La sclérose en plaques (SEP) est une maladie neuro-inflammatoire chronique, première cause de handicap chez le jeune adulte. Actuellement, aucun traitement ne freine l'aggravation des symptômes liée aux formes progressives. Bien que connue, l'implication des macrophages et de la microglie dans la démyélinisation et l'atteinte axonale doit être plus finement caractérisée. Ce d'autant plus que la plasticité fonctionnelle de ces cellules suggère une réponse spécifique selon la pathologie, la localisation des lésions et le stade évolutif de la maladie. Ce travail de thèse a consisté en une caractérisation moléculaire des programmes d'activation macrophagique/ microgliale dans deux types d'altérations tissulaires du système nerveux central des patients SEP : les zones partiellement démyélinisées bordant les plaques de la moelle épinière et les lésions corticales. Cette étude a été réalisée sur des tissus post-mortem de patients atteints de formes progressives, formes dans lesquelles les lésions médullaires et corticales sont nombreuses et impliquées dans le handicap progressif et irréversible. Nous avons identifié des spécificités moléculaires caractérisant l'activation macrophagique/microgliale au cours de la SEP en comparant, par une approche in silico, les profils caractérisés à ceux observés dans des pathologies neuro-dégénératives à composantes inflammatoires, la maladie d'Alzheimer et de Parkinson notamment. Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que l'activation chronique des macrophages/cellules microgliales contribue à l'extension à bas bruit des lésions médullaires et corticales pendant la phase progressive de la SEP et proposent de nouvelles cibles thérapeutiques

Les crises fébriles représentent l'évènement épileptique le plus fréquent dans l'espèce humaine et touchent 5 % de la population. Bien que la bénignité de leur pronostic ait été établie par de nombreuses études prospectives, une infime proportion de ces enfants va développer un syndrome d'épilepsie mésio-temporale avec sclérose de l'hippocampe. L'hypothèse de ce travail est que la crise fébrile serait nécessaire mais non suffisante au développement de ce type d'épilepsie, un second élément au potentiel épileptogène serait ainsi indispensable. Notre travail a montré que les crises hyperthermiques chez la souris constituent une bonne approche pour modéliser les crises fébriles de l'enfant. Nous avons ainsi montré que les conséquences des crises hyperthermiques étaient différentes selon la séquence de survenue par rapport au second évènement épileptogène. (i) Lorsque la crise hyperthermique précède l'injection de kaïnate dans l'hippocampe, elle accélère la phase d'épileptogenèse et majore la dispersion des cellules granulaires du gyrus denté, sans modifier la perte cellulaire des neurones pyramidaux de la corne d'Ammon. Elle entraine également une modification du pattern des décharges rythmiques hippocampiques lors de la phase chronique, sans modifier la fréquence ni la durée de ces décharges. (ii) Lorsque la crise hyperthermique succède à la présence d'une dysplasie de la partie CA3 de la corne d'Ammon d'origine génétique, elle semble diminuer le risque de crise chez les animaux KO pour le gène de la double cortine. Pourtant, l'augmentation de la fréquence d'une néo-expression du NPY par les cellules granulaires, chez les animaux Hz pour cette mutation, suggère que les crises hyperthermiques favoriseraient la route vers une épilepsie, tout en activant la mise en place de mécanismes protecteurs contre la survenue des crises. En conclusion, les crises hyperthermiques faciliteraient la route vers l'épilepsie, mais n'auraient pas d'effet facilitateur sur la route vers la crise.

