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.

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie inflammatoire auto-immune du SNC qui affecte 90 000 personnes en France et génère un coût important pour la société. La forme la plus fréquente (85% des cas) est la SEP récurrente-rémittente (RRMS) caractérisée par des poussées démyélinisantes entrecoupées de périodes de rémission après un syndrome cliniquement isolé (CIS). La conversion en RRMS après un CIS, caractérisée par une nouvelle poussée ou de nouvelles lésions sur les IRM de suivi, survient après un délai variant de quelques mois à plus de 10 ans (20% des cas, « SEP bénigne »). Les traitements disponibles (immunomodulateurs et immunosuppresseurs) ont une efficacité indéniable pour la prévention des poussées et doivent être initiés dès le diagnostic pour une efficacité maximale, surtout chez les patients montrant une conversion rapide en SEP après un CIS. Leur intérêt est en revanche négligeable pour les formes bénignes. Ainsi, il existe un besoin d’identifier des biomarqueurs pronostiques précoces de la SEP pour une prise en charge optimale des patients. Le but de ma thèse est d’identifier des biomarqueurs pronostiques de SEP en utilisant différentes approches de protéomique quantitative,. Dans un premier temps, nous avons utilisé des échantillons cliniques de LCR de patients. Ces travaux m’ont permis d’identifier, en protéomique quantitative utilisant un marquage chimique des peptides (TMT), plusieurs candidats biomarqueurs de SEP. Ceux-ci incluent deux chitinase-3-like protéines, CHI3L1 et CHI3L2 dont le taux mesuré en ELISA, dans le LCR, augmente avec l’évolution de la maladie. Ces travaux ont également démontré que la concentration sanguine de CHI3L1 constituait un biomarqueur de la progression de la maladie. Dans un second temps, nous avons combiné l’analyse du LCR de différents patients SEP et contrôles en protéomique Label-Free avec un modèle préclinique analysant les modifications du sécrétome d’oligodendrocytes murins en culture primaire par approche SILAC. Les biomarqueurs potentiels, 87 protéines correspondant à 226 peptides cibles, ont été ensuite vérifiés en protéomique quantitative ciblée ou parallel reaction monitoring (PRM), à l’aide de peptides marqués servant de référence. Les 11 candidats les plus discriminants issus de cette étape ont ensuite été vérifiés en PRM sur une cohorte plus large d’échantillons de patients. Finalement, 7 candidats ont montré un profil significatif au cours de cette première validation. Ces candidats biomarqueurs permettent notamment de discriminer les différentes formes évolutives de la SEP et de distinguer cette pathologie d’autres maladies inflammatoires et neurologiques. De plus, ces derniers pourraient avoir un intérêt prognostique permettant d’identifier les patients qui vont développer une SEP après la découverte fortuite de lésions typiques de la maladie à l’IRM. Ce travail de thèse a donc caractérisé de nouveaux biomarqueurs de SEP devant être validés sur de larges cohortes multicentriques de patients et ouvre de nouvelles perspectives sur la compréhension des mécanismes physiopathologiques de la SEP. / Discovery, confirmation and verification of candidate biomarkers for multiple sclerosis diagnosis and prognosis in cerebrospinal fluid.Multiple sclerosis (MS) is an inflammatory disease of the central nervous system. Most often the disease initiates by a first demyelinating event called clinically isolated syndrome (CIS), followed by remission periods and relapses occurring at irregular intervals. Clinical symptoms and MRI are used for diagnosis, but clinicians lack tools to predict the rate of disease progression. This study aims at identifying biomarkers that predict the delay of conversion to MS after a CIS. We compared the cerebrospinal fluid (CSF) proteome from MS patients and symptomatic controls and the CSF from CIS patients with rapid conversion to MS (<1 year) and CIS patients with slow conversion to MS (>2 years). For the discovery step, human CSF samples (n=40) depleted of the 20 major plasma proteins were digested using a modified filter-assisted sample preparation (FASP) and analysed by high-resolution mass spectrometry using isobaric mass tag labelling or label-free quantification procedures. Proteins upregulated in CSF from MS patients included two proteins involved in tissue remodeling, namely chitinase-3-like protein-1 (CHI3L1) and chitinase-3-like protein-2 (CHI3L2). Their increased level in CSF of MS patients was confirmed by ELISA in a new cohort comprising CIS and MS patients (n=123) at different disease stages. Moreover, CHI3L1 levels in CSF and serum from CIS patients discriminated patients with rapid conversion to MS (< one year) from those with slower conversion.We also implemented a PRM method (peptide selection, dilution optimization of heavy isotope labeled non-purified peptides, reproducibility evaluation and method validation) to qualify a larger set of candidate biomarkers (226 peptides corresponding to 87 proteins) in a cohort different from the one used for the discovery step (n=60), including CSF from controls and MS patients at different disease stages. Finally, to further verify the 11 candidate biomarkers that passed this qualification step, we monitored 16 peptides in a new PRM assay, using shorter gradient and high-purity heavy isotope labeled peptides. This new PRM analysis was performed on a larger cohort (n=189) that included CSF of patients with other inflammatory and non-inflammatory neurological disorders in addition to control and MS patients. These analyses identified seven robust candidate biomarkers, which might help to discriminate patients suffering from MS or other neurological disorders.

