Dissertations / Theses on the topic 'Homéostasie – Système nerveux'

La lésion nerveuse périphérique conduit à des remaniements cellulaires et moléculaires des neurones sensitifs nécessaires à une régénération fonctionnelle. La lésion peut conduire à des neuropathies post traumatiques responsables de douleurs chroniques et de comportements ataxiques. Au cours de ma thèse j'ai étudié le rôle de l'homéostasie chlorure (HC) des neurones de ganglions rachidiens dorsaux (GRD) dans les processus de régénération et d'induction de douleurs inflammatoires. Les mesures des concentrations intracellulaire en ions chlorure ([Cl-]i) ont été réalisées sur des cultures primaires de neurones. J'ai montré que la lésion du nerf sciatique (in vivo) induit la phosphorylation du co-transporteur membranaire Na+-K+-2Cl- (NKCC1) dans les neurones sensitifs de GRD. Cette phosphorylation entraîne son activation qui provoque l'augmentation de la [Cl-]i. L'inhibition pharmacologique par le bumétanide et l'invalidation génétique de NKCC1 conduit à une diminution de la vitesse de la repousse des neurites. NKCC1 apparaît donc comme un acteur clé dans les mécanismes de régénération nerveuse périphérique. L'étude des voies de signalisation intracellulaire impliquées dans la phosphorylation du co-transporteur suggère un rôle majeur de l'interleukine 6 dans l'activation de ces voies et donc dans les mécanismes de réparation nerveuse. En parallèle l'étude des douleurs inflammatoires révèle dans un modèle d'arthrite rhumatoïde murin, une augmentation de l'HC dans les neurones sensitifs. Ainsi, ces travaux montrent pour la première fois que la modulation de l'HC participe aux mécanismes de régénération nerveuse et probablement dans ceux de l'induction de douleurs inflammatoires
Peripheral nerve injury induces cellular and molecular changes in order to produce functional regeneration. This phenomenon can conduct to post traumatic neuropathies that are responsible for chronic pain and ataxic comportment. During my thesis I have analysed the role of chloride homeostasis in an in vitro model of sensory neuron regeneration and in inflammatory pain. My work showed that sciatic nerve injury in adult mice induced a two-fold increase in the intracellular chloride concentrations of axotomized sensory neurons. I demonstrated that phosphorylation of the Na-K-Cl co-transporter NKCC1 was responsible for this increase. In addition, NKCC1 inhibition led to a decrease in the growth velocity of neurites of axotomized neurons, emphasizing a fundamental role of NKCC1 in the regeneration process. I also elucidated the intracellular signalling pathway leading to NKCC1 phosphorylation and showed a fundamental role of interleukine 6 in the activation of those pathways. In parallel studying inflammatory pain in a mouse model revealed that the rheumatoid arthritis affects chloride homeostasis in peripheral sensory neurons. This change in chloride homeostasis could take part in the induction of pain. Therefore, this work shows for the first time that chloride homeostasis participated in the mechanism of nerve regeneration and likely inflammatory pain process

Le Système Nerveux Central (SNC) est un acteur majeur de la régulation de l’homéostasie énergétique, intégrant différents signaux nerveux, hormonaux ou nutritionnels. Le métabolisme lipidique joue un rôle essentiel notamment dans la détection des signaux lipidiques, et les enzymes y participant sont donc fortement impliquées dans la régulation de ces signaux et leur expression est cruciale au bon équilibre énergétique. La Lipoprotéine Lipase (LPL), enzyme clé de l'hydrolyse des triglycérides, nous est apparue comme une cible de choix dans la mesure où elle est exprimée dans différentes structures cérébrales comme l'hippocampe ou l'hypothalamus. L'hypothalamus a été identifié depuis de nombreuses années comme un centre de régulation de la prise alimentaire et donc de l'équilibre entre entrées et dépenses d'énergie. Ainsi, il est apparu comme légitime que de s'intéresser plus précisément au rôle de la LPL hypothalamique et son implication dans la régulation de l'homéostasie énergétique.L'objet de cette thèse a donc été d'étudier, dans un premier temps, les effets d'une délétion de LPL dans le VMH, réalisée grâce à une injection d'un AAV2/9 exprimant la Cre recombinase chez des souris LPL lox/lox âgées de 8 semaines. La diminution de l'activité LPL dans le VMH conduit au développement d'une obésité au bout de 3 semaines post-injection, ainsi qu'au développement d'une intolérance au glucose, d'une résistance à l'insuline ainsi qu'une diminution de l'activité locomotrice.Ce phénotype est dû à une diminution transitoire de la quantité de céramides synthétisées par l’enzyme CerS1 au sein de l'hypothalamus durant les semaines qui suivent l'injection et qui perturbent la signalisation homéostatique. Il apparait également que le système endocannabinoïde pourrait être impliqué dans la mise en place de ce phénotype. Les caractéristiques de ce phénotype rappelant celles d'un état de torpeur, nous avons cherché dans la deuxième partie de ce travail de thèse, à reproduire celui-ci pour pouvoir étudier plus précisément les liens et les conséquences entre torpeur et lipases cérébrales. Nous avons donc exposés les animaux à 4°C pendant 4 heures et étudié les répercussions de ce stress thermique sur les gènes des lipases centrales ainsi que ceux du rythme circadien : nous avons pu mettre en évidence une modification du rythme circadien. Nous avons également exposé des animaux délétés en LPL hypothalamique et pu établir que cette délétion centrale en LPL modifie la thermogenèse du tissu adipeux brun ainsi et favorise le développement du tissu adipeux beige. Ce travail de thèse a donc permis de mettre en lumière pour la première fois l'implication de la LPL hypothalamique dans la régulation de l'homéostasie énergétique ainsi que son rôle dans la réponse adaptative à une exposition aiguë au froid
