La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) et la Démence Frontotemporale (DFT) sont deux maladies neurodégénératives formant un continuum clinique, génétique et histopathologique. Des mutations dans le gène CHMP2B sont associées à la fois à des cas de SLA et de DFT. Le but de cette thèse a été de caractériser un nouveau modèle de souris transgéniques basé sur l'expression neuronale de la mutation humaine CHMP2Bintron5.Ces souris présentent une faiblesse musculaire progressive et des défauts de coordination motrice. Les motoneurones présentent des altérations au niveau distal. Les souris transgéniques développent des modifications du comportement alimentaire, un désintérêt social et des stéréotypies, tandis que les fonctions mnésiques sont préservées. Nous avons observé une accumulation d'agrégats protéiques dans les neurones ainsi qu'une astrocytose, reflétant le profil histopathologique des patients.Ainsi, l'expression neuronale de CHMP2Bintron5 induit chez les souris des symptômes caractéristiques de la SLA et de la DFT ainsi que l'apparition des marqueurs histopathologiques de ce syndrome. Cette lignée permettra l'étude des mécanismes communs impliqués dans le syndrome SLA-DFT. / The neurodegenerative diseases Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) and Frontotemporal Dementia (FTD) form a clinical, genetic and histopathological continuum. Mutations in CHMP2B can cause ALS or DFT. The aim of this study was to characterize a new transgenic mouse model based on the neuronal expression of the human mutation CHMP2Bintron5.The mice develop a progressive muscle weakness and motor coordination defects, associated with a distal alteration of the motoneurons. Moreover, their feeding behavior is altered and they develop social disinterest and stereotypies, while mnesic functions are spared. We observed protein aggregates in neurons and an astrocytosis, mirroring the histopathological profile of patients.The neuronal expression of the mutant CHMP2Bintron5 triggers a motor phenotype associated with dementia symptoms and histopathological hallmarks of ALS and FTD. This transgenic line willallow the study of the common mechanisms implicated in the ALS-FTD syndrom.

La SLA est une maladie neurodégénérative grave touchant l’adulte qui se caractérise principalement par la perte sélective des neurones moteurs cortico-spinaux et des motoneurones bulbaires et spinaux. La SLA se caractérise également par des altérations de l’homéostasie énergétique et du métabolisme des lipides. L’objectif de ce travail de thèse était, dans un premier temps, d’identifier des changements dans la composition en acides gras, dans le sang, comme potentiels biomarqueurs diagnostiques et pronostiques de la SLA. Dans un second temps, le but était de moduler ces changements, par des approches nutritionnelles, afin de mieux comprendre l’implication d’un métabolisme lipidique altéré dans le processus pathologique de la SLA. Ces travaux ont montré que des taux élevés d’acides gras mono-insaturés (MUFA), ainsi que des taux diminués d’acides gras poly-insaturés (PUFA), sont associés à un meilleur pronostic. L’analyse des effets de la modification de la composition en acides gras, dans des modèles de dénervation pathologique et lésionnelle, a confirmé l’implication de l’antagonisme MUFA/PUFA dans le processus neurodégénératif. Ces travaux font apparaitre des mises en garde quant à l’utilisation des acides gras dans des approches à visée thérapeutique pour la SLA. / ALS is a fatal neurodegenerative condition characterized by the selective loss of upper and lower motor neurons. The disease is also characterized by alterations of energy homeostasis and lipid metabolism. The objective of this PhD work was, first, to identify changes in fatty acid composition of lipids in blood of ALS patients, as potential diagnosis and prognosis biomarkers of the disease. The second goal was to modulate these changes, by nutritional approaches, in order to better understand the involvement of an altered lipid metabolism in the pathological process. Our results showed that high levels of monounsaturated fatty acid (MUFA), as well as low levels of polyunsaturated fatty acids (PUFA), are associated with a better prognosis. The analysis of the effects of a modified fatty acid composition in both pathological and lesion models of denervation, has confirmed implication of the antagonistic relationship between MUFA and PUFA in the neurodegenerative process. This work suggests a cautious usage of fatty acids in therapeutic approaches targeting ALS.