En Europe, la France est située entre des zones à haut et bas risque de Sclérose en Plaques (SEP).Nous avons estimé la prévalence de la SEP en France au 31 octobre 2004 et l’incidence entre 2000 et 2007 à partir des données de la Caisse Nationale d’Assurance Maladie des Travailleurs Salariés (CNAMTS) qui assure 87 % de la population. La SEP, comme d’autres maladies chroniques, fait partie des affections de longue durée (ALD). Les variations géographiques de la prévalence et de l’incidence ont été analysées par un modèle Bayesien.La prévalence standardisée sur l’âge était de 94,7 pour 100 000 ; 130,5 pour les femmes ; 54,8 pour les hommes. Le taux de notification de SEP (2000-2007) standardisé sur la population Européenne était de 6,8 pour 100 000 ; 9,8 parmi les femmes et 3,7 parmi les hommes. Avec le modèle Bayesien, la prévalence était plus forte au nord-est et plus faible dans la région parisienne et sur la Côte d’Azur. L’incidence était également plus forte au nord-est mais plus faible sur la côte atlantique et de part et d’autre du Rhône.A partir des autres ALD, les comorbidités survenant avant l’ALD SEP ont été étudiées. Elles étaient rares et essentiellement représentées par les troubles psychiatriques (40,2%) et le diabète (20,3%). Cette étude a été réalisée parmi une population représentative avec une seule et même méthodologie. Le modèle Bayesien prenant en compte l’hétérogénéité et l’auto-corrélation spatiales ne confirme pas l’existence d’un gradient net mais des zones à sur ou sous risque. La meilleure connaissance de l’épidémiologie de la SEP permettra d’avancer sur ses facteurs étiologiques. / In Europe, France is located between high and low risk areas of Multiple Sclerosis (MS). We estimated the national prevalence of MS in France on 31st October 2004 and the incidence between 2000 and 2007 based on data from the ‘Caisse Nationale d’Assurance Maladie des Travailleurs Salariés’ which insures 87% of the population. MS like other chronic diseases is one of the 30 long-term illnesses (Affections de Longue Durée, ALD). We analysed geographic variations in the prevalence and incidence of MS in France using the Bayesian approach.Total MS prevalence in France standardised for age was 94.7 per 100,000; 130.5 in women; 54.8 in men. The notification rate for MS (2000-2007) after age-standardisation according to the European population was 6.8 per 100,000; 9.8 in women and 3.7 in men. With a Bayesian approach, the prevalence of MS was higher in northeast and lower in the Paris area and on the Mediterranean coast. The notification rate was higher in northeast and lower on the Atlantic coast and in the Alps as well as on both sides of the Rhône River.The study of other chronic diseases for which ALD status was registered before MS revealed that comorbidities were rare, essentially represented by psychiatric diseases (40.2%) and diabetes (20.3%).This study is performed among a representative population using the same method throughout. The Bayesian approach which takes into account spatial heterogeneity and spatial autocorrelation did not confirm the existence of a clear gradient but only higher or lower areas of MS. The better knowledge of MS epidemiology will allow to venture hypothesis its etiological factors.