The Central Nervous System (CNS) is a major actor in the energy balance regulation, integrating different nervous, hormonal or nutritional signals. The lipid metabolism plays an essential role especially in the detection of lipid signals. So, the enzymes taking part in it are involved in the regulation of these signals and their expression is crucial to the energy balance. The Lipoprotein Lipase (LPL), the key enzyme in triglycerides hydrolysis appeared to us as a target of choice as it is expressed in different brain structures like the hypothalamus or the hippocampus.The hypothalamus has long been known as a regulation center of food intake and so of the balance between entrance and expenditure of energy. It seemed interesting to focus more precisely on the role of hypothalamic LPL and its implication in the regulation of energy homeostasis.This dissertation’s main objective was to identify the effects of LPL deletion in the VMH, achieved by injection of an AAV2/9 expressing the Cre-recombinase in LPL lox/lox mice aged of 8 weeks. The decrease of LPL activity in the VMH leads to obesity development around 3 weeks post-injection and to the development of glucose intolerance, resistance to insulin and a decrease in locomotor activity.This phenotype is probably due to a transient decrease of ceramides synthesized by the CerS1 enzyme in the hypothalamus during the weeks post-injection and which disrupts the homeostatic signalling. The endocannabinoid system also seems to be involved in the onset of this phenotype.As the characteristics of this phenotype were reminiscent of a torpor state, we tried in a second part of work to reproduce it to study more precisely the links between torpor and brain lipases. We exposed animals to 4°C for 4 hours and studied the repercussions of this thermic stress on the central lipases genes and on circadian rhythm genes: we were able to highlight a modulation of the circadian rhythm. We also exposed to the cold VMH-LPL-depleted mice and established that this depletion in VMH-LPL modifies the thermogenesis of brown adipose tissue and so promotes the development of beige adipocytes.This work highlights for the first time the implication of hypothalamic LPL in the regulation of energy homeostasis and its role in adaptive response to cold exposure

Parmi les nutriments, nous nous sommes intéressés au rôle des lipides sur le système nerveux central, et plus précisément sur l'hypothalamus. En effet, il existe au sein de l'hypothalamus plusieurs populations neuronales qui peuvent détecter les acides gras (AG) et dont l'activité électrique peut être augmentée ou diminuée par les AG eux-mêmes. Deux protéines ont été ciblées : la lipoprotéine lipase (LPL) et CD36. Les résultats montrent qu'une diminution de -30% de l'activité de la LPL dans l'hypothalamus de souris LPL VMH ⁻/⁻ induit deux phénotypes opposés : 50% des souris présentent une prise de poids moins importante (-5%) sans modification de la prise alimentaire par rapport aux contrôles, tandis que les autres 50% sont massivement obèses avec une prise alimentaire diminuée. Dans les deux cas, les souris LPL VMH ⁻/⁻présentent une diminution d'activité locomotrice. Dans un modèle de rat perfusé 10 min avec une émulsion de lipides héparinée (ILH) dans l'artère carotide vers le cerveau, la prise alimentaire est significativement diminuée jusqu'à 5h après la perfusion (-71%) par rapport aux contrôles, et la sensibilité à l'insuline est fortement diminuée. L'entrée des AG dans les cellules via CD36 est nécessaire à leur rôle inhibiteur sur la prise alimentaire. Ce travail de thèse a permis de mettre en évidence pour la première fois l’importance de l'hydrolyse locale des triglycérides par la LPL au niveau de l'hypothalamus sur le contrôle nerveux de l'homéostasie énergétique, et de mieux comprendre les mécanismes de détection centrale des acides gras en impliquant CD36
Among nutrients, we were interested in the role of lipids on hypothalamus. It exist some neuronal populations within the hypothalamus which can detect and be regulated by fatty acids (FA). Two proteins were studied : lipoprotein lipase (LPL) and CD36. Results show that a 30% decrease of hypothalamic LPL activity im mice LPL VMH ~7~ induce two opposite phenotypes : 50% of mice have a body weight gain less important than control (-5%) without food intake modification ; 50% of mice are extremely obese with a decrease of food intake. All mice present a locomotor activity decrease. In rat infused 10 min with a heparinized-lipid emulsion (ILH) in the carotid artery toward brain, food intake is significantly decreased until 5h after infusion (-71%) compared to control group. Insulin sensitivity is also strongly decreased. The effect on food intake depends on the FA entry into cells via CD36 and their acylation by Acyl-coA synthase. This thesis work shows for the first time 1- the importance of hypothalamic TG hydrolysis by LPL on nervous control of energy homeostasis and 2- to better understand the central FA detection by CD36

