Tesi sul tema "Facteur Neurotrophique Dérivé du Cerveau (BDNF)"

La partie centrale de l’amygdale étendue (AEc) est associée à la modulation des états émotionnels dans de nombreuses situations physiologiques et pathologiques telles que l’anxiété, la peur, la dépendance aux drogues, ainsi qu’à différentes manifestations des états douloureux. L’AEc reçoit des afférences issues du noyau parabrachial (PB). Celui-ci est un centre intégrateur majeur des informations viscéro- et somato-sensorielles exprimant de nombreux neuropeptides et leurs récepteurs. Ainsi, la morphine exogène agit sur les récepteurs de type mu dont la présence en forte densité a été démontrée dans la région externe du PB latéral (PBel). Le PBel présente également une concentration importante de neurones exprimant le Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF). Cette neurotrophine joue un rôle majeur dans le développement et la régénération du système nerveux et est également connue pour intervenir dans les mécanismes de plasticité synaptique. Nous avons posé l'hypothèse que le BDNF pourrait être un élément important de la voie parabrachio-amygdaloïde, élargie à l’ensemble de l’AEc. Nous avons évalué son implication dans l’analgésie morphinique et dans la dépendance aux opiacés. L’injection d’acide iboténique ou la délétion locale du BDNF dans le PBel diminue l’expression des symptômes physiques de sevrage de la morphine et réduit significativement l’analgésie morphinique. Par contre, les sensibilités nociceptives basales des animaux ne sont pas affectées, tout comme leur niveau d’anxiété ou leurs capacités motrices. Enfin, l’induction du facteur de transcription c-Fos par la morphine aiguë ou par le sevrage précipité de la morphine est réduite dans l’AEc des animaux ayant subit une délétion du BDNF. L’ensemble de nos résultats associés à ceux de la littérature suggèrent l'existence d'une interaction entre les récepteurs des opioïdes et le BDNF au sein de la voie parabrachio-AEc
Central part of extended amygdala (EAc) is associated to emotional states modulation in a number of physiological or pathological situations such as anxiety, fear, addiction or pain-related behaviors. EAc receives afferences from the parabrachial nucleus (PB) which is a major integrative center for viscero- and somato-sensory information. Numerous neuropeptides and associated receptors are expressed in the PB. In particular, exogenous morphine acts through mu opioid receptors found in high density in PB external lateral part (PBel). This region also displays a large concentration of Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) expressing neurons. This neurotrophine plays a critical role in development and nervous system regeneration but it is also known for its implication in synaptic plasticity mechanisms. We hypothesized that BDNF could be a critical element of the parabrachio-amygdaloid pathway, extended to the whole EAc pathway. We have thus assessed its implication in morphine analgesia and opiates addiction. Ibotenic acid injection or local specific BDNF gene deletion in the PBel reduces the expression of naloxone-precipitated morphine withdrawal-induced physical symptoms and significatively reduces morphine-induced analgesia without affecting tolerance phenomena associated with repetitive morphine injection. However, basal nociceptive sensibilities of animals were not affected and no influence on their anxiety level or motor capacities was observed. Moreover, the induction of transcription factor c-Fos by acute morphine or by naloxone-precipitated morphine withdrawal is reduced in EAc of BDNF-deleted mice. Our results, associated to the data from the literature, suggest an interaction between mu opioid receptors and BDNF in the parabrachio-EAc pathway

L'anorexie mentale (AM) est un trouble alimentaire complexe caractérisé par une restriction calorique sévère, une perte de poids extrême et une image corporelle déformée. Cette thèse examine le rôle du facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) dans l'AM à travers les dimensions neurobiologiques, métaboliques et psychologiques. En utilisant un modèle animal chronique, la recherche explore comment la signalisation du BDNF interagit avec les circuits de récompense et cognitifs, ainsi que ses implications pour l'axe muscle-cerveau et le rôle des autres neurotrophines dans l'AM. Chapitre 1 aborde les dimensions neurobiologiques et métaboliques de l'AM. Il se concentre sur la façon dont les dynamiques de la signalisation du BDNF sont affectées par la restriction chronique, la réalimentation et les comportements de boulimie, spécifiquement au sein des structures cérébrales associées aux circuits de récompense et cognitifs. En utilisant un modèle animal chronique, ce chapitre explore les altérations de la signalisation du BDNF dans des régions cérébrales clés, notamment le striatum dorsal (DS), le cortex préfrontal (PFC), le noyau accumbens (NAc) et la zone tegmentale ventrale (VTA). Il examine comment ces changements affectent le traitement des récompenses, les fonctions cognitives et l'homéostasie métabolique globale dans le contexte de l'AM. Le chapitre aborde également les implications plus larges de ces résultats pour comprendre les mécanismes neurobiologiques du trouble et ses traitements. Chapitre 2 étudie les dynamiques de la signalisation du BDNF et sa relation avec les gènes impliqués dans l'axe muscle-cerveau. Ce chapitre examine comment le BDNF interagit avec les fibres musculaires rapides et lentes et explore les connexions entre les muscles et les régions cérébrales clés, notamment l'hippocampe et l'hypothalamus. La recherche met en évidence comment ces interactions influencent les processus neurobiologiques et métaboliques dans l'AM. En éclaircissant le rôle du BDNF dans la communication muscle-cerveau, ce chapitre contribue à une compréhension plus profonde des mécanismes physiologiques sous-jacents à l'AM et de leurs implications potentielles pour les stratégies thérapeutiques. Chapitre 3 explore le rôle des autres neurotrophines, spécifiquement NTF3, NTF5 et NGF, dans les régions cérébrales associées à l'AM. Ce chapitre examine comment ces neurotrophines sont régulées et leur impact sur les structures cérébrales liées à l'AM. En étudiant l'expression et la fonction de NTF3, NTF5 et NGF, la recherche fournit des éclairages sur leurs contributions aux processus neurobiologiques sous-jacents à l'AM
Anorexia nervosa (AN) is a multifaceted eating disorder marked by severe caloric restriction, extreme weight loss, and distorted body image. This thesis investigates the role of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in AN through the lens of neurobiological, metabolic, and psychological factors. Using a chronic animal model, the research examines how BDNF signaling intersects with reward and cognitive circuits, as well as its implications for the muscle-brain axis and the role of other neurotrophins in AN. Chapter 1 delves into the neurobiological and metabolic dimensions of AN. It focuses on how BDNF signaling dynamics are affected by chronic restriction, refeeding, and binge behaviors, specifically within brain structures associated with reward and cognitive circuits. Utilizing a chronic animal model, this chapter explores alterations in BDNF signaling across key brain regions, including the dorsal striatum (DS), prefrontal cortex (PFC), nucleus accumbens (NAc), and ventral tegmental area (VTA). It examines how these changes impact reward processing, cognitive functions, and overall metabolic homeostasis in the context of AN. The chapter also addresses the broader implications of these findings for understanding the neurobiological underpinnings of the disorder and its treatment. Chapter 2 investigates the dynamics of BDNF signaling and its relationship with genes implicated in the muscle-brain axis. This chapter examines how BDNF interacts with both rapid and slow muscle fibers and explores the connections between muscle and key brain regions, including the hippocampus and hypothalamus. The research highlights how these interactions influence neurobiological and metabolic processes in AN. By elucidating the role of BDNF in muscle-brain communication, this chapter contributes to a deeper understanding of the physiological mechanisms underlying AN and their potential implications for treatment strategies. Chapter 3 explores the role of other neurotrophins, specifically NTF3, NTF5, and NGF, in brain regions associated with AN. This chapter investigates how these neurotrophins are regulated and their impact on AN-related brain structures. By examining the expression and function of NTF3, NTF5, and NGF, the research provides insights into their contributions to the neurobiological processes underlying AN

Le cerveau du nouveau-né est exposé aux agressions. Nous disposons d'un modèle animal de lésions cérébrales néonatales. L'injection intracérébrale d'un agoniste des récepteurs NMDA (iboténate), chez des souriceaux âgés de cinq jours, provoque des lésions du cortex et de la substance blanche. La co-injection de peptide vaso-actif intestinal (VIP) protège la substance blanche. Le VIP se lie à un récepteur astrocytaire VPAC2 atypique couplé à la protéine kinase C et induit la synthèse puis l'excrétion du Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF). Celui-ci active le récepteur TrkB et les Mitogen-Activated Protein Kinases neuronales, favorisant la repousse axonale et dendritique. Mais, la seule induction du BDNF n'explique pas la neuroprotection : le stress prénatal chronique ultra léger exacerbe la taille des lésions cérébrales tout en augmentant le taux de transcrits BDNF des mâles. Néanmoins, l'injection d'ampakines stimule la synthèse de BDNF et diminue la taille des lésions cérébrales
The neonatal brain is often exposed to insults. We have developped a mice model allowing studies of neonatal brain lesions. On postnatal day 5, pups are injected intracerebrally with ibotenate, (NMDA agonist) resulting in both cortical and white matter lesions. When co-injected with ibotenate, vasoactive intestinal peptide (VIP) protects white matter. VIP binds to an atypical VPAC2 receptor that stimulate Kinase C Protein and triggers Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) induction and excretion by astrocytes. BDNF binds to neuronal TrkB receptors coupled to the Mitogen-Activated Protein Kinases pathway which stimulates sprouting and axonal re-growth. Nevertheless, BDNF can be powerless to protect the immature brain : prenatal chronic ultra_mild stress does exacerbate neonatal brain lesions while increasing BDNF mRNA content in male pups. However, injection of allosteric modulators of AMPA receptors (called AMPAkines) increases BDNF synthesis and decreases neonatal brain lesions

Le "Brain-derived neurotrophic factor" BDNF, est un facteur de croissance impliqué dans le maintien de l'intégrité et de la plasticité des cellules neuronales et astrocytaires qui exerce aussi un rôle important dans l'homéostasie lymphocytaire B via sa liaison à son récepteur de haute affinité TrkB "Tropomyosin receptor kinase". La neurotensine, au autre neuropeptide, régule la réponse inflammatoire digestive et agit comme neurotransmetteur dans le système nerveux central via sa liaison à ses récepturs spécifiques NTSR1, NTSR2 et NTSR3. Nous avons mis en évidence, pour la première fois, l'expression de la neurotensine et de ses récepteurs dans les lignées lymphocytaires B ainsi que dans des lymphocytes B humains normaux ou de patients atteints de leucémie lymphoïde chronique ou de lymphome diffus à grandes cellules. Nous avons montré l'effet positif de la neurotensine sur la survie et la prolifération de lignées lymphocytaires B soumises à un stress pro-apoptotique. Nous avons également comparé les mécanismes de signalisation intracellulaire mis en jeu par le BDNF et la neurotensine en situation de stress pro-apoptotique dans deux lignées plasmocytaires et étudié les interactions potentielles entre ces voies et entre les récepteurs TrkB, NTSR1 et NTSR2. L'ensemble de ces travaux a permis de souligner un rôle important de la neurotensine dans l'homéostasie lymphocytaire B et de montrer un mode d'action différent de la neurotensine et du BDNF dans la survie de lignées plasmocytaires soumis à un stress pro-apoptotique
The "Brain-derived neurotrophic factor" BDNF is a growth factor wich regulates plasticity of both neuronal cells and astrocytes and plays an impportant function in B-cell homeostasis via its interaction with its high-affinity receptors, TrkB "Tropomyosin receptor kinase". Neurotensin, another neuropeptide, regulates inflammation in the digestive system and plays a role of neurotransmitter in central nervous system through its binding to its specific receptors NTSR1, NTSR2 and NTSR3. We described, for the first time, the expression of neurotensin and its receptors in B cell ines reproducing all different stages of B cell differentiation, as well as in B lymphocytes from healthy donors and patients with chronic lymphocytic leukaemia and diffuse large B-cell lymphoma. We showed positive effect of neurotensin on survival and proliferation of b cell lines in pro-apoptotic culture conditions. We also compared BDNF and neurotensin intracellular signalling pathways in two plasmacytic cell lines and their potential interactions and we analyzed potential interactions between TrkB, NTSR1 et NTSR2. These results underline an important role of neurotensin in B-cell homeostasis as wemm as different regulatory effects of BDNF and neurotensin on two plasmacytic cell lines under pro-apoptotic culture conditions

Le développement neuronal est contrôlé par des facteurs épigénétiques de l'environnement cellulaire. Parmi les facteurs diffusibles, les neurotrophines agissent dans plusieurs régions centrales sur la différenciation morphologique et fonctionnelle des neurones post-mitotiques. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l'effet du BDNF et de la NT3 sur la différenciation de sous populations neuronales hypothalamiques, et particulièrement celles impliquées dans les régulation neuroendocrin iennes. Nous avons caractérisé la différenciation phénotypique des neurones hypophysiotropes au cours du développement, dans un modèle de culture primaire de neurones provenant des noyaux arqué ou périventriculaire, par RT-PCR sur cellule unique. Dans le noyau arqué, on observe une restriction d'expression des peptides somatolibérine (GHRH), neuropeptide Y et somatostatine (SRIF). Dans le noyau. Arqué, cette restriction est mimée pour le GHRH et le SRIF par la NT3 alors que le BDNF n'a pas d'effet. Au contraire, dans le noyau périventriculaire, seul le BDNF induit une restriction d'expression du SRIF. Dans les deux stmctures, les deux neurotrophines accélèrent de façon identique la synaptogenèse. Des effets très sélectifs des neurotrophines ont été mis en évidence sur deux populations hypophysiotropes présentes dans ces noyaux. La différenciation morphologique et biochimique de neurones dopaminergiques est stimulée par le BDNF dans le noyau périventriculaire et par la NT dans le noyau arqué. Le développement des neurones somatostatinergiques n'est sensible qu’au BDNF, et ce essentiellement dans le noyau péri ventriculaire. Par ailleurs, nous avons montré qu'une protéine récemment découverte, le MCH gène overprinted polypeptide (MGOP), colocalisé dès la période périnatale avec la somatostatine noyau périventriculaire. In vitro, le MGOP module la libération de somatostatine et pourrait donc également influencer le développement des neurones à SRIF.