The brain consists of spatially distinct areas, which underlie different aspects of human behavior. Using advanced neuroimaging technology and neurocomputational analysis methods, researchers have been able to uncover the functional roles of many of these areas and how they are interconnected both structurally and functionally to produce actions, sensations and cognitions which allow us to navigate our lives. In more recent years, it has been discovered that these brain networks also underlie the healthy functioning of the brain while it is at rest, i.e. awake but not performing any explicit or goal-directed tasks. Changes in these resting-state networks (RSNs) have been implicated in a number of neurological and psychiatric disorders, indicating that their degradation may play a role in the diverse loss of sensory, motor or cognitive functions associated with these.In this thesis, we introduce some new guidelines for capturing the electrophysiology of RSN structures using magnetoencephalography (MEG), a non-invasive neuroimaging technique which directly measures the magnetic fields associated with the synchronized electrical neural activity underlying these connections. Using MEG, we are able to consider these complex communication structures with great spatial and temporal resolution and probe how they are altered in multiple sclerosis (MS), a disease defined in part by both the degradation of the structures connecting different brain areas and by impairments across a wide spectrum of cognitive functions. However, in order to achieve this, there are methodological and analytical issues that must be dealt with.This thesis is separated into three introductory chapters and three research chapters. The introductory chapters outline the relevant theoretical bases that are not covered in the specific research chapters, while each of the research chapters contain a study undertaken as part of the thesis. Additionally, some research chapters start with an additional introductory prologue which expands on relevant ideas or concepts that are used but not fully explained in the corresponding papers.This thesis contains three empirical studies. In the first, we investigated the differential impact of source reconstruction methods and MEG system type on resting state functional connectivity (rsFC). The results showed that the choice of source reconstruction algorithm has a substantial impact on the uncovered rsFC in the posterior default mode network (DMN). Specifically, this was shown to be due to a suppression of the source activity in this region when using a Beamformer rather than minimum norm estimation (MNE) for source reconstruction. Through exploring this effect this we also made a novel discovery about a linear synchronization structure within the posterior DMN. This also led us to recommend the use of MNE when conducting MEG rsFC studies involving the DMN, representing a novel and important result regarding best practice recommendations for the field as a whole and for the subsequent studies in this thesis.In the second study, we set out to distinguish intrinsic, i.e. task-invariant, and extrinsic, i.e. task-dependent, functional connectivity (FC) using a large data set containing MEG data from more than a hundred participants acquired during several different tasks with multiple task levels, as well as during rest, We were able to demonstrate that the human brain operates using two distinct modes of neuronal integration in parallel, i.e. intrinsic FC in the form of amplitude FC and extrinsic FC in the form of phase FC. These results are important both in that they establish a new conceptual framework for functional integration in the human brain and in that they highlight a potentially fuzzy distinction between resting-state and task-related FC, which can be better approached using this novel intrinsic/extrinsic formulation. Having established the existence of an intrinsic functional integration structure in amplitude FC among brain regions, in the third study we investigated how amplitude rsFC is altered in brain disease, here represented by patients with MS. We showed that patients with MS display specific alterations in amplitude FC, particularly involving the DMN and sensorimotor (SMN) networks, compared to healthy participants. Additionally, we showed that the degree of disease-related physical disability was associated with specific motor-related amplitude rsFC changes, and that variations in cognitive task performance and neuropsychological scores were different between patients and healthy subjects on scores which were significantly different between the groups. These results demonstrate the ability of intrinsic/amplitude FC to characterize functional changes in clinical populations that are associated with specific disability-related and neuropsychological outcomes. / Le cerveau se compose de différentes zones fonctionnelles spatialement distinctes, qui sous-tendent différents aspects du comportement humain. En utilisant une technologie avancée de neuroimagerie et des méthodes d'analyse neurocomputationnelle, les neuroscientifiques ont caractérisé les rôles fonctionnels d’un bon nombre de structures cérébrales (i.e. la spécialisation fonctionnelle) et comment elles sont interconnectées à la fois structurellement et fonctionnellement (i.e. l’intégration fonctionnelle) pour produire les actions motrices, les sensations et les fonctions cognitives qui nous permettent de naviguer dans nos vies. Ces dernières années, les techniques de neuroimagerie ont également démontré que ces réseaux cérébraux fonctionnels sous-tendent également le bon fonctionnement du cerveau lorsqu'il est « au repos », c'est-à-dire qu'il n'effectue aucune tâche explicite ou ciblée. Des modifications de ces réseaux « de l’état de repos » (RSN) ont été impliquées dans un certain nombre de pathologies neurologiques ou psychiatriques, indiquant que leur altération peut jouer un rôle dans les déficits de fonctions sensorielles, motrices