La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative incurable caractérisée par la perte sélective des motoneurones du cerveau et de la moelle épinière. Elle se manifeste par une faiblesse musculaire qui évolue vers une paralysie, entrainant la mort du patient dans les 3 à 5 ans après l’apparition des symptômes. Une réponse inflammatoire associée à l'accumulation de cellules immunitaire dans le système nerveux central (SNC) est une signature de la SLA. Ce travail propose d'étudier le rôle des cellules résidentes du SNC, notamment les astrocytes, et des cellules immunitaires périphériques, notamment les lymphocytes T CD8+, dans la SLA. Nous montrons qu'une fois infiltrées dans le SNC des souris mutantes modèles de la SLA (lignée SOD1G93A) des cellules T CD8+ s'activent et subissent une expansion de type oligoclonale. In vitro, les cellules T CD8+ issues de souris SOD1G93A sont capables d'induire la mort des motoneurones spécifiquement, par un mécanisme dépendant de la liaison du TCR avec le CMH de classe I. Nous rapportons que la déplétion périphérique des cellules T CD8+ chez les souris modèles de SLA permet de protéger une partie des motoneurones des processus neurodégénératifs. Une approche génétique permettra de confirmer l'implication des lymphocytes cytotoxiques dans l'évolution de la maladie. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease that is characterized by the selective loss of upper and lower motoneurons. Symptoms appears as muscular weakness, which irrevocably leads to muscle paralysis and death of patients within 3 to 5 years after onset of symptoms. An inflammatory response, along with the accumulation of blood-derived immune cells in the central nervous system (CNS) is a hallmark of the disease. This work proposes to investigate the role of resident cells of the brain, such as astrocytes and especially peripheral immune cells such as T CD8+ lymphocytes, in ALS pathogenesis. We show that once infiltrated in the CNS of SOD1G93A mice, CD8+ T cells become activated and undergo an oligoclonal expansion. In vitro, CD8+ T cells isolated from ALS mouse model (SOD1G93A strain) can trigger motoneuron death, in a manner that is dependent on the recognition of the MHC class I by TCR. We report that peripheral immunodepletion of CD8+ T cells is not sufficient to improve lifespan of SOD1G93A mice, but still permit to protect motoneurons from neurodegeneration. A genetic approach will confirm implication of CD8+ T lymphocytes in the disease.

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative due à la dégénérescence des motoneurones supérieurs et inférieurs. La perte des neurones moteurs entraine une atrophie puis une paralysie progressive des muscles. En plus de la perte musculaire, une perte de poids est importante chez les patients SLA. Ce symptôme apparaît avant les premiers symptômes moteurs et est corrélé avec la survie. Ce défaut du métabolisme énergétique est en partie dû à un hypermétabolisme associé à des problèmes de prise alimentaire. L’hypothalamus est la partie du cerveau contrôlant l’ensemble du métabolisme énergétique. L’objectif de ma thèse a été de caractériser les altérations hypothalamiques dans la SLA. Nous avons tout d’abord mis en évidence une anomalie du système mélanocortine de l’hypothalamus, et montré que cette anomalie était associée à des modifications du comportement alimentaire. Ensuite, nos travaux ont mis en évidence une atrophie de la partie postérieure de l’hypothalamus, comprenant l’aire hypothalamique latérale (LHA), des patients SLA, corrélée à la perte de poids. Finalement, nous démontré que les neurones produisant le MCH, situés dans le LHA, sont atteints dans la SLA et qu’une complémentation en MCH empêche la perte de poids dans un modèle animal de SLA. / Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a major neurodegenerative disease characterised by a loss of upper and lower motor neurons. The loss of motor neurons leads to muscle atrophy and paralysis. Besides motor loss, weight loss is important in ALS patients. This symptom appears before first muscular symptoms and is correlated with survival. This defect of energetic metabolism is partially due to hypermetabolism associated with food intake problems. Hypothalamus is the part of brain controlling the energetic metabolism. The aim of my Ph.D. was to characterise hypothalamic alterations in ALS. First, we have shown a default in the melanocortin system of hypothalamus, and shown that this melanocortin defect correlates with alterations in food intake behaviour. Second, we demonstrated the existence of hypothalamic atrophy in ALS patients in the posterior part of the hypothalamus, including the lateral hypothalamic area (LHA). This atrophy was correlated with weight loss. Finally, we observed that hypothalamic MCH neurons, located in the LHA, are affected in ALS, and that MCH complementation rescues weight loss in a mouse model of ALS.