La mémoire est une fonction cognitive permettant l’encodage, le stockage et la restitution des informations que nous percevons. Elle est essentielle à la construction d’une histoire personnelle et à une interaction adéquate de l’individu avec son environnement. Ces phénomènes nécessitent une plasticité cellulaire importante au niveau des structures cérébrales que sont la région hippocampique et le cortex. Au niveau moléculaire, les neurotrophines ont été montrées comme étant des médiateurs importants de la plasticité structurale et fonctionnelle. La neurotrophine BDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor) et son récepteur de haute affinité TrkB (Tropomyosine-related kinase B) sont fortement exprimés dans ces régions cérébrales à haut degré de plasticité, où, au delà du simple rôle de support trophique nécessaire à la survie des neurones, ils régulent la transmission synaptique et la synaptogenèse. Leur implication dans les phénomènes de mémoire a été montrée dans de nombreuses études. Dans des situations pathologiques où la mémoire est altérée, comme c’est le cas dans la maladie d’Alzheimer (MA), les patients perdent la capacité de se rappeler leur passé et par conséquent d’échanger avec eux-mêmes et avec les autres. Par là même, cette maladie neurodégénérative dont le principal facteur de risque est l’âge, est l’un des plus grands fléaux de notre société de par le vieillissement de la population. Au niveau histopathologique, le cerveau des patients présente deux lésions caractéristiques : les dépôts amyloïdes, composés de peptides β-amyloïdes (Aβ) accumulés sous forme de plaques extracellulaires, et la dégénérescence neurofibrillaire (DNF), correspondant à l’inclusion intraneuronale de protéines Tau hyper- et anormalement phosphorylées. De nombreuses études ont également montré une dérégulation du système neurotrophique BDNF/TrkB dans l’hippocampe et le cortex des patients atteints de MA, suggérant un rôle dans la physiopathologie de cette maladie. L’étude de modèles animaux modélisant le versant amyloïde de la MA a permis de mettre en évidence un effet de l’accumulation du peptide Aβ sur la diminution des niveaux de BDNF dans le cortex. Cependant, l’impact de la pathologie Tau sur le système BDNF/TrkB est actuellement inconnu. Or, l’atteinte progressive des structures cérébrales par la pathologie Tau chez les patients atteints de MA s’opère de manière stéréotypée et est corrélée au développement des altérations mnésiques. La région hippocampique est la première touchée, avant même l’apparition des premiers signes cliniques, puis la pathologie Tau va s’étendre à l’ensemble du cortex dans des stades plus avancés de MA. Pour ces raisons, nous portons au sein du laboratoire un intérêt particulier pour la pathologie Tau, les mécanismes conduisant à son accumulation et ses conséquences sur la physiologie cellulaire. Afin de répondre à ces questions, nous disposons d’un modèle murin transgénique de pathologie Tau, la souris THYTau22, surexprimant une isoforme de Tau humaine mutée sur deux sites et sous contrôle d’un promoteur neuronal. Ce modèle présente dès l’âge de trois mois des altérations progressives de l’apprentissage et de la mémoire en parallèle d’une accumulation de protéine Tau principalement au niveau hippocampique, sans perte neuronale majeure, ce qui lui confère les caractéristiques d’un stade précoce de MA. Il s’agit par conséquent d’un modèle tout à fait pertinent pour étudier l’impact de la pathologie Tau sur le système BDNF/TrkB dans l’hippocampe. Par un ensemble de techniques biochimiques, nous avons mis en évidence le fait que les niveaux de transcrits et de protéines BDNF et TrkB n’étaient pas diminués dans l’hippocampe des souris THY-Tau22 avant l’âge de douze mois, suggérant l’absence d’impact majeur de la pathologie Tau sur leur expression. En revanche, des expériences électrophysiologiques menées sur des tranches d’hippocampe ont permis de mettre en évidence le fait que l’effet facilitateur du BDNF sur la transmission synaptique, appelé facilitation synaptique, est retrouvé aboli dans la région CA1 de l’hippocampe des souris THYTau22, et ce dès l’âge de 3 mois. Cette forme de plasticité synaptique requiert le couplage TrkB/récepteur glutamatergique NMDA. En accord avec les données biochimiques montrant une diminution de l’expression des différentes sous-unités du récepteur NMDA dans l’hippocampe, nos données électrophysiologiques mettent en évidence un défaut de la réponse des récepteurs NMDA lors de l’application de leur agoniste spécifique, le NMDA, sur des tranches hippocampiques de souris THY-Tau22. L’ensemble de ces données suggère qu’une forme de plasticité synaptique médiée par le BDNF est altérée de manière précoce par la pathologie Tau, et ce via une altération fonctionnelle des récepteurs NMDA, contribuant potentiellement aux altérations mnésiques observées dans la MA. Après avoir mis en évidence une altération de la fonctionnalité du système neurotrophique BDNF par la pathologie Tau, nous avons voulu investiguer si, en retour, une modulation du système BDNF pouvait avoir un impact sur la pathologie Tau. De nombreuses études suggèrent que la pratique d'une activité physique préviendrait le risque de survenue de la MA. Or, l’un des effets majeurs de l’exercice physique au niveau central est d’induire une augmentation chronique du BDNF hippocampique. Afin d'étudier les effets à long terme de l’exercice physique volontaire sur la pathologie Tau, des roues ont été mises à disposition de souris THY-Tau22 de trois mois et de leurs contrôles, et ce durant neuf mois. Nos résultats mettent en évidence une diminution de la pathologie Tau chez les souris THY-Tau22 ayant pratiqué une activité physique, en parallèle d’une amélioration de la mémoire spatiale et d’une augmentation des niveaux de BDNF hippocampique, suggérant les effets bénéfiques d’une modulation endogène et à long terme du système BDNF/TrkB sur la pathologie Tau et ses conséquences physiopathologiques. L’ensemble des résultats de cette thèse suggère par conséquent la présence d’un « dialogue » entre la pathologie Tau et le système neurotrophique du BDNF, mettant en exergue l’importance d’une modulation des neurotrophines dans le traitement de la maladie d’Alzheimer
Memory is the ability of our brain to encode, store and recall our experiences. It holds our personal history and is required for an appropriate interaction with the environment. Such events require a high level of plasticity in the hippocampus and the cortex. At the molecular level, neurotrophins are important modulators of structural and functional plasticity. Among them, Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) and its high-affinity receptor TrkB (Tropomyosine-related kinase B) are highly expressed in these cerebral regions, where beyond their role in trophic supply they can modulate synaptic transmission and synaptogenesis. Their role in memory processes has been shown in various studies. When memory is lost, as in Alzheimer’s disease (AD), people lose the ability to comprehend the world and as a result, they lose connections with themselves and with others. The main risk factor of AD being age, this neurodegenerative disease is becoming a major public health problem due to population ageing. AD patients brain exhibit two pathological hallmarks : extracellular amyloid deposits made of β-amyloid peptides (Aβ) and intraneuronal neurofibrillary tangles (NFT) made of aggregated hyper- and abnormally phosphorylated Tau proteins. In addition, BDNF/TrkB neurotrophic system has been shown to be impaired in AD patients’ cortex and hippocampus, suggesting a role in the disease physiopathology. In vivo studies using amyloid models of AD have pointed out a correlation between Aβ accumulation and BDNF decreased expression. However, whether Tau pathology impacts on BDNF/TrkB system signaling is unknown. Yet, in AD, Tau pathology follows a stereotyped and sequential pathway correlated with ognitive deficits. The lesions first appear in the hippocampal region, even before the first symptoms, and then reach the whole cortex at later stages. Therefore, in the laboratory we are most interested in Tau pathology, the mechanisms leading to its aggregation and the consequences on cellular physiology. We have developed the THY-Tau22 transgenic mouse model overexpressing a double-mutated human Tau transgene, which is under the control of a neuronal promoter. This model exhibits progressive learning and memory deficits, starting from the age of 3 months, in parallel to hippocampal Tau pathology, without major neuronal loss thereby mimicking early stages of AD. These characteristics make it a relevant model to study Tau pathology effects on hippocampal BDNF/TrkB system. Using biochemical techniques we have shown that BDNF/TrkB mRNA and protein levels were not decreased in THY-Tau22 mice hippocampus until the age of 12 months, suggesting no major influence of Tau pathology on BDNF/TrkB expression. However, electrophysiological experiments performed on hippocampal slices pointed out the fact that BDNF facilitating effects on synaptic transmission, known as synaptic facilitation, were abolished in hippocampal CA1 region of THYTau22 mice, as early as 3 months of age. This form of synaptic plasticity requires coupling of TrkB with NMDA glutamate receptor (NMDAR). In agreement with biochemical experiments showing a decreased expression of hippocampal NMDAR subunits, electrophysiological assessments on hippocampal slices uncovered impairment of NMDAR-mediated response. Overall, these data suggest that a form of BDNF-mediated synaptic plasticity is impaired in an early manner by Tau pathology, through functional alterations of NMDAR, thereby potentially contributing to memory alterations observed in AD. To further evaluate relationships between BDNF/TrkB signaling and Tau pathology, we investigated whether BDNF modulation had an impact on Tau pathology. Several studies suggest that physical activity prevents cognitive decline in AD. Yet, one major central effect of exercise is to induce a chronic increase of hippocampal BDNF. To study long-term effects of voluntary exercise on Tau pathology, 3 month-old THY-Tau22 mice and controls were given free access to a running wheel during 9 months. Our results show a decrease of Tau pathology in running THY-Tau22 mice hippocampus, together with prevention of spatial memory deficits and increase of hippocampal BDNF levels, suggesting beneficial effects of long-lasting modulation of BDNF/TrkB system on Tau pathology and its physiopathological consequences. Overall, results gathered during this thesis suggest a bilateral relationship between Tau pathology and BDNF/TrkB neurotrophic system, thereby highlighting the importance of neurotrophin modulation for AD treatment

