Добірка наукової літератури з теми "Organoïdes Cérébraux de Souris"

Le progrès des biotechnologies conduit au développement d’entités de laboratoire qui sont des formes de vie nouvelles et de plus en plus complexes. C’est le cas notamment des organoïdes cérébraux développés à partir de cellules souches. L’article présente le débat bioéthique autour de la possibilité de l’apparition d’une forme de conscience ou de sensibilité dans ces organoïdes. Ce débat repose sur une question épistémique qu’il est non seulement très difficile de résoudre mais dont la résolution suppose de prendre le risque de poursuivre la recherche.

Deux ou trois articles (plus ou moins) récents, Nagel (1974), Block (1978), Jackson (1982), forment la toile de fond de discussions actuelles au sujet des qualia et du caractère subjectif de l'expérience, du moins en philosophie de l'esprit. Ces articles ont ceci en commun qu'ils visent tous à montrer qu'un certain aspect de l'expérience consciente – les qualia ou sa dimension subjective – remet en cause l'une ou l'autre, ou l'ensemble (Jackson 1982, 1986) de nos théories psychophysiques. Ce qui est visé, au-delà des théories psychophysiques, c'est le physicalisme, entendu comme une théorie métaphysique portant sur l'ameublement de l'univers, comme l'affirmation que tout ce qui existe ce sont des objets physiques et des propriétés physiques ou des propriétés survenantes sur des propriétées physiqus. C'est pourquoi le point où l'attaque porte est le réductionnisme des théories qui affirment l'identité des états mentaux (ou des événements mentaux) et des états physiques (ou des événements physiques) du cerveau. Peu importe la forme précise de ces théories, qu'elles affirment l'identité des éats mentaux individuels avec des états individuels du cerveau (token identity) ou l'identité des types d'états mentaux avec des types d'états cérébraux, ou encore l'identité des états fonctionnels du cerveau avec les éetats mentaux, toutes sont censées trouver ici, dans deux ou trois expériences de pensée, leurs limites ou le sceau de leur échec.

Le cerveau est un organe complexe et tout modèle pour l'étudier dans ses aspects normaux et pathologiques devient un outil de choix en neurobiologie. La maîtrise et la diffusion de protocoles permettant le développement d'organoïdes cérébraux ont ouvert la voie à de nouvelles études dans le domaine du développement du cerveau, de la modélisation des maladies neurodégénératives ou neurodéveloppementales, de la compréhension des tumeurs ainsi que des maladies infectieuses qui affectent le cerveau. Alors que les études se sont focalisées principalement sur l'utilisation d'organoïdes cérébraux humains, il existe un intérêt croissant pour des modèles similaires chez d'autres espèces. Cette revue présente ce qui est actuellement développé dans ce domaine avec un accent particulier sur le potentiel des organoïdes cérébraux pour l'étude des maladies neuro-infectieuses des animaux domestiques, notamment du cheval. Pour cette espèce, les atteintes neurologiques liées aux encéphalites virales sont parmi les plus dommageables pour la filière. La mise au point de modèles d’organoïdes animaux et équins en particulier, les plus prédictifs possibles permettra à la fois de diminuer les coûts de recherche particulièrement élevés pour les études sur les maladies du cerveau et surtout de contribuer efficacement aux 3R, enjeu agronomique et sociétal.

Les réseaux cérébraux au repos, visibles en IRM fonctionnelle, sont les reflets de l’activité intrinsèque du cerveau et donnent de précieuses informations sur la fonction cérébrale saine et pathologique. L’étude de ces réseaux dans des modèles animaux pourrait, en améliorant la compréhension des différences anatomiques et fonctionnelles existant entre les espèces de mammifères, être à la base d’avancées substantielles dans la compréhension des maladies neurologiques et des bases de la fonction cérébrale chez l’humain. Cependant, la comparaison interspécifique de ces réseaux cérébraux est ardue car les atlas cérébraux, les protocoles d’acquisition et la résolution des IRM sont trop dissemblables. Elle nécessiterait donc un cadre d’étude plus rigoureux, qui pour le moment fait défaut. En effet, de nombreuses études ont décrit des réseaux homologues dans différentes espèces mammifères, mais très peu d’études interspécifiques ont à ce jour été réalisées. Notre étude est donc la première à extraire et comparer des réseaux cérébraux au repos et leurs sous-réseaux chez l’humain, la souris et le primate microcèbe. Nous avons pu observer de nombreuses similitudes entre les réseaux extraits dans les différentes espèces, mais également de notables divergences qu’il convient d’analyser à la lumière de ce que nous savons sur les capacités cérébrales de chacune d’entre elles.

