Les manifestations neuro-ophtalmologiques, observées dans la sclérose en plaques sont parfaitement déterminées à l’heure actuelle. Cependant, l’aspect chronique des troubles visuels résultants n’est pas toujours précisément évalué, or de telles lacunes sont un frein à leur prise en charge. Dans une première partie, les caractéristiques des troubles visuels chroniques ont été mesurées. Il s’agissait de quantifier le pourcentage de plaintes visuelles chroniques chez des patients atteints de sclérose en plaques puis de mesurer le degré d’intensité des troubles visuels chroniques, de déterminer leurs origines physiopathologiques et de rendre compte de leur retentissement sur la qualité de vie des patients se plaignant de troubles chroniques. Les voies visuelles afférentes étaient altérées dans 68% des cas. Des troubles oculomoteurs étaient fréquemment observés (89%) dont le nystagmus pendulaire (28%), source de gêne visuelle. Dans une seconde partie, nous nous sommes donc intéressés au nystagmus pendulaire et à sa conséquence fonctionnelle, l’oscillopsie, afin de proposer une prise en charge spécifique. Néanmoins, les mécanismes de ce nystagmus ne sont pas encore bien définis. Il était donc important de développer une hypothèse explicative à partir de l’observation de deux cas particuliers de nystagmus monoculaire et de démontrer que le nystagmus pendulaire de la sclérose en plaques est à distinguer du nystagmus pendulaire du tremblement oculopalatin, souvent confondus. Enfin, nous proposons une méthode évaluant la détection du mouvement (par stimuli de contraste asservis au regard) ainsi qu’un protocole de stimulation optocinétique tentant de réduire ce symptôme / Neuro-ophthalmic manifestations observed in multiple sclerosis are well-known. However, the chronic feature of visual dysfunctions is not always precisely determinated. These imprecision impede the development of specific therapeutic approach. In a first part, the chronic characteristics of visual dysfunctions were assessed. The percentage of chronic visual complaints in multiple sclerosis patients was quantified and then the intensity of chronic visual deficits was measured, their pathophysiologic origins determined and finally their impact on quality of life was taken into account. Visual pathways were impaired in 68% of patients. Ocular motor disorders were frequently observed (89%) including pendular nystagmus (28%), accounted for visual discomfort. In a second part, we focused on pendular nystagmus and its functional consequence, oscillopsia, to propose a specific treatment. First of all, the mechanisms of this nystagmus are not yet well defined. Therefore, we developed some hypothesis from the observation of two patients with monocular nystagmus and demonstrated in a second part that the pendular nystagmus in multiple sclerosis is distinct from the pendular nystagmus of oculopalatal tremor. Finally, we proposed a method evaluating oscillopsia (motion detection by contrast stimuli moving synchronically with gaze) that was tested before and after an optokinetic stimulation protocol aimed to reduce this symptom

L'IRMf de repos qui repose sur l'étude des fluctuations du signal BOLD chez un sujet au repos, pourrait permettre d'explorer les mécanismes du handicap dans la Sclérose En Plaques (SEP). En utilisant l'IRMf de repos, ce travail a eu pour objectif de caractériser la réorganisation fonctionnelle des patients atteints de SEP et ses liens avec leur handicap.Nous avons d'abord réalisé une étude combinant IRMf de repos et d'activation au stade précoce de la SEP et montré l'existence d'une corrélation entre la plasticité fonctionnelle du système moteur des patients au repos et durant la tâche. Nous avons ensuite montré l'existence d'une augmentation diffuse du niveau de connectivité fonctionnelle des patients présentant une SEP débutante, corrélée à leurs performances. Dans la 3ème partie, nous avons objectivé l'existence d'un déclin dynamique de la topologie fonctionnelle corrélée à la progression du handicap grâce à une étude longitudinale utilisant la théorie des graphes. Enfin, nous avons démontré que le gain fonctionnel obtenu par la rééducation chez les patients SEP était corrélé à une augmentation de connectivité fonctionnelle du réseau cérébral par défaut et central exécutif et de densité de substance grise dans le cortex frontal.Nos travaux montrent l'existence d'une réorganisation cérébrale fonctionnelle complexe et dynamique dans la SEP qui pourrait correspondre à des phénomènes compensatoires, dont le déclin avec l'évolution de la maladie participe à la progression du handicap. Ils démontrent l'intérêt