La maladie de Hirschsprung (MH) est une malformation congénitale rare liée à l’absence de cellule ganglionnaire du système nerveux entérique responsable d’une occlusion néonatale. Sa morbidité reste importante en particulier en raison des entérocolites (HAEC) dont la physiopathologie est encore mal connue. Une rupture de l’homéostasie intestinale est suspectée. Nous avons étudié la maturation postnatale de l’homéostasie intestinale chez le porcelet sain (étude PIGLET), mis en place un modèle animal d’aganglionnose (étude BAC) et analysé le microbiote de patients atteints de MH (étude MICROPRUNG). Nos résultats ont montré qu’il existe un co-développement des principaux acteurs de l’homéostasie en fonction de l’âge et du site intestinal chez le porcelet sain. L’aganglionnose induite au niveau du rectosigmoïde a entrainé une augmentation de la perméabilité épithéliale, un profond remodelage de l’expression des protéines de jonctions serrées et de modifications du microbiote. Enfin, le microbiote fécal des patients atteints d’une MH était différent entre les groupes sans et avec HAEC. Un cluster de composition globale a été mis en évidence chez les enfants de moins de 2 ans quel que soit leur statut HAEC, et certaines familles de bactéries particulièrement impliquées dans les MICI présentaient une abondance supérieure chez les patients HAEC. Nos travaux confirment que l’aganglionnose pourrait être le premier élément d’une cascade d’événements perturbant la mise en place de l’homéostasie intestinale, avec un rôle prépondérant du microbiote dans la survenue de ces HAEC. La diminution de la fréquence des HAEC après 2 ans pourrait être liée à l’évolution du microbiote avec l’âge
Hirschsprung’s disease (HD) is a congenital malformation due to the absence of enteric nervous system’s ganglionic cell causing neonatal obstruction. Its morbidity is partly due to Hirschsprung’s associated enterocolitis (HAEC) whose pathophysiology remains unknown. Disruption of intestinal homeostasis could be the cause. We studied the postnatal maturation of intestinal homeostasis in healthy piglets (PIGLET study), set up an animal model of aganglionnosis (BAC study) and analyzed fecal microbiota in a cohort of HD patients (MICROPRUNG study). Our results showed that the various actors of intestinal homeostasis co-develop with variations depending on age and intestinal location in healthy piglets. Induced aganglionnosis of the rectosigmoid was associated with increased intestinal permeability, profound remodelling of tight junctions’ expression and modifications of the microbiota. Finally, the faecal microbiota of HD patients was different between HD with or without HAEC. A global microbiota composition cluster was found in patients below 2 years of age whatever their HAEC status. Abundance of bacteria families that are particularly involved in IBDs was increased in HAEC patients. This work confirms that aganglionnosis could be the first step towards a cascade of events leading to an intestinal homeostasis disruption, with a major role of the microbiota in HAEC onset. The decrease of HAEC frequency after 2 years of age could be linked to microbiota maturation with age

Le 24S-hydroxycholestérol (24S-OH) est un dérivé oxydé du cholestérol retrouvé dans le plasma chez l’humain. C’est un activateur endogène du Liver-X-Receptor (LXR) et un biomarqueur plasmatique potentiel pour diverses maladies neurodégénératives. Les concentrations de 24S-OH dans le plasma sont influencées par son métabolisme hépatique mais sa conjugaison dans le foie n’a pas été caractérisée à ce jour. Après analyse d’échantillons humains de plasma et d’urine par LC-MS/MS, le 24S-hydroxycholestérol-3 sulfate, 24S-hydroxycholestérol-24 glucuronide et 24S-hydroxycholestérol-3 sulfate, 24 glucuronide ont pu être identifiés. Les enzymes responsables de leurs formations au niveau du foie sont principalement UGT1A4 et SULT2A1. De plus, alors que le dérivé sulfaté montre une activité agoniste envers LXRα, les dérivés glucuronidés sont inactifs. Ces résultats indiquent que la glucuronidation et la sulfatation du 24S-OH affectent différemment son activité biologique pour LXRα. De plus, puisqu’UGT1A4 est régulé par LXRα, il est possible de dire que le 24S-OH est régulé par une boucle de rétrocontrôle.
24S-hydroxycholesterol (24S-OH) is an oxidized derivative of cholesterol detected in the human plasma. It acts as a Liver-X-Receptor (LXR) agonist and its plasmatic levels have also proposed as potential biomarkers for several neurodegenerative diseases. Circulating 24S-OH levels are influenced by its hepatic elimination but the enzymatic processes involved in its conjugation in the liver have only received limited attention. After analysis of human plasma samples by LC-MS/MS, the 24S-hydroxycholesterol-3 sulfate, 24S-hydroxycholesterol-24 glucuronide and 24S-hydroxycholesterol-3 sulfate, 24-glucuronide were identified. The enzymes responsible for their formation in the liver are identified as UGT1A4 and SULT2A1. In addition, while the sulfated derivative shows a LXR agonist activity, glucuronidated derivatives are inactive. These results indicate that 24S-OH glucuronidation and sulfation affect differently its biological activity. Since UGT1A4 is regulated by LXRα, it can be envisioned that 24S-OH hepatic metabolism is controlled by a feedback loop.