Les tauopathies sont des maladies neurodégénératives impliquant des formes pathologiques de la protéine Tau. La protéine Tau est exprimée dans le système nerveux et intervient dans la stabilisation du réseau de microtubules. Suite à des modifications post-traductionnelles, la protéine Tau peut perdre sa fonction de stabilisation et acquérir des propriétés neurotoxiques et former des agrégats. Cela conduit à l’accumulation d’enchevêtrements neurofibrillaires dans les neurones, des marqueurs histopathologiques associés aux tauopathies et à la maladie d’Alzheimer (MA). La présence de mutations sur la protéine Tau peut favoriser son agrégation et conduire à des physiopathologies différentes du point de vue évolutif et clinique. Une diminution du BDNF a été observée chez les patients atteints par la MA, mais peu d’études se sont intéressées aux liens entre le facteur neurotrophique BDNF et la protéine Tau. La caractérisation de l’implication du BDNF dans des modèles poisson-zèbre de tauopathies a été réalisé au sein de l’équipe. Des premiers résultats montrent que les larves de poisson-zèbre exprimant la protéine mutée TauP301L présentent une diminution du BDNF. Dans ces travaux de thèse, nous avons étudié les effets de la surexpression neuronale de différentes protéines Tau, sauvage ou mutées (TauWT, TauA152T et TauP301L) chez les larves de poisson-zèbres. La phosphorylation de la protéine Tau, la neurotoxicité ainsi que les défauts sensori-moteurs provoqués par cette surexpression ont été caractérisés. Nous avons ensuite recherché des facteurs neuroprotecteurs au niveau cellulaire et fonctionnel par une approche pharmacologique ciblant les voies de signalisation pouvant être impliquées dans les déficits observés. La surexpression d’une protéine Tau humaine chez les larves de poisson-zèbres induit son hyperphosphorylation, une augmentation de la neurotoxicité et provoque des déficits sensori-moteurs. La surexpression de la protéine sauvage (TauWT) ou mutée (TauA152T, TauP301L) conduit à des réponses locomotrices différentes. TauWT induit une diminution de l’activité locomotrice, TauA152T la diminue drastiquement, alors que TauP301L conduit à une hyperactivité locomotrice des larves. Afin de réparer les phénotypes observés, nous avons testé dans un premier temps le chlorure de lithium (LiCl), un inhibiteur de la GSK3β décrit pour améliorer les déficits induits par TauP301L. Le LiCl permet de rétablir l’activité locomotrice des larves TauP301L. Parallèlement, un apport exogène de BDNF permet de diminuer la neurotoxicité et également de réparer les défauts locomoteurs. Les traitements BDNF et LiCl ne montrent aucun effet bénéfique sur les altérations locomotrices des larves TauWT et TauA152T. Sachant que la voie du stress du réticulum endoplasmique (UPR) est également dérégulée dans les tauopathies, nous avons réalisé une étude préliminaire chez les larves. Nos résultats indiquent des altérations de certains effecteurs de cette voie, avec une augmentation de la protéine PERK pour les larves TauWT et TauA152T. Cependant, aucun effet bénéfique n’est obtenu avec un inhibiteur de PERK sur les larves TauWT ou TauA152T. En conclusion, nous avons montré que la surexpression de TauA152T ou TauP301L conduit à une hyperphosphorylation et une neurotoxicité similaire entre ces deux lignées de poissons-zèbres. Seuls les tests sensori-moteurs sont en mesure de discriminer les effets induits par ces deux mutations. De plus, nous avons montré que seules les larves TauP301L présentent une diminution du facteur neurotrophique BDNF. Prévenir ces dérégulations par une approche pharmacologique a permis de restaurer le phénotype locomoteur et/ou partiellement la neurotoxicité chez les larves TauP301L. Les deux mutations étudiées possèdent des propriétés d’agrégation et de propagation différentes et nos données apportent un aspect fonctionnel complémentaire dans la perspective de tests de nouveaux composés neuroprotecteurs
Tauopathies are a group of neurodegenerative diseases, associated with pathological Tau proteins. The Tau protein is expressed in the nervous system cells and is involved in microtubule network stabilization, via specific binding domains. Abnormal post-translational processes can lead to the loss of Tau stabilizing function. Therefore, acquisition of aggregative and neurotoxic properties results into the accumulation of neurofibrillary tangles in neurons, which are histopathological markers of tauopathies and Alzheimer’s disease. Oligomer formation and aggregation is also associated with Tau mutations specific of different pathologies with distinct etiology. One of the projects led by the team is to characterize the involvement of the neurotrophic factor BDNF in zebrafish models of tauopathies. A decrease in BDNF induced by the peptide Aβ has been observed in patients with Alzheimer’s disease, but few studies have focused on the possible links between BDNF and pathological Tau proteins. Initial results evidenced a decrease in BDNF in zebrafish larvae expressing the pathological protein TauP301L. The main objective of my thesis was the analysis of the neuronal and sensory-motor phenotypes of zebrafish larvae with overexpression of wild type or mutated Tau proteins (TauWT, TauA152T and TauP301L). Tau phosphorylation, neurotoxicity and sensory-motor defects induced by this overexpression were characterized. We next evaluated the neuroprotective role of an exogenous treatment of BDNF on neurotoxicity at the cellular and functional levels. In addition, other signaling pathways that may be involved in the observed deficits were investigated. Our results showed that overexpression of human Tau protein in zebrafish larvae induces Tau hyperphosphorylation, neuronal death and/or axonal retraction, associated with sensory and locomotor deficits. Overexpression of TauWT, or mutated proteins (TauA152T, TauP301L) lead to different locomotor responses: TauWT induced a decrease in locomotor activity, decrease even more pronounced for TauA152T, while TauP301L leads to locomotor hyperactivity of the larvae. In order to rescue the observed phenotypes, we tested neuroprotective factors including lithium chloride (LiCl), known as a GSK3β inhibitor described to improve the deficits induced by TauP301L. LiCl resulted in the recovery of a locomotor phenotype for the TauP301L lineage, similar to the controls. At the same time, an exogenous supply of BDNF, or a TrkB receptor agonist, partially alleviated neurotoxicity and fully restored locomotor defects. The BDNF and LiCl treatments had no beneficial effect on locomotor alterations in larvae expressing the TauWT and TauA152T proteins. In order to test other signaling pathways involved in tauopathies, we next investigated the endoplasmic reticulum stress pathway, or UPR. Our preliminary data indicate several alterations of UPR effectors in larvae, such as an increase in the PERK protein level for larvae expressing TauWT and TauA152T. However, no beneficial effect was observed with a PERK inhibitor on TauWT or TauA152T larvae. In conclusion, our results demonstrate that overexpression of TauA152T or TauP301L proteins leads to Tau protein hyperphosphorylation, and a similar neurotoxicity. Sensory-motor tests were able to discriminate the effects induced by these two mutations. Furthermore, only TauP301L larvae displayed a decrease in the expression of the neurotrophic factor BDNF, that could be rescued by a pharmacological approach with the recovery of the locomotor phenotype. The two mutations studied have different aggregation and propagation properties and our data provide a complementary functional aspect in the perspective of testing new neuroprotective compounds

La leucémie lymphoïde chronique (LLC) est une hémopathie maligne caractérisée par l’accumulation, dans le sang et les organes lymphoïdes secondaires, de lymphocytes B matures résistants à l’apoptose. Le microenvironnement tumoral de la LLC au sein des organes lymphoïdes secondaires, et notamment les « Nurse-Like Cells » (NLCs), joue un rôle majeur dans la promotion de la survie et de la prolifération des cellules leucémiques. Au cours de cette étude, la surexpression du récepteur de la neurotensine NTSR2, un récepteur couplé aux protéines G, a été caractérisée. Il est activé de façon constitutive dans les cellules leucémiques circulantes, et son activation dépend de son interaction avec le récepteur à activité tyrosine kinase TrkB suite à la liaison de son ligand, le BDNF, tous deux également surexprimés. L’activation de NTSR2-TrkB par le BDNF entraine une signalisation de survie par les voies Src et Akt, aboutissant à la surexpression des protéines anti-apoptotiques Bcl-2 et Bcl-XL. L’inhibition du récepteur NTSR2 dans ces cellules fait diminuer leur viabilité. En présence des NLCs, les expressions de NTSR2, TrkB, BDNF, et de la sortiline, protéine de transport des neurotrophines et des récepteurs Trk, est accentuée. Les NLCs produisent elle-même du BDNF, activent la voie de signalisation Src, et leur rôle protecteur des cellules leucémiques est BDNF-dépendant. L’ensemble de ces travaux met en évidence un rôle capital de NTSR2-TrkB-BDNF dans la signalisation de survie des cellules leucémiques circulantes et au sein du microenvironnement tumoral de la LLC, et pourrait ainsi constituer une nouvelle cible thérapeutique potentielle
Chronic lymphocytic leukemia (CLL) is a malignant hemopathy characterized by the accumulation of apoptosis resistant mature B lymphocytes in peripheral blood and secondary lymphoid organs. In these secondary lymphoid organs, the tumor microenvironment, notably Nurse-like Cells (NLCs), plays a major role in leukemic cells survival and proliferation promotion. In this study, an overexpression of neurotensin receptor NTSR2, a G-protein coupled receptor, was identified. NTSR2 is constitutively activated in circulating leukemic cells and its activation depends on its interaction with tyrosine kinase activity receptor TrkB upon binding of its ligand, BDNF. Activation of NTSR2-TrkB by BDNF induces survival signaling by Src and Akt pathways, and in term anti-apoptotic proteins Bcl-2 and Bcl-XL overexpression. Inhibition of NTSR2 in those cells impacts their viability. In the presence of NLCs, expressions of NTSR2, TrkB, BDNF, and sortilin, a neurotrophin and Trk receptor transport regulator, are enhanced. NLCs produce BDNF, stimulate Src activation, and their protective role on leukemic cells is BDNF-dependent. Taken together, this study highlights a key role of NTSR2-TrkB-BDNF in leukemic cells survival signaling, both in the circulation or in the tumor microenvironment, and might thus constitute a potential new therapeutic target

Chez l’homme, des mutations dans le gène MECP2 sont à l’origine de maladies neurologiques dont la principale est le Syndrome de Rett (RTT). Le décours de la pathologie est caractérisé par un arrêt du développement entre 6 et 18 mois après la naissance, suivi par un ensemble de signes cliniques, dont une phase de régression importante avec des troubles moteurs, autonomes et cognitifs. Parmi les facteurs qui participent au développement de la pathologie, le BDNF joue un rôle clé. En effet l'expression du Bdnf est diminuée de moitié dans le système nerveux central en l’absence de celui-ci. C'est un acteur prépondérant dans l’apparition et dans la progression du phénotype anormal des neurones dans cette pathologie et donc une excellente cible thérapeutique. L’utilisation directe du Bdnf n’est actuellement pas envisageable car cette protéine ne traverse pas la BHE et que son temps de demi-vie est très court. Nous avons donc élaboré des stratégies alternatives afin d’agir indirectement sur le Bdnf, de façon à stimuler son transport vésiculaire et compenser les déficits en contenus, par une augmentation de sa biodisponibilité et de sa libération à la synapse. Dans cette optique j’ai utilisé deux approches visant à stimuler le transport axonal du Bdnf par la phosphorylation d'Htt afin d’augmenter la vitesse de transport antérograde de vésicules de Bdnf dans les neurones. Mes conclusions sont que la phosphorylation d'Htt corrige le déficit de transport axonal du Bdnf in vitro. Elle permet d'améliorer la survie et certains symptômes de la souris modèle de RTT. Cette phosphorylation apparait ainsi comme une piste thérapeutique intéressante
Rett syndrome (RTT) is a severe neurological disorder caused by mutations in the MECP2 gene, located on the X chromosome. After a period of apparent normal development, females with MECP2 mutations undergo a regression of early developmental milestones, resulting in the deterioration of motor skills, eye contact, speech, and hand movements and ultimately resulting in severe breathing disturbances, as the disease progresses, and severe handicap. Bdnf, a neuronal modulator that plays a key role in neuronal survival, development, and plasticity has been found to be one of the main factors altered in the absence of Mecp2. The Bdnf pathway is one of the most appealing pathways to target in RTT. Bdnf itself is unable to cross the blood-brain barrier (BBB) and needs to be indirectly activated. Thus, we developed an indirect strategy to enhance Bdnf trafficking in neurons. Huntingtin (Htt) phosphorylation of Serine 421 enhances Bdnf transport and promoting Htt phosphorylation may restore Bdnf homeostasis in Mecp2 KO brain. We tested this possibility using two approaches to promote Htt phosphorylation of S421 in Mecp2-deficient neurons and Mecp2 KO mice. We evaluated the consequences of Htt S421 phosphorylation on BDNF axonal trafficking in projecting corticostriatal neurons in vitro, and in vivo on the behavior of Mecp2 KO mice. Our findings demonstrate that pharmacological and genetic stimulation approaches correct Bdnf trafficking in vitro and improve longevity and behavioural features in Mecp2 KO mice. Htt S421 phosphorylation appears to be a possible target for the development of treatments in RTT

La maladie d'Alzheimer (MA) est une pathologie neurodégénérative caractérisée par la présence de plaques séniles majoritairement composées par la protéine β-amyloïde (Aβ). Afin de caractériser les effets de la toxicité amyloïde, nous avons évalué l'impact au cours du temps d'une injection intracérébroventriculaire (icv) du peptide Aβ25-35 agrégé sur des paramètres comportementaux, physiologiques et biochimiques chez le rat et sur un système neuroprotecteur endogène, le BDNF. Nous avons caractérisé 1, 2, 3 et 6 sem après l'injection icv d'Aβ25-35, les effets sur la mémoire à court- et long-terme, sur les niveaux dans l'amygdale, le cortex frontal, l'hippocampe et l'hypothalamus du stress oxydant, des processus apoptotiques et du BDNF ainsi que ces récepteurs (TrkB et p75). Chez ces animaux, des études immunohistologiques sont également réalisées sur le système BDNF, la neuroinflammation, la neurogénèse et la perte cellulaire hippocampique. Cette étude montre que l'injection d'Aβ25-35 induit des déficits mnésiques, un stress oxydant, de la mitochondrie et du réticulum endoplasmique et des processus apoptotiques. L'Aβ25-35 a un impact sur le système cholinergique, l'intégrité hippocampique, la neurogénèse et la neuroinflammation. Les taux de corticostérone et le système BDNF sont également modifiés. L'injection icv d'Aβ25-35 induit les signes neuropathologiques majeurs de la MA chez le rat et valide ce modèle d'injection comme un bon modèle non-transgénique de la MA. De plus, il semble qu'une partie des effets observés pourraient être le résultat d'une dérégulation du système BDNF dans certaines régions du cerveau
Alzheimer's disease is a neurodegenerative pathology characterized by the presence of senile plaques. The major component of senile plaques is an amyloid-ß protein (Aβ). In this study, we assessed the time-course effects and regional changes observed after a single intracerebroventricular (icv) injection of aggregated Aβ fragment [25-35] (Aβ25-35; 10 µg/rat), on physiological parameters (body weight, general activity and body temperature), behavioral responses (spatial short- and long-term memories), stress parameters (BDNF and CORT levels, oxidative, inflammation, neuroprotection, cellular) and on histological parameters (neuroinflammation, acetylcholine systems, hippocampus integrity, BDNF system). We shown that a single icv injection of Aβ25-35 has a significant impact on short- and long-term memories, HPA axis activity, oxidative stress, brain level of a neuroprotective agent (BDNF) and its receptors (TrkB and p75), ER and mitochondrial stress, apoptotic processes, astrogliosis and microgliosis, cholinergic systems, hippocampus integrity and hippocampal neurogenesis. This study allows to realize the parallel existing between the effects induced by Aβ25-35 icv injection and numerous relevant signs of the pathology observed in patients. It seems that effects observed could be due to differential regulation of BDNF system on cerebral regions