Bien qu'outil de référence pour le diagnostic et le suivi de la SEP, l'IRM conventionnelle ne reste que modérément corrélée à l'état clinique du patient. Afin de mieux caractériser les altérations pathologiques, nous employons dans ce travail les techniques d'IRM dites non conventionnelles que sont la spectroscopie par résonance magnétique (SRM) et l'IRM de diffusion. Un premier suivi hebdomadaire, a permis de mettre en évidence la sensibilité des métriques de diffusion et la spécificité de la SRM pour détecter les processus initiaux de la formation d'une lésion.Un second suivi a permis de mettre en évidence des modifications de la diffusivité dans plusieurs faisceaux de substance blanche, avec notamment une diminution de la fraction d'anisotropie et une augmentation de diffusivité radiale, s'aggravant avec l'avancée de la maladie et plus marquée dans les formes progressives.Enfin, l'application de la théorie des graphes a permis de caractériser la connectivité cérébrale dans les quatre formes cliniques et d'étudier leur évolution. Cette étude a permis de mettre en évidence des altérations dans tous les phénotypes cliniques, avec notamment une diminution de la densité du réseau cérébral, plus importante dans les formes progressives de la maladie et tendant à s'accentuer avec la progression de la maladie.Ce travail montre la sensibilité des techniques avancées d'IRM pour la caractérisation des altérations pathologiques et de leur évolution dans la SEP / While conventional MRI is the reference tool for the diagnosis and monitoring of MS, it remains only moderately correlated with the patient’s clinical status. In order to better characterize pathological alterations occurring in MS, we use in this work non-conventional MRI techniques, namely magnetic resonance spectroscopy (MRS) and diffusion MRI.A first weekly follow-up revealed the sensitivity of the diffusion metrics and the specificity of the SRM to detect the initial processes of lesion formation.A second follow-up revealed changes in diffusivity in several white matter fiber bundles, including a decrease in fraction of anisotropy and an increase in radial diffusivity, worsening with advancing disease and more marked in the progressive forms.Finally, the application of graph theory allowed to characterize the brain connectivity in the four clinical forms and to study their evolution. This study allowed us to highlight alterations in all the four clinical phenotypes, including a decrease in the cerebral network density, more marked in the progressive forms of the disease and tending to increase with its progression.This work shows the sensitivity of advanced MRI techniques for the characterization of pathological alterations and their evolution in MS

La Sclérose Latérale Amyotrophique est une maladie neurodégénérative de l'adulte caractérisée par la perte des neurones moteurs. Considérée comme une maladie affectant uniquement les voies motrices, des études ont apporté des preuves de l'atteinte précoce et parallèle des voies sensitives mais également des interneurones, pouvant précéder et mener à l'hyperexcitation des neurones moteurs. Bien que l'activité des motoneurones soit étroitement associée à celle des afférences sensitives et des interneurones, l'effet de ces derniers sur l'excitation des motoneurones et leur participation à la propagation des atteintes n'ont jamais été étudiées dans la maladie. Le but de cette thèse était d'une part, de confirmer et de caractériser anatomiquement et fonctionnellement les atteintes sensitives au niveau spinal et cortical chez les patients au stade précoce de la maladie et, d'autre part, d'évaluer l'effet induit par de tels influx sur l'activité des motoneurones mais également à travers des interneurones de la moelle cervicale et lombaire. L'originalité du projet de recherche était de se focaliser sur des muscles proximaux cliniquement non-atteints dont les motoneurones " pré-symptomatiques " reçoivent des influx sensitifs provenant de muscles distaux cliniquement atteints. Nous avons montré que : 1) malgré leur réduction, les afférences sensitives induisent l'hyperexcitation des motoneurones ; 2) l'état et l'excitabilité de ces noyaux moteurs sont inchangés à travers les afférences corticospinales alors qu'ils sont hyperexcités par les afférences périphériques ; 3) l'activité du système propriospinal cervical et lombaire, ainsi que l'inhibition récurrente sont renforcées. / Amyotrophic Lateral Sclerosis is an adulthood neurodegenerative disease characterized by loss of motor neurons. Considered as a purely motor pathways disease, some investigations brought evidences for early and parallel sensory pathway impairments and for interneuron impairments that could precede and lead to motor neuron hyperexcitation. Although motoneuron activity is closely associated to sensory afferents and interneurons, their effects onto motoneuron excitation and their involvement in impairment spreading have not been studied yet. The aim of this thesis was on one hand, to confirm and characterize anatomically and functionally sensory impairment at spinal and cortical level in patients at the early stage of the disease and, on the other hand, to assess effects induced by these inputs onto motoneuron activity and through cervical and lumbar interneurons. Research project originality was to focus on proximal muscles clinically unaffected of which « presymptomatic » motoneurons receive sensory inputs from distal muscles clinically affected. We showed that: 1) despite their reduction, sensory inputs induce an hyperexcitation of motoneurons; 2) excitability and state of these motoneuron pools are normal through corticospinal afferents but are hyperexcited by peripheral afferents; 3) activity of cervical and lumbar propriospinal system and recurrent inhibition are reinforced.