Les fonctions du système nerveux autonome sont décrites depuis plusieurs décennies. Cependant, son rôle dans la biologie cellulaire des tissus innervés n’a fait que plus récemment l’objet d’un intérêt soutenu, en particulier en cancérologie. Les fibres afférentes et efférentes de ce système innervent les organes périphériques et contribuent au maintien de l’homéostasie de l’organisme. Elles sont impliquées dans les processus de développement, de réparation et de régénération. Tous ces phénomènes sont, de leur côté, documentés depuis longtemps comme étant associés au cancer. De nouvelles preuves suggèrent que les cellules cancéreuses profitent de l'innervation pathologique associée au cancer pour favoriser l'initiation et la progression de la maladie. En effet, le système nerveux autonome joue un rôle important dans le développement de diverses tumeurs localisées dans des organes innervés physiologiquement comme le pancréas, les ovaires et l’utérus, en régulant notamment la prolifération, la différenciation, la migration, et la dissémination des cellules cancéreuses. Le foie, en tant qu'organe innervé, voit sa physiopathologie également conditionnée par le système nerveux autonome. Toutefois, peu d’études détaillées ont documenté le rôle des fibres nerveuses autonomes dans le carcinome hépatocellulaire (CHC) et sa progression. Cette thèse a exploré la régulation du système nerveux autonome dans l’apparition et la progression du cancer du foie, ainsi que les conséquences de sa modulation dans le but d’identifier de potentielles nouvelles stratégies thérapeutiques fondées sur le niveau de connaissance et de sûreté des médicaments ciblant cette grande fonction physiologique depuis des décennies. Pour cela, nous avons eu recours à des échantillons cliniques, de rats, de souris, ainsi qu’à des cellules primaires, des sphéroïdes, des hépatocytes primaires, et différentes lignées cellulaires. Par immunofluorescence, nous avons mis en évidence la présence de marqueurs neuronaux et plus spécifiquement la colocalisation d’un marqueur immature et d’un marqueur cholinergique dans la capsule et la masse tumorale d’échantillons cliniques. A l’échelle protéique, nous avons montré que ces mêmes marqueurs corrélaient avec l’apparition et la progression de la maladie dans des échantillons cliniques et de rats. En utilisant des données de bio-informatique, nous avons stratifié les CHC en deux groupes : adrénergique et cholinergique en utilisant un score neuronal défini par une approche mathématique simple. A partir de cette stratification, nous avons identifié les tumeurs cholinergiques, comme étant corrélées aux mutations TP53 (p ≤ 0,05), à un intervalle sans progression et à une survie globale plus courts que les tumeurs adrénergiques. De plus, elles étaient corrélées à des traits moléculaires plus pathogènes (tels que, des signatures transcriptomiques prolifératives, moins différenciées, riches en AFP, associées à des fonctions mitotiques plus élevées), ainsi qu’à des caractéristiques définissant la classe proliférative du CHC (CHC agressif) contrairement aux tumeurs adrénergiques. Enfin, en inhibant pharmacologiquement la voie cholinergique par des antagonistes muscariniques et leurs contrôles nicotiniques in vitro, nous avons observé une diminution de la croissance cellulaire indépendante de l’ancrage ainsi qu’une synergie avec les inhibiteurs de tyrosine kinase (ITKs) sorafenib et lenvatinib, tout en préservant les fonctions hépatocytaires des cellules primaires testées. Dans l’ensemble, nos travaux suggèrent que la polarité cholinergique est défavorablement impliquée dans la pathogénicité du carcinome hépatocellulaire et constitue donc une cible d’intérêt futur, légitime en thérapeutique
The functions of the autonomic nervous system have been described for several decades. However, its role in the cellular biology of innervated tissues has only recently been the subject of sustained interest, particularly in cancerology. The afferent and efferent fibers of this system innervate peripheral organs and help maintain the homeostasis of the organism. They are involved in the processes of development, repair and regeneration. All these phenomena, in turn, have been documented as being associated with cancer. New evidence suggests that cancer cells take advantage of the pathological innervation associated with cancer to promote disease initiation and progression. Indeed, the autonomic nervous system plays an important role in the development of various tumors located in physiologically innervated organs such as the pancreas, ovaries and uterus, notably by regulating the proliferation, differentiation, migration and dissemination of cancer cells. As an innervated organ, the liver's pathophysiology is also conditioned by the autonomic nervous system. However, few detailed studies have documented the role of autonomic nerve fibers in hepatocellular carcinoma (HCC) and its progression. This thesis explored the regulation of the autonomic nervous system in the onset and progression of liver cancer, and the consequences of its modulation, with the aim of identifying potential new therapeutic strategies based on the level of knowledge and safety of drugs targeting this major physiological function for decades. To achieve this, we used clinical, rat and mouse samples, as well as primary cells, spheroids, primary hepatocytes and different cell lines. Using immunofluorescence, we highlighted the presence of neuronal markers and, more specifically, the colocalization of an immature marker and a cholinergic marker in the capsule and tumor mass of clinical samples. At the protein level, we showed that these same markers correlated with disease onset and progression in clinical and rat samples. Using bioinformatics data, we stratified HCCs into adrenergic and cholinergic groups using a neuronal score defined by a mathematical approach. From this stratification, we identified cholinergic tumors as correlated with TP53 mutations (p ≤ 0.05), shorter progression-free interval and overall survival than adrenergic tumors. Furthermore, they were correlated with more pathogenic molecular features (such as, proliferative transcriptomic signatures, less differentiated, AFP-rich, associated with higher mitotic functions), as well as with features defining the proliferative class of HCC (aggressive HCC) unlike adrenergic tumors. Finally, by pharmacologically inhibiting the cholinergic pathway with muscarinic antagonists and their nicotinic controls in vitro, we observed a decrease in anchorage-independent cell growth as well as synergy with the tyrosine kinase inhibitors (TKIs) sorafenib and lenvatinib, while preserving hepatocyte functions in the primary cells tested. Overall, our work suggests that cholinergic polarity is unfavorably implicated in the pathogenicity of hepatocellular carcinoma, and therefore constitutes a legitimate target of future therapeutic interest