de l'IRMf de repos pour la compréhension des substrats anatomo-fonctionnels du handicap dans la SEP et comme potentiel instrument futur d'évaluation thérapeutique. / Resting-state fMRI (rs-fMRI) may provide important clue concerning disability in multiple sclerosis (MS) by exploring the spontaneous BOLD fluctuations at rest in the whole brain. The aim of this work is to depict the functional reorganization of resting-state networks in MS patients and to assess its potential relationships with disability.In the first part, we performed an fMRI protocol combining a rs-fMRI and task-associated fMRI during a motor task, in a group of early MS patients. This study evidenced a direct association between reorganization of connectivity at rest and during activation in the motor system of patients. In the second rs-fMRI study, we evidenced an increased of the global level of connectivity in most of the rs-networks, strongly associated with the level of disability of patients. In the third part, we evidenced in a 2-year longitudinal study using graph theoretical approach that MS patients exhibited a dynamical alteration of functional brain topology that significantly correlated with disability progression. In the last part, we evidenced that the transient clinical improvement following physical rehabilitation in MS patients is associated with reversible plasticity mechanisms located in the default mode network, the central executive network and in the left fronto-orbital cortex. These works evidence that MS patients exhibit a complex and dynamical functional reorganization of rs-networks, significantly associated with disability progression. This PhD thesis confirms that rs-fMRI is a relevant biomarker of pathophysiology leading to disability in MS and represents a promising tool for therapeutic assessment of MS patients in the future.

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative au cours de laquelle les motoneurones meurent. Le premier dysfonctionnement des motoneurones est la rétractation de leurs jonctions neuromusculaires. La présence de vacuoles a été décrite dans l’axone et les dendrites des motoneurones avant la dénervation dans les souris SOD1G93A, modèle murin de la maladie. L’origine des vacuoles n’est pas connue. On peut toutefois se demander si elle pourrait résulter d’un stress excitotoxique. L’excitotoxicité pourrait provenir soit d’une hyperexcitabilité intrinsèque du motoneurone, soit d’une hyperexcitation (balance des entrées excitatrices et inhibitrices modifiées au profit d’une plus grande excitation). Or il a été montré que si les motoneurones sont hyperexcitables au stade embryonnaire dans les souris SOD1G93A, seuls les motoneurones résistants à la SLA (type S) sont hyperexcitables à la deuxième semaine postnatale tandis que les motoneurones vulnérables (types FF et FR) deviennent hypoexcitables avant leur dégénérescence chez l’adulte. Nous avons donc étudié les entrées synaptiques reçues par les motoneurones, pour savoir si la balance excitation/inhibition est déplacée et s’ils sont ainsi hyperexcités. Pour cela nous avons réalisé des enregistrements électrophysiologiques de motoneurones lors de la stimulation de circuits pré-moteurs, et des marquages intracellulaires de motoneurones combinés avec des marquages immunohistochimiques des boutons VGlut1, VGlut2 et Vgat. Nous avons montré que l’amplitude des PPSE monosynaptiques Ia était diminuée dans les souris SOD1, les PPSI di- et trisynaptiques étaient moins nombreux et les interneurones inhibiteurs moins excitables. Cette modification des entrées synaptiques n’était pas due à un changement du nombre de synapses. En revanche, les synapses sont particulièrement nombreuses aux domaines dendritiques qui se vacuolisent dans les souris SOD1, suggérant un lien entre l’activité synaptique et la vacuolisation. Des marquages intracellulaires de motoneurones de souris SOD1, montrent que les vacuoles grandissent avec l’évolution de la maladie, suggérant leur implication dans le processus de dégénération. Grâce à des révélations immunohistochimiques, nous avons montré que ces vacuoles apparaissent dans l’espace intermitochondrial lors de la dégénérescence des mitochondries. Le réticulum endoplasmique est également impliqué. Enfin, l’autophagie, mécanisme d’élimination des organites cellulaires, est déficient au moment de l’apparition des vacuoles, expliquant pourquoi elles s’accumulent avec le temps. Ces résultats amènent à reconsidérer l’hypothèse de l’excitotoxicité supposée comme mécanisme à l’origine de la mort des motoneurones. / Glutamate excitotoxicity arising from excessive entry of calcium in the