La maladie d’Alzheimer (MA) est caractérisée par deux lésions neuropathologiques: les plaques séniles (composées essentiellement du peptide amyloïde Ab) et les dégénérescences neurofibrillaires (DNF, composées de formes hyperphosphorylées de protéines tau). Les mécanismes de formation des DNF sont encore mal compris et notre travail expérimental a eu pour objectifs d’étudier certaines hypothèses de formation des DNF.<p>1° Une hypothèse étiopathogénique de la MA est la “cascade amyloïde”, selon laquelle le peptide amyloïde Ab exercerait un effet toxique entraînant la phosphorylation de tau et la formation de DNF. Certaines formes familiales de MA sont dues à des mutations du gène du précurseur du peptide amyloïde (APP) ou des présénilines et nous avons voulu déterminer si la surexpression de ces protéines pouvait entraîner la formation de DNF. Nous avons d’abord étudié une lignée murine double transgénique surexprimant l’isoforme 0N3R de protéine tau humaine “sauvage” et une forme mutée de préseniline 1 (M146L). Nous y avons démontré une co-expression neuronale des deux protéines et une augmentation de la phosphorylation de tau mais nous n’y avons pas observé de formation de DNF, chez des animaux examinés jusqu’à 17 mois. Nous avons ensuite étudié une lignée murine triple transgénique surexprimant l’isoforme 0N3R de protéine tau “sauvage”, une forme mutée de préseniline 1 (M146L) et une forme mutée de l’APP 751 (mutations Swedish K670N, M671L et London V717I). Ces animaux ont développé précocement (2.5 mois) des dépôts extracellulaires de peptide Ab. Nous y avons observé une augmentation de la phosphorylation de tau dans les prolongements neuronaux en contact avec les dépôts amyloïdes et des anomalies de l’organisation du cytosquelette, mais pas de DNF, chez des animaux examinés jusqu’à 18 mois.<p>2° Certaines mutations du gène de tau sont responsables de formes familiales de démence frontotemporales dans lesquelles se développent des DNF. Ces mutations favoriseraient l’agrégation de tau où entraîneraient un déséquilibre de l’expression relative des isoformes de tau. Un tel déséquilibre pourrait également être induit dans les formes sporadiques de MA, en l’absence de mutations de tau. Afin d’investiguer cette hypothèse, nous avons étudié le profil d’expression des ARNm de tau et des isoformes de protéines tau dans plusieurs régions cérébrales de sujets contrôles ou atteints de MA. Un même profil d’expression a été observé dans les deux groupes. Une augmentation relative de l’expression de l’isoforme 0N3R de tau dans le cortex temporal pourrait être liée à la sensibilité de cette région au développement de DNF. Nous avons également étudié des lignées stables de cellules CHO exprimant des formes mutées (P301L, R406W) et non-mutées de protéines tau. Nous n’avons cependant pas observé d’augmentation de l’agrégation de tau dans les lignées exprimant les formes mutées de tau.<p>Nos résultats indiquent que la simple surexpression de formes mutées de l’APP et des présénilines, même en présence d’une protéine tau humaine, ne suffit pas à entraîner la formation de DNF. En outre, l’absence de différence dans le profil d’expression cérébrale des isoformes de tau entre sujets contrôles et atteints de MA suggère que les modifications post-traductionnelles de cette protéine jouent un rôle plus important dans la genèse des DNF.<p> / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’athérosclérose débute par l’accumulation de cholestérol dans les cellules des parois artérielles, formant des plaques d’athéromes. LRP1 protège contre la maladie en inhibant l’accumulation intracellulaire de cholestérol et nous avions montré qu’une signalisation Wnt5a était impliquée dans cette inhibition. Le projet de thèse consistait à caractériser les mécanismes moléculaires de cette inhibition et à vérifier l’effet athéroprotecteur de Wnt5a. Nous avons montré in vitro et in vivo que Wnt5a inhibe l’accumulation de cholestérol via la stimulation de son export et l’inhibition de sa synthèse endogène. Nous avons ensuite observé que l’invalidation de Wnt5a spécifiquement dans les CMLv de souris LDLR-/- conduit à une augmentation des lésions athéromateuses après un régime riche en cholestérol, confirmant alors son rôle athéroprotecteur. Nos travaux ont ainsi permis de révéler le potentiel de Wnt5a en tant que cible thérapeutique dans le traitement contre l’athérosclérose. / Protects against intracellular cholesterol accumulation and we identified the secreted protein Wnt5a as a partner of this inhibitory effect of LRP1. The aim of this thesis is to determine the molecular mechanisms by which the LRP1/Wnt5a signaling pathway prevents cholesterol accumulation in cells and to study the antiatherogenic potential of Wnt5a. We first showed in vitro and in vivo that Wnt5a decreases cellular cholesterol content by stimulating its efflux through the induction of cholesterol transporters expression and by down-regulating the expression of HMGCoA-reductase. Then we used mice deleted for Wnt5a specifically in smooth muscle cells, which present more atherosclerotic lesions than control mice after a high cholesterol diet. This confirms that Wnt5a protects against atherosclerosis and could be an interesting therapeutic target in the treatment of the disease.

