L’évolution du Syndrome Douloureux Régional Complexe (SDRC) peut aboutir à un état de douleur chronique invalidant et difficile à traiter. Parmi les stratégies thérapeutiques utilisables, la kétamine, administrée sur 5 jours à des doses infra-anesthésiques, a une place de choix. Cependant, il s'agit d'un traitement invasif et dont le mécanisme d'action antalgique n'est pas connu. Notre travail a porté sur deux aspects du traitement du SDRC par la kétamine: la prédiction de l’efficacité thérapeutique et la compréhension des mécanismes d'action. Dans un premier temps, chez 105 patients SDRC, nous avons évalué l'intérêt de la scintigraphie osseuse au Technétium 99 réalisée avant le traitement pour prédire l’efficacité thérapeutique de la kétamine. Cette efficacité était corrélée à l’augmentation relative de l'activité inflammatoire et du remodelage osseux objectivée par scintigraphie. Dans une deuxième étude, portant sur l’évaluation de l’excitabilité corticale par stimulation magnétique transcrânienne et incluant 19 patients SDRC, nous avons observé que la kétamine réprimait fortement et de façon bilatérale la facilitation intracorticale, paramètre de transmission glutamatergique, et en revanche restaurait l’inhibition intracorticale correspondant au côté douloureux, paramètre gabaergique qui était très altéré avant le traitement. L'effet antalgique de la kétamine était corrélé à cette restauration d'inhibition ainsi qu'à la réduction de la facilitation correspondant au côté sain. Ainsi, la kétamine semble jouer un rôle dans la balance d'influences gabaergiques et glutamatergiques transcalleuses. Ce travail a permis de caractériser de nouveaux mécanismes physiopathologiques ainsi qu’une nouvelle justification de l’efficacité thérapeutique de la kétamine dans le SDRC. / Regional Complex Pain Syndrome (CRPS) can result in a chronic pain condition that is disabling and difficult to treat. Among the therapeutic strategies that can be used, ketamine, administered over 5 days at infra-anesthetic doses, has a place of choice. However, it is an invasive treatment and the mechanism of analgesic action is not known. Our work focused on two aspects of the treatment of CRPS by ketamine: predicting therapeutic efficacy and understanding mechanisms of action. Initially, in 105 CRPS patients, we assessed the benefit of pre-treatment Technetium 99 bone scintigraphy to predict the therapeutic efficacy of ketamine. This efficacy was correlated with the relative increase in inflammatory activity and bone remodeling detected by scintigraphy. In a second study, evaluating cortical excitability by transcranial magnetic stimulation and including 19 CRPS patients, we observed that ketamine strongly and bilaterally repressed intracortical facilitation, a glutamatergic transmission parameter, and on the other hand restored the intracortical inhibition corresponding to the pain side, a gabaergic parameter which was very altered before the treatment. The analgesic effect of ketamine was correlated with this restoration of inhibition as well as the reduction of the facilitation corresponding to the healthy side. Thus, ketamine seems to play a role in the balance of gabaergic and glutamatergic transcallosal influences. This work allowed new physiopathological mechanisms to be characterized as well as a new justification of the therapeutic efficacy of the ketamine in the CRPS.

Le récepteur aux hydrocarbures aromatiques (AhR) est un facteur de transcription de la famille bHLH/PAS, activé par différents ligands exogènes dont les hydrocarbures aromatiques polycycliques ou halogénés (dioxines). A ce titre, il est décrit historiquement comme un récepteur de xénobiotiques dont le principal rôle est l’élimination de ces composés via la régulation des enzymes du métabolisme des xénobiotiques. Toutefois, des études récentes menées à l’aide de modèles souris invalidées pour le AhR, suggèrent indirectement que cette protéine régule des fonctions endogènes, notamment dans le système nerveux de mammifères dans lequel aucun rôle du AhR n’a jusqu’à présent été démontré. Nous avons donc utilisé le modèle de souris C57BL/6J AhR-/- pour mener à la fois des études comportementales et mécanistiques afin de déterminer ce rôle. Tout d’abord, nous avons identifié un défaut oculomoteur chez les souris AhR-/-, caractérisé par des mouvements spontanés horizontaux. En étudiant l’ensemble des circuits neurosensoriels potentiellement impliqués dans ce nystagmus pendulaire, nous avons montré que son origine est liée à des déficits du système visuo-moteur. De plus, en caractérisant et comparant les profils d’expression génique des cervelets de souris AhR+/+ et AhR-/- traitées ou non par de la 2,3,7,8 TétraChloroDibenzo-p-Dioxine (TCDD), nous avons montré que ce polluant, ligand du AhR, perturbait les fonctions endogènes du récepteur. Cet effet de « perturbation endogène » a été retrouvé dans un autre organe et est associé à une toxicité (fibrose hépatique). Cette étude a permis d’identifier de nouvelles fonctions physiologiques du AhR dans le