cell, has long been suggested to contribute to the degeneration of motoneurons in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). This hypothesis is enhanced by the observation of vacuoles on motoneurones dendritic tree. Such vacuoles were previously observed on neurons under excitotoxic stress. Excitotoxicity may stem from an intrinsic hyperexcitability of the motoneurons or from a shift of the balance of excitatory / inhibitory inputs received by the motoneurons toward more excitation. Thanks to an in vivo preparation that allows us to make intracellular recordings of motoneurons in adult mice, it was shown that spinal motoneurons do not display an intrinsic hyperexcitability just prior to their degeneration in SOD1 G93A mice, the standard model of ALS. Thus, to study excitotoxicity hypothesis, we decided to study dendritic vacuoles and undersand their genesis, and then to study synaptic inputs on motoneurons, to decipher if there is a hyperexcitability. We have shown, with intracellular labelling and immunohistochemistry, that vacuoles grow with age, that they appear in the intermembrane space of mitochondria, and that deficiency in autophagy prevent their elimination. With electrophysiological recordings, we have shown that monosynaptic EPSP amplitude is reduced in SOD1 mice. IPSP were less numerous and inhibitory interneurons were less excitable. These alterations were not due to synapses numbers, however synapses are preferentially localised on dendritic places that vacuolate, suggesting a link between synaptic activity and vacuolation. These results suggest that excitotoxicity might not be the mecanism of motoneuron death.

La Sclérose Tubéreuse de Bourneville est une pathologie génétique rare qui se caractérise par la survenue de crises épileptiques précoces à l’origine du développement de nombreux troubles neurologiques tels que des symptômes autistiques ou des retards mentaux. Les épilepsies retrouvées dans la Sclérose Tubéreuse de Bourneville sont souvent résistantes aux traitements pharmacologiques disponibles soulevant la nécessité de trouver de nouvelles approches médicamenteuses plus efficaces pour traiter les patients. Dans cette étude nous avons mis en évidence que l’AppCH2ppA est une molécule efficace pour bloquer la survenue des crises épileptiques dans un modèle de souris pour la Sclérose Tubéreuse de Bourneville ainsi que sur des résections chirurgicales de tissu provenant de patients humains atteints par la Sclérose Tubéreuse de Bourneville. Nous avons montré que les propriétés antiépileptiques de l’AppCH2ppA s’appuient sur une libération autocrine d’adénosine par les neurones de la couche IV du cortex somatosensoriel et d’une activation consécutive des récepteurs à l’adénosine de type A1. Cette activation a lieu spécifiquement au niveau du compartiment postsynaptique et est responsable d’une activation de conductances potassiques et d’une diminution de l’excitabilité des neurones. L’administration d’AppCH2ppA n’est associé à aucun effet secondaire notables sur la santé des souris. Ainsi l’AppCH2ppA semble être un outil thérapeutique prometteur et peu risqué qui stimule des mécanismes antiépileptiques endogènes naturellement sollicités par le cerveau et efficaces pour stopper et limiter la survenue des crises épileptiques. / Tuberous Sclerosis Complex (TSC) is a rare genetic disease characterized by the presence of epilepsies that appear early and in the life of patients and are responsible for the development of several neurological disorders such as autistic symptoms or mental retardations.In TSC, epileptic seizures often resist to pharmacological approaches raising the importance to find new molecules to treat more efficiently the patients.In this study we showed that AppCH2ppA is an effective molecule to block the onset of epileptic seizures in a mouse model for Tuberous Sclerosis as well as on human patients tissues.We have shown that AppCH2ppA nduce an autocrine release of adenosine by the spiny stellate cells present in the layer IV of the somatosensory cortex. This release is responsible for a subsequent activation of adenosine A1 receptors that occur specifically in the postsynaptic compartment of neurons and is responsible for an activation of potassium channels and a decrease of the excitability of neurons. The administration of AppCH2ppA is not associated with any significant side effects on mouse health. Thus, AppCH2ppA appears to be a promising and low-risk therapeutic tool that stimulates an endogenous antiepileptic pathway that is naturally used in the brain and that is efficient to stop and limit the appearance of epileptic seizures.