Le MSRV (Multiple Sclerosis Associated Retro Virus) fait partie de la famille de rétrovirus endogènes humains HERV-W. Une protéine d'enveloppe provenant du MSRV est retrouvée chez la plupart des patients atteints de sclérose en plaque (SEP). Cette protéine (Env-ms) a des propriétés pro-inflammatoires sur les cellules immunitaires et pourrait donc jouer un rôle dans la pathogenèse de la SEP en exacerbant la diapédèse leucocytaire observée dans le système nerveux central (SNC) des patients. Cette étude vise principalement à analyser les effets de Env-ms sur la barrière hémato-encéphalique (BHE) au niveau moléculaire et fonctionnel. Nous avons pu démontrer que l'enveloppe recombinante du MSRV était capable de stimuler plusieurs paramètres inflammatoires sur un modèle humain de BHE in vitro, la lignée HCMEC/D3. En effet, Env-ms induit une surexpression d'ICAM-1, une protéine impliquée dans l'adhésion des leucocytes aux cellules endothéliales, d'une manière dose dépendante ainsi qu'une production dose dépendante de cytokines pro-inflammatoires comme l'IL-6 et l'IL-8. De plus, par une approche utilisant des siRNAs, nous avons pu montrer que Env-ms était reconnue par le récepteur TLR4, un récepteur de l'immunité innée exprimé par les cellules endothéliales. Nous avons aussi montré par des essais fonctionnels que Env-ms stimulait de manière significative l'adhésion de cellules immunitaires activées à la monocouche de cellules endothéliales. Enfin, nous avons aussi mesuré les effets de Env-ms sur des cultures primaires de cellules endothéliales HUVEC et nous avons pu montrer que les propriétés pro-inflammatoires de la protéine d'enveloppe étaient similaires à celles observées sur le modèle HCMEC/D3 Ces résultats appuient l'hypothèse selon laquelle le MSRV pourrait être impliqué dans la pathogenèse de la SEP ou bien dans le maintien d'un niveau d'inflammation élevé favorisant le désordre immunitaire observé chez les patients. Le MSRV pourrait également jouer un rôle dans d'autres maladies inflammatoires chroniques.

L'inhibition du protéasome a un effet anti-inflammatoire en bloquant l'activation de NF-êB. Dans ce travail, nous avons étudié cette propriété anti-inflammatoire dans deux modèles animaux de maladies neurologiques: la sclérose en plaques et l'AVC. Nous avons utilisé le ritonavir, un antiprotéase du VIH et qui a des effets de modulation sur le protéasome. Ainsi l'administration du ritonavir a permis d'inhiber l'EAE modèle animal de SEP. D'autre part, un effet anti-ischémique cérébral a été obtenu ches les animaux ayant subi une occlusion de l'artère cérébrale moyenne, modèle animal d'AVC. Ces effets neuroprotecteurs ont été corrélés à une inhibition de la réponse inflammatoire chez les animaux traités. Ces résultats ouvrent des nouvelles perspectives thérapeutiques dans les maladies inflammatoires basées sur la modulation du protéasome

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative d’évolution toujours fatale. Dans les formes sporadiques (SLAS), l’étiologie demeure inconnue et l’hypothèse d’une participation génétique dans le cadre d’un modèle de maladie complexe est envisagée. Notre travail porte sur deux gènes de susceptibilité dans la SLAS : le gène de l’Apolipoprotéine E (APOE) et le gène impliqué dans l’hémochromatose familiale de type 1 (HFE). Notre première étude confirme sur une population de 1482 patients atteints de SLA sporadique le lien entre allèle ε4 et la forme bulbaire de la maladie mais uniquement chez les hommes. Nous proposons une explication physiopathologique faisant intervenir le récepteur aux androgènes, particulièrement exprimé au niveau des motoneurones bulbaires. Notre deuxième étude sur 244 patients et 302 contrôles ne retrouve pas l’association entre le polymorphisme H63D et le risque de SLA sporadique notée dans d’autres populations. En revanche, l’allèle Y du polymorphisme C282Y semble exercer un effet protecteur vis-à-vis de la SLA. Ces données sont discutées dans le contexte de l’hypothèse physiopathologique du stress oxydant. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease. The cause of sporadic cases (SALS) remains unknown but a genetic participation in a model of complex disease is suspected. Our work concerns two susceptibility genes for SALS: Apolipoprotein E gene (APOE) and the gene involved in familial hemochromatosis (HFE). Our first study including 1482 patients with SALS confirms a link between ε4 allele and bulbar-onset of the disease, only in men. We suggest a pathophysiological explanation with a role for the androgen receptor which is particularly abundant in motor neurons of the brainstem. Our second study about 244 patients and 302 controls did not find any association between the H63D polymorphism and SLAS, which has previously been showed. However, the Y allele of the C282Y polymorphism seems to exert a protective effect against SALS. We discuss these data within the pathophysiological hypothesis of oxidative stress in ALS.