ou cognitives présentées par les patients.Dans cette thèse, nous introduisons de nouvelles lignes directrices pour investiguer l'électrophysiologie des RSN à l'aide de la magnétoencéphalographie (MEG), une technique de neuroimagerie non invasive qui mesure directement les champs magnétiques associés à l'activité neuronale électrique. Nous avons premièrement déterminé comment les choix méthodologiques au niveau de la reconstruction de sources en MEG influence les résultats de l’estimation de l’intégration fonctionnelle cérébrale. Ensuite, nous avons été en mesure d’étudier l’intégration fonctionnelle au sein des RSNs avec une grande résolution spatiale et temporelle, et ainsi, de déterminer les processus neurophysiologiques à l’origine de l’intégration fonctionnelle « intrinsèque » (i.e. indépendante d’une tâche ou de ce que le sujet fait) et « extrinsèque » (i.e. influencée ou modulée par une tâche). Nous avons démontré que l’intégration fonctionnelle intrinsèque repose sur le couplage de l’enveloppe (ou amplitude) de l’activité rythmique cérébrale alors que l’extrinsèque repose sur le couplage de phase de cette activité. Enfin, nous avons déterminé comment l’intégration fonctionnelle intrinsèque est altérée dans la sclérose en plaques (SEP), une maladie caractérisée en partie par la dégradation des connexions reliant différentes zones cérébrales et par des altérations variables des fonctions cognitive. Nous avons pu démontrer que le handicap moteur et certains troubles cognitifs (fatigue, cognitiven fluence verbale) sont associés à des altérations de l’intégration fonctionnelle intrinsèque de RSNs spécifiques. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Au cours des maladies démyélinisantes du système nerveux central (SNC), les gaines de myéline qui entourent les axones et contribuent à la rapidité de la conduction nerveuse, mais aussi les oligodendrocytes qui synthétisent la myéline sont détruits. C’est le cas dans la plus commune de ces pathologies, la sclérose en plaques, qui se caractérise par des épisodes inflammatoires et démyélinisants récurrents évoluant après quelques années vers une forme progressive secondaire. A l’heure actuelle, les traitements disponibles pour les patients sont essentiellement de type immunomodulateurs. Ces molécules sont efficaces pour réduire la fréquence des épisodes démyélinisants, mais elles sont dépourvues d’activité sur la forme progressive de la maladie. Juste avant que ne débute mon travail de thèse, les voies de signalisation respectivement induites par les protéines Hedgehog et les stéroïdes de type androgènes se sont révélées être des régulateurs positifs de la réparation de la myéline vraisemblablement en utilisant des mécanismes différents. A partir de ces découvertes, nous avons émis l’hypothèse que la modulation pharmacologique simultanée des deux voies pourrait être intéressante dans une perspective thérapeutique. En utilisant des cultures de cellules gliales mixtes ou en administrant ces modulateurs à des souriceaux nouveau-nés, nous avons d’abord montré l’existence d’une interaction fonctionnelle entre les deux voies au cours du développement physiologique de la myéline à la période post-natale précoce. De façon intéressante, le blocage de la signalisation Hedgehog est requis pour que les androgènes puissent jouer leur rôle dans le processus de myélinisation. Les mécanismes moléculaires impliqués dans la communication entre les deux voies sont apparemment indépendants de la régulation de la transcription du principal effecteur de la signalisation Hedgehog (Gli1), ainsi que de celle du récepteur nucléaire des androgènes (AR). Par ailleurs, l’administration de ces mêmes modulateurs à des animaux ayant subi une démyélinisation du SNC nous a permis de mettre en évidence un effet synergique des deux voies sur la régénération de la myéline, la résolution de l’inflammation et la récupération fonctionnelle. Ces résultats seront importants à considérer dans le contexte d’une nouvelle approche thérapeutique des maladies démyélinisantes. / During demyelinating diseases of the central nervous system (CNS), the myelin sheaths that surround the axons and contribute to nervous conduction velocity, but also the oligodendrocytes that synthesize myelin are lost. This is particularly true in multiple sclerosis, the most common of those pathologies, which is characterized by recurrent inflammatory and demyelinating attacks evolving after several years into a secondary progressive form. Presently, the treatment of patients mostly relies on the use of immunomodulators, which are successful in decreasing the frequency of the attacks. However, these molecules lead to poor results in the progressive form of the disease. Just before the beginning of my PhD, the Hedgehog and androgen signaling pathways have been identified as positive regulators of myelin repair likely by using different mechanisms. On the basis of these findings, we hypothesized that a combination therapy using pharmacological modulators of each of these pathways could be interesting from a therapeutic point of view. By using primary mixed glial cell cultures and in vivo administration of the modulators to early postnatal mice, we have shown that the Hedgehog and androgen signaling pathways functionally interact during the physiological development of myelin at the early postnatal period. Importantly, the blockade of the Hedgehog signaling is required to allow androgen to play their role in the myelination process. The molecular mechanisms implicated in the pathway crosstalk do not involve the transcriptional regulation of the main effector of Hedgehog signaling (Gli1) or the nuclear androgen receptor (AR). Moreover, the same modulators administered into demyelinated animals led us to demonstrate a synergetic effect both on myelin repair, inflammation resolution and functional recovery. These results should be considered in the context of a novel therapeutic approach of demyelinating diseases.