Le développement du système nerveux central dans l'embryon dépend d'une signalisation opportune et précise des molécules. L'acide rétinoïque est l'une de ces molécules bien caractérisées par son impact sur le développement du cerveau et des yeux. Sous sa forme métaboliquement active, l'ATRA (acide All Trans Retinoïque) se lie aux récepteurs de l'acide rétinoïque (RAR) et contrôle l'expression d'une panoplie de gènes participant à des évènements impliqués dans la maturation cellulaire ainsi qu'à l'apoptose. Le RAR existe sous trois isotypes - RARα, RARβ et RARγ. Au cours du développement embryonnaire, chaque isotype est présent à des endroits spatialement distincts, influençant la structuration et la maturation. L'état actuel de la recherche est limité à la corrélation entre un isotype RAR spécifique et un destin cellulaire particulier. Dans cette thèse, nous discutons des résultats qui indiquent la capacité de RARβ et RARγ à restaurer de manière synergique la spécialisation cellulaire en détournant les programmes génétiques contrôlés par RARα. Dans une approche RNAseq unicellulaire, nous sommes en mesure de visualiser plusieurs clusters uniques à l'activation de RARβ + RARγ au cours de la différenciation des cellules souches allant au délà de précurseurs neuronaux.Dans le même ordre d'idées, l'étude du développement du tissu nerveux dans le contexte de maladies est pertinente pour comprendre les caractéristiques de la maladie et identifier les options thérapeutiques ciblées. Dans cet esprit, nous avons souhaité développer un modèle organoïde cérébral de souris (BORG) à partir de cellules ES de souris mutantes H3.3K27M et H3.3G34R en tant que modèle de recherche in vitro rentable et reproductible. Ici, nous montrons la preuve d'un BORG de souris tumorigène comme celui-ci qui héberge une signature knock-out TP53
The development of the Central Nervous system in the embryo depends on timely and precise signaling of molecules. Retinoic acid is one such molecule well characterized for its impact in brain and eye development. In its metabolically active form, ATRA (All Trans Retinoic acid) binds Retinoic acid receptors (RAR), and controls downstream gene expression attributed to cell maturation and apoptosis. The RAR exists as three isotypes - RARα, RARβ, & RARγ. During embryological development, each isotype is present in spatially distinct locations influencing patterning and maturation. The current state of research is limited to the correlation of a specific RAR isotype to a particular cell fate. In this thesis, we discuss findings that point to the ability of RARβ & RARγ to synergistically restore cell specialization by hijacking RARα-controlled gene programs. In a single-cell RNAseq approach, we are able to visualize several clusters unique to RARβ + RARγ activation during mouse stem cell differentiation beyond neuronal precursor stages. In a similar vein, studying nervous tissue development in the context of diseases is relevant to understanding disease characteristics and identifying targeted therapy options. With this in mind, we wanted to develop a mouse brain organoid (BORG) model from H3.3K27M and H3.3G34R mutant mouse ES cells as an invitro research model that is cost effective and reproducible. Here, we show proof of a tumorigenic like mouse BORG that harbors a TP53 knockout signature

Les oestrogènes font partie de la famille des neurostéroïdes. Notamment, l’Estradiol (17β-E2) pourrait avoirdes effets bénéfiques sur certaines anomalies liées à l'âge (déclin mnésique et cognitif, maladie d'Alzheimer). Le dosagede très faibles teneurs du 17β-E2 et de ces métabolites (Estrone, Estriol), dans les tissus cérébraux et le plasma, constitueun outil indispensable pour estimer la variation de leurs niveaux avec l'âge et dans différentes pathologies.Tout d'abord, nous avons élaboré une méthode en RP-HPLC-ESI(-)-MS/MS de quantification des oestrogènes sansdérivation chimique. La sélectivité de la séparation et la sensibilité de la détection de ces molécules ont été amélioréesaprès optimisation des paramètres MRM et chromatographiques.Puis, différents agents de dérivation ont été synthétisés et évalués afin d’augmenter le taux d’ionisation pour améliorerla sensibilité de détection. Après l’analyse ESI-MS et MS/MS de onze dérivés du 17β-E2, nous nous sommes intéressésplus particulièrement au dérivé 17β-E2-Q8S.Afin de réduire les interférences, une méthode de préparation de l’échantillon biologique (tissus cérébral, plasma desouris) a été développée. Les deux dosages (sans et avec dérivation) ont été comparées en termes de sensibilité, limitesde détection et de quantification (LD et LQ), linéarité et reproductibilité. Puis, elles ont été appliquées à l’analyse deséchantillons de cerveau, d'hippocampe et de plasma prélevés sur des animaux jeunes et âgés traités avec des quantitésconnues de 17β-E2. La méthode qui nous est apparue la plus robuste est la méthode sans dérivation avec une LD de0,5 fmole.μL-1
Estrogens are neurosteroids, especially Estradiol (17β-E2) which is considered to be the most biologicallyactive form. 17β-E2 could have positive effects on some age-associated anomalies (memory and cognitive impairment,Alzheimer's disease). For elucidating and better understanding the molecular and cellular mechanisms that underliethe effects within the brain, it is necessary to quantitate 17β-E2 and its metabolites (estrone and estriol) in brain andplasma.First, the RP-HPLC-ESI(-)-MS/MS method without derivatization was developed. The selectivity of the separationand the sensitivity of detection of the estrogens has been improved after optimization of MRM and chromatographicparameters.Secondly, the various derivatization agents were evaluated after their synthesis in order to improve the sensitivity,selectivity and signal enhancement. After studying the eleven synthesized derivatives of 17β-E2 in ESI-MS andMS/MS, promising results were obtained with the 17β-E2-Q8S derivative.A simple purification method using liquid-liquid extraction followed by C18 solid phase extraction has been optimizedin order to minimize assay interferences. The two assays (with and without derivatization) were then compared interms of efficiency, detection and quantification limits (LOD/LOQ), calibration linearity and reproducibility. Then,both methods were validated on biological samples (brain, hippocampus and plasma) collected from animals treatedwith known amounts of 17β-E2. Finally, the more robust method was the method without derivatization with a LODof 0.5 fmol.μL-1