Caractérisé par le déclin progressif et irréversible des fonctions biologiques vitales, le vieillissement est un processus biologique complexe qui s’accompagne souvent par l’apparition de maladies neurodégénératives. D’ici 2050, plus de 1.5 milliards de personnes dans le monde seront définies comme vieillissantes. L'amélioration de la qualité de vie des personnes âgées constitue donc un enjeu majeur pour notre société. Encore mal connue, la dégradation progressive du métallome est associée au vieillissement et à l’apparition de maladies neurodégénératives et en est probablement l’une des causes. L’objectif de cette étude est de mieux caractériser l'évolution du métallome chez deux modèles animaux au cours du temps i.e. la souris et le vers ainsi que chez l’humain atteint de sclérose latérale amyotrophique (SLA). Pour ce faire, nous avons analysé une vingtaine d'éléments traces et majeurs ainsi que les compositions isotopiques du cuivre (δ65Cu) et du zinc (δ66Zn) d’organes de souris, de différentes souches de nématodes, et de liquides céphalo-rachidiens (LCRs) humains. L’analyse des organes de souris montre que d’importants dérèglements chimiques et isotopiques se développent dans l’organisme avec l’âge, chaque organe ayant sa propre signature élémentaire et isotopique. On observe par exemple une hausse de la concentration en Cu dans le cerveau associée à une diminution de δ65Cu dans le foie au cours du vieillissement. Grâce à l’analyse métabolomique et à l’utilisation de mélanges isotopiques, nous montrons que ces variations pourraient s’expliquer par des dysfonctionnements physiologiques et métaboliques majeurs comme des dérèglements de flux hépatique et/ou la dégradation de la barrière hémato-encéphalique avec l’âge. Cela suggère que l’analyse temporelle du métallome pourrait être un marqueur de l’âge biologique. L’analyse de nématodes a révélée qu’un animal génétiquement modifié pour vivre plus longtemps se distinguait des autres nématodes à plus courte durée de vie par une baisse de sa concentration et de sa composition isotopique en Cu dès son plus jeune âge. Le suivi temporel de ces biomarqueurs devrait permettre de détecter un vieillissement précoce. Finalement, l’analyse de LCRs de patients atteints de SLA, une maladie neurodégénérative sévère pour laquelle il n’existe aucun biomarqueur ni traitement, montre qu’une personne atteinte de SLA se distingue de sujets sains et de patients touchés par la maladie d’Alzheimer par des compositions isotopiques en Cu plus positives. Cette spécificité, laissant entrevoir de nouvelles perspectives concernant l’identification de biomarqueurs spécifiques de la SLA, pourrait s'expliquer par la formation d’agrégats protéiques toxiques dans le cerveau. / Characterized by the progressive and irreversible decline of vital biological functions, ageing is a complex biological process that often comes with neurodegenerative disorders. In 2050, more than 1.5 billion elderly are expected in the world. Improve the quality of life of these ageing people is therefore a major challenge for our society. Still poorly known, the progressive degradation of the metallome is asscociated with ageing and neurodegenerative diseases development and is probably one of their causes. The objective of this study is to better characterize the metallome evolution in two animal models over time i.e. the mouse and the worm as well as in human affected by amyotrophic lateral sclerosis (ALS). To do this, we analyzed twenty trace and major elements as well as the isotopic compositions of copper (δ65Cu) and zinc (δ66Zn) of mouse organs, different strains of nematodes, and human cerebrospinal fluid (CSFs).The analysis of mouse organs shows that important chemical and isotopic changes develop in the body over time, each organ having its own elemental and isotopic signature. For example, we observe an increase of the Cu concentration in the brain associated with a decrease of the δ65Cu in the liver over time. Based on the analysis of metabolomic parameters and the use of isotopic mixings, we show that these variations may be explained by major physiological and metabolic dysfunctions, such as the deregulation of hepatic fluxes and/or the degradation of the blood-brain barrier with age. This suggests that the temporal analysis of the metallome could be used as a potential marker of the biological age.The analysis of nematodes revealed that long-lived animals differ from short-lived nematodes by an early-age decrease in their Cu isotopic composition and Cu concentration. The temporal monitoring of these biomarkers could therefore be used to detect premature ageing conditions.Finally, the analysis of CSFs of patients with amyotrophic lateral sclerosis (ALS), a severe neurodegenerative disease for which there is currently no reliable biomarker or treatment, shows that ALS patients have a higher δ65Cu compared to healthy subjects and Alzheimer’s disease patients. This feature, offering new perspectives to identify ALS-specific biomarkers, may be explained by the formation of toxic protein aggregates in the brain.