système nerveux des souris, de caractériser un nouveau modèle animal de nystagmus pendulaire et ouvre de nouvelles perspectives de travail en neurotoxicologie. / The AhR is a basic helix-loop-helix Per/ARNT/Sim family (bHLH-PAS) transcription factor which is activated by many diverse compounds including polyphenols and aromatic hydrocarbons such as 2,3,7,8 TétraChloroDibenzo-p-Dioxin (TCDD). Initially, the AhR was described as a ubiquitous xenobiotic-activated transcription factor which promotes the elimination of xenobiotics by regulating the expression of genes involved in xenobiotic metabolism. However, mouse AhR knockout models have demonstrated that the AhR also regulates other normal physiological functions. In particular, functioning of the nervous system of mammals, previously unexplored in this respect, might depend upon the activity of the AhR. We, thus, performed behavioral and gene expression studies in AhR-/- mice to discover these functions. We, first, found that AhR-/- mice exhibit an oculomotor deficit which is characterized by spontaneous horizontal pendular eye movements that are probably due to a deficit in the visuo-motor circuitry. Second, we found that the cerebellar gene expression profiles of AhR-/- as compared to AhR+/+ mice resembled those of AhR+/+ mice treated with TCDD (the ligand with the highest affinity for the AhR). This suggests that TCDD disrupts some normal physiological functions of the AhR in the nervous system. Third, AhR-/- mice and AhR+/+ treated with TCDD both develop liver fibrosis. This further suggests a role for the AhR in normal liver function. In conclusion, this study reveals new physiological functions for the AhR in the mouse nervous system and describes a new model of pendular nystagmus. Moreover, the results also provide novel research perspectives in the field of neurotoxicology.

La mise en place du système nerveux central (SNC) repose sur l’équilibre entre prolifération et différenciation des cellules souches neurales. Chez les mammifères, le SNC suit un développement biphasique avec une phase proliférative pendant laquelle les cellules souches neuroépithéliales s’amplifient par division symétrique puis une phase neurogénique pendant laquelle elles sont converties en progéniteurs neuraux se divisant de manière asymétrique pour générer leurs neurones. De nombreux mécanismes sont impliqués dans la régulation des phases du développement du SNC, mais leur coordination au cours du développement demeure mal comprise. Dans ce contexte, la famille des gènes oncofoetaux s’avère très pertinente. Ces gènes sont exprimés au cours du développement précoce où ils coordonnent la synchronie des évènements développementaux. Ils sont éteints en fin de développement mais leur réexpression dans de nombreux cancers témoigne de leur caractère oncogénique. Les mécanismes contrôlant leur extinction au cours du développement ou leur réactivation lors de la tumorigenèse restent obscurs. Durant ma thèse de doctorat, j’ai utilisé la mouche drosophile pour mieux comprendre comment des gènes aux propriétés oncofoetales sont contrôlés et coordonnent les évènements développementaux du SNC. Mon projet de thèse a permis d’identifier le gène aux propriétés oncofoetales, Chinmo, comme impliqué dans le développement du lobe optique de la drosophile pendant sa phase proliférative et dans le processus cancéreux. Ainsi, ces travaux pourront contribuer à une meilleure compréhension du rôle des gènes oncofoetaux dans le contexte développemental et tumoral chez les mammifères. / The development of the central nervous system (CNS) relies on the tight balance between proliferation and differentiation of the neural stem cells. The mammal CNS develops in two phases: the proliferative phase during which the neuroepithelial stem cells amplify through symmetric divisions and a neurogenic phase during which they are converted into neural progenitors that divide asymmetrically to generate their neuronal progeny. Several mechanisms are involved in the regulation of both phases of the CNS development however their coordination in the course of the development remains unclear. In this context, the oncofetal gene family seems particularly relevant. These genes are expressed during the early development where they coordinate the synchrony of the developmental events. They are switched off during the late development but their reexpression in numerous cancers brings evidence of their oncegenicity. The mechanisms governing their repression along the development and their reactivation in cancers are not well understood. During my thesis, I used the Drosophila model to better understand how oncofetal genes are controlled and regulate the developmental events in the CNS. My thesis project allowed to identify an oncofetal-like gene, Chinmo, involved in the development of the Drosophila CNS during its proliferative and in the cancerization process. This work may contribute to a better understanding of the role of oncofetal genes both in the developmental and the tumoral context in mammals.