La maladie d’Alzheimer (MA) est la principale pathologie neurodégénérative de la personne âgée caractérisée par une apparition progressive de troubles mnésiques. Aujourd’hui, des études des réseaux cérébraux, chez l'Homme et la souris, démontrent le potentiel de l’IRM pour l’étude de la MA et de sa progression temporelle. Le but de cette thèse est de caractériser la réorganisation des réseaux neuronaux d’un modèle murin de la MA, en combinant l’étude de l’architecture des circuits à la fois structurelle et fonctionnelle obtenues en IRM de repos. Une étude longitudinale, non-invasive et in vivo a été réalisée sur un groupe de souris tout au long de la pathologie, parallèlement à des évaluations comportementales de mémoire, et histologiques. Les résultats obtenus dans le cadre de ce projet démontrent des modifications structurelles et fonctionnelles, induisant des altérations prodromales des systèmes de mémoire, précédant les symptômes mnésiques de la pathologie. Des modifications longitudinales majeures de la connectivité septal, ciblant aussi bien des régions cérébrales spécifiques du circuit limbique que le réseau du mode par défaut, à la fois au niveau structurel et fonctionnel, ont été mises en évidence. Ainsi, évaluer l’impact de nouveaux agents thérapeutiques visant ces réseaux spécifiques, pourrait révéler de nouvelles cibles cliniques pour la mise en place de traitements futurs
Alzheimer’s disease (AD) is the most widespread dementia in the world, presenting progressive memory impairment. Using resting-state MRI, in both human and animal studies, has opened a new window into the brain and its connectome, proposing abnormal functional connectivity as a candidate biomarker of brain pathologies such as AD. We investigated the connectome’s affectation over time in vivo in a longitudinal study, to follow-up and characterize a transgenic mouse model of AD, combining both functional and structural approaches and evaluating possible network signatures of pathological states. We associate behavioral assessment and histological staining of neurotoxic protein to the MRI approach, in order to relate pathological mechanism, at both network and cellular level, to memory dysfunction. We found remarkable structural and functional modifications, mediating prodromal alterations of the memory system, before the beginning of memory impairment. Considerable changes in the septal connectivity particularly towards limbic centers but also involving communication with the Default Mode Network were highlighted over time. These vulnerable circuits represent biomarkers of the disease and potential targets for future treatment

Le terme « lésions cérébrales acquises en période périnatale » (LCPP) recouvre un ensemble de lésions cérébrales d'origines et de natures diverses pouvant conduire à des handicaps lourds, qui nécessitent une prise en charge à long terme et coûteuse. La prévalence des LCPP et des handicaps associés n'a pas diminué au cours des vingt dernières années malgré les progrès réalisés dans la prise en charge néonatale. Les LCPP représentent donc un enjeu majeur de Santé Publique. Les fenêtres d'apparition préférentielles des LCPP sont superposables à des phases précises du développement cérébral et de son réseau vasculaire. Les cellules endothéliales vasculaires cérébrales (CEVC) constituent l'interface entre le compartiment sanguin et le parenchyme cérébral. De fait, elles assurent les fonctions de barrière hémato-encéphalique (BHE) : i) barrière physique, ii) transport transendothélial, et iii) barrière métabolique. Le fonctionnement de la BHE dépend de l'expression par les CEVC de protéines spécifiques: i) des jonctions serrées (claudines, junction adhesion molecules, occludine) et adhérentes (cadhérines, caténines), ii) de transport (solute carrier), et iii) induisant une barrière métabolique (enzymes, ATP-binding cassette proteins et multi-drug resistance proteins). Les fonctionnalités de la BHE apparaissent progressivement au cours du développement mais sa perméabilité est limitée tôt pendant le développement foetal. La part des réactions vasculaires dans l'étiologie des LCPP est probablement fonction de cette « maturation », comme l'indique la forte prévalence des hémorragies intra-parenchymateuses chez les extrêmes prématurés. Des études réalisées au laboratoire ont mis en évidence des spécificités des CEVC du souriceau par rapport à celles de la souris adulte tant sur le plan structural (transporteurs de substrats énergétiques) que fonctionnel (sensibilité au glutamate, sécrétion de protéases). Ces propriétés, sans doute impliquées dans le développement tissulaire, pourraient aussi être responsables d'une vulnérabilité spécifique à des facteurs environnementaux. Des travaux du laboratoire ont mis en lumière une prédisposition aux hémorragies cérébrales du souriceau de 5 jours (P5) qui disparaît à 8 jours, dans un modèle transgénique (souris KO pour l'inhibiteur du t-PA). L'objectif de cette thèse a été de caractériser des facteurs pouvant expliquer la fragilité microvasculaire. A cette fin, nous avons étudié le protéome et la dynamique du transcriptome de préparations enrichies de microvaisseaux cérébraux provenant de souriceaux P5, P1 et de souris adultes (Ad). Les données de la littérature nous permettent en effet de considérer les souriceaux P5 et P10 comme des modèles d'études du développement cérébral et vasculaire cérébral d'enfants prématurés ou nés à terme respectivement. L'approche protéomique a été menée au moyen d'un spectromètre de masse de type nanoLC LTQ-Orbitrap (Thermo Fischer Scientific) permettant une analyse du contenu protéique des échantillons biologiques après