La Sclérose en plaques (SEP) est une maladie neurologique caractérisée par une perte d’oligodendrocytes qui sont les cellules myélinisantes du système nerveux central (SNC). Malgré le développement de thérapies visant à arrêter l’attaque des oligodendrocytes par le système immunitaire, il n’existe pas encore de moyens permettant d’activer efficacement la remyélinisation. Dans la SEP, une remyélinisation spontanée peut se faire à partir de cellules précurseurs d’oligodendrocyte (POs) qui sont présentes dans l’ensemble du cerveau, mais ce processus devient inefficace avec l’âge. Le fait que, d’une part, on puisse observer des POs au sein des lésions mais que, d’autre part, on ne retrouve pas d’oligodendrocytes matures en nombre suffisant, suggère que l’entrée en différenciation des POs soit une étape critique pour une remyélinisation complète. Ce travail avait pour but de caractériser un nouveau régulateur de la différenciation des oligodendrocytes, Tensin 3 (Tns3). Ici, nous démontrons que Tns3, protéine de liaison à l’actine, est un régulateur de la différenciation des oligodendrocytes et que son expression est contrôlée par Ascl1 et Olig2, qui sont deux facteurs de transcription clés de l’oligodendrogenese. Dans un premier temps, nous avons montré que l’expression de Tns3 est fortement induite au moment de l’entrée en différenciation des oligodendrocytes, puis réprimée dans les oligodendrocytes matures. Tns3 est, par conséquence, un nouveau marqueur spécifique des oligodendrocytes en cours de différenciation. L’utilisation de modèles animaux de démyélinisation nous a permis de mettre en évidence que les nouveaux oligodendrocytes en différenciation dans la zone de remyélinisation expriment Tns3. Il pourrait donc être utilisé comme marqueur de remyélinisation dans les lésions actives. Ensuite, nous avons trouvé que la protéine Tns3 est surtout localisée dans le noyau des cellules neurales, contrairement à sa localisation cytoplasmique observée en dehors du SNC. Cela suggère une fonction spécifique aux cellules neurales et différente de son rôle dans l’adhésion cellulaire montré jusqu’à lors. D’autre part, le développement des techniques d’édition du génome CRISPR/Cas9 nous ont permis de démontrer, au stade néonatale, que la perte de Tns3 dans les cellules souches neurales diminue fortement la différenciation des oligodendrocytes in vivo. Finalement, Tns3 est un nouveau facteur impliqué dans le contrôle de la différenciation des oligodendrocytes et est un marqueur des oligodendrocytes en différenciation pendant le développement et dans les lésions remyélinisantes du cerveau adulte. Nous espérons que cette caractérisation du mécanisme d’action de Tns3 aidera à développer des stratégies thérapeutiques activant la différenciation des oligodendrocytes et la remyélinisation, permettant une amélioration de la santé des patients atteints de Sclérose en Plaques. / Multiple sclerosis (MS) is a neurological disease characterized by the loss oligodendrocytes, the myelinating cells of the Central Nervous System (CNS). Despite recent advances leading to stop the immune system from attacking oligodendrocytes, efficient remyelinating therapies are still lacking. In MS, there is a spontaneous remyelination attempt from oligodendrocyte precursor cells (OPCs) present all over the brain, but this phenomenon is inefficient and diminishes with age. The observation that OPCs are present within demyelinating MS lesions, but fail to differentiate into myelinating cells, suggests that induction of OPC differentiation is a critical event for successful remyelination. This work has aimed to characterize a novel regulator of oligodendrocyte differentiation, Tensin 3 (Tns3). Here we demonstrate that Tns3 actin binding protein is a regulator of oligodendrocyte differentiation, acting downstream of Ascl1 and Olig2, two key oligodendrogenic transcription factors. We show that Tns3 expression is strongly induced at the onset of oligodendrocyte differentiation, while downregulated in mature oligodendrocytes. Tns3 is therefore a novel specific marker of differentiating oligodendrocytes. Using demyelinating mouse models, we provide evidence that Tns3 expression characterizes newly differentiating oligodendrocytes within remyelinating areas and may thus be used as a hallmark for remyelination in MS lesions. We also found that Tns3 protein is mainly localized in the nucleus of neural cells, contrary to its cytoplasmic expression outside the CNS, suggesting a neural specific function beyond its role in cell adhesion junctions. Finally, developing CRISPR/Cas9 genome editing techniques in our lab, we demonstrate that Tns3 loss-of-function in neonatal neural stem cells (NSCs) strongly impairs oligodendrocyte differentiation in vivo. Therefore, Tns3 is a novel factor involved in the control of oligodendrocyte differentiation and a hallmark for differentiating oligodendrocytes during development and in remyelinating lesions of the adult brain. We expect that our in deep characterization of Tns3 mechanism of action will help to develop therapeutic strategies fostering oligodendrocyte differentiation, and therefore remyelination and functional repair in MS patients.