La pratique régulière d’une activité physique (AP) est un important message de santé publique. L’AP améliore non seulement la santé cardiovasculaire via l’augmentation de la production de NO (nitric oxide) par l’endothélium vasculaire mais aussi la santé cérébrale via l’augmentation des taux de BDNF (brain-derived neurotrophic factor) dans le cerveau. Comme la synthèse et la sécrétion de BDNF sont proportionnelles à l’activité neuronale, il est généralement admis que l’élévation des taux cérébraux de BDNF induite par l’AP est à relier à l’hyperactivité neuronale. Nous avons testé l’hypothèse selon laquelle l’élévation du flux sanguin dans les vaisseaux de la circulation cérébrale pendant la réalisation de l’AP contribue à augmenter les taux cérébraux de BDNF. Les expériences ont été menées chez des rats soumis ou non à l’AP (tapis roulant). Nos résultats montrent : 1) que l’augmentation des taux de BDNF induite par l’AP (tapis roulant, 18m/min, 30 min/j, 7j consécutifs) est moindre lorsque l’augmentation du flux sanguin pendant la réalisation de l’AP, est prévenue par un clampage mono- ou bi- carotidien, 2) que l’effet de l’AP sur les taux de BDNF dépend de l’intensité de l’AP ( tapis horizontal versus déclive descendant), 3) que la dysfonction endothéliale (modèle de rat spontanément hypertendu) et le traitement par un inhibiteur de NO synthase diminuent les effets de l’AP sur les taux cérébraux de BDNF et 4) qu’il existe une association positive entre les taux cérébraux de BDNF et la production de NO par l’endothélium vasculaire.L’ensemble de nos résultats suggère que l’augmentation des taux cérébraux de BDNF induite par l’AP met en jeu l’augmentation du flux sanguin dans les vaisseaux de la circulation cérébrale et, plus précisément, l’augmentation de la production endothéliale de NO qui en résulte. Ils fournissent de nouvelles données pour comprendre le lien existant entre fonction endothéliale et performances cognitives, soulevant l’idée selon laquelle les modalités d’AP pour améliorer la santé cérébrale doivent être différentes en cas de pathologies associées à une dysfonction endothéliale
The regular practice of physical activity (PA) is an important public health message. PA not only improves cardiovascular health through the increase in NO (nitric oxide) production by the vascular endothelium but also through the increase levels in brain BDNF (brain-derived neurotrophic factor) levels. As the synthesis and secretion of BDNF are proportional to neuronal activity, it is generally accepted that PA-induced brain BDNF levels elevation is linked to neuronal hyperactivity. We tested the hypothesis that the increase in blood flow in cerebrovasculature during PA contributes to increase brain BDNF levels. The experiments were carried out in sedentary and trained rats (treadmill). Our results show that: 1) brain BDNF levels elevation induced by PA (treadmill, 18m /min, 30 min /day, 7 consecutive days) is lower when the normal rise of cerebral blood flow during the PA is prevented by occluding one or both common carotid arteries, 2) the effect of PA on brain BDNF levels is dependent on PA intensity (horizontal versus downhill), 3) the presence of endothelial dysfunction (spontaneously hypertensive rat model) as well as NO synthase inhibition decrease the effects of PA on brain BDNF levels and 4) there is a positive association between brain BDNF levels and vascular endothelium NO production .Collectively, our results suggest that increase in brain BDNF levels, induced by PA, involves increase in cerebrovasculature blood flow and more precisely elevation in endothelium NO production. They provide new data for understanding the relationship between endothelial function and cognitive performance, raising the idea that PA modalities to improve brain health might be different in pathologies diseases with endothelial dysfunction

Le BDNF (brain-derived neurotrophic factor) a été découvert dans le cerveau et est largement impliqué dans la neuroplasticité, la mémoire et la cognition via l’activation des récepteurs TrkB (tropomyosin receptor kinase B) neuronaux. Nous avons récemment montré que le système cardiovasculaire contenait autant de BDNF que le cerveau et que le BDNF exogène était capable d’induire une relaxation vasculaire dépendante de l’endothélium. D’autres études ont suggéré que l’activation des récepteurs TrkB endothéliaux par le BDNF était impliquée dans les processus athérosclérotiques. Notre laboratoire soupçonne une interaction étroite entre NO et BDNF endothélial et a même envisagé la possibilité d’une implication du BDNF secrété par l’endothélium des microvaisseaux cérébraux dans la cognition. Les patients souffrant de polyarthrite rhumatoïde (PR), une maladie inflammatoire d’origine auto-immune, sont à risque cardiovasculaire et présentent une altération de la cognition avec notamment un risque plus élevé de dépression. Etonnamment, l’effet de la PR sur le BDNF est peu documenté. Les seules études disponibles rapportent une élévation du BDNF dans le sang et le liquide synovial en cas de PR. Notre hypothèse est qu’une réduction de l’expression endothéliale du BDNF pourrait contribuer au risque cardiovasculaire et au déficit cognitif associés à la PR. Ainsi, dans notre travail, nous avons étudié le BDNF vasculaire et cérébral et son récepteur TrkB sur le modèle rat d’arthrite induite à l’adjuvant.Nos principaux résultats montrent que l’arthrite conduit à 1) une réduction des taux aortiques de BDNF indépendamment de la sévérité des symptômes inflammatoires mais dépendante de la fonction endothéliale, 2) une diminution des taux cérébraux en BDNF indépendamment de la sévérité des symptômes inflammatoires mais en lien avec la fonction endothéliale, 3) une diminution de l’expression du BDNF et de son récepteur TrkB activé au niveau tant neuronal qu’endothélial dans les régions cérébrales impliquées dans la cognition, 4) une corrélation positive entre l’expression du BDNF par l’endothélium vasculaire et l’expression neuronale des TrkB activés, 5) une absence de corrélation entre les taux sériques de BDNF et ses taux cérébraux ou vasculaires mais en revanche l’existence d’une corrélation positive entre les taux sériques de BDNF et l’inflammation qu’elle soit clinique ou biologique.L’ensemble de ces données est en faveur de l’hypothèse selon laquelle le BDNF endothélial pourrait être impliqué dans le risque athérosclérotique et le déficit cognitif associé à l’arthrite. L’inflammation doit être considérée comme un facteur confondant lorsque les taux circulants de BDNF sont utilisés comme un reflet des taux présents dans le cerveau
BDNF (brain-derived neurotrophic factor) has been discovered in the brain and is widely implicated in neuroplasticity, memory and cognition through the activation of neuronal TrkB (tropomyosin receptor kinase B) receptors. We have recently shown that the cardiovascular system contained as much BDNF as the brain and that exogenous BDNF was able to induce endothelium-dependent vascular relaxation. Other studies have suggested that activation of endothelial TrkB receptors by BDNF is involved in atherosclerotic processes. Our laboratory suspects a close interaction between endothelial NO and BDNF and has even considered the possibility of involvement of BDNF secreted by cerebral microvessel endothelium in cognition. Patients suffering from rheumatoid arthritis (RA), an inflammatory disease of autoimmune origin, are at risk of cardiovascular disease and have an impairment of cognition, including a higher risk of depression. Surprisingly, the effect of RA on BDNF is poorly documented. The only available studies report an increase of BDNF in the blood and synovial fluid in RA. Our hypothesis is that a reduction in endothelial expression of BDNF may contribute to the cardiovascular risk and cognitive deficit associated with RA. Thus, in our work, we studied vascular and cerebral BDNF and its TrkB receptor on the rat model of adjuvant-induced arthritis.Our main findings show that arthritis leads to 1) a decrease in BDNF levels in aortas independently of the severity of inflammatory symptoms but dependent on endothelial function, 2) a decrease in brain BDNF levels independent of the severity of inflammatory symptoms, but link with endothelial function, 3) a decreased expression of BDNF and its activated TrkB receptor at both neuronal and endothelial levels in the brain regions involved in cognition, 4) a positive correlation between endothelial expression of BDNF and neuronal expression of activated TrkB, 5) a lack of correlation between serum BDNF levels and its cerebral or vascular levels, but on the other hand the existence of a positive correlation between serum BDNF levels and inflammation, whether clinical or biological.All of these data support the hypothesis that endothelial BDNF may be involved in atherosclerotic risk and cognitive impairment associated with arthritis. Inflammation should be considered as a confounding factor when circulating levels of BDNF are used as a reflection of levels present in the brain

Les troubles de l’humeur font partie des problèmes de santé majeurs dans le monde, du fait de leur forte incidence et récurrence dans la population générale, de la nuisance pour la qualité de vie des patients ainsi que la répercussion majeure sur les systèmes de santé. A ce jour, l’étiologie ainsi que les mécanismes biologiques sous-jacents les troubles de l’humeur sous encore très mal connus. Un nombre grandissant de preuves suggère qu’une interaction complexe entre les gènes et l’environnement serait a l’origine de la mise en place et évolution des épisodes dépressifs majeurs – un des troubles de l’humeur les plus répandus. Par conséquent, des régulations épigénétiques complexes, qui consistent en des mécanismes clefs par lesquels l’environnement induit des changements persistant sur l’expression des gènes (sans modifier le code génétique), joueraient un rôle prépondérant dans la pathophysiologie de la dépression. De manière plus spécifique, la répression épigénétique du gène codant pour le brain-derived neurotrophic factor (BDNF) – un facteur de croissance impliqué dans la plasticité neuronale et développement du système nerveux central – serait un mécanisme clef dans la mise en place de la dépression et autres troubles de l’humeur. Dans ce contexte, les travaux de recherche présentés dans cette thèse visent à explorer le rôle des régulations épigénétiques au niveau de la signalisation BDNF/TrkB dans la physiopathologie et traitement des troubles de l’humeur. Les résultats montrent que les régulations épigénétiques au niveau de la signalisation BDNF/TrkB sont fortement impliquées dans la mise en place et maintenance de la plasticité neuronale. De plus, les variations environnementales, particulièrement au cours du développement, sont capables d’induire une reprogrammation épigénétique stable et persistante au niveau du complexe BDNF/TrkB ainsi qu’une altération de la neuroplasticité, conduisant à une augmentation de la vulnérabilité au stress et troubles de l’humeur. De manière intéressante, la signalisation du récepteur TrkB est nécessaire pour les effets neurobiologiques et comportementaux des antidépresseurs. De ce fait, une approche pharmocologique ciblée sur le complexe BDNF/TrkB et ses régulations épigénétiques sous-jacentes apparaît comme stratégie thérapeutique prometteuse pour le traitement des troubles de l’humeur tel que la dépression
Mood disorders are among the major health problems worldwide due to the high prevalence and recurrence in the general population, and the significant burden for individual life quality and the repercussion on healthcare systems and society. Up to date, the etiology and biological mechanisms underlying mood disorders are still poorly understood. Mounting evidences suggest that a complex interaction between genes and environment might account in the development and course of major depression i.e. one of the most prevalent affective disorders. Accordingly, complex epigenetic regulations - consisting of key mechanisms by which environmental factors induce enduring changes in gene expression without altering the DNA code - have been suspected to plays a pivotal role in the pathophysiology of depression. More specifically, epigenetic repression of the gene encoding for brain-derived neurotrophic factor (BDNF) - a small-secreted growth factor implicated in brain development and neuronal plasticity - may have a preponderant role in the onset of depression and other mood disorders. In this context, the research presented in this thesis aimed at exploring the role of BDNF signaling and its downstream epigenetic regulations in the pathophysiology and treatment of mood disorders. Our findings indicate that epigenetic regulation at BDNF/TrkB signaling is critically important in the establishment and maintenance of neuronal plasticity. Moreover, environmental variations, especially when occurring in development, are able to induce stable and enduring epigenetic reprogramming involving aberrant BDNF/TrkB signaling and impaired neuroplasticity, thereby increasing vulnerability to stress and mood disorders. Interestingly, antidepressants require TrkB to exert some of their neurochemical and behavioral effects. Hence, targeting the BDNF receptor TrkB to restore a normal epigenetic regulation and neuronal functioning appears to be a promising strategy for the treatment of mood disorders

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

La récupération fonctionnelle des patients victimes d'un accident vasculaire cérébral (AVC) ischémique est largement sous-tendue par les propriétés plastiques du cerveau et plus précisément par sa capacité à remodeler les réseaux de neurones épargnés par l'infarctus. Les études réalisées sur différents modèles animaux d'infarctus cérébral s'accordent à montrer que ces changements plastiques sont induits par le BDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor). Aussi, augmenter les taux cérébraux de BDNF est considéré comme une stratégie thérapeutique prometteuse de réduction des déficiences post-AVC. Dans ce contexte, notre travail avait 2 objectifs : 1) chez le rat, identifier les cellules impliquées dans la surproduction de BDNF et évaluer la pertinence de la mesure des taux circulants de BDNF pour estimer les taux de BDNF présents dans le cerveau, 2) chez le patient victime d'un infarctus cérébral, étudier l'efficacité de la fluoxétine sur la récupération motrice à 3 mois, la fluoxétine étant un inhibiteur spécifique de la recapture de la sérotonine commercialisé comme antidépresseur et capable non seulement d'augmenter la production cérébrale de BDNF mais aussi de stimuler la plasticité post-lésionnelle.Les études précliniques ont été réalisées chez le rat soumis à l'embolisation unilatérale du cerveau par un nombre variable de microsphères (en carbone et calibrées à 50 µm) afin de reproduire le large panel de souffrance cérébrale rencontré en clinique. Le BDNF a été mesuré dans le cerveau et dans le sang (plasma et sérum par technique ELISA) avant et après (4, 24h et 8j) embolisation. Nos résultats montrent :- que la production de BDNF est plus intense et plus durable dans l'hémisphère embolisé que dans l'hémisphère non embolisé et que cette production est indépendante du degré d'embolisation, marqueur indirect de la souffrance cérébrale. - que les cellules non-neuronales deviennent une source non négligeable de BDNF en cas d'ischémie, notamment les cellules endothéliales et microgliales avant 24h et les astrocytes au temps 8j.- que les taux circulants et cérébraux de BDNF ne sont pas corrélés mais qu'il existe une corrélation entre le BDNF plasmatique mesuré au temps 4h et le degré d'embolisation.L'étude clinique correspond à un essai randomisé contrôlé en double aveugle comparant la fluoxétine (20mg/j, voie orale, pendant 3 mois et débutée entre 5 et 10j après les premiers symptômes) au placebo chez des patients présentant un déficit moteur modéré à sévère sur l'échelle motrice de Fugl-Meyer (n=59 dans chaque groupe). Nos résultats montrent que l'amélioration de la fonction motrice est meilleure sous fluoxétine que placebo. En conclusion, notre travail montre l'intérêt des médicaments capables d'augmenter le BDNF et la plasticité post-lésionnelle pour améliorer le pronostic clinique de l'AVC et identifie pour la première fois les cellules endothéliales cérébrales comme une cible potentielle de ces médicaments. Il remet également en cause l'idée largement répandue selon laquelle les taux circulants de BDNF varient dans le même sens que les taux cérébraux.

