vivo dans la formation de petits oligomères de Tau dans le cytoplasme et le noyau de neurones hippocampiques. De façon intéressante nous avons observé une corrélation entre les neurones possédant des dommages aux acides nucléiques et la formation de petits oligomères de Tau. Ces résultats mettent en lumière l'existence d'une fenêtre temporelle critique où une augmentation du stress oxydant induit conjointement l'oligomérisation de Tau et la formation de dommages aux acides nucléiques dans des neurones présentant une pathologie précoce. Ceci suggère que des formes oligomériques de Tau seraient impliqués dans l'altération des acides nucléiques.Les phospholipides peuvent également servir d'agent inducteur pour l'oligomérisation de Tau. Ils sont retrouvés dans les membranes. Les radeaux lipidiques sont des microdomaines de la membrane plasmique riches en sphingolipides et en cholestérol qui pourraient servir de point de nucléation pour l'oligomérisation de Tau. Avant de pouvoir répondre à cette question, le troisième objectif a été d'étudier l'état de phosphorylation de Tau associée aux radeaux lipidiques. Nos résultats indiquent que dans le cortex de patients atteints de la MA, la protéine Tau associée aux radeaux lipidiques est hyperphosphorylée et oligomérisée.