La respiration est une activité rythmique motrice bilatéralement synchronisée présente chez le fœtus et vitale à la naissance. Au cours du développement, des interneurones dans le tronc cérébral s'organisent en réseaux qui génèrent et modulent la commande rythmique respiratoire. Ils y forment deux oscillateurs, actifs chez l'embryon et vitaux à la naissance : l'oscillateur parafacial et le complexe preBötzinger. Les mécanismes qui gouvernent l'assemblage et contraignent la fonction de ces réseaux sont étudiés dans le laboratoire avec des outils génétiques, des techniques histologiques, électrophysiologiques et d'imagerie chez la souris. Etudiant le développement du complexe preBötzinger, nous montrons que des progéniteurs neuraux exprimant le gène à homéobox Dbx1 donnent naissance aux interneurones qui constituent le cœur de l'oscillateur. Ces interneurones (i) sont glutamatergiques et nécessaires à la genèse du rythme, (ii) expriment le gène Robo3 requis pour que leurs axones croisent la ligne médiane et conditionnent la synchronisation de l'activité. Cette étude illustre et affine les liens existant entre les schémas de régionalisation du tube neural et l'émergence de modules fonctionnels en permettant de proposer une signature transcriptionnelle des neurones rythmogènes principaux de la respiration.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le gliome infiltrant du tronc cérébral (en anglais “diffuse intrinsic pontine glioma”, DIPG) est une tumeur pédiatrique rare et très agressive. La durée moyenne de survie après diagnostic est inférieure à un an. Une caractéristique génétique majeure des DIPG est la mutation de l’histone H3 (H3K27M). L’évolution des connaissances en épigénétique a permis de concevoir des inhibiteurs de régulateurs épigénétiques capables de modifier, voire de contrebalancer, l’effet de cette mutation. Ainsi, le panobinostat (PS), un inhibiteur des histone-désacétylases, diminue la croissance cellulaire et conduit à la mort des cellules de DIPG in vitro et in vivo. Son efficacité est en cours d'évaluation dans des essais cliniques. Mon projet de thèse avait pour objectif de déterminer le rôle d’EBP50 et d’IRSp53, deux protéines spécifiquement dérégulées dans les lignées de DIPG après traitement des cellules par le PS. EBP50 est connue pour intervenir dans la progression tumorale mais sa dualité de fonction, à la fois oncogène et suppresseur de tumeur, nous a conduits à étudier plus précisément son rôle dans les cellules de DIPG. IRSp53 a été peu étudiée dans les cancers solides, bien qu'elle semble jouer un rôle important dans la motilité cellulaire et l’invasion. La diminution de l’expression d’IRSp53 et d’EBP50 par ARN interférence dans des lignées DIPG induit la mort des cellules par apoptose et bloque leur croissance ainsi que leur motilité cellulaire, ce qui suggérerait que ces deux protéines sont oncogéniques dans ce modèle. De plus, la localisation cytoplasmique et nucléaire d’EBP50 semble en accord avec son rôle pro-oncogénique dans les cellules de DIPG. En étudiant in vitro l’effet d’un traitement combinatoire du PS avec des inhibiteurs de l’expression d’EBP50 ou d’IRSp53, j’ai mis en évidence une augmentation de la sensibilité des cellules de DIPG au traitement par le PS. Enfin, j’ai validé le traitement ciblant EBP50 in vivo dans un modèle préclinique d’embryon de poulet. En conclusion, ces deux protéines constituent de nouvelles cibles thérapeutiques dans les DIPG et un moyen d’augmenter l’efficacité du PS. / Diffuse Intrinsic Pontine Glioma (DIPG), is a rare and highly aggressive pediatric tumor. The average survival time after diagnosis is less than one year. A major genetic characteristic of this disease is the mutation of histone H3 (H3K27M). The evolution of knowledge in epigenetics has made it possible to design epigenetic regulatory inhibitors able to modify, or even offset, the effect of this mutation. For example, panobinostat (PS), a histone deacetylase inhibitor, reduces cell growth and induces DIPG cell death, both in vitro and in vivo. Its effectiveness is currently being evaluated in clinical trials. My thesis project aimed at determining the role of two proteins, EBP50 and IRSp53, deregulated in different DIPG cell lines after treatment with PS. EBP50 has already been described as involved in tumor progression but its dual function, both oncogenic and tumor suppressor, has led us to further investigate its role in the DIPG cells. IRSp53 has been poorly studied in solid cancers, though it plays an important role in cell motility and invasion. Down-regulation by RNA silencing of these two proteins in DIPG cell lines induces apoptosis, decreases cell growth and motility, leading us to the hypothesis that these two proteins are oncogenic proteins. In addition, the cytoplasmic and nuclear localization of the EBP50 protein is consistent with its oncogenic role in DIPG cells. Then, I investigated the effect of combinatorial therapy that associates PS with EBP50 or IRSp53 expression inhibitors. My results show an increase in the antitumor effect in vitro for both proteins but also in vivo for EBP50, in a preclinical model, the chicken embryo. In conclusion, these two proteins could be the targets of new treatments for DIPG tumors in combination with PS to enhance its efficacy.