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 maladie d’Alzheimer (MA) se caractérise par une perte des fonctions cognitives liée à une dégénérescence neuronale induite par l’accumulation de peptides amyloïdes-β (Aβs) dans des régions vulnérables du cerveau comme l’hippocampe. Au niveau moléculaire, les peptides Aβs se lient préférentiellement à la densité post-synaptique des synapses excitatrices, espace au niveau duquel la protéine d’échafaudage PSD-95 organise l’ancrage des récepteurs NMDA (RNMDAs) et régule leur mobilité membranaire. A l’aide d’une stratégie intégrative qui favorise des niveaux d’analyse verticaux (du phénotype aux événements moléculaires) et qui combine un ensemble d’approches corrélatives et invasives chez des souris double transgéniques APPswe/PS1dE9 modèles de la MA, nous avons mis en évidence que les peptides Aβs déstabilisent l’organisation synaptique (altération de l’expression de la PSD-95) et augmentent le pool extrasynaptique de sous-unités GluN2B des RNMDAs dans l’hippocampe. Cette réorganisation se traduit par une perturbation des fonctions mnésiques. Par ailleurs, il a été montré que certaines oscillations de l’activité hippocampique, comme les « sharp-wave ripples » (SWRs) générées pendant les périodes de sommeil, jouent un rôle crucial dans la formation de la mémoire. De façon surprenante, l’accumulation des peptides Aβs semble épargner la dynamique d’expression des SWRs durant les comportements de routine. Afin d’examiner l’effet potentiel des Aβs sur les SWRs chez des animaux confrontés à des challenges cognitifs, nous avons soumis des souris adultes injectées intracérébralement avec une solution d’Aβs à un test de reconnaissance spatiale. Alors qu’elles sont capables de former une mémoire à court terme, les souris Aβs montrent un oubli plus rapide, suggérant qu’elles encodent avec succès, mais qu’elles sont incapables de stabiliser et de rappeler une information acquise antérieurement. En l’absence d’une demande cognitive préalable, les propriétés des SWRs ne sont pas altérées par les Aβs. En revanche, lorsqu’elles doivent résoudre un test cognitif, les pics de SWRs normalement observés après encodage ou reconnaissance chez les souris témoins sont abolis chez les souris Aβs, indiquant une perturbation du traitement hippocampique de l’information spatiale. Pris dans leur ensemble, ces résultats identifient deux nouveaux mécanismes délétères sous-tendant les déficits de mémoire spatiale associés à la MA. / Cognitive impairments in Alzheimer’s disease (AD) are thought to be related to degenerative synaptic changes caused by the accumulation of amyloid-β peptides (Aβs) in vulnerable brain regions such as the hippocampus. At the molecular level, Aβs bind preferentially to the postsynaptic density of neuronal excitatory synapses, where the scaffolding post-synaptic protein-95 (PSD-95) organizes NMDA receptor (NMDAR) location as well as its downstream signaling. By using an integrative strategy which favoured vertical levels of analyses (from phenotype to molecular events) and combined a set of interrelated correlative and invasive approaches in a double transgenic mouse model of AD (APPswe/PS1dE9 mice), we were successful in establishing that Aβs destabilize the synaptic organization (reduction of expression of PSD-95) and increase the extrasynaptic pool of GluN2B-containing NMDAR in the hippocampus, a reorganization which translates into impaired memory functions. It is also well-known that hippocampal sharp wave-ripples (SWRs) generated during sleep periods are crucial for memory formation but accumulation of soluble Aβs, surprisingly seems to spare SWR dynamics during routine behavior. To unravel a potential effect of Aβs on SWRs in cognitively-challenged animals, we submitted vehicle- and Aβ-injected mice to spatial recognition memory testing. While capable of forming short-term memory, Aβ mice exhibited faster forgetting, suggesting successful encoding but an inability to adequately stabilize and/or retrieve previously acquired information. Without prior cognitive requirements, similar properties of SWRs were observed in both groups. In contrast, when cognitively challenged, the post-encoding and -recognition peaks in SWR occurrence observed in controls were abolished in Aβ mice, indicating impaired hippocampal processing of spatial information. Altogether these results identify two new disruptive mechanisms for the spatial memory deficits associated with AD.