Le cholestérol est un lipide crucial dans le système nerveux central (SNC) et sa régulation stricte assure un développement et une fonction neuronaux appropriés. Le cholestérol est synthétisé dans le SNC par les cellules gliales qui produisent et sécrètent le cholestérol pour répondre aux besoins neuronaux. Les lipoprotéines et leurs récepteurs sont des éléments clés de ce transport intercellulaire : où ces derniers reconnaissent, lient et endocytent les lipoprotéines contenant du cholestérol. Le récepteur de lipoprotéine stimulé par lipolyse (LSR) est le récepteur le plus récemment découvert dans le SNC. C'est un complexe protéique multimère qui subit des changements conformationnels lors de la liaison des acides gras libres, révélant ainsi un site de liaison qui reconnaît les apolipoprotéines B et E. L'inactivation complète du gène LSR est létale au niveau embryonnaire, probablement due à une fuite de la barrière hématoencéphalique. De plus, des études sur des souris LSR +/- ont révélé une modification de la distribution du cholestérol et des fonctions cognitives. Notre premier objectif était de réaliser le profilage LSR au niveau des tissus et des cellules. Nos résultats ont révélé une expression différentielle des sous-unités de LSR. Les études in vitro sur des cultures de cellules primaires ont démontré que le LSR était fortement exprimé dans différentes régions du SNC, à la fois dans les cellules gliales et neuronales. Notre hypothèse est qu'une forte expression du LSR dans les cellules gliales pourrait jouer un rôle dans le contrôle de la synthèse du cholestérol, en limitant le cholestérol en circulation dans le liquide extracellulaire du cerveau. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons développé un système inductible Cre-lox ciblant spécifiquement les cellules gliales. Le phénotypage comportemental démontre un déficit de la fonction olfactive ayant un impact sur la mémoire sociale de ces animaux. Bien qu'aucun problème de vision n'ait été détecté, le test de reconnaissance d'objet a démontré que la mémoire visuelle était affectée. En outre, les tests sur le labyrinthe en Y et celui de Barns semblent affecter la mémoire à court et à long terme. Nos résultats suggèrent que l'inactivation spécifique de LSR dans les cellules gliales altère la mémoire des animaux, affectant la mémoire spatiale et sociale. Fait intéressant et similaire à AD, le signe précoce était lié au déficit en olfaction. En utilisant une stratégie combinant phénotypage comportemental, immunomarquage et analyse biochimique de marqueurs spécifiques de la plasticité synaptique, ce modèle pourrait également être utilisé pour déterminer le rôle du LSR dans la cognition cérébrale et le trafic de cholestérol dans le SNC, et pourrait fournir les moyens de valider le LSR en tant que cible thérapeutique potentielle pour le traitement des dommages causés par le stockage des lipides et le développement de maladies neurodégénératives dans le cerveau vieillissant
Cholesterol is a crucial lipid in the central nervous system (CNS) and its strict regulation ensures proper neuronal development and function. Cholesterol is synthesized in the CNS by glial cells which produce and secrete cholesterol to meet neuronal needs. Lipoproteins and their receptors are key elements of this intercellular transport: where the latter recognize, bind and endocytose lipoproteins containing cholesterol. The lipolysis stimulated lipoprotein receptor (LSR) is the most recently discovered receptor in the CNS. It is a multimeric protein complex that undergoes conformational changes during the binding of free fatty acids, thus revealing a binding site which recognizes apolipoproteins B and E. Complete inactivation of the LSR gene is lethal at embryonic level, probably due to a leaky blood brain barrier. In addition, studies in LSR +/- mice have revealed a change in the distribution of cholesterol and cognitive functions. Our first goal was to perform LSR profiling at the tissue and cell level. Our results revealed a differential expression of the LSR subunits. In vitro studies in primary cell cultures have shown that LSR is highly expressed in different regions of the CNS, both in glial and neuronal cells. Our hypothesis was that a strong expression of LSR in glial cells could play a role in controlling the synthesis of cholesterol, by limiting the cholesterol circulating in the extracellular fluid of the brain. To verify this hypothesis, we have developed an inducible Cre-lox system specifically targeting glial cells. Behavioral phenotyping demonstrated a deficit in olfactory function which has an impact on the social memory of these animals. Although no visual problems were detected, the object recognition test showed that the visual memory was affected. Additionally, Y and Barnes mazes tests revealed an impacted short- and long-term memory. Our results suggest that specific inactivation of LSR in glial cells impairs animal memory, affecting spatial and social memory. Interestingly and similarly to AD, the early signs monitored olfactory deficits. Using a strategy combining behavioral phenotyping, immunostaining and biochemical analysis of specific markers of synaptic plasticity, this model could also be used to determine the role of LSR in brain cognition and cholesterol trafficking in the CNS, and could provide the means to validate LSR as a potential therapeutic target for the treatment of damage caused by lipid storage and the development of neurodegenerative diseases in the aging brain