Parmi les facteurs intervienant dans la régulation et le maintien du fonctionnement d'organes, le système nerveux autonome et la microcirculation jouent un rôle prépondérant. Chez les patients critiques, comme les patients en sepsis, des altérations de la balance sympatho-vagale et de la perfusion tissulaire peuvent survenir et avoir des conséquences majeures en matière de morbidité et mortalité. La mise en oeuvre de méthodes de détection précoces de ces perturbations pourrait donc contribuer à améliorer la survie des patients à risque. En effet, le suivi des paramètres hémodynamiques, comme classiquement réalisé lors de réanimation, peut s'avérer insuffisant pour détecter des altérations de perfusion tissulaire : lors de sepsis, des altérations microcirculatoires peuvent persister en dépit de la normalisation des paramètres macrocirculatoires et sont associées à un mauvais pronostic. Eu égard à la présence de dysfunctions microcirculatoires et du système nerveux autonome chez les patients critiques, ce travail de recherche s'est proposé d'évaluer l’impact de modulateurs du système sympathique sur la balance sympatho-vagale et la microcirculation. Pour ce faire, nous avons travaillé avec des modèles animaux et des animaux admis en centre hospitalier universitaire vétérinaire. Le suivi du système nerveux autonome s'est basé sur un nouvel index de mesure du tonus parasympathique (Parasympathetic Tone Activity ou PTA). En parallèle, la microcirculation a été évaluée par vidéomicroscopie (SDF, Sidestream Dark Field imaging). L'index PTA a démontré une performance correcte pour prédire les réactions hémodynamiques chez les chiens anesthésiés. Il a aussi permis de détecter une altération de la balance sympathique chez les chevaux admis pour une chirurgie de colique ainsi qu’une altération de la microcirculation en dépit des manoeuvres de réanimation. Les études précliniques sur l’impact de la perfusion d’esmolol et de dexmédétomidine dans un modèle porcin septique ont montré que, malgré leurs effets hémodynamiques potentiels, ces agents n’ont pas eu d’effet négatif sur la microcirculation. Ainsi, les résultats de ce travail suggèrent un effet bénéfique des modulateurs du système nerveux sympathique sur la microcicultion mais nécessite d'être confirmé à plus grande échelle / Among the factors involved in the regulation and maintenance of the organs’ functioning, the autonomic nervous system and the microcirculation play a preponderant role. In critical patients, such as septic patients, alterations in the sympathovagal balance and tissue perfusion may occur and have major consequences of morbidity and mortality. The implementation of early detection methods for these disturbances could therefore contribute to improve the survival of patients at risk. Indeed, the monitoring of hemodynamic parameters, as conventionally performed during resuscitation, may be insufficient to detect tissue perfusion alterations: during sepsis, microcirculatory changes may persist despite the normalization of macrocirculatory parameters and are associated with a bad prognosis. With regard to the presence of microcirculatory dysfunctions and autonomic nervous system alterations in critical patients, this research project proposed to evaluate the impact of modulators of the sympathetic system on the sympatho-vagal balance and microcirculation. In order to achieve this, we worked on animal models and animals admitted to the faculty’s veterinary hospital center. Monitoring of the autonomic nervous system was based on a new Parasympathetic Tone Activity (PTA) index. In parallel, the microcirculation was evaluated by videomicroscopy (SDF, Sidestream Dark Field imaging). The PTA index demonstrated a good performance in predicting hemodynamic reactions in anesthetized dogs. It also detected disturbances of the sympathetic balance in horses admitted for colic surgery as well as an alteration of microcirculation despite resuscitation maneuvers. Preclinical studies on the impact of esmolol and dexmedetomidine infusion in a septic swine model showed that, despite their potential hemodynamic effects, these agents did not have a negative effect on the microcirculation. Thus, these findings suggest a beneficial effect of the modulators of the sympathetic nervous system on the microcicultion, however, these resutls should be confirmed on a larger scale

La dystrophie myotonique de type I (DM1) constitue la plus fréquente des pathologies musculaires héréditaires chez l’adulte. Bien qu’initialement considérée comme une maladie musculaire, la DM1 présente une atteinte neurologique très handicapante. Cette maladie autosomique dominante résulte de l’expansion anormale d’un triplet CTG dans la partie 3’UTR du gène DMPK. Un effet trans du transcrit DMPK muté entraine une dérégulation de l‘épissage alternatif dans de nombreux tissus. Cependant, les mécanismes pathologiques de la DM1 dans le cerveau restent encore peu compris. Afin de disséquer ce mécanisme, notre laboratoire a créé des souris transgéniques exprimant le transcrit DMPK avec de larges expansions CUG dans de nombreux tissus. Ces souris nommées DMSXL, recréent d’importants aspects pathologiques de la DM1, comme des anomalies du comportement et électrophysiologiques du cerveau. Elles représentent donc un excellent outil pour explorer l’effet pathologique de la mutation dans le SNC. En m’appuyant sur ce modèle, j’ai exploré dans