digestion trypsique. Au total, 632, 727 et 692 protéines ont été identifiées et quantifiées à P5, P10 et chez l'adulte respectivement, au moyen des logiciels Proteome Discoverer® et Progenesis LC-MS® via Mascot et la base IPI. Cinquante-deux pour cent des 899 protéines uniques sont communes aux 3 âges. L'analyse quantitative a mis en évidence une plus grande richesse (diversité et abondance protéiques) à P10. L'étude ontologique (KEGG pathways, DAVID) a permis d'identifier des « pathways » communs dont les constituants diffèrent entre les âges au niveau : i) des protéines de jonctions intercellulaires (jonctions serrées et communicantes), ii) des protéines d'adhésion à la lame basale (jonctions focales), iii) des composants de la lame basale et iv) des transporteurs énergétiques. L'approche transcriptomique repose sur l'hybridation compétitive d'ARN complémentaire contre des sondes représentant le génome complet de Souris, immobilisées sur puces (Agilent). Trois expériences de co-hybridation compétitive d'ARN complémentaires provenant des transcrits à 2 âges, marqués chacun par un fluorochrome différent, ont permis d'évaluer les dynamiques d'expression (P5-P10, P10-Ad et P5-Ad). Le logiciel GeneSpring® a permis d'identifier 3197 et 2821 gènes montrant une régulation positive ou négative respectivement, d'un facteur > 2 dans au moins l'une des comparaisons. L'étude d'ontologie a permis d'extraire 92 « pathways » significativement surreprésentés dans l'ensemble de l'étude transcriptomique. Dans les trois comparaisons, la plupart des « pathways » concerne le métabolisme et la signalisation. Les comparaisons impliquant le stade P10 ont permis d'isoler des « pathways » liés à l'adhésion cellulaire. Des recherches des constituants de la BHE (jonctions, transport et efflux), des protéases et de la signalisation glutamatergique ont été réalisées manuellement pour pallier l'absence de description de ces « pathways » chez la Souris. Les résultats d'ontologie obtenus par les deux approches montrent la substitution progressive des constituants : i) de la lame basale vasculaire et des complexes d'adhésion, ii) des systèmes de transport, iii) de la transmission glutamatergique et iv) des systèmes protéases/inhibiteurs entre jeunes et adultes. Les résultats accréditent l'hypothèse d'une fragilité vasculaire transitoire sous-tendant le risque hémorragique, due à l'immaturité de la lame basale et à un fort potentiel protéolytique endothélial chez la Souris
Neonatal acquired brain lesions have various origins and result in lasting disabilities requiring long term expensive care. Usually identified as cerebral palsy (CP), these disabilities have not decreased in the last two decades, even if neonatal cares underwent improvements. The nature of brain lesions resulting in CP are highly dependent on when the developing brain is exposed to insults and less on insulting event, indicating the determinant part of brain parenchyma and vasculature maturity dependent context. Brain vascular endothelial cells (BEVC) represent an exchange interface between blood and brain. In fact, they support blood brain barrier (BBB) functions: i) physical barrier, ii) transendothelial transport, and iii) metabolic barrier. These functions are assumed by specific protein sets expression in BEVC: i) tight junction (claudins, junction adhesion molecules, occludin) and adherent junction proteins (cadherins, catenins), ii) transporters (solute carriers), and iii) metabolic barrier proteins (enzymes, ATP-binding cassette proteins, multi-drug resistance proteins). BBB functions appear progressively along with development, although permeability is reduced early in fetal life. The roles for vascular reactions in the etiology of lesions likely depend on this "maturity", as highlighted by the high prevalence of intraparenchymal hemorrhages affecting selectively extreme preterms. Previous studies in the laboratory identified differences between neonate and adult BVEC in culture, both at structural and functional levels (energy transport proteins, proteases secretion and glutamate sensitivity). These properties, likely involved in tissue development, may also be responsible for its peculiar vulnerability to environment factors. Other studies in the laboratory showed that five day-old (P5) mice pups were prone to develop hemorrhage while eight day-old pups were resistant in a t-PA inhibitor (PAI-1) knock-out transgenic strain. The aim of this thesis was to characterize factors putatively involved in microvessels vulnerability. In this attempt, we have studied the proteome and the transcriptome dynamic in forebrain microvessels (fMV) from P5 and P10 pups, and adult mice. Indeed, data from the literature allow considering P5 and P10 mice as preterm and full term human neonates surrogates, in terms of cortical maturity. The study has been performed using two independent proteomic and transcriptomic approaches applied to a common biological material: purified fMV from P5, P10 and adult mice. Proteome study was performed using a nanoLC LTC-Orbitrap (Thermo Fischer Scientific) mass spectrometer allowing protein contents analysis (MS/MS) after tryptic digestion. The MS/MS study allowed identification and quantification of 632, 727 and 692 proteins in P5, P10 and adult mice fMV, using Proteome Discoverer® and Progenesis IC-MS® softwares with Mascot® identification based on IPI databank. Fifty-two percent of the 899 unique proteins identified were common to the three ages. The quantitative analysis revealed the highest protein diversity and levels at P10. Protein lists classification by Gene Ontology using KEGG pathways (DAVID online freeware) allowed the identification of pathways significantly over-represented. Although pathways were common at the 3 stages, they exhibit different contents in particular on i) intercellular gap and tight junctions, ii) focal adhesion molecules to basal lamina, iii) basal lamina components and iv) transporters. Gene transcripts dynamic regulations were studied by cRNA hydrization against probes covering whole mouse genome, spotted in Agilent® arrays. Three