Dans le thymus, la présentation par les cellules stromales thymiques (cellules épithéliales (TEC) ou dendritiques (DC)) de peptides dérivés de protéines du soi associés au complexe majeur d'histocompatibilité de classe II (CMH-II) est un mécanisme essentiel au développement des lymphocytes T CD4 (LT CD4) et à la sélection du répertoire de récepteur à l'antigène (TCR) qu'elles expriment. Ainsi, une interaction de faible intensité entre le TCR exprimé par les thymocytes et les complexes pMHC est nécessaire à la sélection positive des thymocytes alors qu'une interaction de forte affinité conduira à la délétion. L'apprêtement des protéines dans la voie de présentation du CMH-II dépend d'une protéolyse séquentielle impliquant un ensemble de protéases de spécificité relativement imprécise. Ainsi des protéases peuvent promouvoir ou empêcher la génération de certains peptides pouvant se lier aux molécules de CMH-II. La protéase à sérine spécifique du thymus (TSSP) est exprimée dans le thymus par les TEC du cortex et les DC thymiques, mais pas par les DC en périphérie. Différentes études suggèrent que TSSP serait une protéase de la voie de présentation du CMH-II qui limiterait par des mécanismes encore inconnus la présentation de certains antigènes du " soi " dans le thymus et notamment par les DC. Ainsi TSSP limiterait la tolérance au " soi " dans le thymus. Notamment, nous avons montré que les souris NOD déficientes en TSSP (NOD Tssp°) sont résistantes au diabète de type 1 (T1D) corrélé à une délétion accrue de cellules T CD4 spécifiques de certains antigènes associés au T1D. Ainsi, les souris NOD Tssp° sont partiellement tolérantes à S100ß, un antigène des îlots de Langerhans associé au développement du T1D. Afin de mieux comprendre l'impact de la sélection négative sur le répertoire autoréactif, nous avons analysé le répertoire de cellules T CD4 spécifiques de S100ß chez des souris NOD sauvages (WT) et NOD Tssp°. Bien que relativement divers, le répertoire TCRaß présente, dans les deux souches de souris, un biais pour des réarrangements TCRa dominants et publics de faible avidité. Des cellules T CD4 de forte avidité exprimant un répertoire privé sont retrouvées chez les souris NOD WT mais sont sélectivement délétés chez les souris NOD Tssp°. Ainsi, l'augmentation de la disponibilité en antigène favorise la délétion de cellules T de fortes avidité. Parallèlement, nous avons analysé l'effet de l'absence de TSSP sur le développement d'une autre pathologie autoimmune médiée par les cellules T CD4, l'encéphalomyélite autoimmune expérimentale (EAE) induite par le peptide MOG35-55. Les souris NOD Tssp° développent une pathologie moins sévère que les souris sauvage. Cette réduction de sévérité résulte, au moins en partie, d'une diminution de l'avidité et de la fonctionnalité des cellules T CD4 encéphalitogènes spécifiques de MOG35-55. L'ensemble de ces travaux et les études précédentes de notre équipe suggère que TSSP, en régulant négativement la présentation antigénique, empêche la tolérance au soi et ainsi favorise l'émergence d'un répertoire TCR autoréactif de haute avidité pour l'antigène. Dans ce contexte, le maintien de TSSP au cours de l'évolution est surprenant. Néanmoins, l'absence de TSSP entraîne également une réduction de réponse spécifique de certains antigènes du non soi. Ainsi, dans le thymus, TSSP en limitant la tolérance au soi permettrait une diversification du répertoire TCR. / In the thymus, the presentation by thymic stromal cells (epithelial (TEC) or dendritic cells (DC)) of peptides derived from self-proteins associated with the major histocompatibility complex class II (MHC-II) is an essential mechanism for the development of CD4 T cells (CD4) and selection of their antigen receptor (TCR) repertoire. Thus, a low intensity interaction between the TCR expressed by thymocytes and pMHC complexes is necessary for the positive selection of thymocytes while a high affinity interaction lead to its deletion. The processing of proteins for MHC-II presentation pathway is dependent of sequential proteolysis involving a set of protease with a relatively imprecise specificity. Proteases can therefore promote or inhibit the generation of certain peptides that can bind to MHC-II molecules. The thymus specific serine protease (TSSP) is expressed in the thymus by cortical TEC and thymic DC, but not by DC in the periphery. Various studies suggest that TSSP is a protease of MHC-II presentation pathway which could limit, by some unknown mechanisms, the presentation of certain self-antigens in the thymus and in particular by DC. Thus, TSSP might limit self-tolerance in the thymus. In particular, we have shown that TSSP-deficient NOD mice (NOD Tssp°) are resistant to type 1 diabetes (T1D) correlated with an increased deletion of CD4 T cells specific for certain