La sclérose amyotrophique latérale (SLA) est une maladie neurodégénérative due à la dégénérescence des motoneurones supérieurs dans le cortex moteur et des motoneurones inférieurs situés dans la moelle épinière et le tronc cérébral. La perte des neurones moteurs provoque l’atrophie et la paralysie progressive des muscles. Notre laboratoire a démontré en 2013 que la dégénérescence associée à la SLA n’était pas limitée aux motoneurones mais aussi aux neurones sérotoninergiques chez les patients et les modèles animaux de SLA. L’objectif de ma thèse a été de caractériser le rôle des neurones sérotoninergiques dans la SLA. On a observé une augmentation de l’expression du gène codant pour le récepteur 2B de la sérotonine (5-HT2B) chez les modèles murins de SLA. L’analyse du rôle du récepteur 5-HT2B dans le cas de SLA a montré que ce dernier est un modulateur de la maladie. La perte du récepteur 5-HT2B accélère la progression de la maladie et modifie la régulation de la réponse inflammatoire. En plus, nos travaux ont révélé que la perte des neurones sérotoninergiques est à l’origine du développement de la spasticité, un symptôme douloureux chez les patients SLA. Ces résultats ouvrent la voie à des approches thérapeutiques qui ciblent cette population neuronale affectée lors de la maladie pour traiter la spasticité et la neuroinflammation au cours de la maladie. / Amyotrophic lateral sclerosis (SLA) is a neurodegenerative disease characterize by the loss of upper motor neurons in the motor cortex and lower motor neurons in the brainstem and spinal cord. The loss of motor neurons leads to muscle atrophy and progressive paralysis. In 2013 our laboratory identified a new neuronal population affected in ALS. They observed the degeneration of serotoninergic neurons in ALS patients and animal models. For this, the aim of my PhD is to identify the role of serotoninergic neurons in case of ALS. We observed an upregulation of serotonin receptor 5-HT2B in ALS mice models. The investigation of the role of 5-HT2B receptor in case of ALS showed its role as a disease modulator. The loss of 5-HT2B receptor accelerated disease progression and modulated neuroinflammatory response. Moreover, our results showed that the loss of serotoninergic neurons is responsible of the development of spasticity, a painful symptom observed in ALS patients. All these opened the way for therapeutic strategies targeting spasticity and neuroinflammation in case of ALS.

L'existence d'une contre-irritation dyspnée-douleur, c'est-à-dire l'inhibition d'une sensation douloureuse par une sensation de dyspnée, permet d'établie une analogie forte dyspnée - douleur. La dyspnée de type " effort inspiratoire excessif " inhibe le réflexe spinal de flexion, ce qui indique qu'elle est au moins en partie médiée par des fibres C. Cette thèse approfondit les connaissances dans ce domaine. Elle montre que la dyspnée de type soif d'air possède des propriétés analgésiques procédant de mécanismes centraux puisqu'elle interagit avec les potentiels évoqués laser qui sont le reflet des mécanismes corticaux mis en jeu au cours de stimulation douloureuse. Elle évalue l'effet d'un antalgique non opioïde de pallier 1, le nefopam, sur une dyspnée expérimentale de type " effort inspiratoire excessif " sans mettre en évidence d'interaction du nefopam avec la contre-irritation dyspnée douleur. / Dyspnea – pain counter – irritation, namely the inhibition of nociceptive sensation by dyspneic sensation, indicates that dyspnea and pain share some mechanisms. Dyspnea of the work/effort type inhibits the spinal flexion reflex, meaning that it involves C-Fibers. This thesis aims at improving knowledge in this field. It shows that dyspnea of the air hunger type has analgesics properties proceeding from central mechanisms: “air hunger” indeed inhibits laser evoked potentials that depends on the pain-related activation of cortical networks. It also evaluates the effect of a non-opioid first step analgesic, nefopam, on an experimental dyspnea of the “work-effort” type, and shows that although nefopam acts on C-fibers, it does not attenuate dyspnea and does not modify dyspnea-pain counter-irritation as evaluated by laser-evoked potentials. Finally, the thesis brings the first evidence of dyspnea-pain interactions in the clinical setting, by showing that ALS patients treated by non-invasive ventilation exhibit heightened pain sensitivity concomitant to the relief of dyspnea. These data advance the current understanding of dyspnea mechanisms and open new perspectives for treatment evaluation.