parallel analyses, each based on cRNA competitive hydrization of from two samples labeled with different fluorochromes, allowed to evaluate expression dynamics (P5-P10, P10-Adult P5-Adult) using the GeneSpring® software. In total, 3197 and 2821 genes exhibited a two-fold minimum up-or down-regulation in at least one comparison. The Gene Ontology study allowed extraction of 92 pathways with significant over-representation in the whole study. Most of those pathways were related to metabolism and signal transmission. Comparisons involving P10 samples exhibited pathways related to cell adhesion. Directed surveys towards BBB (junctions, transport and efflux functions), proteases and glutamate transmission were done manually since mice ontology databanks did not recorded these pathways. Ontology data from proteome and transcriptome studies pointed out a common observation that within pathways detected at all the stages in our study, the unitary elements involved (protein or gene) were largely replaced. This observation was done on basal lamina elements and cell adhesion factors, transport proteins, glutamate transmission, proteases and their inhibitors. Theses data support the hypothesis that the transient vulnerability of microvessels responsible for brain hemorrhages is due to a particular constitution of microenvironment together with a high proteolytic potential, occurring at P5 in mice

Depuis quelques années, les oligomères du peptide Aβ sont identifiés comme étant responsables du déclenchement de la pathologie alors que les dépôts amyloïdes sont des conséquences aggravantes de la pathologie. Cependant, les formes oligomériques d’Aβ impliquées dans la pathologie ainsi que l’origine de ces peptides sont toujours débattues. Notre objectif principal était d’identifier des signatures Aβ oligomériques cérébrales et vasculaires et de déterminer si nous pouvions interférer avec ces signatures pour modifier le décours de la pathologie. Nous avons réalisé des analyses biochimiques qualitative des formes d’Aβ dans des échantillons de cerveau et de vaisseaux issus de patients atteints de la MA et de souris transgéniques modèle de la MA. Nous avons montré qu’une même forme Aβ oligomérique (17-18 kDa) est impliquée dans le développement de la pathologie cognitive chez l’homme et chez la souris APP/PS1. Une signature Aβ oligomérique vasculaire spécifique a été observée dans les vaisseaux périphériques et plus particulièrement la veine porte hépatique des souris APP/PS1. De plus, un traitement pharmacologique ciblant l’expression des protéines de transport de l’Aβ a permis de restaurer les profils Aβ oligomériques contrôles dans le cerveau des souris APP/PS1 tout en « chargeant » la veine porte des mêmes souris en Aβ oligomérique. Ces résultats montrent que les signatures Aβ vasculaires et cérébrales sont intimement liées. De plus, nos travaux mettent l’accent sur une possible intervention thérapeutique agissant sur les formes Aβ cérébrales et vasculaires
Alzheimer's disease (AD) is a complex disorder of the central nervous system that affects an increasing number of people worldwide due to the overall aging of the human population. Vascular factors and mechanisms have emerged as an area of key importance. Accumulating evidence indicates that pre-fibrillar aggregates, specifically the low-molecular weight oligomers of Aβ peptide, are responsible for the synaptic dysfunction and neuronal loss that occur in AD pathology. But, these oligomeric forms implicated in the pathology are currently under debate. Our primary goal was to identify cerebral and vascular oligomeric signatures. Secondly, we try to interfere with these signatures in order to modify the evolution of AD. We realize qualitative analyses of cerebral and vascular oligomers Aβ by western-blot. Vascular and cerebral tissues were extracted from AD patients and from a transgenicmouse model of AD. We demonstrate that the same oligomer Aβ (17-18 kDa) is implicated in the cognitive impairment for patients and APP/PS1 mouse. A specific vascular signature of oligomer Aβ was detected in peripheral vessels and particularly in portal vein from liver of APP/PS1 mouse. Moreover, pharmacological treatment targeting clearance of soluble Aβ restored the control signature of oligomer Aβ in the brain of APP/PS1 mouse. This configurational change was associated with an increase of oligomer Aβ in portal vein from liver. These results show that cerebral and vascular oligomeric signatures were closely linked. Finally, our work emphasizes potential therapeutic strategies for AD by targeting cerebrals and vasculars oligomers Aβ

Les principales maladies neurodégénératives humaines, qui reposent toutes sur des mécanismes de type prion (auto-propagation d’agrégats protéiques pathogéniques), représentent un risque sociétal majeur avec une augmentation de leur prévalence directement corrélée avec l’augmentation de la longévité de la population mondiale. Il n’existe à ce jour aucun traitement curatif ni aucun modèle expérimental suffisamment pertinent pour ces maladies.L'objectif de ce travail a été d'utiliser le potentiel des mini-cerveaux humains comme modèle in vitro auto-assemblé en trois dimensions (3D) capable de restituer la complexité du cortex cérébral et d’étudier les mécanismes de type prion en développant une méthodologie de validation basée sur la microscopie 3D. Ces nouvelles structures 3D qui peuvent être obtenues à partir de cellules adultes reprogrammées de patients en cellules souches pluripotentes induites (iPSC), offrent des possibilités uniques pour accéder, observer et perturber les processus biologiques dans le cerveau humain sans les biais ni les complications des modèles animaux ou des échantillons de cerveau humain ex vivo. Ce modèle permet notamment d’observer l’apparition d’agrégats d’Aß et de Tau phosphorylée, deux protéines qui s’accumulent et se propagent de cellule en cellule dans la maladie d’Alzheimer.Nous avons été en mesure de rendre le modèle des mini-cerveaux compatible avec une future approche de criblage de molécules thérapeutiques en modifiant la