antigens associated with T1D. Thus, NOD Tssp° are partially tolerant to S100ß, a Langerhans islet antigen associated with the development of T1D. To better understand the impact of negative selection on the self-reactive repertoire, we analyzed the S100ß-specific CD4 T cells repertoire of NOD wildtype (WT) and NOD Tssp° mice. Although it's relatively diverse, the TCRaß repertoire presents, in both strains of mouse, a bias to low-avidity dominant and public TCRa rearrangements. High avidity CD4 T cells expressing a private repertoire are found in NOD WT mice but are selectively deleted in NOD Tssp° mice. Thus, increasing the availability of antigen promotes high avidity T cells deletion. In parallel, we analyzed the effect of the absence of TSSP on the development of another autoimmune disease mediated by CD4 T cells, the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) induced by the MOG35-55 peptide. NOD Tssp° mice develop a less severe pathology than WT mice. This reduction of severity results, at least in part, in a decrease of avidity and functionality of encephalitogenic MOG35-55- specific CD4 T cells. Taken together, this work and previous studies from our team suggests that TSSP, by negatively regulating antigen presentation, prevents self-tolerance and thus promotes the emergence of a self-reactive TCR repertoire of high avidity for the antigen. In this context, maintaining TSSP during evolution is surprising. Nevertheless, the absence of TSSP also reduces the specific response against some non-self-antigens. Thus, in the thymus, TSSP by limiting self-tolerance would allow the diversification of the TCR repertoire.

La sclérose en plaques est une maladie chronique. Elle se caractérise par une inflammation focale et diffuse, une démyélinisation, une souffrance axonale et une dégénérescence neuronale. L’apparition d’une incapacité progressive et irréversible en est la principale morbidité. Mieux comprendre les liens entre les différents mécanismes impliqués dans la SEP et la part de chacun dans la genèse du handicap est fondamental.L’inflammation dans la SEP est polymorphe. Une famille de produits de contraste, l’USPIO, permet le marquage des macrophages et leur suivi en IRM. Ainsi, 35 patients ont été inclus. Le rehaussement par l’USPIO était spatialement et temporellement différent de celui observé après injection de gadolinium. Les lésions caractérisées par une activité macrophagique induisent localement une déstructuration tissulaire plus importante sur l’IRM initiale et après 1 an.À cette inflammation aiguë s’ajoutent l’inflammation et la démyélinisation chroniques, qui entraînent une accumulation de sodium. La deuxième étude a permis de montrer cette accumulation en IRM chez 20 patients souffrant de la forme progressive, où prédominent l’inflammation et la démyélinisation chroniques.L'importance de l’accumulation corticale de sodium chez ces patients nous a conduit à entreprendre une troisième étude chez des patients souffrant de troubles cognitifs. Ainsi 58 patients rémittents ont été inclus dans cette étude. Une accumulation de sodium a été mise en évidence chez les patients présentant une atteinte cognitive. Cette accumulation touche le néocortex, en particulier préfrontal, cingulaire et le precuneus. De plus, cette accumulation survient avant l’atrophie. / Multiple sclerosis (MS) is a chronic disease leading to permanent disability. Demyelination, inflammation and diffuse axonal and neuronal loss are histological hallmarks of MS. Better understand the links between these different mechanisms and their role in the genesis of disability is fundamental. Inflammation in MS is polymorphic. A family of recent contrast agents, the USPIO, allows the labelling and monitoring of macrophages. 35 patients were included. Enhancement by USPIO was spatially and temporally different from gadolinium. Lesions characterized by macrophage activity locally induce a more significant tissue destructuration at baseline and at one year.Moreover, chronic inflammation and chronic demyelination lead to intra-neuronal sodium accumulation. Because of the physical properties of 23Na and technical improvements, sodium MRI imaging is to date possible. Thus in the second study, sodium accumulation was demonstrated in 20 patients at a progressive phase, particularly susceptible to chronic inflammation and demyelination. Then, the discovery of the importance of cortical sodium accumulation in this study led us to undertake a third study in patients prone to cognitive disorders, were cortical involvement seems to be more pronounced. 58 remitting patients were enrolled. Sodium accumulation was demonstrated in patients with cognitive impairment. This accumulation affects the neocortex (prefrontal cortices, cingulate and the precuneus). This accumulation occurs before atrophy.