Les crises fébriles représentent l'évènement épileptique le plus fréquent dans l'espèce humaine et touchent 5 % de la population. Bien que la bénignité de leur pronostic ait été établie par de nombreuses études prospectives, une infime proportion de ces enfants va développer un syndrome d'épilepsie mésio-temporale avec sclérose de l'hippocampe. L'hypothèse de ce travail est que la crise fébrile serait nécessaire mais non suffisante au développement de ce type d'épilepsie, un second élément au potentiel épileptogène serait ainsi indispensable. Notre travail a montré que les crises hyperthermiques chez la souris constituent une bonne approche pour modéliser les crises fébriles de l'enfant. Nous avons ainsi montré que les conséquences des crises hyperthermiques étaient différentes selon la séquence de survenue par rapport au second évènement épileptogène. (i) Lorsque la crise hyperthermique précède l'injection de kaïnate dans l'hippocampe, elle accélère la phase d'épileptogenèse et majore la dispersion des cellules granulaires du gyrus denté, sans modifier la perte cellulaire des neurones pyramidaux de la corne d'Ammon. Elle entraine également une modification du pattern des décharges rythmiques hippocampiques lors de la phase chronique, sans modifier la fréquence ni la durée de ces décharges. (ii) Lorsque la crise hyperthermique succède à la présence d'une dysplasie de la partie CA3 de la corne d'Ammon d'origine génétique, elle semble diminuer le risque de crise chez les animaux KO pour le gène de la double cortine. Pourtant, l'augmentation de la fréquence d'une néo-expression du NPY par les cellules granulaires, chez les animaux Hz pour cette mutation, suggère que les crises hyperthermiques favoriseraient la route vers une épilepsie, tout en activant la mise en place de mécanismes protecteurs contre la survenue des crises. En conclusion, les crises hyperthermiques faciliteraient la route vers l'épilepsie, mais n'auraient pas d'effet facilitateur sur la route vers la crise. / Whereas febrile seizures are the most common seizure type in children and are reported in the history of mesial temporal lobe epilepsy, their role in its etiology remains controversial. They have been suggested to modify the functional organization of the hippocampus but to require another insult to induce epilepsy. To test this hypothesis, we developed a model of hyperthermic seizures in mice and examined their long-term consequences on a second insult induced either by (i) intra-hippocampal kaïnic acid injection in adult animals or by (ii) hippocampal dysplasia developed by double-cortin knock-out mice. (i) While adults, mice that were subjected to hyperthermic seizures developed epileptogenesis more rapidly than sham mice. The occurrence and duration of hippocampal paroxysmal discharges were not modified by hyperthermic seizures, as was their mean time-frequency. In this model, hyperthermic seizures increased the granular cells dispersion, but have no influence on the massif pyramidal cell loss. (ii) In preexisting hippocampal dysplasia, the occurrence of hyperthermic seizures did not increase the proportion of seizures in double-cortin knock-out mice after hyperthermic seizures, and suggest that hyperthermic seizures rather might decrease recurrent seizures via the neo-expression of NPY. In conclusion, hyperthermic seizures in immature mice might facilitate the route to epilepsy, but did not exacerbate the route to seizures.