méthodologie de différenciation pour augmenter leur rendement de production. D’autre part, nous avons pu tester différentes modalités de modélisation pour la Maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson, la Démence Fronto-Temporale et la maladie de Creutzfeldt-Jakob : à l’aide de molécules d’induction chimique, à l’aide de cellules issues de patients, par modification génétique et par mise en contact de matériel infectieux. Ces différentes approches nous ont permis d’établir que le modèle d’organoïde cérébral permet de reproduire des aspects-clés retrouvés dans l’apparition de la pathologie chez les patients. Pour compenser l’hétérogénéité de notre modèle, nous avons réalisé une analyse in toto par imagerie, c’est-à-dire dans sa totalité sans coupes préalables. La modalité retenue pour cette acquisition est la microscopie à feuillet de lumière utilisée après marquage et clarification des mini-cerveaux. Pour ce faire, nous avons évalué et développé différentes stratégies en vue d’obtenir une plateforme d’analyse à haut contenu pour nos organoïdes cérébraux.Cette plateforme centrée autour de l’organoïde cérébral, sous-tendue par l’analyse en microscopie 3D, a été développée dans le cadre du projet « Investissements d’Avenir » 3DNeuroSecure. Ce projet a pour ambition d’apporter des solutions de calcul haute performance au domaine de la biologie, notamment avec la possibilité de traiter des informations de très grand volume, dit « exascale », telles que celles que nous obtenons avec la microscopie 3D. Le développement de cet aspect nous permettrait à terme de pouvoir établir les bases d’un outil de criblage thérapeutique par les organoïdes cérébraux pour les maladies neurodégénératives. Nous avons démontré que les mécanismes de type prion pouvaient être étudiés dans ce modèle de mini-cerveaux humains et de multiples voies de recherche fondamentale et appliquée sont désormais possibles. A plus long terme, une telle plateforme pourrait accueillir tout type d’organoïdes pour modéliser l’ensemble du corps humain et s’inscrire comme un compagnon biologique dans le cadre des futurs développements de la médecine personnalisée
Human neurodegenerative diseases, which are all based on prion-like mechanisms (self-propagation of pathogenic protein aggregates), represent a major societal risk with the increase of their prevalence directly correlated to the increasing longevity of the world population. There is to date neither any cure nor any pertinent experimental model for their study.The objective of this work was to use the potential of human mini-brains, a self-assembled three-dimensional in vitro model able to restitute the complexity of the cerebral cortex. This model will allow us to study prion-like mechanism by developing a validation methodology based on 3D microscopy. These novel 3D structures can be obtained from reprogrammed adult cells into induced pluripotent stem cells (iPSCs) and offer unique possibilities to access, observe and disrupt biological processes in the human brain without bias nor complications as in animal models and ex vivo human brain samples. This model makes it possible to observe the development of aggregates of Aβ and hyper-phosphorylated Tau, two proteins that accumulate and propagate from cell to cell during Alzheimer’s disease.We have been to able to adapt the cerebral organoid model for a future screening approach by modifying the differentiation methodology to enhance its production ratio. We also have been able to test different modalities for disease modeling for Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, Fronto-Temporal Dementia and Creutzfeldt-Jakob disease: with chemical induction, with patient specific cells, through genetic modification and through contact with infectious material. These different approaches allowed us to validate that the cerebral organoid can indeed reproduce key aspects found during pathological development within patients. To compensate for the heterogeneity of the cerebral organoid, we performed an in toto analysis through microscopy, meaning in its totality without prior slicing. The chosen method of acquisition is fluorescence light-sheet microscopy used after staining and optical clearing of cerebral organoids. To do so, we have evaluated and established different strategies in order to obtain a high content screening platform for our cerebral organoid model.This platform centered around the cerebral organoid model, underpinned by 3D microscopy analysis, was developed during the “Investissements d’Avenir” project 3DNeuroSecure. This project has for ambition to bring high performance computing to the biological sciences, notably with the possibility to deal with large scale data, also called “exascale”, like the ones obtained with 3D microscopy. The development of this aspect would allow us to establish the basis for a therapeutic screening tool based on cerebral organoids for neurodegenerative diseases. We have demonstrated that prion-like mechanisms can be studied in a human mini-brain model and multiple research avenues are now opened for both fundamental and applied research. This platform could in turn become the basis for any kind of organoids derived from patients to model the whole human body and become a biological companion for personalized medicine