La sclérose en plaques est une maladie auto-immune dirigée contre les protéines de la myéline du cerveau. Plusieurs mécanismes physiopathologiques sont impliqués dans la SEP tels que l'inflammation, la démyélinisation et l’atteinte axonale. La SEP est associée à une expression accrue de cytokines et à une activation des rétrovirus endogènes humains (HERVs). Dans les conditions physiologiques, ces unités transcriptionnelles sont maintenues dans un état réprimé par un même mécanisme répresseur dépendant de la chromatine : la tri-méthylation de la lysine 9 de l’histone H3 (H3K9me3), qui crée un site de liaison aux protéines de la famille HP1. Nous avons trouvé qu’à la fois, les gènes de l’immunité et les HERVs nécessitent les protéines hétérochromatiniennes HP1α pour leur répression transcriptionnelle. Nous avons montré que la peptidylarginine déiminase 4, une enzyme qui joue un rôle dans la SEP, affaiblit la liaison de HP1α à la lysine 9 tri-méthylée de l'histone H3 en citrullinant l’arginine 8. Nous avons apporté la preuve que de multiples événements de la réactivation de la transcription chez les patients atteints de la SEP peuvent être expliqués par un défaut du mécanisme unique de répression génique. Nous avons également montré qu'il est possible de renforcer la répression de HP1 à l'aide de petites molécules. Par exemple, l’EGCG, un composé de thé vert, est en mesure de réduire à la fois l’expression des HERVs et des cytokines en augmentant l'activité de l’histone méthyltransférase SUV39H1. Cela conduit à une accumulation de la marque répressive H3K9me3, qui va favoriser la liaison de HP1.Ensemble, ces résultats suggèrent que HP1 est une composante importante de la SEP au niveau de la régulation des cytokines et des HERVs. / Multiple Sclerosis is an autoimmune disease resulting in damage to myelin structures of the brain. Several physiopathological mechanisms are involved in MS including inflammation, demyelination, and axonal damage. MS is associated with increased cytokine expression and activation of human endogenous retroviruses (HERVs). These two types of transcriptional units are kept in check by chromatin-dependent silencing associated with lysine 9 trimethylation of histone H3, and subsequent of HP1 proteins. We find that both the cytokine genes and the HERVs require the heterochromatin protein HP1 for their transcriptional repression. Furthermore, we have shown that the peptidylarginine deiminase 4, an enzyme with a suspected role in MS, weakens the binding of HP1 to tri-methylated histone H3 lysine 9 by citrullinating histone H3 arginine 8. We thereby evidence that multiple events of transcriptional reactivation in MS patients can be explained by deficiency of a single mechanism of gene silencing. We have also shown that it is possible to reinforce HP1 repression by using small molecules. For example, EGCG, a green tea compound, is able to reduce both HERVs and cytokines expression by increasing histone methyltransferase activity SUV39H1. This leads to increased accumulation of H3K9me3 repressive marks and favors binding of HP1. All together, these results suggest that HP1 is an important component of the regulation of cytokine genes and HERVs in MS patients.