un premier temps l’effet trans des ARNs toxiques et l’ampleur de la splicéopathie dans le SNC. De façon intéressante, certains défauts d’épissage sont régions spécifiques, et ne montrent pas d’aggravation avec l’âge des souris DMSXL. Mes résultats démontrent que les ARNs mutés sont capables de déréguler l’épissage alternatif dans l’ensemble du SNC. La région du cervelet a aussi montré des anomalies de l’épissage dans les souris DMSXL, qui, en plus, présentent des perturbations cognitives dépendantes de cette région cérébrale. Le cervelet des souris DMSXL présente aussi des déficits électrophysiologiques suggérant une dysfonction cérébelleuse et plus précisément une dysfonction des cellules de Purkinje. Dans la recherche des populations cellulaires les plus affectées dans le cervelet, j’ai démontré la présence de signes de la toxicité de l’ARN plus marqués dans la glie de Bergman, entourant les cellules de Purkinje. Pour trouver les voies moléculaires perturbées dans le cervelet, et disséquer le mécanisme derrière les anomalies observées, j’ai réalisé une approche protéomique globale et trouvé une sévère baisse de l’expression du transporteur glial de glutamate GLT1/EAAT2, suggérant une dysfonction du cervelet, en conséquence d’un possible métabolisme anormal du glutamate. L’analyse protéomique globale du cerveau des souris DM1 a aussi identifié des différences d’expression et des modifications post-traductionnelles de protéines impliquées dans la signalisation du calcium. L’étude du métabolisme des ARNm dans la DM1 a mis en évidence la dérégulation de l’épissage de gènes impliqués dans le métabolisme du calcium, soutenant l’hypothèse d’une dysfonction calcique dans le SNC. Pour étudier les conséquences de la mutation sur les variations calciques cellulaires, j’ai caractérisé un modèle cellulaire astrocytaire de la DM1. Ce modèle m’a permis de démontrer une localisation anormale du récepteur GRIN1/NMDAR1, ainsi qu’une réponse calcique anormale dans les astrocytes primaires porteurs des amplifications CTG. Malgré les avancés thérapeutiques dans le muscle, on ne sait pas à quel point les stratégies en cours de développement sont efficaces dans le SNC. Pour étudier ce problème, j’ai utilisé le modèle astrocytaire de la DM1 afin de valider in cellulo une stratégie thérapeutique qui vise à rétablir une activité normale du facteur d’épissage MBNL1 endogène. Mes travaux de thèse ont permis d’avancer dans la compréhension de la neuropathologie de la DM1. Ils ont mis en évidence pour la première fois une dysfonction du cervelet, ainsi que la possible dérégulation de la voix calcique dans le SNC. Mes résultats ont donc contribué à mieux comprendre le mécanisme de la DM1 dans le SNC, pour, à long terme, développer des approches thérapeutiques ciblant des évènements moléculaires précis. / Myotonic dystrophy type 1 (DM1) is the most frequent inherited muscular disorder in adults. Although traditionally regarded as a muscle disease, DM1 presents debilitating neurological manifestations. DM1 is an autosomic dominant disease caused by the abnormal expansion of a CTG triplet within the 3’UTR of the DMPK gene. Many molecular aspects of the DM1 are mediated by a trans effect of the expanded DMPK transcripts, whose accumulation leads to splicing deregulation in many tissues. Despite recent progress in the understanding of DM1 pathogenesis in muscle and central nervous system (CNS), the detailed molecular disease mechanism operating in the brain is still poorly understood. In order to investigate the pathophysiology, our laboratory has generated DMSXL transgenic mice expressing DMPK transcripts containing large CUG expansions in many tissues. DMSXL mice mimic important features of the DM1, notably in the CNS, showing behaviour as well as electrophysiological abnormalities. Therefore, this mouse line represents an excellent tool to investigate the toxic effects of the mutation in the CNS. Taking advantages of this transgenic model, I have first explored the trans effect of the toxic RNA and the extent of DM1-associated spliceopathy in the CNS. Interestingly, some splicing defects were region-specific, and their severity did not increase with the age of the DMSXL mice. My data demonstrate that CUG-containing RNAs have a wide deleterious effect and deregulate alternative splicing in many areas of the CNS. In addition to splicing abnormalities in cerebellum, DMSXL mice also displayed deficits in cerebellum-dependant motor coordination. Plus, DMSXL cerebellum showed electrophysiological abnormalities, suggesting cerebellar dysfunction and more precisely Purkinje cell dysfunction. In the search for the cellular populations showing the greatest susceptibility to RNA toxicity in the cerebellum, I have found extensive foci accumulation as well as pronounced splicing defects in the Bergman glia, surrounding Purkinje cells, in DMSXL and DM1 patients cerebellum. In order to identify molecular pathways and mechanisms behind the behaviour and electrophysiological abnormalities detected, I have performed a global proteomics approach and found a severe decrease in the expression of a glial glutamate transporter GLT1/EAAT2, suggesting that DM1 causes cerebellum dysfunction, through abnormal glutamate metabolism. Global proteomic analysis of DMSXL cerebellum also identified expression and post-translational changes of several proteins involved in calcium signalling. Missplicing