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

Cette thèse participe à l’étude générale des facteurs environnementaux et périphériques qui contrôlent le développement précoce du système nerveux central. Plus particulièrement, notre objectif a été d’établir quel rôle tient la leptine, hormone de satiété également connue pour sa fonction neurotrophique, dans l’établissement de la séquence développementale GABAergiqueEn combinant des approches électrophysiologiques, morphologiques et moléculaires, nous avons montré que cette séquence était altérée chez la souris déficiente pour la leptine (ob/ob) et pour son récepteur (db/db). En effet, chez ces souris, le GABA hyperpolarise et inhibe les neurones hippocampiques dès le troisième jour de vie post-natale, alors que le GABA induit une dépolarisation pendant la première semaine de vie post-natale chez les animaux sauvages. Grace à une étude in vivo sur les nouveau-nés ob/ob et in vitro sur cultures neuronales, nous avons montré que cette altération du fonctionnement de la transmission GABAergique était due à une expression, prématurée du transporteur du chlore KCC2 tant au niveau traductionnel que transcriptionnel. In vivo, nous avons démontré qu’il était possible de rétablir la séquence développementale GABAergique par injection de leptine chez les souris ob/ob. Nous avons évalué comment l’hyperleptinémie associée à l’obésité maternelle altérait l’homéostasie du chlore, sur la descendance de souris obèses. Ces résultats établissent ainsi l’idée d’un contrôle de l’homéostasie du chlore par la leptine dans l’hippocampe en développement et ouvre de nouveaux horizons sur la prise en charge des troubles neurodéveloppementaux liés à une altération de l’homéostasie du chlore
This dissertation tackles the general study of external cues (sensory inputs, neuronal activity, neurotrophins, and peripheral factors) controlling early central nervous system development. Our specific aim was to establish the role of leptin in shaping GABAergic developmental sequence, from a depolarizing to an hyperpolarizing action of GABA (D/I shift). Using acute hippocampal slices of newborn rodents, we have shown that this shift was abolished in leptin deficient (ob/ob) mice and in leptin receptor deficient (db/db) mice. In these mice the D/I shift occur as early as post-natal day 3, whereas in wild-type (WT) mice it takes place during the second post-natal week. Using newborn ob/ob mice and neuronal cultures we show that this GABAergic transmission impairment was due a precocious expression of the chloride extruder KCC2. In vivo we have also demonstrated that leptin injections were sufficient to restore the WT phenotype. Finally, we have evaluated how hyperleptinemia associated to maternal obesity alter chloride homeostasis in the offspring of high fat fed mothers. This work establishes therefore the involvement of leptin in the control of chloride homeostasis during development, and will help the management of neurodevelopmental disorders in which altered chloride-homeostasis is part of the pathogenic mechanism. Overall, this dissertation proposes that a peripheral factor, leptin, acts as a relay between the environment and the central nervous system to ensure the proper development of the latter

L'homéostasie des métaux dans le cerveau joue un rôle crucial dans la santé du système nerveux central. Les recherches actuelles sur les maladies neurodégénératives suggèrent que la dyshoméostasie des métaux contribue activement à la pathogenèse et à la progression d'affections telles que les maladies de Parkinson et d'Alzheimer. L'excès de métaux libres dans le cerveau peut avoir des effets délétères, notamment des dommages oxydatifs par la production d'espèces réactives oxygénées (ROS), l'inflammation et la perturbation des processus biologiques en raison de l'altération des conformations des protéines et des enzymes. La dyshoméostasie systémique des métaux est traditionnellement traitée par chélation ou phlébotomie. Toutefois, cette approche présente plusieurs difficultés pour traiter les excès de métaux dans le cerveau, notamment la nécessité d'administrer des doses élevées de chélateurs, ce qui peut entraîner des effets indésirables, et la nature non localisée de la chélation combinée à la difficulté de passer la barrière hémato-encéphalique (BBB). De nombreuses maladies neurodégénératives sont actuellement dépourvues de remèdes efficaces. Par conséquent, l'objectif de cette thèse est de développer un matériau chélateur capable de fournir une extraction localisée et spécifique des métaux, en particulier du fer. Pour atteindre cet objectif, plusieurs polymères fonctionnels ont été synthétisés par greffage de chélateurs. Ces polymères ont ensuite été utilisés pour développer différents matériaux chélatants (gels, xérogels, fibres), qui ont été minutieusement caractérisés afin d'évaluer leurs propriétés mécaniques et leur efficacité chélatante spécifique. Enfin, les applications in vivo de ces matériaux ont été évaluées afin d'explorer leur potentiel en tant que nouveaux traitements pour l'extraction localisée des métaux dans les maladies neurodégénératives
Metal homeostasis in the brain plays a crucial role in the health of the central nervous system. Current research on neurodegenerative diseases suggests that metal dyshomeostasis actively contributes to the pathogenesis and progression of conditions such as Parkinson's and Alzheimer's diseases. Excess of free metals in the brain can have deleterious effects, including oxidative damages through the production of oxygene reactive species (ROS), inflammation, and disruption of biological processes due to altered protein and enzyme conformations. Systemic metal dyshomeostasis has traditionally been treated with chelation therapy or phlebotomy. However, this approach presents several challenges for treating brain metal excesses, such as the need for high chelator doses, which can lead to adverse effects, and the non-localized nature of chelation combined with the difficulty to pass the blood brain barrier (BBB). Many neurodegenerative diseases currently lack effective cures. Therefore, the aim of this thesis is to develop a chelating material capable of providing localized and specific metal extraction in particular for iron. To achieve this goal, several functional polymers were synthesized by grafting chelating. These polymers were then used to develop various chelating materials (gels, xerogels, fibers), which were thoroughly characterized to assess their mechanical properties and specific chelating efficacy. Finally, in vivo applications of these materials were evaluated to explore their potential as novel treatments for localized metal extraction in neurodegenerative diseases