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) se définit cliniquement par la dégénérescence combinée des neurones moteurs cortico-spinaux (NMCS) et des motoneurones bulbaires et spinaux (MnB et MnS). Quoique l’idée d’une origine corticale de la SLA soit de plus en plus considérée, la pathologie corticale, la dynamique spatio-temporelle de la dégénérescence des NMCS et les voies moléculaires impliquées restent peu connues. Ce travail de thèse a essentiellement cherché à pallier ce manque. Nous avons montré que chez les souris Sod1G86R, la perte des NMCS, qui semble se produire en l’absence de gliose réactionnelle majeure, se manifeste de manière somatotopique et précède l'apparition des symptômes moteurs et la dégénérescence des MnS. Nous avons purifié, grâce au développement d'un nouveau protocole, les NMCS adultes du cortex cérébral de souris saines ou malades à quatre stades de la maladie. L’analyse RNA-seq a permis d’identifier de nouveaux acteurs moléculaires précoces pouvant fournir une base pour le développement d'approches thérapeutiques fondées sur le maintien de NMCS sains et fonctionnels, et à long terme, à initier des stratégies thérapeutiques alternatives pour la SLA. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is clinically defined as the combined degeneration of the corticospinal motor neurons (CSMN) along with the bulbar and spinal motor neurons (BMN and SMN). While a growing body of evidence points to the cerebral cortex as the potential initiation site of ALS, little is known about the cortical pathology, the spatio-temporal dynamics of CSMN degeneration, and the molecular pathways involved. This thesis work aimed at filling this knowledge gap. In Sod1G86R, we showed that CSMN loss seems to take place without major gliosis, occurs in a somatotopic manner and precedes motor symptom appearance and SMN degeneration. We purified, thanks to the development of a novel protocol, adult CSMN from the cerebral cortex of healthy or diseased mice from early presymptomatic ages to the end stage of the disease. The RNA-seq analysis has made it possible to identify new and early molecular players in ALS. This would provide a foundation for the development of therapeutic approaches based on the maintenance of healthy and functional CSMN, and, on the long run, may in turn inform the development of alternative therapeutic strategies for ALS.

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie auto-immmune notamment marquée par une défaillance de la mise en place des mécanismes de réparation tissulaire, ne permettant pas de rétablir l'homéostasie. L'utilisation de la résolution de l'inflammation, médiée par les. macrophages phagocytant des cellules apoptotiques. a récemment été évoquée afin de proposer une nouvelle famille de médicaments basée 1 sur cette résolution de l'inflammation. Dans ce cadre, nous proposons de résoudre l'inflammation dans un modèle murin de SEP, à l'aide du surnageant de co-culture de macrophages ayant phagocyté des cellules apoptotiques. induisant la production de facteurs pro-résolutifs (SuperMApo). Nous démontrons ici que l'injection de SuperMApo dans un modéle de SEP permet de contrôler la maladie via une reprogrammation des macrophages et des pDC, mais pas des cDC. dans la rate. Ces cellules démontrent en effet une capacité accrue à générer des T régulateurs (Treg) et moins de Th1, et leur présence est nécessaire pour l'effet du SuperMApo. Cette reprogrammation se fait à deux niveaux moléculaires. Premièrement. un contrôle épigénétique de l'expression des gènes induit notamment une modification de la méthylation globale de I' ADN et des promoteurs de miRNA impliqués dans la régulation des réponses immunes. Deuxièmement, une diminution de l'activation des acteurs de la voie de transcription pro-inflammatoire NFκB (nuclear factor kappa 8) a lieu. résultant d'une baisse de l'activation de ces cellules. Ces travaux démontrent donc que cibler la résolution de l'inflammation est une stratégie intéressante afin de contrôler la SEP. / Multiple sclerosis (MS) is an autoimmune disease notably delined bv a default of mechanisms of tissue reparation which are insufficient to establish homeostasis. The active resolution of innammation mediated by macrophage effcrocytosis of apoptotic cells has emerged to propose a new branch of pharmacology named "resolution pharmacology". ln