Le Brain-derived Neurotrophic Factor (BDNF) est impliqué dans les processus cognitifs impliquant l'hippocampe et les structures corticales. Cette étude avait pour but d’analyser les effets postopératoires sur l’expression du BDNF dans ces structures cérébrales.Ainsi, les effets d’une anesthésie de courte durée au propofol, d’une chirurgie mineure et du lipopolysaccharide (LPS) sur l'altération de l’expression du BDNF ont été analysée dans l'hippocampe et le cortex de deux modèles de rongeurs nocturnes et diurnes, correspondant respectivement des jeunes rats Sprague Dawley mâles et des Arvicanthis ansorgei.Dans un premier temps, la rythmicité nycthémérale de l’expression du BDNF a été analysée.Les quantités de BDNF présentes dans le cortex et l'hippocampe ont été déterminées par une technique ELISA. Il s’est avéré que, dans l'hippocampe et le cortex de rat et d’A. ansorgei, le BDNF suit une rythmicité sur 24 heures. La quantité de BDNF atteint un maximum à ZT5(i.e., 5 heures après le début de l’exposition à la lumière). Dans un deuxième temps, les effets sur l’expression du BDNF ont été analysés après administration de propofol et/ou LPS, ainsi que lors d’une chirurgie légère. Parallèlement,l’impact de ces traitements sur la mémoire a été testé à l’aide d’un test d'évitement passif.Nos résultats indiquent que la quantité de BDNF est régulée positivement dans l'hippocampe et le cortex de rats lorsque les animaux ont subit une anesthésie de courte durée au propofol en présence ou absence de LPS. A l’opposé, une chirurgie mineure (sous anesthésie propofol)n’a aucun effet sur les quantités de BDNF.En conclusion, ces études mettent en évidence des effets majeurs d’une anesthésie sur l’expression du BDNF, ainsi que les effets protecteurs du propofol sur la neuroinflammation induite par le LPS
Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is involved in cognition and hippocampus and cortical structures are important in cognition. The present study was designed to analyse the post-operative effects on BDNF. For this purpose, we examined the effects of short duration propofol anaesthesia, LPS and minor surgery on the BDNF protein alteration in the hippocampus and cortex.Young male Sprague Dawley rats were used in all experiments except Arvicanthis ansorgei which were used to study the circadian rhythmicity of BDNF protein as model for diurnal rodents. The quantity of BDNF protein present in the cortex and hippocampal supernatants was determined with an ELISA technique. Memory was tested by fear conditioning using the classic fear conditioning preparation (passive avoidance apparatus).The major finding on BDNF protein in control conditions is that the BDNF protein followed a circadian rhythmicity during the 24 hours of day in the rat’s hippocampus and cortex. The concentration of BDNF protein has been observed to reach a maximum at ZT5 (5 hours afterthe light on period) whether the animals were nocturnal or diurnal. In addition, we found that BDNF protein amount is up regulated in the hippocampus and cortex of rats when they were submitted to short duration propofol anaesthesia, as well as LPS and no effect when minor surgery under propofol anaesthesia was performed.In conclusion, these studies illustrate the dramatic effects of post-operative conditions and neuroinflammation induced by LPS on cognition and the potential mechanism involved. This study also suggests the protective effects of the short duration propofol anaesthesia against neuroinflammation induced by LPS

L’entrainement aérobie (EA) montre des bénéfices sur la santé des personnes âgées présentant la maladie d’Alzheimer (MA) mais les mécanismes physiologiques expliquant ceux-ci restent à analyser. Les objectifs de ce travail étaient d’étudier la faisabilité d’un EA de type continu (EATC) ou intermittent (EATI) durant 9 semaines et de comparer leur effet sur : la synthèse plasmatique du facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNFp), l’endurance cardiorespiratoire (EC), les capacités cognitives et la qualité de vie (QdV), chez des personnes âgées présentant la MA. Après EATC et EATI, aucun effet n’a été observé sur le taux de BDNFp et les performances cognitives. Une amélioration des paramètres d’endurance a été trouvée. La QdV était améliorée après EATC. Ce travail a montré que l’EATC et l’EATI sont faisables et efficaces indifféremment pour améliorer l’EC. L’EATC a eu un impact positif sur la QdV, mais les 2 types d’EA n’ont pas eu d’effet sur la synthèse de BDNFp et les capacités cognitives
Aerobic training (AT) shows health benefits for older with Alzheimer disease, but the physiological mechanisms that explain these remain to be analyzed. The objectives of this work were to study the feasibility of continuous aerobic training (CAT) or interval aerobic training (IAT) over 9 weeks and to compare their effect on brain derived neurotrophic factor (BDNF) plasma level, aerobic fitness, cognitive capacities and quality of life (QoL) in older with AD. No significant changes in terms of BDNF plasma level and cognitive performance was measured but a significantly improvement of endurance parameters was found. QoL was improved after CAT. This work shown that CAT and IAT are both feasible and equally effective to improve aerobic fitness. CAT had a positive impact on QoL, but both aerobic training failed to induce significant BDNF responses and improve cognitive performances

La méthylation de l’ADN est une modification majeure du génome des eucaryotes permettant de moduler l’expression génique et contrôler le développement des mammifères. La protéine Mecp2 (Methyl CpG binding protein 2), dont le gène est situé sur le chromosome X, appartient à la famille des protéines de liaison à l’ADN méthylé. Sur la base de sa structure et de ses interactions Mecp2 a été décrit comme un répresseur de l’expression des gènes. A l’heure actuelle, son implication en tant qu’activateur de la transcription et organisateur de la structure chromatinienne lui confère un rôle plus global dans la régulation de l’épigénome. Des mutations de MECP2 conduisent à des troubles neurologiques dont le principal est le syndrome de Rett (RTT). Cette pathologie dominante liée à l’X affecte principalement les jeunes filles (incidence: 1/15000 naissances). Même si les causes précises du phénotype RTT ne sont pas connues, le profil d’expression de Mecp2 est en lien avec la synaptogenèse, la maturation et la maintenance des réseaux neuronaux. A mon arrivée en thèse l’équipe qui m’a accueilli venait d’identifier des déficits neuronaux, affectant notamment les groupes catécholaminergiques bulbaires et périphériques, à l’origine de troubles respiratoires chez un modèle murin de cette pathologie. Mon travail de thèse a permis de caractériser l’évolution postnatale des déficits moteurs et physiologiques affectant la souris Mecp2-déficiente. L’étude de structures catécholaminergiques d’intérêt telles que la Substantia Nigra et le Locus Coeruleus a révélé que les neurones dopaminergiques et noradrénergiques centraux ont un métabolisme affecté. Le nombre de neurones immunomarqués apparait significativement réduit dans ces groupes ce qui résulterait d’une perte progressive du phénotype « catécholaminergique », en l’absence de mort cellulaire. Nos données suggèrent que ces atteintes constituent un corrélat neuropathologique aux troubles comportementaux observés chez les souris Mecp2-déficientes. Ainsi certains troubles moteurs ont pu être améliorés, à l’aide d’un agent pharmacologique pro-dopaminergique, la L-Dopa. En relation avec les déficits en Bdnf (Brain-derived neurotrophic factor) décrits chez les patientes et les souris Mecp2-déficientes, nous avons identifié qu’une modification du dosage de Mecp2 induit une dérégulation de gènes (Htt, Hap1) codant des protéines impliquées dans le transport intracellulaire des vésicules de Bdnf. Nos travaux nous permettent de postuler que chez la souris Mecp2-déficiente, une altération de la dynamique de transport des vésicules chargées en Bdnf pourrait exacerber le déficit d’expression de cette neurotrophine. Notre traitement des souris Mecp2-déficientes par la cystéamine, une molécule capable d’agir sur les contenus, la libération et la sécrétion du Bdnf permet d’augmenter la survie des animaux et de réduire leurs troubles moteurs. Nos résultats montrent que les déficiences en Mecp2 entrainent des déficits de transport axonal du Bdnf qui s’ajoutent aux déficits de production du Bdnf. Par ailleurs, avec l’utilisation d’agents pharmacologiques agissant sur ce transport, nous offrons de nouvelles perspectives thérapeutiques
DNA methylation is the major modification of eukaryotic genomes and plays an essential role in mammalian development. The protein Mecp2 (Methyl CpG binding protein 2), encoded by a gene located on the X chromosome, belongs to the ‘Methyl Binding domain’ protein family. Based on its structure and its interactions Mecp2 has historically been described as a repressor of expression for many genes. Currently, its involvement as an activator of transcription and its role in chromatin architecture suggests that it could be a global regulator of the epigenome. Mutations in MECP2 lead to neurological disorders, among which Rett syndrome (RTT). This dominant X-linked pathology mainly affects girls (incidence: 1/15000 live births). Although the precise causes of the RTT phenotype are unknown, the pattern of Mecp2 expression is related to synaptogenesis, maturation and neuromaintenance. Before my integration in the ‘Human Neurogenetics’ team, this group identified neural deficits, affecting brainstem and peripheral catecholaminergic cell groups, causing respiratory disturbances in a mouse model of this disease. My thesis work enabled the characterization of the postnatal physiological and motor deficits affecting the Mecp2-deficient mice. The study of catecholaminergic structures of interest such as the substantia nigra pars compacta and the locus coeruleus has revealed that the central noradrenergic and dopaminergic neurons are affected in their metabolism. The number of immunolabelled neurons of these groups appears significantly reduced and would result in a gradual loss of the mature ‘catecholaminergic’ phenotype, in the absence of cell death. Our data suggest that these defects are a neuropathological correlate for behavioral disorders observed in Mecp2-deficient mice. Some motor deficits have been improved, with L-Dopa, a pro-dopaminergic drug. In relation with Bdnf (Brain-derived neurotrophic factor) reduction described in patients and Mecp2-deficient mice, we identified that a change in the dosage of Mecp2 deregulates genes (Htt, Hap1) encoding proteins involved in the intracellular transport of Bdnf. Our work allows to postulate that in the Mecp2-deficient neurons, an altered dynamics of Bdnf vesicles transport could exacerbate the deficit of expression of this neurotrophin. Our treatment of Mecp2-deficient mice with cysteamine, a molecule able to increase Bdnf contents and enhancing its release and secretion, increased the survival of the animals and reduced their motor defects. Our results show that the Mecp2-deficiencies lead to alteration in the axonal transport of Bdnf in addition to deficits in Bdnf production. In addition, by the use of pharmacological agents that affect this transport, we offer new therapeutic perspectives