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une pathologie neurodégénérative caractérisée par une perte progressive des neurones moteurs et par de l’atrophie musculaire menant à de la paralysie. Bien que plusieurs mécanismes pathologiques aient été élucidés, la SLA reste un mystère médical puisqu’il n’existe toujours pas de traitement efficace. Nous avons développé deux stratégies dans le but de traiter la SLA. La première stratégie fut de cibler la protéine SOD1 mal repliée (chapitre 2) et la deuxième consistait à traiter la neuroinflammation présente dans la maladie (chapitre 3). Dans le chapitre 2, nous avons tenté de diminuer le niveau de la protéine SOD1 mal repliée présent dans le système nerveux de souris transgéniques développant un phénotype de SLA. Pour ce faire, nous avons testé une nouvelle approche thérapeutique basée sur l’utilisation d’ « adeno-associated virus (AAV) ». Ce virus contient une séquence d’ADN qui encode pour un anticorps à chaîne unique variable (scFv). Cet anticorps est composé d’une des deux chaînes légères et lourdes de l’anticorps D3H5 ciblant de manière spécifique la protéine SOD1 mal repliée. Une injection intra-thécale unique de l’AAV encodant l’anticorps à chaîne unique dans des souris SOD1G93A repousse le début de la maladie et augmente la survie des souris de 28%. Nous avons démontré que la Withaferin A (WA), un inhibiteur du facteur NF-κB, diminuait le phénotype neurologique retrouvé chez le modèle de souris transgénique TDP-43. Donc, nous avons testé la Withaferin A sur deux autres lignées de souris transgéniques exprimant des mutations dans la protéine SOD1, soit la lignée de souris SOD1G93A et la lignée de souris SOD1G37R. L’effet bénéfique de la WA chez les souris SOD1G93A était accompagné d’un soulagement de la neuroinflammation, d’une diminution du niveau de protéine SOD1 mal repliée dans la moelle épinière et d’une baisse de la mortalité des neurones moteurs. En considérant ces résultats, l’utilisation d’AAV encodant un anticorps à chaîne unique contre la protéine SOD1 mal repliée ainsi que l’utilisation de Withaferin A devrait toutes les deux être considérées comme des approches pour traiter la SLA. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive neurodegenerative disease associated with motor neuron degeneration, muscle atrophy and paralysis. Although numerous pathological mechanisms have been elucidated, ALS still remains a medical mystery in the absence of any effective therapy. Riluzole is the only therapeutic drug approved for ALS with regard to prolonging survival. Here, we have developed two strategies for treatment of ALS, first targeting the misfolded SOD1 (chapter 2) and other targeting neuroinflammation (chapter 3). In chapter 2, we aimed to reduce the level of misfolded SOD1 species in the nervous system. We tested a novel therapeutic approach based on adeno-associated virus (AAV)-mediated tonic expression of a DNA construct encoding a secretable single chain fragment variable (scFv) antibody composed of the variable heavy and light chain regions of a monoclonal antibody (D3H5) binding specifically to misfolded SOD1. A single intrathecal injection of the adeno-associated virus encoding the single chain antibody in SOD1G93A mice delayed disease onset and extended the life span by up to 28%, in direct correlation with scFv titers in the spinal cord. Our second treatment strategy which is aimed to target neuroinflammation is based on previous reports from our lab where it has been shown that Withaferin A (WA), an inhibitor of NF-κB activity was efficient in reducing disease phenotype in TDP-43 transgenic mouse model of ALS. We tested WA in mice from two transgenic lines expressing different ALS-linked SOD1 mutations, SOD1G93A and SOD1G37R. The beneficial effects of WA in SOD1G93A mice model was accompanied by alleviation of neuroinflammation, decrease in level of misfolded SOD1 species in spinal cord, a reduction in loss of motor neurons, resulting in delayed disease progression and mortality. Based on these evidences, AAV encoding a secretable scFv against misfolded SOD1 and WA should be considered as a potential treatment for ALS.