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie autoimmune médiée par les cellules T caractérisée par l'infiltration de leucocytes inflammatoires dans le système nerveux central (SNC) aboutissant à la destruction de la gaine de myéline. Des rémissions cliniques sont fréquemment observées lors de la grossesse chez des patientes atteintes de SEP suggérant que les hormones, particulièrement les œstrogènes, pourraient jouer un rôle protecteur. En effet, l'administration d'œstrogènes (17beta-œstradiol, E2) inhibe l'encéphalomyélite autoimmune expérimentale (EAE) chez la souris, le modèle animal de la SEP. Par l'utilisation de souris KO conditionnelles pour REalpha dans différentes cellules du système immunitaire, notre équipe a précédemment montré que l'inhibition de l'EAE par l'E2 était associée à une suppression de l'activation des cellules Th1 et Th17 encéphalitogènes et que cet effet était dépendant de l'expression de RE? dans les lymphocytes T. Les objectifs de ma thèse ont été d'identifier les cellules T impliquées dans l'effet protecteur de l'E2 dans l'EAE et de disséquer les mécanismes sous-jacents. Nous avons mis en évidence que de fortes doses d'E2 in vivo inhibait sélectivement la différenciation des cellules T 2D2, possédant un TCR spécifique du peptide MOG, en lymphocytes Th1 et Th17 suite à leur transfert chez des souris receveuses. En utilisant des cellules T 2D2 déficientes pour REalpha, nous avons pu mettre en évidence que l'expression de REalpha par les cellules T CD4+ spécifiques de MOG n'était pas nécessaire à l'action inhibitrice de l'E2. Ces résultats suggéraient que l'activation intrinsèque de la voie de signalisation E2/RE? dans les cellules T spécifiques de l'antigène n'avait pas d'impact sur leur différenciation en cellules T effectrices. Nous avons confirmé ces résultats par des expériences effectuées in vitro, montrant que la sensibilisation des cellules T naïves à l'E2 in vivo et in vitro n'affectait pas leur capacité à se différencier en cellules Th1, Th2, Th17 ou Treg. De plus, nous avons mis en évidence que l'E2 via REalpha agissait sur les cellules T CD4+ endogènes pour inhiber le développement des réponses Th1 et Th17 inflammatoires par un mécanisme de suppression en trans. Ensuite, nous avons montré par un modèle de transfert adoptif que les cellules T REalpha+/+, mais pas REalphaKO, sensibilisées à l'E2 conféraient une protection contre l'EAE lorsqu'elles étaient transférées avec les cellules T 2D2 naïves REalphaKO dans des souris receveuses Rag2KO REalphaKO immunisées avec MOG. De plus, en utilisant des souris déficientes pour RE? sélectivement dans les Treg Foxp3+, nous avons démontré que l'action protectrice des cellules T CD4+ bystander sensibilisées à l'E2 était non seulement maintenue mais augmentée en comparaison aux cellules contrôles exprimant RE?. Ces résultats ont donc permis de mettre en évidence que l'E2 agissait sur les cellules T CD4+ Foxp3neg pour restreindre la différenciation des cellules T encéphalitogènes en lymphocytes Th17 en trans et ainsi inhiber le développement de l'EAE. / Multiple sclerosis (MS) is a T-cell mediated autoimmune disease characterized by the inflammatory leukocytes infiltration into central nervous system (CNS) resulting in myelin damages. Clinical remissions in MS patients are frequently observed during pregnancy suggesting that steroid hormones, particularly estrogens, could be protective. Indeed, administration of estrogens (17beta-œstradiol, E2) inhibits experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) in mice, the animal model of MS. Using ERalpha conditional KO mice, our group has shown previously that E2-mediated inhibition of EAE was associated with suppression of encephalitogenic Th1 and Th17 cell activation and that this effect required ERalpha expression in T cells. The objectives of my thesis aimed to identify the T cells implicated in E2 protective effect on EAE and to dissect the underlying mechanisms. We highlighted that pharmacological doses of E2 in vivo selectively inhibited MOG specific TCR 2D2 T cells differentiation into Th1 and Th17 lymphocytes following their transfer into recipient mice. Using ERalpha deficient 2D2 T cells, we have showed that ERalpha expression in MOG specific CD4+ T cells was not required for the E2 inhibitory action. These results suggested that intrinsic activation of E2/ERalpha signaling in antigen specific T cells didn't impact their differentiation into effector T cells. We confirmed these results by in vitro experiment, showing that in vitro and in vivo E2 treatment of naïve T cells didn't affect their differentiation capacity into Th1, Th2, Th17 or iTreg cells. Moreover, we highlighted that E2 acted through ER? in endogenous CD4+ T cells to inhibit inflammatory Th1 and Th17 responses by a suppressive mechanism in trans. Then, we have shown using an adoptive transfer model that E2 primed ER?+/+, but not ERalphaKO, CD4+ T cells conferred substantial protection against EAE when transferred together with 2D2 ERalphaKO transgenic T cells into naïve RagKO recipients lacking ERalpha prior to MOG immunization. Futhermore, using mice selectively lacking ERalpha in Foxp3+ Treg, we have demonstrated that E2-primed CD4+ T cell protective action was not only maintained but increased in comparison to ERalpha+/+ T cells. These results allowed us to conclude that E2 acts on CD4+ Foxp3neg T cells to restrict encephalitogenic Th17 cell differentiation in trans and inhibit EAE development.

