Heritable retinal degenerations dramatically affect individuals across the lifespan. Heritable degenerations with onset in childhood or young adulthood, such as the ABCA4- associated maculopathies, generally obey Mendelian segregation and are attributable to mutations within a single gene. Retinal degenerations with onset in late adulthood, such as age-related macular degeneration, are usually influenced by a complex constellation of genetic and environmental factors. This thesis applies several complementary, high-throughput genotyping platforms to identify relationships between specific heritable retinal phenotypes and genetic variation. This findings of this thesis will aid in the development of guidelines for inclusion in retinal gene therapy trials and help physicians refine their prognoses based on genetic information.

La maladie de Stargardt est la plus fréquente des maculopathies héréditaires et peut être regardée comme un modèle juvénile de certaines dégénérescences maculaires liées à l’âge. Elle résulte de mutations récessives du gène ABCA4, responsables d’une accumulation toxique de sous-produits de la vitamine A dans la rétine. Dans ce contexte, des approches thérapeutiques pharmacologiques se développent qui visent à diminuer la concentration de ces composés toxiques par réduction de la concentration rétinienne en vitamine A. L’utilisation de compétiteurs de cette vitamine ont permis d’atteindre cet objectif chez la souris abca4-/-. La souris n’est toutefois pas un bon modèle pour la maladie de Stargardt ; chez l’homme les mutations du gène ABCA4 sont responsables d’une dégénérescence des photorécepteurs maculaires i.e. en majorité des cônes. Or, la souris étant un animal nocturne, sa rétine est particulièrement pauvre en cônes. Au demeurant, alors que la maladie de Stargardt se caractérise par une dégénérescence des photorécepteurs, ceci n’est jamais observé chez la souris abca4-/-, même à un stade avancé, en dépit d’une accumulation des dérivés toxiques de la vitamine A. Ainsi, s’il est possible de réduire l’accumulation de dérivés toxiques de la vitamine A dans la rétine de ces animaux par l’utilisation de compétiteurs, rien ne permet de présager de leur effet neuroprotecteur. Il en est de même pour les essais de thérapie génique qui se développent directement chez le patient faute de modèle animal pertinent.Nos travaux de thèse ont porté sur la création d’un modèle animal plus adéquat. Le rongeur diurne Arvicanthis ansorgei a été choisi en raison de la richesse de sa rétine en cônes et son appartenance à la famille des muridés proches des rongeurs de laboratoire. Nous avons entrepris de produire un animal transgénique par interférence de l’ARN. Après avoir confirmé l’expression d’Abca4 dans les bâtonnets et les cônes de l’animal et caractérisé la séquence de l’ADNc, nous avons recherché une séquence d’ARN antisens et une construction lentivirale permettant d’interférer efficacement sur l’expression du gène abca4 dans les photorécepteurs. Cette dernière étape a abouti avec l’identification du vecteur lentiviral pLKO1 qui a permis la production d’ARN antisens dans les photorécepteurs de souris et de rats transgéniques. En revanche, les séquences ARN antisens utilisées jusqu’alors n’ont pas permis d’interférer efficacement sur l’expression du gène. D’autre part, des protocoles de reproduction assistée ont été développés chez A. ansorgei prenantpour modèle ceux existant chez les rongeurs de laboratoire. Ceci a autorisé l’obtention de nombreux embryons en dépit de nombreuses difficultés rencontrées au cours de ces manipulations à des fins de procréation résultant d’un manque de connaissances du cycle sexuel d’A. ansorgei. L’implantation de ces embryons dans l’oviducte de femelles pseudogestantes s’est heurtée aux mêmes difficultés. Néanmoins le succès de cette entreprise a été obtenu une fois, encourageant à poursuivre ces manipulations dans une cohorte élargie d’animaux.Les anophtalmies et microphtalmies sévères sont des anomalies précoces du développement oculaire. Elles résultent d’un défaut d’induction ou d’invagination de la vésicule optique primaire ou d’un défaut de fermeture de la fente colobomique. Ces malformations sont responsables de grande malvoyance voire de cécité totale. D’origine génétique, elles se transmettent selon tous les modes de transmission. Dans la famille qui a fait l’objet des travaux de ce mémoire, la microphtalmie récessive autosomique s’observait dans deux fratries consanguines réunies par une boucle de consanguinité commune.... / Pas de résumé en anglais

Les processus de plasticité cérébrale entrainés par la perte visuelle restent un domaine méconnu dans le champ des neurosciences. La vision centrale et périphérique, le meilleur compromis évolutionniste entre une bonne résolution spatiale et un volume d’espace échantillonné maximal, sont traitées par des régions différentes du cerveau. Par conséquent, étudier et comprendre l’impact de la perte visuelle centrale ou périphérique dans ces régions constitue une étape cruciale dans l’étude du cerveau visuel. Afin d’étudier ces processus, nous avons utilisé deux modèles de perte visuelle sélective de la vision centrale (la dystrophie maculaire de Stargardt) et périphérique (la rétinopathie pigmentaire), et nous avons évalué l’impact à terme de ces deux types de désafférentation sur la structure et la connectivité fonctionnelle du cerveau. 