De très nombreuses pathologies cérébrales s’accompagnent de phénomènes inflammatoires soit primitifs comme dans la sclérose en plaques (SEP), soit secondaires comme après un infarctus cérébral ou un traumatisme crânien. Dans tous les cas on observe la présence d’œdème vasogénique et de cellules inflammatoires.Dans une première approche chez l’animal, nous avons étudié la régulation et le rôle de la protéine canal aquaporine 4 (AQP4) dans l’œdème associé à l’inflammation et dans la sévérité de l’inflammation elle-même. Nous avons, de plus, validé un modèle de lésion inflammatoire focale type SEP pour étudier l’œdème et l’inflammation en fonction du microenvironnement, soit dans la substance blanche (SB), soit dans la substance grise (SG). Dans une seconde approche translationnelle chez les patients SEP, nous avons combiné un marqueur IRM d’altération de la barrière hémato-encéphalique (gadolinium) avec un marqueur plus spécifique de la composante cellulaire (USPIO) pour détecter les lésions « actives » et déterminer leur pronostic.Nous avons d’abord montré qu’AQP4 était surexprimée en situation d’œdème vasogénique associé à l’inflammation. Plus précisément, la surexpression d’AQP4 était plus marquée lors de la phase de résorption que lors de la phase de formation de l‘œdème. De plus, le fait d’inhiber AQP4 aggravait la sévérité de l’œdème et de l’inflammation dans la SB et dans la SG. Nous avons conclu au rôle protecteur d’AQP4 en situation d’inflammation en accord avec les données sur l’implication d’AQP4 dans la résorption de l’œdème et la mise en place de la cicatrice gliale. La surexpression d’AQP4, en tant que mécanisme protecteur, semblait insuffisante pour contrer la phase initiale de l’inflammation car elle ne devenait importante que secondairement. Deuxièmement, lorsque l’on induisait la même attaque inflammatoire dans la SB et dans la SG (modèle focal de SEP), les différences de microenvironnement ne permettaient pas d’induire de différence en termes de sévérité de l’œdème et de l’inflammation. Cette observation suggère de rechercher des différences de physiopathologie entre les lésions de la SB et celles de la SG pour expliquer le caractère faiblement inflammatoire et œdémateux des lésions de la SG chez les patients SEP. Pour finir, nous avons montré que l’observation de la composante cellulaire de l’inflammation in vivo grâce aux USPIO augmentait la sensibilité pour la détection des lésions actives de SEP. Les USPIO montraient également la faible inflammation résiduelle dans les formes chroniques de SEP. L’association des USPIO et du gadolinium augmentait également la spécificité en identifiant un sous-groupe de lésions se rehaussant avec les deux agents et apparaissant plus sévère.Nous avons apporté des connaissances nouvelles sur la physiopathologie de l’œdème et de la composante cellulaire de l’inflammation. Si nos résultats se confirment chez l’homme, l’AQP4 pourrait devenir une nouvelle cible thérapeutique. La meilleure compréhension des différences entre les lésions de la SB et de la SG dans la SEP est également une étape importante pour des thérapeutiques plus ciblées. Un bio-marqueur utilisable in vivo reflétant la composante cellulaire de l’inflammation (USPIO) améliore la sensibilité et la spécificité et pourrait aider à évaluer les nouvelles thérapeutiques. / Inflammation is a contributing factor in many diseases of the brain, including primary inflammatory disorders such as multiple sclerosis (MS) and secondary inflammation following stroke, brain trauma or even tumors. Vasogenic edema and white blood cell infiltration are common features of all inflammatory reaction subtypes. We first performed experimental studies in rodent animal models to better understand the regulation and role of the water channel protein aquaporin 4 (AQP4) in edema associated with inflammation and in the severity of the inflammation itself. We further validated a focal animal model of MS-like lesions to explore whether inflammation and edema differed according to the microenvironment either in gray matter (GM) or white matter (WM). In a second approach in MS patients, we combined a MR marker of blood brain barrier alteration (gadolinium) with a more specific marker of the cellular component of inflammation (USPIO) to detect active lesions and address their prognosis.First, we found that AQP4 was upregulated under conditions associated with vasogenic edema such as inflammation. Specifically, AQP4 upregulation was more important in the edema resolution phase than in the edema build-up phase. Furthermore, silencing AQP4 aggravated the severity of edema and inflammation in both WM and GM. We concluded that AQP4 has a protective role under inflammatory conditions, in agreement with the previously demonstrated role of AQP4 in edema resolution and glial scar formation. AQP4 upregulation, a potential protective