this study. we propose to resolve innammation in a murine model of MS. using the supermatanl issued from the culture between apoptotic cells and macrophages. inducing efferocytosis and the production of pro-resolutive factors (SuperMApo). Here. we demonstrate that injection of SupcrMApo in a model of MS allow the control of the disease correlated with a reduction of the inflammatory inliltrate in the central nervous system. The control of the disease is associated with a reprograrnming of macrophages and pDC, but not cDC, in the spleen, demonstrated by a higher capacity to generate Treg and a lower ability to generate Th 1, and their presence is necessary to the anti-innammatory effect of SupcrMApo. Reprogramming of macrophages and pDC occurs at two main levels. First. an epigenetic control of gene expression induces a modulation of global DNA methylation and a modulation of DNA methylation at the promoter of miRNA implicated in the regulation of immune responses. Secondly, a decreased activation of NFκB activation pathway is observed resulting to a decreased activation of these cells. Thus, this work demonstrates that targeting the resolution of inflammation is an interesting strategy to treat MS.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une pathologie neurodégénerative progressive se déclarant vers 50-60 ans. Elle est majoritairement de nature sporadique son incidence est estimée à 1 :1000. La SLA mène à une paralysie progressive et entraine généralement à la mort des patients de 2 à 5 ans suivant le diagnostic aux suite d’une fonte musculaire importante liée à la perte des neurones moteurs. Au cours des années, plusieurs mutations ont été identifiées autant chez les patients atteints de SLA sporadique que de SLA familiale. Ces mutations interfèrent avec la fonction de gènes variés, tels que DCTN1, codant pour la protéine dynactine1, sous-unité du complexe multimoléculaire dynactine. Ce complexe sert d’adaptateur au moteur moléculaire dynéine, chargé du transport axonal rétrograde, où sa fonction permettrait de régir l’activité du complexe moteur et sa capacité à lier divers cargos. Nous avons donc entrepris la caractérisation d’une lignée de poissons zèbre mutants pour dynactin1a (nommés mikre okom632, mokm632), plus particulière en terme du développement d’un type de neurone moteur primaire (les CaPs), afin de déterminer l’effet de la perte de fonction de ce gène sur l’axonogenèse, la formation et la stabilisation de la jonction neuromusculaire, sur le comportement de l’embryon, ainsi que sur le transport axonal.Nous suggérons que dynactin1 favorise la stabilité synaptique, où une perte de fonction de ce gène entraine des défauts de croissance, des anomalies éléctrophysiologiques et un comportement anormal. Ce rôle semble être indépendant des fonctions connues de régulateur du moteur dynéine. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is an adult-onset neurodegenerative disease, which is mainly sporadic in nature. This progressive pathology has an estimated incidence of 1:1000 and generally leads to death within 2-5 years of diagnosis due to muscle wasting and severe motor neuron loss. Over the last years, mutations have been identified in both sporadic and familial ALS patients, interfering with the function of many genes, including DCTN1, which encodes for a subunit of the motor protein complex subunit dynactin. The dynactin complex serves as an adaptor for the dynein motor complex, responsible for retrograde axonal transport, and it is believed to regulate dynein activity and the binding capacity for cargos. We set out to characterize a mutant zebrafish line for dynactn1a (named mikre okom632, mokm632), looking specifically at caudal primary motor neurons (CaPs), with regard to axonal development, formation and stability of the neuromuscular junction (NMJ) and the behavioral phenotype produced in embryos, as well as axonal transport metrics. We suggest a role for dynactin1 in synapse stability, where the loss-of-function of this gene leads to growth defects, electrophysiological abnormalities and behavioral deficits. This role appears to be independent of its known function as a regulator of dynein, its implication in axonal transport, or its regulation of microtubule dynamics. With this study, we hope to elucidate key molecular mechanisms in ALS etiology by revealing the role of dynactin1 in NMJ development and maintenance.

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