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 juin 2023) / Au cours des dernières décennies, la prévalence des maladies neurodégénératives, dont la sclérose latérale amyotrophique (SLA), a augmenté au point d'être considérées comme des maladies épidémiques ayant un énorme impact socio-économique. La SLA est une maladie mortelle des motoneurones caractérisée par la dégénérescence des motoneurones supérieurs et inférieurs. Après des années de recherche, les mécanismes pathologiques demeurent peu clairs. À ce jour, il n'existe aucun traitement efficace pour prévenir, guérir ou arrêter la progression de la maladie. La neuroinflammation et l'activation chronique des cellules microgliales sont l'une des principales caractéristiques de la pathologie de la SLA. Alors que le profil moléculaire de la microglie associée à la maladie (DAM) a été bien caractérisé au niveau de l'ARN, le profil protéomique de la maladie n'est pas bien élucidé. Dans le chapitre 2 de cette thèse, nous avons réalisé une caractérisation fonctionnelle ainsi que des analyses du protéome des DAMs aux différents stades de la maladie dans le modèle SOD1[exposant G93A]. Les analyses fonctionnelles des DAMs dérivées de la moelle épinière lombaire de souris SLA symptomatiques ont révélé: i) un indice mitotique remarquablement élevé; ii) une diminution significative de la capacité phagocytaire par rapport aux microglies de type sauvage; et iii) une réponse attétuée aux stimulateurs de l'immunité innée in vitro et in vivo. L'analyse du protéome a révélé le développement de deux signatures moléculaires distinctes aux stades précoce et avancé de la maladie. Malgré qu'aux stades précoces de la maladie, nous avons identifié plusieurs protéines impliquées dans les fonctions immunitaires de la microglie telles que GPNMB et HMBOX1, aux stades avancés de la maladie, la signature protéique des cellules DAM a été caractérisée par une forte régulation à la hausse de plusieurs protéines non conventionnelles, notamment Rootletin, les protéines des voûtes majeures (MVP) et STK38. L'expression de la GPNMB et de la Rootletin a également été validée dans les tissus humains de la maladie. Il est important de noter que les principales fonctions biologiques associées aux cellules DAM, en particulier celles des stades avancés, n'étaient pas liées à l'immunité/réponse immunitaire, mais plutôt au métabolisme de l'ARN. L'ensemble de nos résultats suggère qu'au fil du temps, les microglies activées de façon chronique dans la SLA développent des signatures protéiques non conventionnelles et perdent progressivement leur identité immunitaire pour finalement se transformer en cellules immunitaires inefficaces. De plus en plus de preuves mettent en évidence le rôle critique du système immunitaire périphérique (SIP) dans la régulation de la pathogenèse de la SLA. Par conséquent, dans le chapitre 3 de cette thèse, nous avons évalué le rôle du SIP dans la régulation de la pathogenèse de la SLA. L'étude du rôle du SIP peut améliorer les stratégies thérapeutiques et la découverte de biomarqueurs. En utilisant un modèle in-vivo appelé «EDTA-TRAP» pour l'analyse de l'état traductionel dynamique des ribosomes au niveau des monocytes/macrophages. Avec des ARNm à l'entrée des ribosomes et des peptides nouvellement synthétisés à la sortie, nous avons observé un arrêt de la traduction et une dissociation marquée des profils d'ARNm et de protéines des monocytes/macrophages. Les ARNm fortement régulés sont impliqués dans les réponses immunitaires innées et enrichis en termes d'infections virales et bactériennes, alors que les peptides régulés n'étaient impliqués que dans les fonctions du cytosquelette. Nous avons détecté une augmentation des niveaux de pSRSF3 dans les PBMCs et le plasma des souris SOD1[exposant G93A]. De plus pSRSF3 montre une localisation cellulaire cytoplasmique. Dans ce contexte, nous avons pointé la protéine de liaison à l'ARN SRSF3 en tant que régulateur principal de la traduction. L'administration intrapéritonéale hebdomadaire des oligos antisens de type Morpholino anti-SRSF3 initiée à un stade avancé de la maladie chez les souris transgéniques SOD1[exposant G93A] a ralenti la progression de la maladie, diminué la perte de poids corporel et prolongé la survie des souris SLA. De façon remarquable, le blocage de SRSF3 dans les monocytes humains en culture a restauré leurs propriétés phagocytaires. Dans l'ensemble, nos résultats présentent de nouvelles cibles possibles pour immunomoduler et reprogrammer la machine inflammatoire plutôt que de la supprimer. De plus, nous avons proposé le SRSF3 comme nouveau biomarqueur potentiel, qui pourrait être utilisé pour la stratification de la maladie SLA. / In the last decades neurodegenerative diseases, including Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS), have increased their prevalence until the point of being considered as epidemic diseases with enormous socio-economic impact. ALS is a fatal motoneuron disease characterized by the degeneration of upper and inner motoneurons. After years of research, the pathological mechanisms remain poorly understood. To date, there are no effective treatments to prevent, cure