La spectroscopie par résonance magnétique permet de manière non invasive, de caractériser et suivre l'évolution du métabolisme cérébral in vivo chez l’Homme. Néanmoins, de nombreux biais empêchent l’obtention d’une caractérisation métabolique cérébrale complète, un prérequis essentiel pour mieux comprendre une pathologie diffuse comme la Sclérose en Plaques (SEP).Mon premier projet a donc consisté à transposer une technique de spectroscopie rapide en 3 dimensions, acquise dans deux orientations spatiales. Cette comparaison a mis en évidence des diminutions de métabolites reliés à la viabilité et à l’activité neuronale, dans des régions fonctionnelles motrices et cognitives, mais également une activité gliale accrue dans les lésions de substance blanche mais aussi en dehors. La deuxième étude a visée à caractériser d'un point de vue métabolique, les accumulations cérébrales de sodium observées chez les patients atteints de SEP par IRM du 23Na. Nous avons pu mettre en évidence des corrélations significatives entre les accumulations de sodium et les diminutions de NAA mettant en lumière un lien fort entre ces accumulations et les phénomènes de souffrance neuronale.Enfin, le dernier projet a eu pour but d'améliorer la résolution spatiale de l'imagerie spectroscopique du proton en tirant partie des avantages d'un imageur clinique 7 Tesla. Après avoir corrigé différents problèmes comme les inhomogénéités B0 et B1 ainsi que l’artefact de déplacement chimique, nous avons obtenu le profil du NAA, de la Choline et de la Créatine pour 4 gros noyaux thalamiques. De plus, l’analyse statistique a mis en évidence des différences métabolique entre les noyaux Thalamiques. / Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS) allows to characterize, in vivo and non-invasively, the cerebral metabolism in Human. Nevertheless, use MRS in clinical routine is marginal and it is impossible to obtain whole brain metabolic topography, mandatory step in order to understand diffuse pathology like Multiple Sclerosis (MS).First of all, we aimed to transpose a fast 3D-MRSI sequence acquired in two different orientations. We observed significant decrease in metabolites linked with neuronal health and activity, in important motor and cognitive areas, and also increase in glial activation, inside white matter T2 lesions but also outside in normal appearing white and grey matter.Secondly, we aimed to characterize the metabolic counterpart of cerebral sodium accumulations observed, using 23Na MRI, in MS patients. We observed significant correlations between sodium accumulations and decrease in NAA highlighting a strong link between sodium accumulations and neuronal suffering.Finally, we attempted to improve spatial resolution of proton MR spectroscopy using 7 Tesla scanner. We also addressed ultra-high field artifacts like B0 and B1 inhomogeneities as well as chemical shift displacement error. We obtained metabolic profiles of NAA, Choline and Creatine for 4 big thalamic nuclei. Moreover, statistical analysis evidencing metabolic differences between nuclei in same hemisphere but also for some nuclei left/right differences.

Les patients SLA et les souris modèles présentent un dysfonctionnement métabolique qui coïncide avec le changement de concentration de différentes espèces lipidiques. Notre hypothèse est qu’un tel dysfonctionnement métabolique au niveau musculaire conduirait aux premiers changements observés dans la SLA. Nous avons montré que l’expression de la stéaroyl-coenzyme A désaturase 1 (SCD1), une enzyme clé de la synthèse des acides gras mono-insaturés à partir des acides gras saturés, est diminuée dans le muscle avant les premiers symptômes moteurs observés chez les souris modèles de SLA. Dans ce modèle murin, les altérations en acides gras au niveau circulant et hépatique, traduisant les changements de SCD1,apparaissent lors des premiers symptômes de la pathologie. De plus, l’inhibition pharmacologique de l’activité de SCD1 mime le phénotype métabolique des souris modèles de SLA. Notre étude a ainsi montré que la diminution de la SCD1 joue un rôle important pour l’activité neuromusculaire. Elle module les besoins énergétiques, maintien l’activité musculaire par augmentation du métabolisme oxydatif et agit sur l’expression de gènes impliqués dans le développement et le fonctionnement de la jonction neuromusculaire. De plus, l’ablation du gène SCD1 stimule la récupération fonctionnelle musculaire après lésion du nerf. L’inhibition pharmacologique de SCD1 apporte également une protection au muscle. Nous