INTRODUCTION._Le handicap associé aux maladies inflammatoires du système nerveux central (SNC), représentées par la sclérose en plaques (SEP) et la neuromyélite optique de Devic (NMOSD), est sous-tendu par la perte neuronale._x000D_La tomographie par cohérence optique (OCT) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM) sont des outils robustes et reproductibles permettant de mesurer la perte axonale in vivo.OBJECTIFS.Développer des biomarqueurs OCT et IRM pour le diagnostic, le pronostic et le suivi des patients atteints de maladies inflammatoires du SNC.MATERIELS et METHODES.Notre IRM est de champ magnétique 3 teslas (Achieva, Philips, Best, Pays Bas). L'appareil OCT est de 4éme génération (Heidelberg Spectralis, Allemagne). (1) Nous avons développé une séquence en tenseur de diffusion (DTI) de la moelle épinière cervicale en acquisition coronale et (2) évalué les corrélations entre les paramètres DTI et le handicap clinique d'une cohorte de patients SEP. (3) Nous avons comparé la séquence 3D-Double Inversion Récupération (DIR) à la séquence 2D-STIR FLAIR coronal pour la détection des hypersignaux inflammatoires du nerf optique.Sur le plan OCT, (4) nous avons participé à une étude multicentrique pour la validation de critères de qualité OCT. (5) Nous avons réalisé une étude OCT comparative de patients SEP, NMOSD et de sujets sains, afin de mettre en évidence des paramètres OCT différenciant les 2 maladies, parmi lesquels l'épaisseur de la pRNFL (globale ou en secteurs) et des couches maculaires (logiciel de segmentation HEYEX). (6) Nous avons évalué la longueur de l'hypersignal DIR du nerf optique comme potentiel biomarqueur de la perte axonale rétinienne évaluée en OCT.RESULTATS.(1) Les paramètres DTI (fraction d'anisotropie [FA], diffusivité moyenne [MD] et radiale [rD]) étaient significativement différents entre les sujets SEP et sains. Chez les sujets SEP, la FA diminue, la MD et la rD augmentent.(2) Dans la SEP, la FA mesurée au sein de la moelle épinière cervicale (C2-C6) était modérément corrélée au handicap clinique du patient mesuré par le score EDSS et les scores fonctionnels pyramidal, sensitif et sphinctérien._x000D_(3) La séquence 3D-DIR était plus précise que le 2D STIR FLAIR pour la détection d'un hypersignal inflammatoire du nerf optique (Se 95%, Sp 94%) et montrait une concordance inter-observateur plus élevée (kappa = 0.96).(4) La concordance inter-observateur des critères de qualité OCT OSCAR-IB était substantielle (kappa = 0.7).(5) Nous mettons en évidence une atrophie rétinienne post ON comparable entre la SEP et la NMOSD. Les patients SEP présentent une atrophie maculaire et de la pRNFL temporale sur les yeux sans névrite optique. Nos résultats suggèrent une possible atrophie maculaire infraclinique chez les sujets NMOSD. Les corrélations entre OCT et handicap visuel étaient bonnes et nombreuses. Dans la NMOSD, les corrélations entre OCT et handicap clinique étaient moins nombreuses et liée à la présence d'un handicap visuel.(6) Nous avons mis en évidence une bonne association (p<0.0001) entre la longueur de l'hypersignal DIR du nerf optique, l'épaisseur de la pRNFL, le volume des couches maculaires internes et le handicap visuel. Près de 40% des yeux indemnes de NO présentaient un hypersignal du nerf optique.CONCLUSIONS.Nous avons développé une séquence DTI analysant la moelle épinière cervicale, applicable en routine et de façon prospective. Les corrélations entre la FA ou la MD et le handicap restent toutefois modérées [...] / BACKGROUND.Inflammatory diseases affecting the central nervous system (CNS) are mainly represented by multiple sclerosis (MS) and neuromyelitis optica spectrum disorders (NMOSD). Both diseases may be associated with slight to severe clinical disability. There is a need for developing imaging biomarkers which could be used for diagnostic purposes and as potential therapeutic biomarkers. Optical coherence tomography (OCT) and magnetic resonance imaging (MRI) are robust and reproducible tools enabling us to measure axonal loss in vivo.OBJECTIVES.To develop OCT and MRI biomarkers for the diagnosis, prognosis and follow-up of inflammatory diseases affecting CNS.METHODS.Our MRI is a 3 teslas MRI (Achieva, Philips, Best the Netherlands) devoted to research at CHRU de Lille. The OCT tool is a 4th generation spectral-domain OCT (Heidelberg Spectralis, Germany).(1) We firstly developped a coronal diffusion tensor imaging (DTI) sequence for cervical spinal cord and (2) applied it to a large MS cohort in order to evaluate potential DTI/clinical disability correlations. (3) We interested in 3D-Double Inversion Recovery (DIR) sequence for the detection of T2 optic nerve hypersignal and compare its diagnosis accuracy with coronal 2D STIR-FLAIR sequence.Considering OCT, (4) we participated to a multicenter study for validating OCT quality criteria by measuring inter rater agreement. (5) We made a comparative OCT study in MS, NMOSD and healthy controls (HC), in order to describe potential OCT parameters differentiating both diseases. OCT parameters will be peripapillary retinal nerve fiber layers thickness (pRNFL; global and values per quadrants) and macular layers thickness evaluated by HEYEX segmentation software. (6) We investigated the length of optic nerve DIR hypersignal as a potential biomarker for retinal axonal loss measured by OCT.RESULTS.