mechanism, seems insufficient to counter the initial phase of inflammation because it reached a maximum only after a delay. Second, the severity of the edema and inflammation in WM and GM was not significantly different according to the microenvironment (either WM or GM) upon induction by the same inflammatory attack. This suggests that the pathogenesis in WM and GM is different and should be further explored to explain why little inflammation and edema is encountered in GM lesions of MS patients. Finally, we found that tracking the cellular macrophage component of inflammation with USPIO increased the sensitivity to active lesions in MS patients. It could even detect mild residual inflammation in patients with a progressive MS. Combining USPIO and gadolinium also increased the specificity; the subgroup of lesions that were enhanced with both contrast agents had more severe features. We have provided a better understanding of edema and the cellular component of inflammation. If confirmed in humans, AQP4 could be a new target for medication of edema. A better understanding of the WM/GM difference in MS is also a first step in developing more specific therapeutic strategies. Finally, the in vivo marker of the cellular component of inflammation (USPIO) provides more sensitive and specific information that could be useful in monitoring the efficacy of treatments.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative caractérisée par une mort sélective des motoneurones. Les mécanismes impliqués dans cette pathologie sont encore mal connus. Il apparait néanmoins que la SLA est une maladie multifactorielle impliquant différents partenaires tels que les motoneurones, les cellules gliales et musculaires. Le modèle murin SOD1G93A développe un phénotype semblable à celui observé chez les patients SLA. L'étude précise du patron locomoteur des SOD1G93A nous a permis de re-définir la date d'apparition des symptômes à 2 mois d'âge soit 1 un mois avant la date communément admise. Nous corrélons cette donnée fonctionnelle à des modifications histologiques au niveau médullaire, en particulier sur la composante gliale, et musculaire. Sur cette base, nous avons développé deux approches in vivo, l'une physiologique et l'autre pharmacologique. D'une part nous avons caractérisé les effets d'exercices physiques de différentes intensités chez les souris SOD1G93A. Cette étude à mis en évidence le rôle primordial de l'environnement et ne démontre pas d'effet de l'exercice sur la survie des souris SOD1G93A. D'autre part, nous rapportons une augmentation de survie des souris SOD1G93A après traitement chronique à faible dose d'une molécule anti-glutamatergique, la gacyclidine. A forte dose cette molécule semble avoir un effet néfaste.En parallèle, nous avons décrit la répartition anatomique de la sérotonine et d'un de ses récepteurs dans la moelle épinière humaine. Nous observons de grandes similarités topographiques avec les murins et primates, et validons ainsi l'utilisation future de ces modèles animaux dans les pathologies affectant la locomotion tel que la SLA. / Amytrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease characterized by a selective death of motoneurons. Pathogenesis and mechanisms of selective vulnerability are not yet fully understood although there is growing evidences that ALS is a complex multi-factorial disease that involves several partners such as neuron, glial and muscle cells. Transgenic mice over-expressing a human mutated form of the gene coding for SOD1 develop a dominantly inherited adult-onset paralytic disorder that mimics human ALS symptoms. The precise description of the SOD1G93A mice locomotor pattern using a gait analysis method allowed us to refine symptoms onset at two months of age. This is one month earlier than described in the literature. We correlate these functional modifications to histological alterations of (1) the glial component of the spinal cord, and (2) muscles. From this referent study, we have then developed and evaluated a physiological and pharmacological in vivo approaches. In our first study, we have characterized the effect of different intensities of physical exercise on SOD1G93A mice. Our study not only demonstrates the crucial role of the environment but also that exercise does not have an impact on the survival of SOD1G93A mice. In the second part of our work, we report an increase in SOD1G93A mice survival when they had been chronically treated with a low dose of gacyclidine, an anti-glutamatergic molecule. At higher dose, this molecule seems to be detrimental.In a parallel study, we have carried out the anatomical description of serotonin and one of its receptor in the adult human spinal cord. We observe topographic similarities with rodents and primates, thus validating their further use as animal models, to study motor pathologies such as ALS.