Les travaux de cette thèse ont investigué les effets de plasticité induits au niveau sous-cortical : à long terme, par l'étude des effets de l'expertise (linguistique et musicale) et à court terme par l'étude des effets attentionnels. Notre hypothèse était que l'expertise linguistique renforce l'encodage automatique des sons natifs au niveau des indices linguistiques les plus importants. Les réponses complexes du tronc cérébral se sont avérées plus robustes pour les sons natifs avec un renforcement spécifique de l'encodage des fréquences formantiques qui jouent un rôle important dans la discrimination des phonèmes, ce qui confirme l'hypothèse de départ. Nous avons montré que les différences d'expertise linguistique sont compensées par la pratique musicale grâce à un renforcement de l'encodage neuronal des indices linguistiques importants (formants). La comparaison des réponses neuronales recueillies en condition d'écoute passive et active (tapping) a révélé une représentation de la fréquence fondamentale plus robuste lors de l'écoute active des sons, confirmant l'influence des processus top-down sur l'encodage sous-cortical des sons de parole. En entraînant l'attention au rythme d'un stimulus sur deux via une tâche de tapping, nous avons observé une modulation significative de la représentation du son en fonction de la phase du tapping, révélant ainsi les effets d’une dynamique oscillatoire (attentionnelle) au niveau de la voie auditive sous-corticale. En conclusion, ce travail de thèse a permis de révéler la nature dynamique de la perception auditive, en montrant une modulation de l'encodage des sons au niveau sous-cortical à plusieurs échelles. / The work of this thesis focused on the effects of plasticity at the brainstem level: over a long-timescale, by studying experience-dependent plasticity (linguistic and musical experience) and over a short-timescale, by studying the effect of attention. We hypothesized that linguistic experience would strengthen the automatic processing of native sounds especially on linguistically-relevant dimensions. Neural representations were more robust for the native sounds, with a specific neural enhancement of formant frequencies that play an important role in phonemes discrimination. These findings support the hypothesis that language experience shapes subcortical processing of speech and that this plasticity is sensitive to what is relevant for the listener. These language differences were compensated by musical expertise in non-native musicians by strengthening the encoding of the fundamental frequency and the formants. Comparing neural responses recorded under passive and active (tapping) listening conditions revealed an enhancement of the fundamental frequency during active listening, which is consistent with our prediction that subcortical processing is modulated by top-down processes. Moreover, by entraining the attentional cycles with the phase of the tapping (one out two stimuli), we observed that sound representations were significantly modulated at the same pace, revealing an effect of a fast oscillatory (attentional) dynamic over subcortical auditory processing. To conclude, this work revealed the dynamic nature of auditory perception, showing that subcortical encoding of speech sounds is modulated at different timescales.