(1) The DTI parameters (fractional anisotropy [FA], mean diffusivity [MD], radial diffusivity [rD]) were significantly different between HC and MS patients. FA was reduced. MD and rD were increased.(2) In MS, FA within cervical spinal cord (C2-C6) was moderately correlated with physical disability measured by EDSS, pyramidal, sensory and bowel/urinary functional scores.(3) 3D-DIR sequence was more accurate than 2D STIR FLAIR for the detection of optic nerve hypersignal (Se 95%, Sp 94%) and showed the higher inter-rater agreement (kappa = 0.96).(4) The inter-rater agreement for OSCAR-IB quality criteria for retinal OCT was substantial (kappa = 0.7).(5) We found comparable post ON atrophy between MS and NMOSD and significant macular and temporal pRNFL atrophy in MS non ON eyes. We suggested possible subclinical macular atrophy in NMOSD. Correlations were good and numerous between OCT parameters and visual disability in both diseases. In NMOSD, correlations between OCT and clinical disability were fewer and more related to visual disability.(6) We found good associations (p<0.0001) between optic nerve DIR hypersignal length, pRNFL thicknesses, inner retinal layers volumes and visual disability. A subclinical radiological involvement of non ON eyes was found in 38.5%.CONCLUSION.We developed a DTI sequence for cervical spinal cord analysis which seems applicable in routine and in a prospective follow-up. However, correlations between FA or MD and clinical disability remain moderate.OCT may help to differentiate NMOSD and MS by focusing on the non ON eyes (temporal pRNFL atrophy more severe in MS). Moreover we discuss the possibility of subclinical retinal degenerative process in NMOSD.We showed the 3D-DIR interest in optic nerve inflammatory lesion detection. 3D-DIR sequence which has largely been considered as a marker of demyelination, may be more pathologically specific (i.e retinal axonal loss) by focusing on a specific part of the CNS (i.e optic nerve). Optic nerve DIR hypersignal may be a new biomarker of retinal axonal loss.

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie auto-immune inflammatoire du jeune adulte causant des handicaps variables et progressifs irréversibles. Cette maladie est présente de manière prépondérante dans l’hémisphère nord. Cette thèse s’attache à la caractérisation et à la modélisation de signatures IRM multimodales des lésions de sclérose en plaques. L’objectif est d’améliorer les modèles de représentation de l’image et d’adapter les méthodes d’apprentissage pour la reconnaissance visuelle, dans le cas où des informations de haut niveau telles que les lésions SEP incluses dans l’IRM sont extraites. Nous proposons dans cette thèse un nouvel algorithme de normalisation d’intensité en IRM, particulièrement centré sur la normalisation d’images longitudinales multimodales, afin de produire des détections d’évolution de lésion robustes. Cette normalisation est centrée sur la modélisation de l’histogramme de l’image par un modèle de mixture de Gaussiennes robuste à la présence de lésions. Faisant suite à cet algorithme, nous proposons également deux nouvelles méthodes de détection de lésions SEP basées sur (1) une comparaison statistique du patient vis à vis d’une population de sujets contrôle et (2) un cadre probabiliste de détection basé sur un apprentissage d’une classe (tissus sains). Nous avons évalué les algorithmes proposés sur plusieurs jeux de données multi-centriques et vérifié leur efficacité dans la détection de lésions. / Multiple Sclerosis (MS) is an acquired inflammatory disease, which causes disabilities in young adults and it is common in northern hemisphere. This PhD work focuses on characterization and modeling of multidimensional MRI signatures in MS Lesions (MSL). The objective is to improve image representation and learning for visual recognition, where high level information such as MSL contained in MRI are automatically extracted. We propose a new longitudinal intensity normalization algorithm for multichannel MRI in the presence of MS lesions, which provides consistent and reliable longitudinal detections. This is primarily based on learning the tissue intensities from multichannel MRI using robust Gaussian Mixture Modeling. Further, we proposed two MSL detection methods based on a statistical patient to population comparison framework and probabilistic one class learning. We evaluated our proposed algorithms on multi-center databases to verify its efficacy.