or stop the progression. Neuroinflammation and chronic activation of microglial cells are one of the prominent features of ALS pathology. While the molecular profile of disease-associated microglia (DAM) has been well characterized at the RNA level, the disease-related changes in proteome remain elusive. In chapter 2 of this thesis, we performed a functional characterization together with proteome analyses of DAMs at the different stages of disease in the in the SOD1[superscript G93A] model. Functional analyses of DAMs derived from the lumbar spinal cord of symptomatic ALS mice revealed: i) remarkably high mitotic index ii) a significant decrease in the phagocytic capacity when compared to age-matched wild-type microglia and iii) diminished response to innate immune challenges in vitro and in vivo. Proteome analysis revealed development of two distinct molecular signature at early and advanced stages of disease. While at early stages of the disease, we identified several proteins implicated in microglia immune functions such as GPNMB, Hmbox1, at advanced stages of disease DAM signature at protein levels was characterized with a robust upregulation of several unconventional proteins including Rootletin, major vaults proteins, STK38. Furthermore, we validated the expression of GPNMB and Rootletin in human disease. Importantly, the top associated biological functions of DAMs, in advanced disease, were not related to immunity/immune response, as the top biological functions were linked to RNA metabolism. Together, our results suggest that, over time, chronically activated microglia in ALS develop unconventional protein signatures and gradually lose their immune identity ultimately turning into functionally inefficient immune cells. Increasing evidence pinpoints the critical role of the peripheral immune system (PIS) in regulating the pathogenesis of ALS disease. Therefore, in chapter 3 of this thesis, we evaluated the role of the PIS in regulating the pathogenesis of ALS disease. Investigating the role of the PIS may improve therapeutic strategies and biomarker discovery. Using an in-vivo model system EDTA-TRAP for analysis of the dynamic translational state of monocyte/macrophage ribosomes. With mRNAs as input and newly synthesized peptides as output we observed a shut-down of the translation and a marked dissociation of monocyte/macrophage mRNA and protein profiles. The highly upregulated mRNAs are involving in innate immune responses and enriched in viral and bacterial infection terms while the upregulated peptides were only involving in cytoskeletal functions. We detected increase levels of pSRSF3 in PBMCs and plasma of SOD1[superscript G93A] mice and it showed a cytoplasmic accumulation. In this context, we targeted the RNA binding protein SRSF3 as a master regulator of translation. Weekly intraperitoneal delivery of anti-SRSF3-morpholinos initiated at late symptomatic disease in SOD[superscript G93A] transgenic mice slowed down the disease progression, decreased the body weight loss, and extend the survival of the ALS-model treated mice. Remarkably, targeting SRSF3 in human cultured monocytes restored their phagocytic properties. Taken together, our results present a new possible targets to immunomodulate and re-programmate the inflammatory machine rather than suppress it. Additionally, we proposed SRSF3 as a new potential biomarker, that could be used for ALS disease stratification.

L’hypopituitarisme se définit par le déficit d’une ou plusieurs hormones hypophysaires.L’hypopituitarisme congénital est lié à des mutations de facteurs de transcriptionimpliqués dans le développement hypophysaire. Identifier les mécanismes et étiologiesd’hypopituitarisme congénital doit permettre d’améliorer les traitements des patients.Dans cette optique, ce travail a porté sur 3 aspects :Clarifier les mécanismes permettant la différenciation des lignées hypophysaires. Aucours du développement hypophysaire chez la souris, il existe un phénomène complexed’interaction entre 2 facteurs de transcription à homéodomaine paired (Prop1 et Hesx1),la voie Wnt-ßcaténine et les co-répresseurs de la famille Groucho/TLE. Ces interactionssont nécessaires à l’expression d’un autre facteur de transcription hypophysaire, Pit-1(Pou1f1), impliqué dans la différentiation des lignées hypophysaires somato-lactotropeset thyréotropes. Nous avons démontré in vitro, que les co-répresseurs de la famille TLEjouaient un rôle inhibiteur direct sur l’activation de l’early enhancer de POU1F1 à e12-e13, indépendamment de l’action de HESX1. Nos modèles de souris transgéniquesavec expression permanente de HESX1 et TLE3 permettent de mettre en évidence lerôle inhibiteur majeur de HESX1, et le rôle accessoire de TLE3. Les mutations dePROP1 étant à l’origine