Les tumeurs intracrâniennes font partie des pathologies les plus fréquentes en neurologie après les accidents vasculaires cérébraux et les démences. On estime leur incidence à 10 nouveaux cas par an pour 100000 personnes. Les glioblastomes en sont la forme la plus virulente et malgré les avancées médicales des dernières années leur pronostic demeure très pessimiste. En effet, la médiane de survie est de l'ordre de 12 mois et le taux de survie à 5 ans est seulement de 2%. L'un des enjeux actuels de la recherche en neuro-oncologie est de mettre au point de nouveaux traitements à visée curative. C'est le cas de la thérapie de photoactivation du platine par irradiation synchrotron (PAT-Plat), technique qui a été développée au cours des dernières années et qui a montré des effets curatifs chez des rats porteurs du gliome F98. Dans ce travail de thèse, nous avons cherché à mieux caractériser les effets de la PAT-Plat et de ses différentes modalités (chimiothérapie à base de cisplatine et radiothérapie synchrotron) sur les tissus et la vascularisation cérébrale saine ainsi que sur le gliome F98. La microscopie biphotonique intravitale a été utilisée comme méthode d'observation et notre étude a donné lieu au développement de plusieurs méthodes (observation de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique (BHE), imagerie de la vascularisation tumorale, marquage des astrocytes et des fibres élastiques en intravital). Nous avons ainsi démontré qu'une irradiation synchrotron (15Gy/79keV) n'entraînait pas d'effets secondaires à court terme (rupture de la BHE, diminution de la perfusion, gliose,. . . ) dans le cortex pariétal de souris nude. Nous avons également mis en évidence qu'un effet de synergie entre le cisplatine et l'irradiation était à l'origine des effets spectaculaires de la PAT-Plat. Enfin, nous avons souligné qu'outre son action sur les cellules tumorales, la thérapie entraînait une diminution de la perfusion des vaisseaux angiogéniques
Brain tumors are the third most frequent pathology encountered in neurology following stroke and dementia. Approximately 10 new cases are encountered each year in a population of 100. 000. Glioblastoma are the most aggressive among brain tumors and despite medical progress they suffer of a poor prognosis (median survival time is 12 months; five years survival rate is 2%). One of the challenges in neuro-oncology is the development of new curative treatments against glioblastoma. One of them, the photoactivation therapy of platinum with synchrotron X-rays (PAT-Plat) was developed during the last years and has shown curative effects in rats bearing the F98 glioma. In the present study, we have attempted to characterize the effects of the PAT-Plat and its different modalities (chemotherapy with cisplatin and synchrotron radiotherapy) on healthy brain tissue and microvasculature as well as on the F98 glioma. Intravital multiphoton microscopy was used as the main imaging tool to investigate the effects of the PAT-Plat and many methodologies were developed (assessement of blood-brain-barrier (BBB) disruption, imaging of tumor microvasculature, staining of astrocytes and elastic fibers). We have shown that a 15Gy/79keV synchrotron irradiation does not induce short term side effects (BBB disruption, diminution of the perfusion, gliosis,. . . ) in the parietal cortex of nude mice. We have also demonstrated that a synergystic effect between cisplatin and irradiation is at the origin of the effects of the PAT-Plat. Finally, we have shown that the action of the PAT-Plat is not restricted to tumor cells; a decrease in the angiogenic vessels perfusion was also observed in the peritumoral area of the F98 glioma

La SRM proton constitue un outil non invasif unique pour l'exploration biochimique quantitative des tissus vivants. Les deux études présentées dans cette thèse visent à maîtriser chacune des phases impliquées depuis l’acquisition des données jusqu’à l’estimation fiable et précise des profils métaboliques des tissus explorés. Des protocoles expérimentaux d’acquisition des signaux de spectrométrie de résonance magnétique proton in vivo à temps d’écho courts ont été définis puis optimisés pour une application pré-clinique (souris) sur un imageur 4.7T et pour une étude en environnement clinique menée à 1.5T. La première étude a permis de mesurer longitudinalement les altérations des métabolites cérébraux (N-acétyl-aspartate, choline, créatine, taurine) chez un modèle murin de neuro-inflammation sur un imageur 4.7T, et la seconde étude avait pour objectif la mesure de la quantité totale et la composition lipidique hépatique en environnement clinique à 1.5T chez des sujets stéatosiques. Des méthodes d’estimation des contributions métaboliques et lipidiques adaptées aux propriétés physiques de signaux ont été validées pour chacune de ces applications. Ces méthodes sont fondées sur des algorithmes de moindres carrés non linéaires. Des stratégies multi-tirages des valeurs initiales et des contraintes ont été favorablement validées. Les atouts et les originalités de ce projet reposent sur les développements synergiques des protocoles d’acquisitions et des méthodes de traitement du signal associées. Ces développements ont pour vocation d’enrichir la palette des informations biochimiques collectées pour l’aide au pronostic et diagnostic médical
The proton MRS is a unique non-invasive method to quantitative biochemical exploration of living tissues. The studies presented in this thesis aim to handle each one of the involved steps, from data acquisition to reliable and precise metabolic profile estimation of explored tissues. Protocols for experimental acquisition of in vivo, short echo-time magnetic resonance signals were defined, and optimized for a pre-clinical application (mice) on a 4.7T scanner and for a clinical study at 1.5T. The first study allowed yo measuring cerebral metabolite (N-acetyl-aspartate, choline, creatine, taurine) alterations along time in a murine model of neuro-inflammation on a 4.7T scanner and the second study aimed to measure the total quantity and the composition of liver fat in patients with hepatic steatosis in a clinical environment at 1.5T. Signal processing methods for metabolite and fat contribution estimates, coping with physical signal properties were validated for both studies. These methods are based on non-linear least squares algorithms. Multiple starting values and constraints strategies were successfully validated. The assets and the originality of this project are based on the synergic developments of acquisition protocols and the associated signal processing methods. These developments were designed to enrich the list of the biochemical information non-invasively measured, in order to help medical prognostic and diagnostic