avons pu conclure de cette étude qu’une modification de l’expression de SCD1 ainsi que du profil d’acides gras peut apporter une protection au muscle pour lutter contre la pathologie. En outre, des inhibiteurs de l’activité enzymatique de la SCD1 pourraient être développés comme traitement thérapeutique dans la SLA. / ALS patients and mouse model manifest metabolic dysfunctions that coincide with the modified levels of various lipid species. We postulated that metabolic dysfunctions in muscles function as a leading preliminary change in ALS. We have noted that the expression of stearoyl-CoA desaturase 1 (SCD1), a key enzyme that synthesises monounsaturated fatty acids (MUFAs) from saturated fatty acids (SFAs), is diminished even at pre-symptomatic stage in the muscles of an ALS mouse model. In these mice, alterations in circulating and hepatic fatty acid composition, resulting from SCD1 modification, arise at a critical stage of disease onset. Of note, inhibition of SCD1 enzymatic activity by a specific pharmacological agent mimics the metabolicphenotype of the ALS mouse model. Our study also elucidates that the lack of SCD1 plays a vital role in neuromuscular function. It modulates energy supply, and maintains muscle activity by increasing oxidative metabolism and the expression of genes involved in neuromuscular junction development and function. In addition, ablation of SCD1 gene stimulates functional recovery of muscles after a nerve lesion. Pharmacological SCD1 inhibition also provides a protection to muscle function. We conclude that alteration in SCD1 expression and related altered fatty acid profile may protect muscles against pathology. Therefore, SCD1 inhibitors can be developed as a therapeutic intervention.

La sclérose latérale amyotrophique est une maladie neurodégénérative associée à un dysfonctionnement métabolique. Des altérations du métabolisme des lipides, décrites chez les patients SLA et les animaux modèles, pourraient participer à la mise en place des premières étapes de la maladie. L’objectif de cette thèse était d’étudier le rôle de la stéaroyl-coenzyme A désaturase 1 (SCD1), une enzyme clé du métabolisme des lipides, dans la SLA. En étudiant le profil d’acides gras périphériques dans un modèle de souris SLA, les souris SOD1m, nous avons vu une diminution de l’activité de la SCD1 dès les stades précoces (subcliniques) de la maladie. Cette diminution pourrait expliquer, à elle seule, les altérations du métabolisme des lipides caractéristiques de la SLA. La répercussion de la perte de l’activité de la SCD1 sur l’axe moteur a été étudiée. Une délétion du gène ou une inhibition pharmacologique de la SCD1 améliore la récupération fonctionnelle après lésion du nerf sciatique chez la souris sauvage. Nous avons cherché à voir si la perte d’activité de la SCD1 trouvée chez les souris SOD1m est un mécanisme de protection mis en place pour lutter contre l’évolution de la SLA. Nous avons traité des souris SOD1m avec un inhibiteur de l’activité de la SCD1. Le traitement a conduit à une augmentation du métabolisme oxydatif, une préservation de l’intégrité neuromusculaire ainsi qu’une amélioration de la survie des motoneurones. Nousconcluons que l’inhibition de la SCD1 représente une cible thérapeutique prometteuse dans la SLA. / Amyotrophic lateral sclerosis is a neurodegenerative disease, associated with metabolic dysfunction. Alteration of lipid metabolism has been documented in ALS patients and animal models, and could participate to the first pathological steps of the disease. The objective of this thesis was to study the role of stearoyl-CoA desaturase 1 (SCD1), a key enzyme of lipid metabolism, in ALS. By studying the profile of peripheral fatty acids in an animal model of ALS, the SOD1 mice, we found that SCD1 activity was strongly reduced at early (sub-clinical) disease stage, and that this reduction could explain in itself the alteration of lipid metabolism characteristic of ALS. The impact of loss of SCD1 activity for the motor axis was then studied. Genetic deletion or pharmacological inhibition of SCD1 enhanced functional recovery after sciatic nerve injury in mice. Wefurther explored if the loss of SCD1 activity found in SOD1 mice is a protective mechanism elicited in response to ALS. We treated SOD1 mice with an inhibitor of SCD1 activity. The treatment resulted in exacerbated muscular oxidative metabolism,preservation of neuromuscular integrity and enhanced motor neuron survival. We conclude that inhibition of SCD1 represents a promising therapeutic target for ALS.