d’une expression persistante de HESX1 et TLE3, il est probablequ’ils jouent un rôle dans le déficit en sous-unité alpha observé chez les patientsdéficitaires en PROP1.Identifier et analyser la signification fonctionnelle de nouveaux variants alléliques dugène d’un facteur de transcription à homéodomaine LIM, LHX4. La mutation T99fs deLHX4 est à l’origine d’un phénotype hypophysaire très variable au sein d’une mêmefamille, en termes de déficits et de morphologie hypophysaires, et d’anomalies extrahypophysairesassociées. Les études fonctionnelles ont montré que cette mutation étaitresponsable d’un phénomène d’haplo-insuffisance. Cette nouvelle mutation permetd’enrichir le spectre phénotypique des patients chez lesquels doit être effectué unséquençage du gène LHX4 à la recherche d’étiologie de déficit hypophysaire combinémultiple.Identifier des mécanismes nécessaires au développement de l’axe thyréotrope. Dessouris exprimant une nouvelle recombinase Cre sous contrôle du promoteur de la Tshßont été croisées avec des souris transgéniques pour lesquelles les gènes de Pitx2 oud’Isl1 (2 facteurs de transcription impliqués dans le développement hypophysaire)étaient encadrés de séquences flox. Les modèles permettaient ainsi l’inactivation dePitx2 et Isl1 au sein des cellules thyréotropes au cours de l’embryogenèse. L’étudephénotypique retrouve un déficit de croissance compatible avec un déficit thyréotropepartiel en cas d’inactivation de Pitx2 : ce phénotype est probablement lié à unmécanisme compensateur assuré par PITX1, un facteur de transcription àhoméodomaine bicoïde possédant le même homéodomaine et domaine C terminal quePITX2. A l’inverse, l’inactivation de Isl& se traduit par un déficit thyréotrope complet. Lefait que les transcrits de l’ensemble des facteurs de transcription nécessaires audéveloppement de l’axe thyréotrope soient diminués dans ce modèle souligne le rôlemajeur de ISL1 dans la fonction et la maintenance de l’axe thyréotrope.Nos résultats permettent de mieux appréhender certains des nombreux mécanismes etfacteurs impliqués dans le développement hypophysaire chez la souris, et dans lapathologie hypophysaire chez l’homme. / Hypopituitarism is defined by one or several pituitary deficiencies. Congenital hypopituitarism is mostly due to transcription factors mutations. Our aims were to try to better identify some of the mechanisms involved in pituitary ontogenesis and pituitary diseases, mainly pituitary deficiencies: new pathways, new transcription factors, new mutations. - First we identified novel mechanisms necessary for the differenciation of the Pou1f1 lineages (ie somatolactotroph and thyrotroph cells). The role of TLE co-repressors is crucial, as they are able by themselves to inhibit the stimulatory actions of PROP1 on POU1F1 promoter. This is necessary to obtain a correct timing of differentiation during pituitary development (Carvalho, Brinkmeier, castinetti et al., Molecular Endocrinology, 2010). - Second, we showed the roles of 2 transcription factors, PITX2 and ISL1, in thyrotrophs maintenance and function. By using a new cre recombinase driven by the TSHb promoter, we managed to inactivate each of these transcription factors in the thyrotrophs. Inactivation of PITX2 led to a partial thyrotroph deficiency, counterbalanced by an overexpression of PITX1 (Castinetti et al., Molecular Endocrinology, submitted). Inactivation of ISL1 led to a complete thyrotroph deficiency (Castinetti et al., Molecular Endocrinology, in preparation). - Finally, we reported 1 new mutation of the LIM transcription factor LHX4, responsible for combined pituitary hormone deficiencies in a family. New phenotypic traits will help the physician improve the way to select which patients to screen for LHX4 mutations (Castinetti, Saveanu et al., JCEM, 2008).

La prééclampsie est la première cause de mortalité et de morbidité périnatale et aucun traitement, mis à part l’accouchement, n’est connu à ce jour. Pour mieux comprendre cette maladie, nous avons utilisé trois modèles animaux. Dans un premier temps, nous avons voulu confirmer la présence de prééclampsie chez les souris déficientes en p57kip2, une protéine impliquée dans le cycle cellulaire des trophoblastes. Contrairement au groupe japonais, l’hypertension et la protéinurie au cours de la gestation ne survenaient pas, malgré une perte de structure des trophoblastes dans le labyrinthe ainsi qu’une microcalcification au niveau de leurs placentas. Nous avons alors observé que la diète japonaise induisait à elle seule une diminution de la croissance fœtale, ainsi qu’une dysfonction endothéliale chez ces souris. Nos résultats démontrent que ni les altérations placentaires, ni la génétique ne sont suffisantes pour induire les symptômes de la prééclampsie dans ce modèle, et