La famille des neurotrophines est composee de 5 membres qui sont le facteur de croissance des nerfs ou ngf (nerve growth factor), le facteur neurotrophique derive du cerveau ou bdnf (brain-derived neurotrophic factor), la neurotrophine-3 (nt-3), la neurotrophine-4/5 (nt-4/5) et la neurotrophine-6 (nt-6). Les nombreuses etudes de mutagenese realisees sur les neurotrophines ont contribue a une meilleure comprehension de leur mode d'action. Ainsi 7 regions variables entre les neurotrophines (regions i, ii, iii, iv, v, nh#2 et cooh terminales) ont ete definies. L'etude structure-fonction que nous avons entreprise est plus particulierement centree sur les regions ii et v du bdnf murin. Ce choix a ete fait en raison de l'importance de ces regions dans l'interaction du bdnf avec son recepteur trkb. La mutagenese a ete effectuee pour les residus strictement conserves entre les especes et differents pour les autres neurotrophines sauf pour la nt-4/5 qui partage le meme recepteur trkb. La technique de mutagenese que nous avons developpee pour cette etude comprend une etape de pcr suivie de la transformation dans e. Coli. Le plasmide mute est circularise par recombinaison homologue a partir du produit de pcr. L'utilisation d'oligonucleotides degeneres au niveau de la position a muter permet d'introduire differentes mutations ponctuelles en une seule etape. Les activites biologiques du bdnf et de ses derives mutes ont ete comparees en utilisant 2 systemes biologiques differents. D'une part, les derives mutes du bdnf sont exprimes dans les cellules cos, et leur activite biologique est estimee par un test de survie neuronale. D'autre part, l'interaction entre le bdnf et son recepteur trkb est mesuree par un test de proliferation autocrine effectue sur les cellules nih 3t3. Le plasmide exprimant le recepteur trkb et le plasmide exprimant soit le bdnf sauvage, soit les derives mutes, sont cotransfectes. Le nombre de foyers obtenus est le reflet de l'interaction entre le bdnf sauvage ou mute et son recepteur. Ces travaux ont permis de mettre en evidence un role specifique exerce par certains residus. Il est interessant de noter qu'aucune des mutations affectant la region ii ne conduit a l'abolition de l'interaction avec le recepteur trkb. Par contre, l'alteration du seul residu k95 entraine des consequences importantes pour la fixation et l'activite biologique. Ces donnees pourront contribuer a la conception d'agonistes ou d'antagonistes de types peptidiques, utiles comme outils d'investigation du role in vivo du bdnf ou dans une perspective therapeutique pour les maladies neurodegeneratives

Nurr1, Nur77 et Nor-1 sont des récepteurs nucléaires orphelins associés à la neurotransmission dopaminergique. L’objectif de ces travaux est d’étudier l’interaction possible des récepteurs Nurs avec le brain-derived neurotrophic factor (BDNF), un facteur de croissance primordial au cerveau, lui aussi associé à la transmission dopaminergique. Nous démontrons que la concentration de l’ARNm de BDNF est modifiée à l’hippocampe chez les souris transgéniques pour les gènes Nurr1 et Nur77. La performance de souris transgéniques au niveau des gènes Nurs est aussi analysée dans des tâches qui nécessitent l’intervention de BDNF et du système dopaminergique, soit des tests de mémoire et d’anxiété. Il en ressort que les souris Nor-1(-/-) sont plus anxieuses. Ce résultat ne semble pas associé à une modification de la concentration de l’ARNm de BDNF à l’hippocampe. Il nous est donc impossible de suggérer une association fonctionnelle des Nurs et de BDNF à l’hippocampe.

De nombreuses données indiquent qu'un petit poids à la naissance, résultant en partie d'une sous-nutrition materno-fœtale, est associé à une augmentation de la morbidité et de la mortalité durant la période néonatale, et conduit également à un risque accru de développer à l'âge adulte un syndrome métabolique (diabète de type 2, obésité, hypertension artérielle et dyslipidémie). Les mécanismes de cette programmation prénatale sont encore mal connus et impliqueraient plusieurs molécules et systèmes physiologiques distincts. De nombreuses études suggèrent que le placenta serait impliqué dans la programmations de ces pathologies métaboliques. En effet, celui-ci constitue un organe de communication entre la mère et son fœtus et participe à la régulation de l'homéostasie fœtale. En raison de la proportion croissante de femmes présentant des troubles de la nutrition durant la grossesse et en lien avec leurs répercussions potentielles chez la descendance, il est nécessaire de mieux comprendre les interactions entre l'alimentation maternelle et l'unité fœto-placentaire et d'identifier les mécanismes impliqués dans les altérations de la croissance fœtale. En conséquent, le placenta constitue un organe de choix pour étudier les interactions entre l'alimentation maternelle et le fœtus au cours de la grossesse. Durant cette thèse, nous avons tenté d'identifier de nouvelles voies moléculaires placentaires impliquées dans le contrôle de la croissance fœtale chez le rat, puis d'étudié l'expression de ces facteurs dans des placentas humains provenant de grossesses impliquant des anomalies de la croissance fœtale. Comme la malnutrition maternelle constitue une part importante dans l'étiologie de la restriction de croissance intra-utérine (RCIU), nous avons utilisé un modèle expérimental effectué chez le rat, qui consiste en une réduction (de 50% à 70%) de la ration alimentaire quotidienne maternelle durant la gestation. Ces régimes conduisent à des troubles de la croissance de l'unité fœto-placentaire révélés par des réductions drastiques du poids du placenta et des poids de naissance à terme. Afin d'identifier de nouvelles voies placentaires impliquées dans RCIU, nous avons utilisé deux méthodologies différentes: une approche protéomique et une évaluation de deux protéines récemment caractérisées.Premièrement, nous avons étudié le protéome placentaire chez le rat RCIU provenant de mères dénutris par une analyse protéomique (2D-PAGE et spectrométrie de masse). Cette stratégie nous a permis de découvrir de nouvelles voies modulées par le RCIU et, étonnamment, des modulations importantes ont été observées pour plusieurs protéines mitochondriales, suggérant un effet ciblé de la dénutrition sur ces organites. Par la suite, en utilisant diverses techniques d'analyses moléculaires, protéomiques et fonctionnelles, nous avons montré que ces organites élaborent une réponse adaptative à la restriction alimentaire maternelle qui pourrait avoir des conséquences sur la régulation de la croissance fœtale. Deuxièmement, nous avons étudié deux autres protéines atypiques: le brain-derived neurotrophic factor et l'hormone apéline. Nos résultats suggèrent que ces deux facteurs pourraient être impliqués, au niveau placentaire, dans le contrôle de la croissance fœtale à la fois chez le rat et chez l'homme. En conclusion, comme les techniques cliniques actuelles ne permettent pas de diagnostiquer avec précision un RCIU, nos résultats pourraient permettre une meilleure compréhension de la physiopathologie placentaire et permettre de développer de nouveaux marqueurs de diagnostique et/ou de traitement dans le but d'améliorer la croissance placentaire et fœtale en conditions pathologiques.

L'objectif de ce travail était de développer une formulation d'un peptide Z-DEVD-FMK qui est un inhibiteur de caspase et qui a été utilisé dans des expériences in vivo chez l'animal depuis un dizaine d'années où il a démontré son efficacité pour limiter les dommages causés par une ischémie cérébrale. Compte-tenu de l'incapacité de ce peptide de passer la barrière hématoencéhalique (BHE), nous avons développé une méthode non invasive basée sur le ciblage actif par des particules colloïdales capables de traverser la BHE et de véhiculer l'inhibiteur de caspase jusqu'au cerveau. Dans ce but, des nanoparticules de chitosan-PEG-biotine encapsulant le peptide et modifiées par la conjugaison d'OX26-streptavidine ont été développées en plusieurs étapes. Ces travaux ont permis de montrer que ce nouveau système vecteur particulaire "adressé" est capable de traverser la BHE et d'entrer dans les tissus cérébraux après une injection intraveineuse. Ces nouvelles nanoparticules sont un vecteur prometteur pour apporter des doses thérapeutiques d'un inhibiteur de caspase dans le cerveau et le libérer pour la prévention de la mort neuronale dans les cas d'ischémie.

Les facteurs environnementaux défavorables jouent un rôle majeur dans la santé et le développement des maladies, parmi ces facteurs figure le stress, surtout lorsqu'il survient durant des périodes critiques telles que la période périnatale (prénatale et postnatale). Le stress augmente les glucocorticoïdes maternels et réduit le comportement maternel, entraînant une programmation inadaptée chez la progéniture. En utilisant le modèle de stress périnatale (PRS) chez le rat, mon projet de doctorat vise à étudier la transmission des déficits induits par le PRS à travers la lignée maternelle vers les générations suivantes via l'hérédité intergénérationnelle et transgénérationnelle, et à explorer les mécanismes de la transmission sur plusieur générations par l'activation du système ocytocinergique grâce au traitement postpartum des mères stressées. Cette étude est la première à examiner la transmission ainsi que la correction des déficits induits par le PRS à travers plusieurs générations. Ainsi, nous avons exploré l'effet correcteur de l'amélioration du comportement maternel par l'activation ocytocinergique en utilisant un analogue de l'ocytocine (carbétocine : CBT ; injecté par voie intrapéritonéale ou intranasale) ou une approche alternative via le probiotique Limosilactobacillus reuteri (L. reuteri), connu pour son activité ocytocinergique. Nos résultats ont révélé que le stress gestationnel chez les mères F0 réduisait les soins maternels sur trois générations jusqu'aux mères F2. De plus, les mères stressées présentaient un déséquilibre du stress/anti-stress et un dysfonctionnement de l'axe Hypothalamo-Hypophyso-Surrénalien (HPA), caractérisé par une augmentation des niveaux de corticostérone (CORT) et une réduction de l'ocytocine (OT) dans le plasma. Par ailleurs, les mères stressées présentaient des niveaux réduits d'OT et de son récepteur OTR dans l'hypothalamus, ainsi qu'une augmentation du BDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor) et de ses isoformes. Ces changements maternels ont conduit à des perturbations chez la progéniture, y compris un comportement de prise de risque altéré dans le labyrinthe en croix surélevé (EPM) et un déséquilibre de l'axe HPA, persistant de manière transgénérationnelle jusqu'à la progéniture F3. Cela s'accompagnait de changements neurochimiques dans l'hippocampe de la progéniture PRS, y compris une augmentation du BDNF et une réduction des récepteurs des minéralocorticoïdes (MR), des récepteurs des glucocorticoïdes (GR) et des récepteurs métabotropiques du glutamate 2 et 3 (mGluR2/R3) jusqu'à la génération F2. Globalement, des corrélations robustes ont été mises en évidence entre l'exposition précoce chez les mères et les changements chez la progéniture sur plusieurs générations. Remarquablement, le CBT IP et IN ont réussi à augmenter les niveaux périphériques d'OT chez les mères F0 traitées, avec une amélioration conséquente des soins maternels qui a à son tour corrigé les déficits comportementaux et neurochimiques observés chez la progéniture PRS qui persistaient jusqu'à la génération F2. Nous avons également démontré l'action de L. reuteri sur l'augmentation du comportement maternel chez les mères stressées associée à une augmentation d'OT dans le plasma et l'hypothalamus, et une normalisation des niveaux hypothalamiques de BDNF à ceux des mères controles. Là encore, la réversion du déficit de comportement maternel induit par L. reuteri a bénéficié à la progéniture PRS.Cette étude a souligné l'importance des soins maternels et de la période postpartum, et l'activation ocytocinergique qui exerce des effets bénéfiques via un mécanisme impliquant l'équilibre stress/anti-stress et l'interaction OT/BDNF. Ensemble, ces résultats suggèrent des stratégies thérapeutiques potentielles pour atténuer les effets du stress précoce et améliorer la santé de la dyade mère-enfant
Adverse environmental factors play a major role in health and disease development, among these factors is stress, especially when it occurs during critical periods, such as the perinatal period (prenatal and postnatal), it increases maternal glucocorticoids and reduces maternal behavior, leading to maladaptive programming in the offspring. Using the perinatal stress (PRS) model in rats, my PhD project aimed to investigate the transmission of PRS-induced deficits through the maternal line to subsequent generations via intergenerational and transgenerational inheritance, and to uncover the mechanisms of multigenerational transmission via activation of the oxytocinergic system through postpartum treatment of the stressed mother. This study is the first to examine the transmission as well as the reversal of PRS deficits through multiple generations. Thus, we explored the corrective effect of enhancing maternal behavior through oxytocinergic activation using an oxytocin analog (carbetocin: CBT; injected intraperitoneally and intranasally) or an alternative approach via the probiotic Limosilactobacillus reuteri (administered in drinking water) which is known to display oxytocinergic activity. Our findings revealed that gestational stress in F0 dams reduced maternal care over three generations until F2 dams. Additionally, stressed dams showed a disturbed stress/anti-stress balance and Hypothalamic-Pituitary-Adrenal (HPA) axis dysfunction, characterized by increased corticosterone levels (CORT) and reduced oxytocin (OT) in the plasma. Moreover, stressed mothers exhibited reduced OT levels and its receptor OTR in the hypothalamus, alongside increased BDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor) and its isoforms. These maternal changes led to disturbances in the offspring, including impaired risk-taking behavior in the Elevated-Plus Maze (EPM) and an imbalance in the HPA axis, persisting transgenerationally up to the F3 offspring. This was accompanied by neurochemical changes in the hippocampus of the PRS offspring, including increased BDNF and reduced MR (mineralocorticoid receptors), GR (glucocorticoid receptors), and mGluR2/R3 (metabotropic glutamate 2 and 3 receptors) up to the F2 generation. Overall, robust correlations were highlighted between early-life exposure in mothers and changes in offspring over multiple generations. Remarkably, both intraperitoneal and intranasal CBT successfully increased peripheral OT levels in F0 treated dams with consequent enhancement of maternal care which in turn rescued all the behavioral and neurochemical deficits studied in the PRS offspring which persisted up to the F2 generation. We also provided groundbreaking evidence of L. reuteri action on maternal behavior in the stressed dams with associated elevation of OT levels in both plasma and hypothalamus and normalization of hypothalamic BDNF levels to those of control unstressed dams. Again, the reversal of maternal behavior deficit induced by L. reuteri benefited the PRS offspring.This study underscored the importance of maternal care and the postpartum period, and oxytocinergic activation appears to exert beneficial effects through a mechanism involving the stress/anti-stress balance and the OT/BDNF interplay. Together, these findings suggest potential therapeutic strategies for mitigating the effects of early-life stress and improving the health of the mother-infant dyad