Des troubles cognitifs sévères peuvent apparaître de façon précoce au cours de la sclérose en plaques(SEP). Nous avons analysé les modifications de connectivité fonctionnelle de repos au sein des réseauxcérébraux et les modifications structurelles cérébrales qui les sous-tendent.Nous avons inclus des patients atteints de SEP dont la durée de la maladie est comprise entre 3 et 5ans, sans trouble cognitif (n=20) et avec un trouble cognitif (n=15) ainsi que des sujets contrôles(n=20). Après une évaluation neuropsychologique approfondie, les patients et contrôles ont eu uneIRM multimodalité à 3T comportant des séquences anatomiques T1 et T2, une séquence en tenseur dediffusion pour l’évaluation de la connectivité anatomique, et une IRM fonctionnelle de repos pourl’évaluation de la connectivité fonctionnelle.Les patients avec atteinte cognitive ont des performances diminuées pour l’ensemble des domainesneuropsychologiques testés en dehors du stockage mnésique. La connectivité fonctionnelle est altéréechez les patients avec atteinte cognitive au sein des réseaux impliqués dans les processus cognitifscomme le réseau du mode par défaut et les réseaux attentionnels. Ces modifications fonctionnelles nereflètent pas de façon stricte la connectivité anatomique évaluée par l’IRM de diffusion. En revanche,les patients avec atteinte cognitive ont une atrophie marquée de la SG dans des régions connectées auréseau du mode par défaut.La diminution de connectivité fonctionnelle au sein des réseaux impliqués dans la cognition pourraitlimiter les mécanismes de compensation fonctionnelle en réponse à l’atteinte structurelle cérébrale. / Severe cognitive impairment involving multiple cognitive domains can occur early during the course of multiple sclerosis (MS). We investigated resting state functional connectivity changes in large-scale brain networks and related structural damage underlying cognitive dysfunction in patients with early MS.We included MS patients with 3 to 5 years of disease duration, either without cognitive impairment (n=20), or with cognitive impairment (n=15), and 20 controls. After a standardized neuropsychological evaluation, all subjects underwent a multimodal 3T MRI including anatomical T1 and T2 images, diffusion imaging to assess anatomical connectivity and resting state functional MRI to assess functional connectivity.Patients with cognitive dysfunction were impaired in all cognitive domains tested except for mnesic storage. Functional connectivity was altered in patients with cognitive impairment only, within associative networks relevant for cognition, especially the default mode and the attentional networks. This functional disconnection did not parallel diffusion abnormalities in white matter tracts. In patients with cognitive impairment, atrophy was localized in cortical regions connecting the default mode network. Disconnection in these networks may deprive the brain of compensatory mechanisms required to face widespread structural damage.