que la diète peut avoir des effets délétères chez la souris gestante peu importe le génotype. Ensuite, nous avons démontré que les souris hypertendues surexprimant la rénine et l’angiotensinogène humaine développent de la protéinurie et une augmentation de la pression artérielle au cours de la gestation. Leurs placentas sont affectés par de la nécrose et une perte de structure des trophoblastes du labyrinthe en plus de surexprimer le gène du récepteur sFlt-1. Ces souris représentent le premier modèle animal de prééclampsie superposée à de l’hypertension chronique. Finalement, en utilisant des femelles normotendues surexprimant l’angiotensinogène humaine qui développent les symptômes de la prééclampsie lorsqu’elles sont accouplées à des mâles qui surexpriment la rénine humaine, nous avons établi que l’entraînement physique normalisait la hausse de pression ainsi que l’apparition de protéinurie en fin de gestation. Aussi, l'entraînement améliorait la croissance fœtale et placentaire ainsi que la réponse vasculaire indépendante de l’endothélium, et ce, indépendamment du génotype des souris. La présence d’une prolifération exagérée et désorganisée des trophoblastes dans ce modèle était aussi normalisée. L’entraînement physique prévient donc l’apparition des symptômes de la prééclampsie dans ce modèle. Mis ensemble, nos résultats aideront à mieux comprendre les mécanismes à l’origine de la prééclampsie et de sa prévention. / Preeclampsia is the primary cause of maternal and foetal mortality and morbidity and no treatment, apart from delivery are known to date. To better understand this pathology, we investigated three different animal models. First, we needed to confirm preeclampsia-like symptoms in p57kip2 deficient mice, a protein implicated in the trophoblast cell cycle. Conversely to the Japanese group, we observed neither hypertension nor proteinuria in this model. However their placentas showed labyrinthine trophoblast structure loss as well as microcalcification. We therefore studied the impact of Japanese diet, which induced foetal growth restriction and endothelial dysfunction independently from genotype. Our results demonstrate that placental alterations and genetics are not sufficient to induce preeclampsia-like symptoms in this model, and that diet can have deleterious effects on pregnant mice, independently from genotype. We then demonstrated that hypertensive mice overexpressing human angiotensinogen and renin developed de novo proteinuria and had a significant increase of their hypertension during gestation. Their placentas are affected by necrosis and labyrinthine trophoblast structure loss as well as an overexpression of sFlt-1 receptors. These mice represent the first animal model of superimposed preeclampsia on chronic hypertension. Finally, we used normotensive females overexpressing human angiotensinogen, which develop preeclampsia-like symptoms when they are mated with males overexpressing human rennin, to establish that exercise training normalised hypertension and proteinuria at the end of gestation. Moreover, exercise training ameliorates foetal and placental growth as well as endothelium-independent relaxation, independently from the genotype. Exaggerated and disorganised proliferation of trophoblasts in this model is also normalised. Exercise training prevents preeclampsia-like symptoms in this model. Taken together, our results will help a better understanding of this disease and its prevention.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La chaîne invariante (Ii ; CD74) est une protéine membranaire de type II qui joue un rôle majeur dans la présentation antigénique. Dans le réticulum endoplasmique (RE), Ii favorise l’assemblage du CMH II et prévient la liaison indésirable de polypeptides. Grâce à son motif di-leucine, la chaîne invariante cible le CMH II dans les endosomes. Une fois dans ces compartiments acides, Ii est dégradé, permettant la liaison de peptides de forte affinité qui seront ensuite présentés aux cellules T CD4+. Chez les souris déficientes en Ii murin (mIi), le CMH II présente une conformation non compacte typique des molécules vides ou liées faiblement à un peptide. Le transport du CMH II est aberrant ce qui conduit à une réduction de son expression en surface ainsi qu’à un défaut de présentation antigénique. De plus, Ii diversifie le répertoire de peptides et assure la sélection thymique des cellules T CD4+. Enfin, il a un rôle dans la maturation des cellules B et les souris déficientes en Ii présentent des nombres réduits de cellules B matures folliculaires (FO). L’isoforme mineure humaine p35 (Iip35) n’existe pas chez la souris et possède une extension cytoplasmique de 16 acides aminés contenant un motif R-x-R de rétention dans le RE. La sortie du