Les maladies neurodégénaratives (MNDs) sont les troubles neurologiques les plus fréquents chez l’homme et touchent des millions de personnes à travers le monde. Elles affectent le fonctionnement du système nerveux de façon chronique et progressive et conduisent souvent au décès du malade. L’évolution de ces maladies est très variable et les traitements disponibles actuellement ne permettent pas de modifier leur progression mais seulement d’atténuer les manifestations symptomatiques.Les récepteurs σ1 correspondent à une classe unique de récepteurs transmembranaires du réticulum endoplasmique. Exprimés au niveau du SNC et en particulier dans les neurones, les lymphocytes et les oligodendrocytes, ces récepteurs sont connus pour être impliqués dans la régulation de nombreux neurotransmetteurs. Même si les mécanismes de transduction après leur activation ne sont pas complètement élucidés, de plus en plus d’études mettent en évidence le potentiel thérapeutique de ces récepteurs. En effet, depuis leur découverte, les récepteurs σ1 ont été impliqués dans de nombreuses pathologies dont des MNDs.Ces travaux de thèse s’inscrivent donc dans ce contexte. Le projet consistait à concevoir, synthétiser et évaluer de nouveaux ligands σ1 pour une utilisation en neuroprotection. Les dérivés tétrahydroquinolin-hydantoïnes préalablement conçus au laboratoire, ont montré des affinités nanomolaires envers la protéine σ1, une bonne sélectivité, une faible cytotoxicité et des propriétés ADME compatibles avec un développement thérapeutique. Evalués dans différents modèles, ces composés ont montrés des propriétés anti-inflammatoires associées à une action neuroprotective. Cependant, bien que les Tic-hydantoïnes soient des composés chimiquement stables, ils ont montré une faible stabilité métabolique. Trois nouvelles familles de composés ont donc été conçues et synthétisées afin de pallier à ces problèmes. Leurs affinités, sélectivités, cytotoxicités et propriétés ADME ont été évaluées. Des tests comportementaux ont également été réalisés sur les composés les plus intéressants afin de déterminer leur profil agoniste ou antagoniste. Finalement, le meilleur candidat, évalué dans un modèle in vivo de sclérose en plaques, a montré des propriétés neuroprotectrices intéréssantes. / Neurodegenerative diseases are the most common neurological disorders in humans, affecting millions of people worldwide. They affect the nervous systems in chronic and progressive way and often lead to the death of the patient. The evolution of these diseases is highly variable and currently available treatments do not alter their growth but only moderate symptomatic manifestations.Sigma-1 receptors represent a structurally unique class of transmembrane receptors of the endoplasmic reticulum. Expressed in the central nervous system and especially in neurons, lymphocytes and oligodendrocytes, these receptors are known to be involved in the regulation of numerous neurotransmitters. Even if the signal transduction pathway after activation of σ1 receptors is not completely understood, more and more evidences suggest that they represent a potential therapeutic target in many diseases. Indeed, since their discovery, the σ1 receptors have been implicated in various pathologies including neurodegenerative disorders. Thus, it is in this context that our interest is focused on the conception and synthesis of novel σ1 receptors ligands for the treatment of neurodegenerative diseases. Fused and optimized tetrahydroquinoline-hydantoin derivatives designed in our laboratory showed nanomolar σ1 affinity, σ2 /σ1 selectivity, very low cytotoxicity and ADME properties compatible with therapeutic development. Evaluated in different models, these compounds showed an anti-inflammatory activity associated with a neuroprotective action. However, while the Tic-Hydantoin derivatives are chemically stable, they showed a low metabolic stability. Thus, three novel families of compounds were synthesized in order to compensate for these problems. Their affinities, selectivities, cytotoxicities and their ADME properties were evaluated. Behavioural testing was carried out on the most interesting compounds to determine the agonist or antagonist profil. Finally, evaluated in in vivo model of multiple sclerosis, the best compound showed interesting neuroprotective properties.