of different transcripts involved in calcium metabolism reinforces the idea of calcium dysfunction in the neuropathogenesis of the DM1. To study the effects of toxic RNA on calcium homeostasis and flux, I have established and characterised a brain cell model of DM1. DMSXL primary astrocyte cultures allowed me to show the mislocalisation of the glutamate receptor GRIN1/NMDAR1, as well as abnormal calcium responses to stimulation. Despite recent therapeutic advances in muscle, we do not know the CNS efficiency of the therapeutic strategies currently being developed. To address this problem, I have used the DM1 astrocyte cell model to validate in cellulo a therapeutic strategy aiming to restore the activity of the endogenous splicing factor MBNL1. My thesis work provided a significant step in the understanding of the DM1 pathology in the CNS. My results revealed for the first time signs of cerebellum dysfunction in DM1, as well as signs of calcium homeostasis deregulation in the SNC. My work contributed to better understand the pathological mechanisms of DM1, the brain pathways and cell types most susceptible to toxic RNA. In the long term, my data will contribute to the rational development of therapeutic strategies targeting precise and deleterious molecular events.

La déficience intellectuelle (DI) est définie comme un dysfonctionnement intellectuel général inférieur à la moyenne, qui s'accompagne de limitations significatives du fonctionnement adaptatif (DSM-V). Il s'agit d'un handicap fréquent qui concerne près de 3% de la population générale. L'identification de l'étiologie d'une DI est une question primordiale car elle permet d'optimiser la prise en charge des patients sans risque de passer à côté d'une cause curable, et d'évaluer le risque de récidive dans la famille afin d'offrir un conseil génétique pour les grossesses à venir. Malgré les récents progrès, l'étiologie de la maladie reste inconnue dans près de 40% des cas. Le démembrement des causes génétiques et la compréhension des bases physiopathologiques des DI constituent donc un grand défi scientifique et médical. Par ailleurs, l'identification des gènes impliqués dans les DI et le décryptage des processus cellulaires sous-jacents à ces phénotypes sont une approche de choix pour étudier le développement et la plasticité cérébrale chez l'homme d'une part et entrevoir le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques d'autre part. Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit s'inscrit dans cette thématique de recherche et a porté sur l'analyse, par la méthode de Whole Exome Sequencing (WES), de cinq familles indépendantes dans lesquelles ségrège une forme syndromique de DI. La première partie détaille les résultats obtenus pour l'analyse de trois familles consanguines dans lesquelles ségrège une DI autosomique récessive. La seconde partie présente l'étude de deux familles indépendantes dont les enfants atteints présentent une clinique très semblable. Au total, ce mémoire décrit l'identification de i) deux gènes précédemment associés à la DI (WDR62 et AP4M1), ii) deux gènes candidats (RAD54B et HERC2), potentiels modificateurs des symptômes observés, puis iii) la définition d'un nouveau mode d'hérédité, et enfin iv) la caractérisation de deux nouveaux gènes impliqués dans la DI (TTI2 et NONO) suivie des études fonctionnelles des efiets des mutations sur les cellules de patients et l'analyse d'un modèle murin Nonogt. / Intellectual deficiency (ID) is characterized by a broad range of deficits in higher brain functions that result in significant limitations in adaptive and cognitive capacities required for competence in daily living, communication, social interaction and integration, self-direction, and work (DSM-V). ID affects approximately 3% of the population. Identifying ID causes is essential to improve patients' care services with no risk to miss a curable cause, but also to provide genetic counselling to the family for future pregnancies. Little is known about the biological bases of these conditions. Indeed, despite recent advances in cytogenetic and molecular genetics, the cause of the mental handicap remains unexplained in 40% of the cases. Understanding the molecular bases of these disorders is therefore an important medical challenge for the next years. Also, ID genes identification and analysis of the cellular mechanisms underlying these conditions should provide significant insight into the molecular and cellular pathways involved in cognition and may lead to new therapeutic trials aiming at improving the daily living of these patients and their families. The PhD work presented here report on the analysis, using Whole Exome Sequencing (WES), of five different families presenting with syndromic ID. The first part develops results from the analysis of three consanguineous families with an autosomal recessive form of ID. The second part presents the study of 2 unrelated male ID patients who presented the same clinical features. Overall, this work allowed the identification of i) two genes previously associated with ID (WDR62 and AP4M1), ii) two candidate genes (RAD54B and HERC2), potential modifiers of the phenotype, then iii) the definition of a novel hereditary mode, and finally iv) the characterization of two new genes of ID (TTI2 and NONO) followed by the functional analysis of mutations effects in patients' cells and the Nonogt mouse model.