RE est conditionnelle à la liaison du CMH II qui permet de masquer le motif de rétention. Iip35 agit comme dominant et impose la rétention aux autres isoformes d’Ii. Cependant, le rôle physiologique du motif R-x-R et, plus globalement, celui d’Iip35, demeurent nébuleux. Pour mieux cerner la fonction d’Iip35, nous avons généré des souris transgéniques (Tg) exprimant l’isoforme humaine Iip35 et avons analysé la conformation et le trafic du CMH II, la sélection thymique et la maturation des cellules B ainsi que la présentation antigénique. Nos résultats ont démontré qu’Iip35 favorise l’assemblage du CMH II dans le RE. Il induit également une conformation compacte du CMH II et augmente l’expression du CMH II en surface. De plus, Iip35 cible le CMH II dans les endosomes où un peptide de forte affinité se lie dans la niche peptidique. Par ailleurs, Iip35 diversifie le répertoire de peptides et rétablit totalement la sélection des cellules T CD4+ ainsi que le niveau d’expression du TCR de ces dernières. Iip35 restaure également la présentation antigénique de l’ovalbumine dont la présentation requiert l’expression d’Ii. Par contre, Iip35 rétablit la présentation des superantigènes mais à un niveau moindre que celui des souris sauvages. Ensuite, Iip35 permet le rétablissement de la sélection des cellules iNKT démontrant qu’il assiste la présentation des lipides par les molécules CD1d. Enfin, les résultats ont démontré qu’Iip35 restaure le développement des cellules B matures folliculaires (FO) mais pas celui des cellules B de la zone marginale. Ceci suggère qu’Iip35 est capable d’induire le développement des cellules FO sans stimulation préalable par le MIF (macrophage migration inhibitory factor). Ainsi, l’ensemble de ces résultats démontre qu’Iip35 est fonctionnel et assure la majorité des fonctions d’Ii. Cependant, Iip35 ne remplace pas mIi endogène concernant la maturation des cellules B MZ suggérant qu’il pourrait avoir un rôle de régulateur. / The invariant chain (Ii; CD74) is a type II membrane protein which plays a key role in antigen presentation as well as acting as a receptor for the cytokine MIF (macrophage migration inhibitory factor). In the endoplasmic reticulum (ER), Ii assists the folding of MHC II and prevents the loading of nascent polypeptides in the peptide-binding groove. Di-leucine-like motifs contained in the Ii cytoplasmic tail target the MHC II-Ii complexes in the endocytic pathway. Once in low pH-endosomes, Ii is degraded allowing the binding of a high affinity peptide which is then presented on cell surface to CD4+ T cells. In Ii deficient mice, MHC II displays a “floppy” conformation typical of empty molecules or is loosely bound with peptides. The transport is aberrant leading to decreased surface expression of MHC II and defective antigenic presentation. Also, the lack of Ii restricts the peptide repertoire and impairs thymic selection of CD4+ T cells. Moreover, Ii regulates B cells maturation and Ii deficient mice display reduced numbers of mature follicular B cells (FO). The human minor p35 isoform (Iip35) does not exist in mice and displays a 16 amino acids N-terminal cytoplasmic extension containing a di-arginine (R-x-R) motif causing ER retention and acting as dominant in heterotrimeric complexes with Iip33. Upon binding to MHC II, the retention motif is masked, which allows the complexes to egress from the ER. The physiological role of the R-x-R motif is poorly understood. To shed light on Iip35 function, we generated transgenic mice expressing Iip35 and analyzed the conformation and traffic of MHC II, the thymic selection and the development of B cells as well as the antigenic presentation. Our results showed that Iip35 generates an MHC II in the right conformation and increases MHC II surface expression. Also, Iip35 targets MHC II into endosomes where high affinity peptides bind to the groove. We also showed that Iip35 diversifies the peptide repertoire and fully restores thymic selection of CD4+ T cells as well as the TCR levels on these cells. Then, Iip35 ensures presentation of the Ii-dependent antigen ovalbumin but does not totally rescue the presentation of superantigens. Interestingly, thymic selection of the iNKT cells is fully restored showing that Iip35 assists with lipids presentation by CD1d. Finally, Iip35 allows B cells to develope into FO B cells but does not support marginal zone (MZ) B cells maturation. This result suggests that MIF stimulation is not a prerequisite for FO B cells development. Altogether, these results showed that Iip35 is functional and has most of the CD74 functions. However, it cannot replace the endogenous Ii regarding the MZ B cells maturation suggesting that Iip35 could have regulatory functions by modulating the development of some cells.