L’homéostasie cardiovasculaire est maintenue par un ensemble de réflexes (le baroréflexe, le réflexe de Bezold-Jarisch et le chémoréflexe) qui induisent une bradycardie, modulées en fonction des conditions environnementales. En effet, les conduites de fuite ou d’attaque, déclenchées en réponse à certains stimuli stressant (la réaction de défense), s’accompagnent d’une inhibition de la bradycardie du baroréflexe. Chez le rat anesthésié, nous avons montré que la bradycardie du réflexe de Bezold-Jarisch et du chémoréflexe étaient aussi inhibées pendant la réaction de défense, cette inhibition étant sous-tendue par l’activation des récepteurs 5-HT3, NK1 et GABAA localisés dans le noyau du tractus solitaire (NTS). Nos travaux ont permit de d’identifier les neurones sérotoninergiques de la région B3 (Raphé magnus et Noyaux latéraux paragigantocellulaires) comme la source de sérotonine libérée dans le NTS pendant la réaction de défense et activant les récepteurs 5-HT3 à l’origine de l’inhibition des bardycardies réflexes. Enfin nous avons montré, pour la première fois, que le Noyau Cunéiformis (Cnf) participait à l’inhibition des bradycardies réflexes pendant la réaction de défense. Puis par une approche neuroanatomique et pharmacologique nous avons identifié les projections activatrices directes du Cnf sur une structure clé de la réaction de défense, la colonne dorsolatérale de la substance grise périaqueductale
The cardiovascular reflexes are regulatory mechanism devoted to maintain constant blood pressure. During the stress reactions the cardiovagal component of the reflexes are inhibited. Activation of the dorsolateral periaqueductal grey (dlPAG) induces the defence reaction and the inhibition of the reflex bradycardia thought activation of the 5-HT3, NK1 and GABAA receptors in the NTS. Our experiment showed that the B3 group was the origin of serotonin released in the NTS during the defence reaction. We found that the nucleus cuneiformis (Cnf) is involved in this cardiac reflex modulation following the same pathway. In addition we found massive afferents from the Cnf reached the dlPAG

Le tractus gastro-intestinal représente la plus grande interface entre le corps humain et son environnement. Il s'agit d'un système multicouches composé de mucus et de cellules épithéliales établissant et régulant des barrières, tout en se connectant directement au système immunitaire. Cette interface permet les flux d'eau et de nutriments et empêche l'entrée des toxines et des pathogènes. C'est donc la première ligne de défense. La régulation de la perméabilité se produit essentiellement par la voie para-cellulaire, elle-même soutenue par le complexe épithélial de protéines de jonction. Le microbiote intestinal joue un rôle clé dans la régulation des systèmes immunitaire et métabolique ainsi que dans la protection contre les agents pathogènes. Les interactions continues entre la barrière intestinale et le microbiote sont essentielles pour maintenir l'intégrité intestinale et donc l'homéostasie globale dans des conditions saines. De nos jours, la plupart des syndromes ou maladies chroniques, comme le syndrome de l’intestin irritable (SII) mais aussi les troubles métaboliques ou comportementaux, sont associés à une augmentation de la perméabilité intestinale, aussi appelée « syndrome de l'intestin qui fuit ». En effet, l'hyperperméabilité a pour conséquence une augmentation du flux d’eau et de nutriments, à travers l’épithélium intestinal, mais surtout des pathogènes et des toxines, favorisant une réponse immunitaire et une inflammation. De nombreuses études ont aussi associé des changements de la composition du microbiote intestinal, dysbiose, aux maladies chroniques. Les effets bénéfiques des souches probiotiques sont de plus en plus démontrés à la fois dans des études in vitro jusqu’à des essais cliniques, et montrent qu’ils peuvent être utilisés non seulement dans des approches préventives mais également thérapeutiques. Nous avons voulu comprendre les interactions entre les composants épithéliaux intestinaux et les bactéries probiotiques dans le contexte physiopathologique des troubles chroniques intestinaux. Pour cela, nous avons mis en place un criblage de plus de cinquante souches bactériennes, provenant de genres différents, sur des modèles de perméabilité in vitro basés sur la résistance électrique trans-épithéliale (TEER) et utilisant deux types de lignées cellulaires intestinales humaines, Caco-2 et T84. Ces modèles nous ont permis de sélectionner six souches de Lactobacillus que nous avons caractérisées sur leurs propriétés probiotiques (capacité d’adhésion, stabilité de la forme biofilm, production de neurotransmetteurs et activité enzymatique). Nous avons ensuite évalué les bénéfices de certaines d’entre elles dans des modèles in vivo d’inflammation chronique de bas grade et de séparation maternelle néonatale, utilisant des souris C57BL/6J. Nous avons finalement déterminé l’implication des souches bactériennes sur la modulation de la perméabilité intestinale via l’étude du complexe de protéines de jonction cellulaire