Le stress oxydant, les dysfonctions mitochondriaux et les altérations du métabolisme lipidique sont un dénominateur commun des maladies neurodégénératives (MN), comme la sclérose en plaques (SEP). Dans les conditions du stress oxydant, l’excès du cholestérol est éliminé par oxydation, produisant des oxystérols. Chez l'homme, le taux du 7β-hydroxycholestérol (7β-OHC) est souvent trouvé à des taux élevés dans le liquide céphalo-rachidien (LCR) et/ ou le plasma de patients atteints de MN, notamment la SEP.Dans ce contexte, une étude clinique préliminaire sur le LCR et le plasma de patients atteints de SEP RR a été réalisée dans le but de rechercher des biomarqueurs du métabolisme lipidique et du stress oxydant et de déterminer d‘éventuelles corrélations entre le 7β-OHC et les différents mécanismes associés à la pathogenèse de la SEP. Une étude in vitro a été réalisée afin d’évaluer les activités biologiques de trois molécules utilisées dans le traitement de la SEP, le diméthyle fumarate (DMF) et son métabolite le monométhyle fumarate (MMF), et la biotine sur des oligodendrocytes murins 158N, et à déterminer leurs potentialités cytoprotectrices en se focalisant sur leurs capacités à s’opposer à la toxicité du 7β-OHC. Pour cela, des techniques spectrophotométriques, analytiques et de biologies moléculaires ont été utilisées.Nos résultats ont révélé une augmentation du taux de HODE associée à une augmentation du taux plasmatiques d’oxystérols, notamment 7KC et 7β-OHC, ainsi qu’une altération du métabolisme d’acides gras au niveau du LCR et du plasma des patients atteints de SEP. L’étude in vitro a montré que le DMF, le MMF et la biotine présentent des capacités à atténuer les effets délétères du 7β-OHC à savoir; la mort cellulaire par oxiapoptophagie définie par l’association de l’apoptose, l’autophagie et le stress oxydant. De plus, ces molécules corrigent les modifications structurales et le déséquilibre du statut redox caractérisé par une surproduction d’espèces radicalaires d’oxygène, une activité accrue des principales enzymes anti-oxydantes et une amplification de l'oxydation de macromolécules induites par le 7β-OHC. Elles atténuent également les dysfonctionnements mitochondriaux et péroxysomaux, les altérations de l’expression de protéines de myéline ainsi que le désordre du profil lipidique, induits par le 7β-OHC.Notre étude apporte des arguments en faveurs de la capacité du DMF, du MMF et de la biotine, à atténuer les phénomènes majeurs associés à la mort des oligodendrocytes qui pourraient contribuer à la démyélinisation. Ceci renforce l'intérêt porté à ces molécules pour le traitement des maladies neurodégénératives incluant la SEP. / Oxidative stress, mitochondrial dysfunction, and alterations in lipid metabolism are a common denominator of neurodegenerative diseases (MN), such as multiple sclerosis (MS). Under oxidative stress conditions, excess cholesterol is removed by oxidation, producing oxysterols. In humans, the 7β-hydroxycholesterol (7β-OHC) is often found at increased levels in the cerebrospinal fluid (CSF) and/or plasma of patients with MN, including MS.In this context, a preliminary clinical study on CSF and plasma of patients with RR MS was carried out to search for lipid metabolism and oxidative stress biomarkers and to determine the possible correlations between 7β-OHC and the different mechanisms associated with the MS pathogenesis. An in vitro study was conducted to evaluate the biological activities of three molecules used in the treatment of MS, dimethyl fumarate (DMF) and its major metabolite, monomethyl fumarate (MMF), and biotin on 158N murine oligodendrocytes, and to determine their cytoprotective potentialities by focusing on their ability to oppose the toxicity of 7β-OHC. For this, spectrophotometric, analytical and molecular biology techniques were used.Our results have shown an increased level of HODE associated with an enhancement of oxysterol levels in the plasma, notably 7KC and 7β-OHC, as well an alteration in fatty acid metabolism in the CSF and plasma of patients with SEP. The in vitro study revealed that DMF, MMF, and biotin can counteract the deleterious effects of 7β-OHC namely; cell death by oxiapoptophagy defined by the association of apoptosis, autophagy and oxidative stress. Moreover, these molecules correct the structural modifications and the disequilibrium of the redox status characterized by an overproduction of radical oxygen species, an increased activity of the principal antioxidant enzymes and an amplification of the macromolecules oxidation induced by the 7β- OHC. They also attenuate the mitochondrial and peroxisomal dysfunctions, the alterations of myelin protein expression as well as the lipid profile disorder induced by 7β-OHC.Our study provides arguments in favor of the ability of DMF, MMF, and biotin, to attenuate the major events associated with the death of oligodendrocytes which could contribute to demyelination. This reinforces the interest in these molecules for the treatment of neurodegenerative diseases including MS.