1. Plasticité structurelle induite par la perte sélective de la vision centrale ou périphérique. Nous avons étudié l’épaisseur corticale (EpCo) et de l’entropie corticale (EnCo, marquer de complexité synaptique) du lobe occipital, région pour laquelle nous disposons d’une cartographie complète des régions cytoarchitectoniques. Nous avons constaté que la perte de la vision centrale induit un amincissement des régions appartenant au flux dorsal, tandis que la perte de la vision périphérique occasionne un amincissement du cortex visuel primaire (CVP), ainsi que des régions du flux ventral et dorsal. Ces effets étaient inattendus si on se rapporte au modèle canonique qui associe la vision centrale au flux ventral et la vision périphérique au flux dorsal. La normalité de l’EnCo dans ces régions, suggère que la complexité synaptique est préservée dans les réseaux neuronaux résiduels. Nous avons identifié des modifications de l’EnCo seulement en cas de perte de la vison centrale, où l’augmentation de l’EnCo dans des régions impliquées dans la reconnaissance des objets pourrait traduire une réponse adaptative à la perte de la haute résolution spatiale de cette partie du champ visuel. Cette augmentation de la complexité synaptique pourrait compenser une éventuelle perte neuronale et être responsable de la normalité de l’EpCo dans ces régions. 2. Plasticité de la connectivité fonctionnelle des régions du cortex visuel primaire recevant les projections de la partie centrale » et périphérique champ visuel Dans cette étude, nous avons exploré et comparé la connectivité fonctionnelle des régions afférentées et desafférentées du CVP de sujets souffrant de dystrophie maculaire de Stargardt et retinitis pigmentosa, avec les régions afféréntées correspondantes du CVP de sujets avec une vision normale. Cette étude a révélé une réorganisation fonctionnelle distincte du CVP afférenté et désafférenté. Ainsi, le CVP qui reçoit les afférences visuelles résiduelles présente une connectivité fonctionnelle accrue avec des régions voisines, probablement afin de favoriser le traitement de l’information visuelle, tandis que le CVP désafférenté augmente sa connectivité fonctionnelle avec des régions plus éloignées, vraisemblablement pour contribuer aux fonctions supérieures et à des processus de type top-down. L’analyse comparative des données morphologiques et fonctionnelles suggère une correspondance des régions amincies du cortex visuel associatif avec des régions qui montrent une diminution de la connectivité fonctionnelle avec le CVP périphérique, et des régions présentant une augmentation de la complexité synaptique avec des régions qui montrent une connectivité fonctionnelle accrue avec le CVP périphérique. Ces données suggèrent que la désafferentation sensorielle du CVP périphérique est plus propice au développement d’une réorganisation cérébrale. Synoptique : Ces travaux révèlent un aspect inattendu de la plasticité cérébrale induite une perte isolée de la vision centrale ou périphérique. La réorganisation s’avère plus complexe que le laisser présager le modèle canonique actuel, vraisemblablement trop simple. / Cerebral plasticity induced by visual loss represents a poorly understood field of neuroscience, with numerous questions that don’t yet have an answer. Central and peripheral vision, the evolutionary compromise between spatial resolution and the sampled space volume, are processed in distinct areas of the brain. Understanding the impact of vision loss in theses regions, is of utmost interest for the study of visual brain. Herein, in two models of retinal disorders affecting central and peripheral vision (namely Stargardt macular dystrophy and retinitis pigmentosa), we specifically investigated the effects of the central and peripheral visual loss on brain morphology and its functional connectivity. 1. Morphological plastic changes induced by central and peripheral visual loss. We explored the effects of visual loss on cortical thickness (CoTks) and cortical entropy (CoEn, marker of synaptic complexity) in the cytoarchytectonic regions of the occipital lobe. Central visual loss associated thinning in dorsal stream regions, while peripheral visual loss in early visual cortex (EVC) and regions belonging both to dorsal and ventral stream. Theses effects were unpredicted by the canonical view “central vision – ventral stream”, “peripheral vision – dorsal stream”. Normal CoEn in theses areas suggests that synaptic complexity is preserved in the remaining networks. Only central visual field loss presented CoEn alterations, namely an increase in areas involved in object recognition, that likely reflects a synaptic complexity enhancement in response to the loss of the high spatial resolution of central vision. The gain in synaptic complexity could mask neuronal loss due to deafferentation and may account for the CoTks normality. 2. Plastic changes in the functional connectivity of central and peripheral EVC. We explored and compared to normally afferented EVC, the functional connectivity of afferented and deafferented parts of EVC and found that central and peripheral visual loss induce different patterns of reorganization. Residually afferented early visual cortex reinforce local connections presumably to enhance the processing of altered visual input, while deafferented EVC strengthen long-range connections presumably to assist high-order functions. Combined structural and functional data indicate that areas with reduced CoTks superpose with several areas presenting reduced functional connectivity with the peripheral EVC and that areas with increased CoEn superpose with several areas presenting increased functional connectivity with afferented peripheral EVC. These data point that alterations of the sensory input to the peripheral field are more prone to induce plastic changes. Overview : Data in the current work provide an interesting perspective about the plasticity following central or peripheral visual field loss and show that it is more complex than the canonical model would have let to presume.