The gastro-intestinal tract represents the largest interface between the human body and its environment. It is a multilayer system composed of mucus and epithelial cells that establish and regulate barriers, while directly connecting to the immune system. This interface allows fluxes of water and nutriments and prevents from the entry of antigens and pathogens. Thus, it is the first line of defense. The regulation of the permeability occurs through the paracellular pathway, which is supported by the epithelial complex of junctional proteins. The gut microbiota also plays a key role in the regulation of the immune and metabolic systems and also, in the protection against pathogens. The continuous cross-talks between the intestinal barrier and the microbiota are essential to maintain the intestinal integrity and therefore the global homeostasis in healthy conditions. Nowadays, most of the chronic syndromes and diseases, such as irritable bowel syndrome (IBS) but also metabolic or behavioral disorders, are associated with an increase of the gut permeability also called “leaky gut syndrome”. Indeed, the consequence of the hyperpermeability is a flow increase of water and nutriments across the intestinal barrier but also of pathogens or toxins, among others, promoting an immune response and inflammation. Many studies also associated changes in the gut microbiota composition, dysbiosis, with chronic diseases. The beneficial effects of probiotic strains are increasingly demonstrated from in vitro experimentations to clinical trials and these studies demonstrated that they can be used in both the prevention and treatment of these disorders. We aimed to better decipher the interactions between the intestinal epithelial components and the probiotic bacteria in the pathophysiological context of intestinal chronic disorders. To do that, we first designed an in vitro screening of over fifty strains, from different genus, based on trans-epithelial electrical resistance (TEER) of two types of human intestinal epithelial cell lines, Caco-2 and T84. With these models, six Lactobacillus strains were selected and we better characterized their probiotic properties (adhesion ability, biofilm stability, neurotransmitter production and enzyme activity). We further evaluated the effect of four of them in in vivo models of chronic low-grade inflammation and neonatal maternal separation using C57BL/6J mice. Finally, we determined the implication of the bacterial strains in the modulation of the gut permeability, through the study of the complex of cellular junctional proteins

La microglie agit en tant que sentinelle immunitaire du système nerveux central et joue un rôle crucial dans le maintien de son homéostasie. Les peroxysomes, organites essentiels au métabolisme cellulaire, orchestrent principalement la dégradation d'acides gras à très longue chaîne (AGTLC). L’accumulation des AGTLC est d’ailleurs un marqueur des maladies peroxysomales dont la plus commune est l’adrénoleucodystrophie liée à l’X (X-ALD), une maladie neurodégénérative rare et complexe dans laquelle la microglie est suspectée de jouer un rôle important. La désactivation de gènes peroxysomaux dans les cellules microgliales BV-2 a mis en lumière une relation jusqu'alors non explorée entre l'activité peroxysomale et la plasticité microgliale. Plus précisément, les gènes désactivés incluaient ceux codant pour les transporteurs d'acides gras à très longue chaîne, ABCD1 et ABCD2, ainsi que l'enzyme limitante de la β-oxydation peroxysomale ACOX1. L’analyse transcriptomique et fonctionnelle des cellules mutantes a révélé une signature pathologique microgliale proche de celle retrouvée dans les maladies neurodégénératives les plus répandues. Le défaut peroxysomal impacte le métabolisme lipidique au sens large, les fonctions lysosomales et autophagiques, ainsi que la réponse à une stimulation au lipopolysaccharide incluant la réponse inflammatoire et l’homéostasie redox. Les fonctions de phagocytose et de présentation antigénique à des lymphocytes T sont également modifiées. De plus, les sécrétions de ces cellules microgliales mutantes induisent la mort des lignées cellulaires neuronales et oligodendrocytaires et modifient la morphologie et la fonction des neurones. Si ces résultats doivent être relativisés et confirmés dans la microglie primaire, ils confortent l’hypothèse d’un rôle majeur et précoce de la microglie dans la cascade neurodégénérative observée dans l’X-ALD et valident la microglie et les molécules qu’elle sécrète comme une cible thérapeutique dans les leucodystrophies peroxysomales
Microglia act as the immune sentinel of the central nervous system and play a crucial role in maintaining its homeostasis. Peroxisomes, essential organelles in cellular metabolism, mainly orchestrate the breakdown of very long-chain fatty acids (VLCFAs). The accumulation of VLCFAs is a marker of peroxisomal diseases, the most common of which is X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD), a rare and complex neurodegenerative disease in which microglia are thought to play an important role. The inactivation of peroxisomal genes in BV-2 microglial cells had shed light on a yet unexplored relationship between peroxisomal activity and microglial plasticity. Specifically, knocked-out genes included those encoding the very long-chain fatty acid transporters ABCD1 and ABCD2, as well as the peroxisomal β-oxidation-limiting enzyme ACOX1. Transcriptomic and functional analysis of the mutant cells revealed a disease-associated microglial signature close to that found in the most common neurodegenerative diseases. The peroxisomal defect impacts lipid metabolism in the broad sense, lysosomal and autophagic functions, as well as the response to lipopolysaccharide stimulation, including the inflammatory response and redox homeostasis. The functions of phagocytosis and antigen presentation to T lymphocytes are also altered. In addition, secretions from these mutant microglial cells induce the death of neuronal and oligodendrocyte cell lines and modify the morphology and function of neurons. Although these results need to be confirmed in primary microglia, they support the hypothesis of a major and early role for microglia in the neurodegenerative cascade observed in X-ALD and validate microglia and the molecules they secrete as a therapeutic target in peroxisomal leukodystrophies