Il s’agit de mieux comprendre la nature et l’origine des dysfonctions cognitives chez le DT1 ainsi que l’effet possible de l’exercice aigu et chronique sur les fonctions cognitives en prenant en compte les mécanismes sous-jacents à ces effets, notamment liés aux facteurs neurotrophiques (BDNF, IGF-1) et aux variations glycémiques.Les patients diabétiques de Type 1 (DT1) peuvent présenter un déclin léger, progressif, des fonctions cognitives en comparaison de sujets sains (Brands et coll. 2005 ; Gaudieri et coll. 2008 ; Blasetti et coll. 2011), nommé par certains auteurs Déclin Cognitif Associé au Diabète (DACD) (Mijnhout et coll. 2006). Les fonctions cognitives les plus touchées semblent être l’efficience psychomotrice, l’intelligence, l’attention, la vitesse de traitement des informations, la flexibilité cognitive et la perception visuelle (Brands et coll. 2005). Les mécanismes patho-physiologiques conduisant au DACD ne sont pas clairement élucidés (Figure 3). Les épisodes hypoglycémiques, l’hyperglycémie chronique, le déficit en Peptide C/Insuline, les complications diabétiques, sont souvent cités comme délétères pour le cerveau (Tonoli, Heyman et coll. 2013b).L’effet bénéfique est bien démontré chez le sujet sain, de l’exercice aigu et chronique sur les facteurs neurotrophiques (e.g. BDNF et IGF1) (Knaepen et coll. 2010) et sur les fonctions cognitives (Cassilhas et coll. 2012 ; Lambourne et coll. 2010) notamment exécutives (Colcombe et coll. 2003 ; Tomporowski et coll. 2003) et de mémoire spatiale (Ericksson et coll. 2011). Il est important de prendre en considération l’intensité et la modalité d’exercice puisqu’il a été montré chez le sujet sain, qu’un exercice modéré pouvait améliorer les performances cognitives alors qu’un exercice intermittent de haute intensité les détériorait (Brisswalter et coll. 2002). Il est aussi nécessaire de tenir compte du niveau d’entraînement des sujets puisque lorsque ceux-ci sont entraînés en endurance, l’exercice à haute intensité peut s’avérer au contraire bénéfique sur les fonctions cognitives (Brisswalter et coll. 1997). L’effet bénéfique de l’exercice de haute intensité sur les fonctions cognitives pourrait alors passer par une sécrétion plus importante de catécholamines, lesquelles augmenteraient le niveau d’éveil des sujets (Chmura et coll. 1998). Comme la libération du BDNF dans la circulation sanguine en réponse au stimulus « exercice » semble être dose-dépendant (Knaepen et coll. 2010), notre hypothèse est que des intensités plus élevées d’exercice pourraient susciter des augmentations plus marquées de facteurs neurotrophiques. Notre hypothèse est donc que l’activité physique régulière pourrait réduire ou limiter l’apparition d’un déclin des fonctions cognitives chez les patients DT1 par des mécanismes impliquant une modulation des taux circulants de BDNF et d’IGF-1 (Etude 2 – Exercice chronique & fonctions cognitives du DT1). Néanmoins, l’exercice physique peut être source de variations importantes de la glycémie chez le patient DT1. Ces variations sont importantes à prendre en considération puisqu’elles pourraient également influencer les fonctions cognitives. La meilleure compréhension des effets possibles de l’activité physique sur la fonction cognitive des patients DT1 en lien avec la glycémie (Etude 3 – Exercice aigu & Fonctions cognitives du DT1) pourrait aider à définir des programmes d’activité physique adaptés pour limiter le déclin des fonctions cognitives
When compared to healthy controls, patients with Type 1 Diabetes (T1D), show a modest, but significant decline in their cognitive function (Brands et al., 2005). This cognitive decline is manifested through a deceleration of mental speed and a diminished mental flexibility. Hence, patients with T1D are less able to flexibly apply acquired knowledge in a new situation (Wessels et al., 2008). Even if the decline in cognitive function is modest, it could significantly influence daily activities of T1D patients, negatively affecting patients’ Quality of Life (QOL). Moreover, EEG studies have shown an increased incidence of abnormalities of brain functions in patients with T1D (Beauquis et al., 2009, Brands et al., 2004). According to the literature, mechanisms for cognitive decline are ascribed to episodes of severe hypoglycaemia, chronic hyperglycemia and C-peptide/insulin deficiency. Because the brain cannot synthesize or store glucose, it requires continuous supply of glucose. Therefore, it is not inconceivable that the disruption of glucose supply by hypoglycaemia and/or chronic hyperglycaemia (expressed as high glycated haemoglobin levels (HbA1c)) will cause disturbances of the cognitive function. Our meta-analysis (Tonoli et al., 2012) successfully demonstrated a reduction in HbA1c induced by aerobic training. Aerobic exercise is well known to enhance insulin action 24h following both acute exercise. Therefore, it is recommended that exercise is performed frequently in order to maintain a constant increase in insulin sensitivity and thus improve HbA1c. While acute aerobic exercise elicits acute marked falls in glycaemia which can often result in episodes of hypoglycaemia, this same meta-analysis revealed that there was a smaller fall of blood glucose levels when acute bouts of High Intensity Exercise (HIE) are added to aerobic training sessions compared to an acute bout of aerobic exercise without HIE. In this way, chronic hyperglycaemia could be prevented by performing regular aerobic exercise while hypoglycaemia could be prevented by adding bouts of HIE to an aerobic exercise session.Furthermore, it is well-known that physical exercise and training has beneficial effects on the cognitive function in humans and that it supports brain plasticity (Berchtold et al., 2005, Knaepen et al., 2010, Colcombe and Kramer, 2003). Physical activity and, in particular, acute exercise and training seem to be key interventions to trigger the processes through which neurotrophins mediate energy metabolism and in turn neural plasticity (Dishman, et al., 2006; Hennigan, et al., 2007; Neeper, et al., 1996; Van Praag, 2008; Vaynman, et al., 2004). The neurotrophin that is most susceptible to physical activity is brain-derived neurotrophic factor (BDNF) (Vaynman et al., 2006). BDNF is an essential neurotrophin and plays a critical role in activity-dependent processes, including synapse development and plasticity and is so involved in memory formation, including learning and behaviour, synaptic plasticity and efficacy and neuronal connectivity, plus it promotes the development of immature neurons and enhances the survival of adult neurons(Knaepen et al., 2010). I Therefore, there exists an upcoming attention in the research area of the effects of physical exercise and training on the functioning of the brain. Besides the special focus on BDNF, an increasing attention to proteins with neurotrophic properties like Insulin-like Growth Factor-1 (IGF-1) exists. If neurotrophins are influenced by physical activity and are positively correlated with cognitive function, we hypothesize that these levels will increase in T1D patients during exercise and so influence the cognitive function of these persons. Until now, no literature can be found on the topic of T1D, exercise and cognitive decline. This PhD project consists of one cross sectional epidemiological study, 2 acute exercise study in which we will analyse the effects of exercise and trainin

La SP et le BDNF participeraient au mécanisme d'action des antidépresseurs de type IRSS. A partir de la technique de microdialyse intracérébrale chez la Souris, nous avons évalué leurs effets sur les [5-HT]ext centrales. L'activation des récepteurs NK1 par la SP, réduit les [5-HT]ext corticales en stimulant un rétrocontrôle inhibiteur exercé par les autorécepteurs 5-HT1A. Au contraire, les antagonistes des récepteurs NK1, potentialisent les effets neurochimiques des IRSS, en prévenant l'activation de ces autorécepteurs. La diminution constitutive des concentrations de BDNF, réduit la densité de transporteur de la 5-HT dans l'hippocampe, en rapport avec une augmentation locale des [5-HT]ext et une diminution de l'efficacité neurochimique des IRSS. Même s'il reste à déterminer dans quelles mesures un excès de SP et/ou une carence en BDNF, limite l'efficacité thérapeutique des IRSS, notre étude confirme l'intérêt d'une polythérapie dans le traitement des épisodes dépressifs chez l'Homme
SP and BDNF would be involved in the mechanism of action of the antidepressants: SSRI. By using intracerebral microdialysis in mice, we evaluated their effects on [5-HT]ext. Thus, the activation of NK1 receptors by exogenous SP, decreased cortical [5-HT]ext through the stimulation of an inhibitory feedback exerted by 5-HT1A autoreceptors. Interestingly, NK1 receptor antagonists enhanced the effects of SSRI on cortical [5-HT]ext by preventing this negative control on 5-HT neurons. The genetic inactivation of BDNF levels in BDNF +/- mice, reduced the density of 5-HT transporter in the hippocampus which concured to increase local [5-HT]ext. Moreover, the partial loss of BDNF inhibited the neuochemical activity of SSRI. Although is it still unclear whether or not an excess of SP and/or a reduction and BDNF, limits the therapeutic activity of SSRI, our experimental data highlighted the interest to act on various pharmacological targets in the treatment of mood disorders in Human

Dans le système nerveux central (SNC), l'hippocampe est une structure majeure pour les fonctions cognitives et comportementales. Le Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF), un acteur clé dans ces fonctions neuronales, est fortement exprimé dans l'hippocampe. La structure du gène Bdnf murin est complexe, comportant 8 exons non codants (I à VIII), chacun avec un promoteur spécifique (1 à 8) et un exon IX codant commun. Les glucocorticoïdes (GC) exercent des actions pleiotropes sur ces processus neuronaux en se liant et en activant le récepteur des glucocorticoïdes (GR), et le récepteur des minéralocorticoïdes (MR). Le GR est un facteur de transcription, modulant la transcription de ses gènes cibles, en se liant directement aux éléments de réponse des glucocorticoïdes ou en interagissant indirectement sur d’autres facteurs de transcription. Il a été suggéré que l'expression de Bdnf est régulée par le stress et les concentrations élevées de GC. Cependant, il reste à définir si BDNF est un gène cible du GR et quels sont les mécanismes moléculaires impliqués. Dans ce travail, nous avons démontré que les fortes concentrations de GC diminuent l'expression de l'ARNm de Bdnf via le GR dans divers modèles cellulaires neuronaux. Dans des cultures primaires de neurones hippocampiques de souris et dans les cellules BZ, les transcrits de BDNF contenant l’exon IV et VI sont reprimés par le GR. Par ailleurs les transfections transitoires démontrent que l’activité du promoteur 4 est diminuée par GR. Les expériences de mutagenèse et de ChIP ont révélé que la répression induite par le GR sur l'expression et l’activité transcriptionnelle de Bdnf implique un petit fragment de 74 bp situé dans le promoteur en amont de l'exon IV. La localisation précise de l’interaction génomique du GR et les facteurs de transcription potentiels mis en jeu restent à identifier. Ce travail a contribué à une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la régulation de l’expression de Bdnf par GR. Il apporte de nouveaux éléments sur les interactions moléculaires et fonctionnelles entre la signalisation GC et celle de BDNF dans les neurones, d’importance majeure dans la physiopathologie du SNC
In the central nervous system (CNS), the hippocampus is a structure of major importance for cognitive and behavioral functions. The brain-derived neurotrophic factor (BDNF), a key player in such neuronal functions is highly expressed in the hippocampus. Rodent Bdnf gene structure is relatively complex, composed of 8 noncoding exons (I to VIII), each one with a specific promoter (1 to 8), and one common coding exon IX. Glucocorticoids (GC) exert pleiotropic actions on neuronal processes by binding to and activating the glucocorticoid receptor (GR), as well as the mineralocorticoid receptor (MR). GR functions as a transcription factor, directly by interacting to glucocorticoid response elements or indirectly by interacting with other transcription factors, leading to the regulation of target gene transcription. It has been suggested that Bdnf expression is regulated by stress and high GC concentrations. However, it remains to define whether Bdnf is a GR target gene and what are the underlying molecular mechanisms. Herein, we demonstrate that high GC levels downregulate total Bdnf mRNA expression via GR in various in vitro neuron-like cellular models. In primary cultures of mouse hippocampal neurons and BZ cells, BDNF IV- and VI-containing transcripts are involved in this regulatory mechanism. Moreover, in transient transfections, promoter 4 activity was reduced by activated GR. Furthermore, ChIP analysis and mutagenesis experiments demonstrate that the GR-induced repression on Bdnf expression and transcriptional activities occurs through GR binding to a small 74 bp promoter sequence upstream of exon IV. The exact GR binding site on DNA and its putative transcription factor partners are currently under investigation. Altogether, these findings contribute to a better understanding of the mechanisms by which GR represses BDNF expression. Our study brings new insights into the molecular interactions between GC signaling and BDNF signaling in neurons, both important pathways in the pathophysiology of the CNS