La présence d'un scotome maculaire dans le champ visuel oblige les patients à utiliser la vision excentrée ce qui provoque notamment une difficulté à coordonner les systèmes oculomoteur et visuo-attentionnel. La lecture devient alors une des plaintes majeures chez ces patients, et à ce jour, les processus impliqués dans la baisse des performances de lecture restent mal connus. Dans la plupart des cas, l'utilisation de la vision excentrée amène le patient à développer une ou plusieurs zones de la rétine excentrée dites préférentielles, et dénommées couramment PRLs. Les caractéristiques de la PRL sont bien connues pour des tâches de fixation mais restent difficiles à mesurer et à interpréter dans le cas de la lecture, ce qui rend les stratégies de lecture en vision excentrée encore mal comprises. Nous nous proposons ici d'utiliser une approche psychophysique afin d'étudier les processus de la lecture en vision excentrée. Nous nous sommes tout d'abord intéressés à l'évaluation de nouveaux prédicteurs de la vitesse maximale de lecture. Nous avons tout d'abord élaboré un test de lecture francophone informatisé suivant les principes des MNRead Acuity Charts afin de pouvoir évaluer la vitesse maximale de lecture chez des patients porteurs de scotomes centraux binoculaires dont l'atteinte avait été mesurée à l'aide d'un micropérimètre MP-1. Deux analyses distinctes utilisant des modèles statistiques à effets mixtes nous ont permis de mettre en évidence des prédicteurs efficaces de la vitesse maximale de lecture et d'estimer leur influence réelle: 1) l'espace interligne; 2) le type de DMLA ; 3) la surface du scot; 4) la distance entre la PRL de fixation et la fovéa; 5) le statut du cristallin. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés aux stratégies de lecture déployées en l'absence de vision centrale. L'analyse de la distribution verticale des fixations, enregistrées pendant la lecture de phrases, nous a permis de mettre en évidence que dans la majorité des cas (97 %), les patients utilisent une zone préférentielle de la rétine unique dans le plan vertical pour lire. Ces résultats présentent des intérêts théoriques et pratiques dans la création de nouveaux supports visuels et l'élaboration de techniques de réadaptation visuelle optimales.

No description available.

La présence d'un scotome maculaire oblige les patients à utiliser la vision excentrée ce qui provoque une difficulté à coordonner les systèmes oculomoteur et visuo-attentionnel. La lecture devient alors une des plaintes majeures chez ces patients, et les processus impliqués dans la baisse des performances de lecture restent mal connus. Dans la plupart des cas, le patient développe une ou plusieurs zones de la rétine excentrée dites préférentielles, et dénommées couramment PRLs. Nous nous proposons ici d'utiliser une approche psychophysique afin d'étudier les processus de la lecture en vision excentrée. Nous avons tout d'abord élaboré un test de lecture francophone informatisé suivant les principes des MNRead Acuity Charts afin de pouvoir évaluer la vitesse maximale de lecture chez des patients porteurs de scotomes centraux binoculaires dont l'atteinte avait été mesurée à l'aide d'un micropérimètre MP-1. Deux analyses utilisant des modèles statistiques à effets mixtes nous ont permis de mettre en évidence des prédicteurs efficaces de la vitesse maximale de lecture: 1) l'espace interligne; 2) le type de DMLA ; 3) la surface du scot; 4) la distance entre la PRL de fixation et la fovéa; 5) le statut du cristallin. Puis, nous nous sommes intéressés aux stratégies de lecture déployées par les patients. L'analyse de la distribution verticale des fixations enregistrées pendant la lecture nous a permis de mettre en évidence que dans 97% des cas, les patients utilisent une zone préférentielle de la rétine unique dans le plan vertical.Ces résultats présentent des intérêts théoriques et pratiques dans la création de nouveaux supports visuels et techniques de réadaptation. / Patients with central field loss (CFL) have to use eccentric vision and complain particularly about reading. The purpose of this thesis is to investigate reading processes in those patients using psychophysical tools. First, we investigated predictors of reading performances. We developed a French computerized version of the MNRead Acuity Charts to assess Maximum Reading Speed in patients with binocular scotomas, measured with the microperimeter MP-1. Two distinct analyses using mixed effects models allowed us to estimate the influence of predictors of Maximum Reading Speed: 1) interline spacing; 2) AMD type; 3) scotoma size; 4) distance between fixation PRL and fovea; 5) lens status. Then, we investigated oculomotor patterns of patients during sentence reading. Analysing the vertical distribution of fixations lead us to the conclusion that in most cases (97%), patients use a single eccentric preferred retinal locus (PRL) in the vertical meridian during reading. One potential goal of these studies is to find some ways to enhance text display and improve visual readaptation.