Le « Brain-Derived Neurotrophic Factor » (BDNF) est la neurotrophine la plus abondante et la plus répandue dans le cerveau humain. De nombreuses études se sont intéressées à son rôle dans la survie neuronale, la croissance et la plasticité synaptique. La signalisation BDNF est dépendante de deux récepteurs, le récepteur tyrosine kinase (TrkB) et le récepteur neurotrophine p75 (p75NTR). Il est bien établi que le rôle trophique du BDNF est assuré via son récepteur de haute-affinité TrkB, alors que la forme précurseur proBDNF active p75NTR vers la voie d'apoptose. Cette double signalisation est physiologiquement contrôlée par un équilibre entre les différentes voies. Les résultats obtenus à partir des études cliniques et des modèles animaux suggèrent un rôle de la signalisation BDNF dans les tauopathies, caractérisées par l'existence de dépôts intracérébraux de protéine tau, une caractéristique commune à certaines maladies neurodégénératives, notamment la maladie d'Alzheimer (MA). Cependant, aucune investigation n'a été menée jusqu'à présent sur les modifications que pouvaient induire les tauopathies dans la signalisation BDNF et si une dérégulation de l'expression du BDNF pouvait affecter ses propres récepteurs TrkB et p75NTR.Dans ce travail de thèse, nous avons utilisé une lignée de poisson-zèbre transgénique portant la mutation humaine TAUP301L retrouvée notamment dans le démence fronto-temporale. Nous avons mesuré l'expression de BDNF et de ses deux récepteurs au niveau transcriptionnel et protéique. Nous n'avons observé aucune modification des taux d'expression de BDNF et de TrkB, en revanche, nous avons noté une augmentation significative de p75NTR. A l'aide de la même lignée transgénique, nous avons induit une baisse d'expression de BDNF via la micro-injection de morpholinos. De manière remarquable, la baisse d'expression de BDNF affecte de façon différentielle TrkB et p75NTR. En effet, nous avons observé une diminution de l'expression de TrkB et parallèlement une augmentation de p75NTR. De plus, la baisse d'expression de BDNF aggrave la neurotoxicité associée au développement de la tauopathie ce qui se traduit par une augmentation de la mort neuronale et de l'hyperphosphorylation de tau, cette dernière étant concommittante à une activation de la Glycogen Synthétase Kinase 3 beta (GSK3beta).Une diminution de l'effet neuroprotecteur de BDNF à travers un déséquilibre de ces récepteurs de signalisation a été également montré en étudiant le rôle de BDNF au cours du développement de la ligne latérale postérieure (PLL). Ce système est considéré comme un modèle d'étude particulièrement pertinent pour évaluer différents processus biologiques comme la migration cellulaire collective ou la régénération cellulaire. Nous avons détecté l'expression de BDNF dans plusieurs structures de la PLL. La diminution d'expression de BDNF conduit à un défaut de migration du primordium de la PLL, associé à une augmentation de la mort cellulaire. De plus, nous avons observé une réduction de la prolifération cellulaire et un défaut de repousse axonale du nerf, ce qui conduit à des anomalies de régénération à la fois du nerf de la PLL et des cellules ciliées. Nos résultats suggèrent que le BDNF joue un rôle essentiel au cours du développement de la PLL et démontrent la pertinence du système de la ligne latérale en tant que modèle d'étude des fonctions de BDNF.En conclusion, notre étude représente la première analyse du rôle in vivo de BDNF et de ses 2 récepteurs de signalisation. Nous avons ainsi montré les répercussions d'une dérégulation des voies de signalisation du BDNF. Un équilibre entre ces deux voies est essentiel pour le développement et la survie cellulaire, ce qui fait de BDNF non seulement une cible thérapeutique potentielle, mais également une neurotrophine clé pouvant activer plusieurs circuits de signalisation, potentialisant ainsi son rôle protecteur. / Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is the most abundant secreted and widely distributed neurotrophin in human brain. It has been extensively studied for its role in neuronal survival, growth and synaptic plasticity. BDNF signaling mediated through tryosine receptor kinase B (TrkB) and p75NTR neurotrophin receptor (p75NTR). It is well established that BDNF beneficial actions are mediated by it is high-affinity TrkB, whereas pro-BDNF activates p75NTR towards apoptosis. This diverse dual signaling is normally under a tight balance regulation. Based on clinical and animal studies, it has been suggested that BDNF signaling is involved in tauopathy, which is a pathological hallmark in several neurodegenerative diseases, including Alzheimer's disease (AD). However, what changes tauopathy may induce on BDNF signaling, and whether BDNF deregulation could affect its two signaling receptors (TrkB, p75NTR), and eventually tauopathy pathogenesis, have not been investigated. In this study we used a transgenic zebrafish line for human Tau-P301L tauopathy, and measured transcriptional and protein levels of BDNF and of its two signaling receptors. We found no modification of BDNF and TrkB expression levels, but a significant up-regulation of p75NTR. We then used the same transgenic line to generate BDNF knockdown using morpholino microinjection technique. Interestingly, BDNF knockdown differentially affects TrkB and p75NTR; we observed a reduction of TrkB expression and an increase in p75NTR expression. In addition, BDNF knockdown aggravates tauopathy-associated toxicity; we found an increase in neuronal cell death and tau hyperphosphorylation, the latter was accompanied by an activation of tau glycogen synthase kinase 3beta (GSK3beta). Attenuation of BDNF neuroprotective effects through imbalance of its signaling receptors was further highlighted through studying BDNF role in the development of zebrafish posterior lateral line system (PLL). This system has recently emerged as a powerful tool to study several dynamic biological processes, including collective cell migration and nerve/hair cells regeneration. We detected BDNF expression in different PLL components. BDNF knockdown led to an impairment of the PLL primordium migration due to concomitant increase in cell death rate. In addition, reduced cell proliferation and defect in axonal re-growth were observed , which led to major defects of PLL nerve/hair cells regeneration, respectively. These findings suggest that BDNF has an essential role in PLL development, but more important they introduce PLL as research model to study BDNF functions. This is the first study to provide a detailed in vivo analysis of BDNF and its two signaling receptors. Our findings highlight several implications of BDNF signaling deregulation. Balanced signaling clearly has essential roles in survival and development, in addition to being a therapeutic target, BDNF can itself activate diverse molecular pathways, thus setting up a potential circuitry that could enhance its protective role.

Les récepteurs purinergiques P2X sont des canaux ioniques activés par l’ATP. Ils sont exprimés très largement dans l’organisme, et possèdent de nombreux rôles physiologiques et pathologiques. Les récepteurs P2X4 en particulier ont été impliqués dans les processus de douleur chronique. Suite à une lésion nerveuse, l’expression des récepteurs P2X4 est induite de novo dans la microglie spinale activée, où ils sont responsables de l’hypersensibilité mécanique caractéristique des douleurs neuropathiques.Notre étude montre que les récepteurs P2X4 neuronaux sont également des acteurs centraux dans plusieurs processus pathologiques, et notamment dans la douleur inflammatoire périphérique chronique. Les récepteurs P2X4 sont exprimés par les neurones sensoriels des ganglions rachidiens et semblent impliqués dans la libération du BDNF dans la corne dorsale de la moëlle épinière. Cette libération conduit à l’activation des voies de signalisation de la voie BDNF/TrkB, et en particulier à la diminution de l’expression de KCC2. Ce processus est en partie responsable de l’allodynie tactile et de l’hyperalgésie mécanique observée en cas de douleur inflammatoire chronique. Notre étude a également permis d’étendre cette hypothèse à un modèle d’excitotoxicité in vitro dans l’hippocampe, mimant une activité épileptiforme. Nos résultats indiquent que les récepteurs P2X4 neuronaux pourraient être des acteurs importants de la libération de BDNF dans l’hippocampe lors d’un évènement excitotoxique. / Purinergic receptors P2X are ATP-gated ion channels widely expressed in the organism and involved in many physiological and pathological states. Particularly, P2X4 receptors have been involved in chronic pain. Following nerve injury, their expression is induced de novo in activated spinal cord microglia where they are responsible for the BDNF release leading to tactile allodynia, a characteristic of neuropathic pain. Our study shows that neuronal P2X4 receptors are crucial actors of other pathological processes, including inflammatory pain. We show that P2X4R are expressed in sensory neurons in dorsal root ganglions and seem involved in BDNF release in the spinal cord. This release leads to activation of BDNF/TrkB signalization pathways, and particularly to the downregulation of KCC2. This process underlies the spinal hyperexcitability in chronic inflammatory pain states. These results have been extended to model of excitotoxicity in the hippocampus mimicking the lesions caused by an epileptic activity. Our preliminary results suggest that neuronal P2X4 receptors are likely major actors in the BDNF release in the hippocampus following an excitotoxicitic insult.