Introduction: L'exercice physique est l’une des approches les plus prometteuses permettant de ralentir l’affaiblissement des fonctions cognitives relié au vieillissement. Différents programmes d'exercice physique peuvent améliorer la cognition et l'humeur, via leur impact sur certaines voies moléculaires. En effet, différentes interventions d’exercice physique peuvent augmenter la production du facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF). Cette protéine est une neurotrophine qui augmente la survie et la croissance des neurones et favorise donc la neuroplasticité. Cependant, peu d'études ont comparé les différents types d’interventions et leur impact sur les niveaux de BDNF, en particulier chez les participants âgés de 60 ans et plus. L’objectif de cette étude était de comparer les effets de deux protocoles d'exercice distincts sur les niveaux sériques de BDNF chez des ainés sains. Méthodologie: Au total, trente-quatre adultes âgés de 65 ans et plus ont participé à un des deux groupes d’intervention. Le premier groupe présentait une combinaison d’entrainements par résistance et d’aérobie (CSA, âge: 70,5 ± 5,3 ans) et le deuxième groupe pratiquait des exercices de motricité avancé et de flexibilité. (GMA, âge: 74,6 ± 5,2 ans). Les deux interventions comprenaient trois séances hebdomadaires de 60 minutes, pour une période de 8 semaines. Les exercices du groupe CSA incluaient des exercices physiques en résistance de force maximale et des intervalles d’aérobies à haute intensité. Le groupe GMA pratiquait des activités de locomotion (manipulation de balle, parcours à obstacles, exercices de coordination et d’équilibre) et des étirements. Une analyse de covariance a été réalisée sur le changement absolu de chaque variable, tout en contrôlant pour l'âge et la valeur de base. Résultats: Seuls les participants CSA ont enregistré une augmentation significative au niveau de leurs performances aérobies (VO2max) due à l’intervention. Toutefois, les niveaux sériques de BDNF ont augmenté de façon significative seulement chez participants du groupe GMA grâce à l’intervention. Conclusion: Les résultats suggèrent que les activités motrices pourraient potentiellement conduire à des améliorations de la cognition par l’augmentation des niveaux de BDNF chez les participants.
Introduction: Physical exercise has been reported as a promising approach to counteract aging-associated decreased cognitive functions. Different exercise training programs have been associated with improvement of cognition and mood potentially by acting on several molecular pathways. Different exercise interventions have been shown to increase the levels of Brain-derived neurotrophic factor (BDNF). This protein is a key neurotrophin, it increases the survival and growth of neurons and consequently favours neuroplasticity. However, few studies have compared different types of physical exercise training protocols and their impact on BDNF levels, especially in participants over 60 years old. The goal of this study was to compare the effects of two different exercise protocols on serum BDNF levels in healthy older adults. Methods: Thirty-four older adults were divided in two groups; combined strength and aerobic group (CSA, age: 70.5±5.3 yrs.) and gross motor activities and flexibility group (GMA, age: 74.6 ± 5.2 yrs.). Both interventions were composed of three weekly 60-minute sessions for a period of 8 weeks. The intervention for the CSA group included maximal strength exercises and high intensity aerobic interval training. GMA involved locomotion activities, ball manipulation (hand-eye coordination), and stretching exercises. One-way ANCOVAs were performed on variable absolute change, while controlling for age and baseline value. Results: As expected, CSA participants showed significant increase in aerobic capacity (VO2max). In contrast, only the GMA group showed significant change in BDNF serum levels following intervention. Conclusion: These results suggest that gross motor activities could potentially lead to improvements in cognition through the enhancement of BDNF production.

Ce mémoire présente mes travaux ayant menés au développement d’une première génération de radioligands marqués au fluor-18 (t1/2 = 110 min) et au carbone-11 (t1/2 = 20.4 min) destinés à l’imagerie cérébrale in vivo du récepteur tyrosine kinase neurotrophique de type 2 (TrkB) en tomographie par émission de positons (TEP). Ces travaux reposent sur l’identification récente de ligands de TrkB non peptidiques à hautes affinités dérivés du 7,8-dihydroxyflavone. La synthèse d’une série de dérivés du 7,8-dihydroxyflavone non-radioactifs de même que des précuseurs à l’incorporation du fluro-18 et du carbone-11 a d’abord été effectuée. Partant des précurseurs adéquats synthétisés, la radiosynthèse de deux radioligands, l’un marqué au fluor-18 et l’autre au carbone-11, a été développée. Ces radiosynthèses reposent respectivement sur une 18F-radiofluorination nucléophile aromatique nouvelle et hautement efficace et sur une 11C-méthylation N-sélective. Les radiotraceurs de TrkB ainsi obtenus ont ensuite été évalués in vitro en autoradiographie et in vivo en tant que traceurs TEP dans des rats. L’évaluation des propriétés physico-chimique de même que de la stabilité in vitro des radiotraceurs sont présentées. Partant d’une série d’analogues cristallisés de ces flavones synthétiques, une étude de relation structure-activité a été menée. La combinaison de cette étude, de pair avec l’évaluation in vivo de la première génération de radiotraceurs de TrkB a aussi permis d’investiguer les pharmacophores nécessaires à l’affinité de ces ligands de même que d’identifier des fragments structurels associés au métabolisme des radiotraceurs. La radiosynthèse d’un troisième radioligand de TrkB et son évaluation TEP in vivo de même que la mise en lumière des modifications structurelles utiles au développement d’une seconde génération de radioligands de TrkB avec des propriétés optimisées pour fin d’imagerie TEP sont aussi détaillés.
This thesis describes my contribution leading to the development of the first-generation positron emission tomography (PET) radioligands labeled with fluorine-18 (t1/2 = 110 min) or carbon-11 (t1/2 = 20.4 min) for the in vivo brain imaging of tropomyosin-related kinase B (TrkB). This research follows from the recent discovery of non-peptidic, high-affinity TrkB ligands derived from 7,8-dihydroxyflavone. The synthesis of non-radioactive 7,8-dihydroxyflavone derivatives and radiolabeling precursors amenable to fluorine-18 and carbon-11 incorporation was performed. Two synthesized compounds have been brought forward as precursors for radiolabeling with either fluorine-18 or carbon-11. Radiosynthesis involved either a novel nucleophilic aromatic subsitution with [18F]fluoride, or N-methylation with [11C]methyl iodide or [11C] methyl triflate. The resulting radiotracers were assessed in vitro by autoradiography and in vivo by PET scans of rats. The physicochemical properties and serum stability of these tracers were also evaluated. X-ray crystal structures of a series of synthetic flavone analogues were used as basis for structure-activity relationship (SAR) analysis. In combination with the above in vivo PET evaluation of these compounds, certain pharmacophores were shown essential for ligand binding affinity. In addition, some structural fragments were associated with in vivo ligand metabolism. The development and radiosynthesis of a third TrkB radiotracer, along with its in vivo PET evaluation and structural analysis, is also described here. In all, better understanding of these tracers have led to the design of potential second-generation TrkB ligands with more optimal properties as PET radiotracers.

Le glaucome est la deuxième cause de cécité irréversible dans le monde. La perte de vision qui se produit lors du glaucome s’explique par une dégénérescence du nerf optique et une mort progressive et sélective des cellules ganglionnaires de la rétine (CRG). L'hypertension oculaire est un facteur de risque majeur dans le glaucome, mais des défauts du champ visuel continuent à se développer chez un contingent de patients malgré l'administration de médicaments qui abaissent la pression intraoculaire (PIO). Par conséquent, bien que la PIO représente le seul facteur de risque modifiable dans le développement du glaucome, son contrôle ne suffit pas à protéger les CRGs et préserver la fonction visuelle chez de nombreux patients. Dans ce contexte, j'ai avancé l'hypothèse centrale voulant que les stratégies de traitement du glaucome visant à promouvoir la protection structurale et fonctionnelle des CRGs doivent agir sur les mécanismes moléculaires qui conduisent à la mort des ces neurones. Dans la première partie de ma thèse, j'ai caractérisé l'effet neuroprotecteur de la galantamine, un inhibiteur de l'acétylcholinestérase qui est utilisé cliniquement dans le traitement de la maladie d'Alzheimer. Cette étude s’est basée sur l'hypothèse que la galantamine, en modulant l'activité du récepteur de l'acétylcholine, puisse améliorer la survie des CRGs lors du glaucome. Nous avons utilisé un modèle expérimental bien caractérisé d'hypertension oculaire induite par l’administration d'une solution saline hypertonique dans une veine épisclérale de rats Brown Norway. Les résultats de cette étude (Almasieh et al. Cell Death and Disease, 2010) ont démontré que l'administration quotidienne de galantamine améliore de manière significative la survie des corps cellulaires et des axones CRGs. La protection structurelle des CRGs s’accompagne d’une préservation remarquable de la fonction visuelle, évaluée par l'enregistrement des potentiels évoqués visuels (PEV) dans le collicule supérieur, la cible principale des CRGs chez le rongeur. Une autre constatation intéressante de cette étude est la perte substantielle de capillaires rétiniens et la réduction du débit sanguin associé à la perte des CRGs dans le glaucome expérimental. Il est très intéressant que la galantamine ait également favorisé la protection de la microvascularisation et amélioré le débit sanguin rétinien des animaux glaucomateux (Almasieh et al. en préparation). J'ai notamment démontré que les neuro-et vasoprotections médiées par la galantamine se produisent par iv l'activation des récepteurs muscariniques de l'acétylcholine. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié le rôle du stress oxydatif ainsi que l'utilisation de composés réducteurs pour tester l'hypothèse que le blocage d'une augmentation de superoxyde puisse retarder la mort des CRG lors du glaucome expérimental. J'ai profité d'un composé novateur, un antioxydant à base de phosphineborane (PB1), pour tester sur son effet neuroprotecteur et examiner son mécanisme d'action dans le glaucome expérimental. Les données démontrent que l'administration intraoculaire de PB1 entraîne une protection significative des corps cellulaire et axones des CRGs. Les voies moléculaires conduisant à la survie neuronale médiée par PB1 ont été explorées en déterminant la cascade de signalisation apoptotique en cause. Les résultats démontrent que la survie des CRGs médiée par PB1 ne dépend pas d’une inhibition de signalisation de protéines kinases activées par le stress, y compris ASK1, JNK ou p38. Par contre, PB1 induit une augmentation marquée des niveaux rétiniens de BDNF et une activation en aval de la voie de survie des ERK1 / 2 (Almasieh et al. Journal of Neurochemistry, 2011). En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes pathologiques qui conduisent à la perte de CRGs dans le glaucome et pourraient fournir des pistes pour la conception de nouvelles stratégies neuroprotectrices et vasoprotectrices pour le traitement et la gestion de cette maladie.
Glaucoma is the second cause of irreversible blindness worldwide. Loss of vision in glaucoma is accompanied by progressive optic nerve degeneration and selective loss of retinal ganglion cells (RGCs). Ocular hypertension is a major risk factor in glaucoma, but visual field defects continue to progress in a large group of patients despite the use of drugs that lower intraocular pressure (IOP). Therefore, although IOP is the sole modifiable risk factor in the development of glaucoma, its regulation is not sufficient to protect RGCs and preserve visual function in many affected patients. To address this issue, I put forward the central hypothesis that effective therapeutic strategies for glaucoma must interfere with molecular mechanisms that lead to RGC death to successfully promote structural and functional protection of these neurons. In the first part of my thesis, I characterized the neuroprotective effect of galantamine, an acetylcholinesterase inhibitor that is clinically used for the treatment of Alzheimer’s disease. The specific hypothesis of this study was that galantamine, by modulating acetylcholine receptor activity, can improve the survival of injured RGCs in glaucoma. A well characterized experimental model of ocular hypertension induced by administration of a hypertonic saline into an episcleral vein of Brown Norway rats was used. The results of this study (Almasieh et al. Cell Death and Disease, 2010) demonstrated that daily administration of galantamine significantly improved the survival of RGC soma and axons in this model. Structural protection of RGCs correlated with substantial preservation of visual function, assessed by recording visual evoked potentials (VEPs) from the superior colliculus, the primary target of RGCs in the rodent brain. An interesting finding during the course of my thesis was that there is a substantial loss of retinal capillaries and a reduction in retinal blood that correlates with RGC loss in experimental glaucoma. Interestingly, galantamine also promoted the protection of the microvasculature and improved retinal blood flow in ocular hypertensive animals (Almasieh et al. in preparation). Importantly, I demonstrated that galantamine-mediated neuro- and vasoprotection occur through activation of muscarinic acetylcholine receptors. In the second part of my thesis, I investigated the role of oxidative stress and the use of reducing compounds to test the hypothesis that blockade of a superoxide burst may delay RGC death in experimental glaucoma. I took advantage of a novel phosphinevi borane based antioxidant compound available to us (PB1) to investigate its neuroprotective effect and mechanism of action in experimental glaucoma. The data demonstrate that intraocular administration of PB1 resulted in significant protection of RGC soma and axons. I also explored the molecular pathways leading to PB1-mediated neuronal survival by analyzing the components of survival and apoptotic signaling pathways involved in this response. My results show that PB1-mediated RGC survival did not correlate with inhibition of stress-activated protein kinase signaling, including ASK1, JNK or p38. Instead, PB1 led to a striking increase in retinal BDNF levels and downstream activation of the pro-survival ERK1/2 pathway (Almasieh et al. Journal of Neurochemistry, 2011). In conclusion, the findings presented in this thesis contribute to a better understanding of the pathological mechanisms underlying RGC loss in glaucoma and might provide insights into the design of novel neuroprotective and vasoprotective strategies for the treatment and management of this disease.