L'objectif de ce travail est d'élaborer un modèle d'évaluation musculaire adapté à l'étude de patients, afin de déterminer les relations existantes entre la musculature du tronc, un trouble postural et les surcharges rachidiennes. Dans cet objectif, un premier chapitre s'attache à présenter le problème (anatomie fonctionnelle et formulation mécanique), puis une revue de littérature est proposée afin d'identifier les différents modèles et protocoles d'acquisition des données proposés par différents chercheurs. Dans le chapitre III, un modèle de régulation musculaire est proposé, fondé sur l'hypothèse que le système musculaire est un système de régulation permettant de maintenir les efforts rachidiens en deçà de seuils mécaniquement admissibles. Ce modèle, par plan de coupe au niveau de la liaison intervertébrale considérée, est comparé à d'autres de la littérature et se révèle pertinent, notamment du fait de sa capacité à proposer des configurations musculaires régulant en particulier les efforts de cisaillement. Une exploitation préliminaire permet d'apprécier les potentialités de cette approche. Le chapitre IV aborde l'acquisition clinique tridimensionnelle des données d'entrée personnalisées des sujets pour ce modèle de régulation musculaire. Nous proposons un protocole adapté au contexte clinique (rapide et peu invasif), qui permet d'obtenir, sur la base d'une stéréoradiographie (couplée à une mesure des pressions plantaires et à des photos des membres inférieurs) le torseur des efforts de la partie haute sur la partie basse, les géométries musculaires volumiques personnalisées (à partir de 9 coupes IRM), ainsi que les contraintes admissibles maximum des muscle.

Malgré l'obligation d'utiliser des Dispositifs de Retenue Enfant homologués, 2 321 enfants ont été tués en 2007 sur les routes européennes. Ce problème socio-économique majeur est expliqué par le manque de connaissance biomécanique de l'enfant. Le développement de modèles d'enfant nécessite la compréhension de ses paramètres biomécaniques et critères lésionnels. Ce projet, supporté par le GDR « Biomécanique des chocs » (CNRS/INRETS/GIE PSA Renault) et financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR-06-BLAN-0385 SECUR_ENFANT), a pour objectif de contribuer à l'amélioration de ces connaissances, en s'intéressant particulièrement au tronc de l'enfant. La réponse mécanique de ce segment corporel est essentielle car c'est le principal composant utilisé lors de la retenue en choc automobile. Les paramètres inertiels des segments corporels ont été calculés à partir de reconstructions personnalisées 3D issues de radiographies biplanaires basse dose. La description précise des côtes, du cartilage costal et du sternum a été évaluée à partir de modélisations 3D issues de données d'imagerie scanner. Des reconstructions de reins, rates et foies à partir de scanners abdominaux ont permis de définir la géométrie et le positionnement de ces organes dans le système ostéoarticulaire. Enfin, le comportement mécanique du thorax et de l'abdomen d'enfants a été quantifié à partir de manipulations in vivo faites en routine clinique de kinésithérapie respiratoire. Les résultats de ce travail, basés sur des examens in vivo, sont utiles à l'amélioration de la biofidélité du tronc des modèles d'enfants et contribuent à l'approfondissement des connaissances biomécaniques de l'enfant.

Le but de ce travail de thèse a été d'analyser l'implication du tronc dans la locomotion, notamment sa commande rythmique, afin d'en comprendre les mécanismes de contrôle et les différentes activités segmentaires qui amènent ses mouvements. Ces m´ecanismes peuvent alors être modélisés pour reproduire les différentes synchronisations observées au niveau des activités de chaque segment vertébral considéré. Enfin, cette modélisation permet de spécifier les activités du tronc à observer pour suivre en continu le cycle de marche d'un individu se déplacant. Dans un premier temps nous rappellerons les données de la littérature sur la locomotion, et notamment l'activité du tronc, qui nous ont permis de définir les axes principaux dans lesquels nous allons orienter notre travail. Cet état de l'art nous a notamment amenés à étudier les structures de type ”générateurs de rythme centraux” (Central pattern generator, CPG, en anglais). Dans un second temps nous avons réalisé une série de mesures expérimentales pour analyser de facon systématique et précise l'activité musculaire et cinématique du tronc lors de diverses situations locomotrices (marche, course, bond, pédalage). Ces mesures nous ont permis de mieux comprendre la manière dont le tronc se mettait en mouvement et comment ses activités musculaires et cinématiques, notamment les synchronisations intersegmentaires, évoluaient afin de tirer le meilleur parti des mouvements du haut du corps lors de la locomotion proprement dite. Dans un troisième temps, les résultats obtenus par les mesures d'activités du tronc ayant mis en évidence l'utilité du tronc et les mécanismes de contrôle dans une locomotion efficace, nous avons exploré la modélisation de l'activité du tronc au moyen d'un réseau d'oscillateurs mimant un CPG. Le choix d'un modèle de CPG pour représenter l'activité du tronc fait suite à des considérations phylogénétiques qui semblent indiquer qu'une telle structure pourrait exister chez l'homme. Une des propriétés de ce type de réseaux est leur capacité à exprimer différentes synchronisations sans changer de structure, c'est ce que nous avons appliqué aux observations faites lors de la marche, la course... Une autre propriété de ces réseaux est leur aptitude à se synchroniser avec un signal externe, nous avons donc explor´e diff´erents moyens de commander ce réseau d'oscillateur en phase avec la locomotion, encore une fois à partir de l'activité du tronc, de son accélération pour être plus précis.