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-03-22T12:41:44Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_VariabilidadeAlelicaExpressao.pdf: 6674673 bytes, checksum: 0ec2d9f9a77ab69b8cf5669cccae4516 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-27T11:34:28Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_VariabilidadeAlelicaExpressao.pdf: 6674673 bytes, checksum: 0ec2d9f9a77ab69b8cf5669cccae4516 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-27T11:34:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_VariabilidadeAlelicaExpressao.pdf: 6674673 bytes, checksum: 0ec2d9f9a77ab69b8cf5669cccae4516 (MD5) Previous issue date: 2015-06-24 / A maculopatia autossômica recessiva de Stargardt se caracteriza pela perda progressiva simétrica da visão na região central do campo visual em indivíduos entre a primeira e segunda décadas de vida. Também fazem parte do diagnóstico clínico a presença de lesões maculares pontuais de coloração amarelo-esbranquiçadas encontradas nas regiões foveal e parafoveal, além da deposição de lipofuscina gerando hipofluorescência e atrofia córiocapilar e do epitélio pigmentado da retina. A acuidade visual dos portadores da degeneração de Stargardt decresce com o seu progresso e tende a se estabilizar entre 20/200 (1,0 logMAR) a 20/400 (1,3 logMAR). Esta tese teve como objetivos a investigação da ocorrência de associações entre as variantes alélicas (mutações) e os níveis de expressão do gene ABCA4 com a morfologia dos granulócitos periféricos e os fenótipos clínicos, eletrofisiológicos e de estrutura da retina em pacientes portadores da maculopatia de Stargardt. Nos onze sujeitos selecionados foram identificadas quatro variantes do tipo não-sinônimas e três do tipo sinônimas. A combinação alélica L1395P/D1817E foi encontrada em 64% dos 22 cromossomos analisados sugerindo a ocorrência do efeito do fundador. Não foi possível a associação entre os genótipos e os fenótipos analisados. Os valores diferenciais de expressão do gene ABCA4 obtidos entre pacientes e grupo controle, bem como a prevalência de neutrófilos bastonados na circulação sanguínea periférica sugerem a possibilidade de servirem como biomarcadores para Stargardt. As imagens retinográficas e angiográficas obtidas permitiram a classificação em estágios I, II e III de comprometimento retiniano nos sujeitos investigados. O valores de espessura da região central da mácula dos pacientes foram bem menores do que aqueles obtidos para os controles, evidenciando a perda da camada de fotorreceptores. Os achados eletrorretinográficos de campo total em função do tempo de adaptação ao claro possibilitaram a caracterização das perdas funcionais nos sujeitos investigados. / The autosomal recessive Stargardt's maculopathy is characterized by symmetrical progressive loss of central vision in patients’ first and second decades of life. It is also part of the clinical diagnosis the presence of yellowish-white color specific macular lesions found in the parafoveal and foveal regions, besides lipofuscin deposition generating hypofluorescence and atrophy of choriocapillaris and retinal pigment epithelium. Visual acuity of the Stargardt’s degeneration carriers decreases with their progress and tend to stabilize between 20/200 (1.0 logMAR) to 20/400 (1.3 logMAR). This thesis aimed to investigate the occurrence of association between allelic variants (mutations) and ABCA4 gene expression levels with the peripheral granulocytes morphology and clinical phenotypes, electrophysiological and retinal structure in patients harboring Stargardt’s maculopathy. Four non-synonymous and three synonymous allelic variants were identified among eleven selected subjects. The allelic combination L1395P/D1817E was found in 64% of the 22 chromosomes analyzed suggesting the occurrence of founder effect. There were no association between genotypes and clinical phenotypes analyzed. The differential values obtained for ABCA4 gene expression between patients and controls, as well as the prevalence of banded neutrophils in the peripheral blood circulation suggest the possibility they could serve as biomarkers for Stargardt. The eye fundus and angiographic images were used for the classification in the stages I, II and III of retinal impairment in subjects investigated. The thickness values of the central region of the macula among patients were much lower than those obtained for the controls, indicating a loss of photoreceptor layer. Full-field electroretinographic findings of light adapted eyes during the course of time enabled the characterization of the functional losses in investigated subjects.