Les canaux calciques de type T Cav3.2 sont des régulateurs clés des fonctions sensorielles, et de fait sont également des cibles intéressantes pour le développement de nouveaux composés analgésiques pour le traitement et le management de la douleur. Malgré de récentes avancées dans l’identification de petites molécules organiques ciblant la famille des canaux Cav3.x/Type T, il reste encore à identifier un inhibiteur spécifique de Cav3.2. Le venin d’araignées contient une large diversité de neurotoxines incluant des modificateurs de gating des canaux calciques. En utilisant des canaux calciques recombinants, nous avons procédé à un criblage d’une bibliothèque de venins et avons identifié un nouveau peptide de 28 acides aminés (Psp3Tx1). La forme synthétique de ce peptide a été utilisé pour déterminer son profil de selectivité sur un panel de membres proches de la famille des canaux calciques (Cav) et sodiques (Nav) dépendants du voltage. Le peptide est sélectif pour le canal Nav1.7 (une cible largement validée dans le contexte des pathologies de la douleur) avec un effet complémentaire sur Cav3.2 à de fortes doses. In vivo chez la souris, le peptide possède des propriétés analgésiques avec des effets anti-hyperalgésiques et anti-allodyniques dans un contexte de douleur neuropathique. Ce peptide possède également un pouvoir analgésique dans un contexte de douleur spontanée induit par un agoniste des canaux Nav1.7. Les résultats présentés dans cette thèse sont encourageants pour la mise en place d’un projet amenant Psp3Tx1 au niveau clinique. / The T-type calcium channel Cav3.2 emerges as a key regulator of sensory functions, and therefore is an interesting drug target to develop innovative analgesic compounds for improved chronic pain management. Despite recent advances in the identification of small organic molecules targeting the Cav3.x/T-type calcium channel family, to date specific Cav3.2 inhibitors remains to be identified. Spider venoms proved to contain a large diversity of neurotoxins including gating modifiers of calcium channels. Using recombinant Cav3.2 channels, we performed a screening of a Tarantula venom library and identified a new 28 amino acid peptide (Psp3Tx1). The synthetic form of the peptide was used to determine its selectivity profile over a panel of closely related members of the voltage gated calcium (Cav) and sodium (Nav) channels. The peptide proved to be selective for the Nav1.7 channel (largely validated target in the context of pain pathologies) with an additional effect on Cav3.2 at more elevated doses. In vivo in mice, the peptide demonstrated to be an efficient analgesic molecule with anti hyperalgesic and antiallodynic properties in the context of neuropathic pain. This peptide also possess analgesic properties in a context of spontaneous pain induced by a Nav1.7 agonist. The results presented in this thesis are encouraging for the setup of a project taking Psp3Tx1 into clinical tests.

L’infection par le cytomégalovirus (CMV) au cours de la grossesse est fréquente et représente la première cause de pathologie neurodéveloppementale. En dépit de cette importance médicale, il n’existe à ce jour aucun traitement préventif ou curatif satisfaisant, et les mécanismes physiopathologiques mis en jeu, en particulier au niveau du cerveau foetal, restent mal connus. Des découvertes récentes sur les modèles murins d’infection cérébrale par le CMV, principalement réalisées pendant la période néonatale, ont apporté des données convergentes sur la physiopathologie de ces infections cérébrales ; notamment, le rôle joué par les cellules immunitaires périphériques dans la résolution de l’infection, et l’implication du système immunitaire cérébral (SIC) au cours du processus infectieux. Afin de compléter et préciser les résultats précédemment obtenus dans différents modèles murins, et de comprendre le rôle joué par le SIC, le premier objectif de ma thèse a consisté à mettre au point et à caractériser un nouveau modèle d’infection cérébrale par le CMV au cours du développement in utero chez le rat. Dans l'ensemble, nos résultats confirment l'altération du SIC au cours de l'infection par le CMV du cerveau en développement, et suggèrent fortement, dans ce modèle, un rôle majeur joué par le système microglie/macrophage dans l'émergence de troubles neurologiques semblables à ceux observés dans la pathologie humaine correspondante. / Cytomegalovirus (CMV) infection during pregnancy is the leading cause of neurodevelopmental disorders (polymicrogyria, microcephaly) and may lead to severe sensorineural consequences (deafness, epilepsy, cerebral palsy and hearing loss). Despite this medical importance, no preventive or curative treatment is satisfactory to date, and the pathophysiological mechanisms, notably in the fetal brain, remain poorly understood. Recent findings in murine brain CMV infection, mostly in neonatal models, have brought converging insights into the pathogenesis of these infections; the possible role played by peripheral immune cells against infection and the involvement of the brain immune system (BIS) have been proposed. The actual roles of BIS during in utero infection, and more specifically that of microglial cells and macrophages, remain unclear. In order to expand and precise the data previously obtained in the murine models, and to clarify the role of BIS, the first objective of my thesis was to design and to characterize a novel model of CMV infection during the fetal development of the rat brain. Overall, our datas confirm the altered state of BIS as a consequence of CMV infection of the developing brain, and strongly suggest, in the rat model studied here, that the microglia/macrophages system plays critical role in the pathogenesis of neurological manifestations similar to those classically seen after human congenital CMV infection.