Nous avons essayé dans ce travail d'approfondir les connaissances sur les muscles du tronc et leurs interactions avec les paramètres pelviens dans l'équilibre de la colonne vertébrale en utilisant un outil d'évaluation de la musculature du tronc par imagerie par résonance magnétique développé au LBM. Cet outil permet sur des coupes axiales d'IRM de mesurer l'aire de la section d'un muscle, l'aire de sa composante contractile et l'aire de sa composante non contractile. Cet outil a été appliqué à l'étude de la posture et à l'étude des lésions musculaires iatrogènes suite à une chirurgie lombaire par voie postérieure. Quatre articles ont été rédigés. Le premier article nous a permis de valider cet outil en étudiant chez 30 sujets volontaires la reproductibilité des mesures. Le deuxième analyse chez 20 patients opérés d'une arthrodèse lombaire les lésions musculaires induites par la chirurgie et l'intérêt de la curarisation lors de l'anesthésie. Le troisième étudie les changements à l'IRM des muscles erector spinae secondaires à une chirurgie lombaire. Le quatrième étudie la corrélation entre la posture et les muscles.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2004. / Titre de l'écran-titre (visionné le 29 novembre 2004). Bibliogr.

Les fonctions locomotrices et posturales sont contrôlées par un ensemble de réseaux neuronaux qui doivent interagir afin de produire un comportement locomoteur optimal, adaptable aux contraintes internes et externes de l’organisme. Le maintien d’un équilibre dynamique au cours de la locomotion repose sur des processus internes de coordination entre les réseaux nerveux spinaux et supraspinaux qui commandent les différents segments du corps (membres, tête et tronc). C’est dans ce contexte que nous nous sommes intéressés aux interactions entre la fonction locomotrice et la fonction posturale, sur des préparations réduites de tronc cérébral-moelle épinière de rats nouveau-nés, au sein desquelles les CPGs locomoteurs spinaux et les noyaux vestibulaires sont intacts. Des approches combinées électrophysiologiques, pharmacologiques, neuroanatomique et lésionnelles nous ont permis de mettre en évidence une partie des mécanismes à l’origine du couplage entre les différents réseaux neuronaux étudiés. Dans cette étude nous avons montré que les réseaux locomoteurs lombaires contrôlent l’activité des réseaux thoraciques axiaux, de manière à produire une activation coordonnée des réseaux moteurs des membres et du tronc. Cette coordination est sous influence des entrées supraspinales. Les amines induisent une organisation temporelle spécifique de l’activité des réseaux thoraco-lombo-sacrés, et les informations en provenance des noyaux vestibulaires influencent le rythme locomoteur. Ces données apportent des éléments nouveaux concernant les processus neuronaux à l’origine de la coordination des réseaux moteurs et posturaux. / Locomotor and postural functions are controlled by a set of neural networks that must interact to produce optimal locomotor behavior, adaptable to internal and external constraints of the body. Maintaining a dynamic balance during locomotion is based on internal coordination processes between spinal and supraspinal neuronal networks controlling different parts of the body (limbs, head and trunk). In this context, we have interested in the interactions between locomotor and postural functions, in spinal and supraspinal networks. The experiments were conducted on isolated brainstem-spinal cord preparations from neonatal rats, in which the spinal locomotor CPGs and the vestibular nuclei are intact. Electrophysiological, pharmacological, and neuroanatomical approaches allowed us to highlight some of the mechanisms involved in the coupling of the different neural networks. In this study we showed that the lumbar locomotor networks control the activity of axial thoracic networks, in order to produce a coordinated activation of motors networks of limbs and trunk. This coordination is modulated by amines and information from the vestibular nuclei. These data provide new evidence for spinal mechanisms involved in the coordination of motor and postural networks.