La sclérose en plaques (SEP) a longtemps été considérée comme une affection inflammatoire démyélinisante de la substance blanche. (SB) Hors, de nombreuses études ont démontré l’implication extensive de la substance grise (SG). La souffrance neuronale joue un rôle majeur dans la détérioration physique et cognitive des patients atteints de SEP. Le développement de nouvelles techniques d’imagerie capables de quantifier cette atteinte neuronale est devenu crucial. Grace à la tomographie par émission de positons (TEP) et au radiotraceur [11C]flumazenil ([11C]FMZ), antagoniste du récepteur central aux benzodiazépines, nous avons quantifié de façon non-invasive la souffrance neuronale de la SG chez des patients atteints de SEP à différents stades de la maladie. Une cohorte de 18 patients atteints de SEP a été comparée à 8 sujets sains. Les participants ont bénéficié d’une évaluation clinique, cognitive, et radiologique par TEP au [11C]FMZ et IRM. Les données TEP ont été évaluées par région d’intérêt et vertex-à- vertex. Des réductions significatives de l’activité TEP au [11C]FMZ ont été mises en évidence au sein de la SG corticale et sous-corticale des patients comparés aux contrôles. Ces changements étaient présents dès le stade rémittent de la maladie et corrélaient modérément avec la charge lésionnelle de la SB. L’activité TEP corticale était aussi associée à la performance cognitive des patients. Cette étude pilote est la première à quantifier in vivo la souffrance neuronale chez des patients atteints de SEP. Nos résultats permettent de proposer la TEP au [11C]FMZ comme marqueur spécifique et discriminant de l’atteinte neuronale de la SG dans la SEP. / Multiple sclerosis (MS) has long been regarded as an inflammatory demyelinating disorder of the white matter. But post-mortem studies have recently shed light on the extensive involvement of the grey matter (GM). Neuronal damage, characterized by synaptic and dendritic loss as well as neuronal apoptosis, is thought to be a major substrate of physical and cognitive deterioration in MS patients. There is a crucial need for new imaging techniques able to specifically assess neuronal damage in MS. Using positron emission tomography (PET) with [11C]flumazenil ([11C]FMZ), an antagonist of the central benzodiazepine site located within the GABAA receptor, and a non-invasive quantification method, we measured and mapped neurodegenerative changes in the GM of patients with MS at distinct disease stages. A cohort of 18 MS patients was compared to 8 healthy controls and underwent neurological and cognitive evaluations, high-resolution dynamic [11C]FMZ PET imaging and brain MRI. PET data were evaluated using a region of interest and a surface-based approach. [11C]FMZ binding was significantly decreased in the cortical and subcortical GM of MS patients compared to controls. These changes were significant in both progressive and relapsing-remitting forms of the disease and correlated moderately with white matter lesion load. [11C]FMZ cortical binding was also associated with cognitive performance. This pilot study is the first to quantify in vivo the neurodegenerative changes occurring in MS. Our results show that PET with [11C]FMZ could be a promising and sensitive quantitative marker to assess and map the neuronal substrate of GM pathology in MS.

La lutte contre des pathologies, notamment inflammatoires ou chroniques, nécessite de nouvelles stratégies pour proposer une médecine améliorée et personnalisée. La recherche de biomarqueurs répond à cette problématique. Un criblage innovant basé sur une molécule scavenger activée est décrit ici. En participant à l’élimination des éléments du non-soi ou du soi altéré, cette molécule scavenger activée a la capacité d’interagir avec les biomolécules qui sont à l’origine de la pathologie ou qui résultent du déséquilibre pathologique. Il est donc probable que les ligands de ce scavenger comptent une proportion importante de biomarqueurs. Ce criblage fonctionnel peut ainsi éclairer notre compréhension de la physiopathologie et même identifier de potentiels compagnons diagnostiques ou candidats médicaments. Cette approche est appliquée à l’hépatite C, une pathologie d’étiologie virale connue, et à la sclérose en plaques, une neuropathologie plus complexe. / The fight against pathologies, especially inflammatory or chronic ones, needs new strategies to propose an improved and personalized medicine. The search for biomarkers deals with this challenge. A novel screening system based on an activated scavenger molecule is described here. Due to its implication in the elimination of non-self and altered-self, this activated scavenger has the ability to interact with biomolecules that cause pathologies or that result from the pathological imbalance. It is therefore very probable that the ligands of this scavenger count a high proportion of biomarkers. This functional screening may then help understand the physiopathology and might even identify potential diagnostic companions or drug candidates. This approach is applied to Hepatitis C, a condition of known viral etiology, and to multiple sclerosis, a more complex neuropathology.