La prématurité est responsable de mortalité et de morbidité néonatales. Les enfants prématurés sont à risque de développer des paralysies cérébrales (PC) se traduisant par des déficits moteurs et/ou cognitifs persistant jusqu’à l’âge adulte. L’hypoxie-ischémie, l’inflammation et le sexe masculin ont été identifiés comme facteurs de risque des PC. Le sulfate de magnésium (MgSO4) est proposé comme agent neuroprotecteur afin d’améliorer le devenir sensori-moteur et cognitif des enfants. Bien que le MgSO4 prévienne à 33 % l’apparition des PC, son utilisation en clinique n’est pas systématique, notamment en France. Ceci est dû au fait que ses effets propres à long terme et les mécanismes d’action conduisant à son effet neuroprotecteur ne sont pas bien connus. Notre travail a consisté à faire progresser les connaissances à ce sujet. Afin d’évaluer les mécanismes d’action sous-tendant les effets neuroprotecteurs du MgSO4 (600 mg/kg) administré en préventif, et ses potentiels effets propres, deux modèles murins de lésion cérébrale néonatale à P5 ont été utilisés. Nous avons démontré que le modèle excitotoxique (IBO), comme le modèle hypoxo-ischémique (HI), ont induit des déficits sensorimoteurs chez les souriceaux similaires dans les deux sexes, ainsi que des déficits cognitifs et moteurs à l’âge adulte, plus marqués chez les mâles dans le modèle excitotoxique. Dans la lésion IBO, l’administration de MgSO4 a prévenu à court comme à long termes les déficits sensorimoteurs et cognitifs, ainsi que les perturbations touchant les systèmes glutamatergiques et GABAergiques. Dans le modèle HI, modèle de lésion plus sévère, les déficits essentiellement cognitifs n’ont pas été prévenus par le MgSO4. Nous avons également observé que la neuroprotection réalisée par le traitement au MgSO4 est multifactorielle, puisque le MgSO4 réduirait notamment la neurotransmission glutamatergique et la mort apoptotique. Les travaux en cours dans le modèle HI laissent penser que le MgSO4 pourrait également limiter le processus inflammatoire, probablement de façon sexe-dépendante. Le MgSO4 n’a pas induit d’effets secondaires délétères, dans tous les paramètres analysés, à court et à long termes
Prematurity is responsible for neonatal mortality and morbidity. Premature infants are at risk of developing cerebral palsy (CP), characterized by motor and cognitive deficits lasting until adulthood. Hypoxia-ischemia, inflammation and male gender have been identified as CP risk factors. Magnesium sulfate (MgSO4) have been proposed as neuroprotective agent to improve infants sensorimotor and cognitive outcomes. Despite the reduction of CP prevalence by 33 %, MgSO4 use in clinic remains not systematic, notably in France, since its long term proper effects and its actions mechanisms are not well-known. Our work consisted in improving the knowledge of MgSO4 actions and effects. In order to evaluate MgSO4 (600 mg/kg) preventive actions mechanisms and its potential proper effects, two mouse models of cerebral neonatal lesion at 5 days (P5) have been used. We showed that the excitotoxic model (IBO), as the hypoxic-ischemic model (HI), have induced sensorimotor deficits in pups in both sexes, as motor and cognitive deficits in adult mice, more pronounced in male mice in the IBO model. In the latter, MgSO4 administration prevented at short and long term sensorimotor and cognitive alterations, as well as glutamatergic and GABAergic neurotransmissions systems alterations. In the HI model, which causes more severe lesions, cognitive deficits have not been prevented by MgSO4. We also showed that MgSO4 induced neuroprotection is multifactorial, as MgSO4 reduced glutamatergic neurotransmission and apoptosis. Work in progress in the HI model indicates that MgSO4 may decrease inflammatory process, in a sex dependant manner. MgSO4 pre-treatment did not induce deleterious secondary effects in the measured parameters in our study

Le cortex cingulaire antérieur (CCA) est une région préfrontale située au centre d’un réseau permettant l’échange d’informations cognitives, motrices, limbiques et viscérales, la plaçant ainsi comme un sujet incontournable dans l’étude de pathologies complexes telles que les troubles anxio-dépressifs. Afin de pouvoir aborder ces pathologies chez la souris, nous avons établi par traçage neuronal le connectome complet des différentes aires composant le CCA. Nous avons ainsi montré qu’une grande majorité des structures de ce connectome communique de manière réciproque avec cette région et que, selon les aires cingulaires, des spécificités de densité d'innervation et de topographie peuvent exister. Ceci suggère des fonctions partagées mais également des rôles plus spécifiques à chaque aire. A partir de ce connectome, nous avons ensuite montré, par une approche optogénétique associée à des tests comportementaux, que l'activation répétée de la projection de l’amygdale au CCA est susceptible d'induire des comportements de type anxio-dépressif chez des souris naïves. Ce travail met donc en évidence le rôle d'une partie du connectome du CCA dans l'établissement des troubles de l'humeur
The anterior cingulate cortex (ACC) is a prefrontal region located at the center of a network allowing the sharing of cognitive, motor, limbic and visceral information, placing it as an interesting target for the study of complex pathologies like mood disorders. To investigate these diseases in mice, we provided the complete connectome of each ACC areas by a tract-tracing approach. We demonstrated that the majority of structures constituting this connectome are reciprocally connected with the ACC and that some density and topographical connection specificities were observed among cingulate areas. These results potentially suggest some shared functions between cingulate areas, also completed by specific roles inherent to each area. Using this connectome, we demonstrated that the repeated activation of the amygdala projection to the ACC was able to induce anxiodepressive-like behaviors in naïve mice, by using optogenetics combined with behavioral tests. This study highlights for the first time the implication of a portion of the ACC connectome in the establishment of mood disorders