Дисертації з теми "Troubles du développement neurologique"

Les objectifs de cette thèse étaient de définir le retard de croissance intra-utérin chez le nouveau-né prématuré, d’étudier ses conséquences en terme de morbidité néonatale et de pronostic à long terme et d’évaluer les liens existant entre retard de croissance intra-utérin, croissance extra-utérine et pronostic des prématurés. Nous avons mis en évidence dans un premier temps que le seuil strict de définition d’un « nouveau-né petit pour l’âge gestationnel» ne pouvait se limiter dans le cadre de la prématurité au 10ème percentile mais s’étendre au-delà, au moins jusqu’au 20ème percentile. Par ailleurs, se limiter au poids n’était pas suffisant et qu’une définition par l’association entre poids et périmètre crânien était pertinente en terme de pronostic tant à court qu’à long terme.Nous avons montré que la restriction de croissance intra-utérine était associée au pronostic neurologique des grands prématurés en terne de déficience cognitive et difficultés scolaires essentiellement et ce même pour des prématurés modérés et une restriction de croissance peu sévère et que l’effet du retard de croissance était modulé selon l’âge gestationnel de naissance. Concernant la croissance extra-utérine, nous avons montré qu’elle était elle-même associée au pronostic neurologique des prématurés mais que cet effet était variable selon la croissance anténatale.Enfin, nous nous sommes interrogés sur les conséquences à court terme des efforts faits par les néonatologistes afin d’optimiser la croissance post-natale des prématurés par une revue de la littérature et montré qu’ils existaient des anomalies métaboliques engendrées par une nutrition agressive qu’il convenait de surveiller
Our main objectives were to define intrauterine growth restrictions in preterm infants to study its consequences in terms of neonatal morbidity and long-term prognosis and also assessment to study the relationship between intrauterine growth restriction, extra-uterine growth and neurological outcomes.We showed initially that strict threshold definition of a "small for gestational age" preterm could not be limited in the context of prematurity in the 10th percentile, but extend beyond, at least to the 20th percentile. Furthermore, to define growth restriction studying, weight was not enough. A definition by the association between weight and head circumference was relevant in terms of prognosis in both the short and long term.We found that growth restriction in very preterm and neurological outcome were significantly associated. Small for gestational age preterm infants were more likely to have cognitive impairment and school difficulties even for moderate preterm and moderate growth restriction. Gestational age was an important factor that modulates the association between growth restriction and outcome. Concerning extra-uterine growth, we have shown that it was associated with neurological outcome but this effect varied with antenatal growth pattern.Finally, we studied by literature review, the short-term consequences of optimized postnatal growth of premature infants and showed metabolic abnormalities caused by an aggressive nutrition that required necessary monitoring

L’objectif est d’évaluer les facteurs pronostiques précoces pour la scolarisation à 8 ans des enfants nés grands prématurés indemnes de séquelles neurosensorielles, avec un intérêt particulier pour la prédiction d’un devenir favorable. La population d��étude est un sous-groupe géographiquement défini de l’étude EPIPAGE, qui a inclus tous les enfants nés avant 33 SA en 1997 dans 9 régions françaises. A 2 ans d’âge corrigé, les 347 enfants étudiés présentent des performances inférieures à celles des enfants nés à terme dans les domaines du langage, de la motricité fine et de la socialisation. Ces performances sont significativement liées à la durée d’intubation, au niveau d’études et à la profession des parents. La valeur prédictive d’un quotient de développement ≥ 100 à 2 ans d’âge corrigé pour une scolarisation appropriée à 8 ans est de 0,80 [0,75 ;0,85]. En analyse multivariée, la scolarisation est significativement liée au développement et au périmètre crânien à 2 ans, à l’âge gestationnel et au niveau d’études de la mère. Enfin, trois définitions de la restriction de croissance intra-utérine, basées sur le poids de naissance, le poids fœtal estimé ou le potentiel individuel de croissance fœtale, sont comparées en terme de prédiction du devenir cognitif et scolaire chez les 1038 singletons de la cohorte totale indemnes de séquelles sévères. Les enfants ayant un poids ≥ 10ème percentile pour une référence basée sur les poids de naissance observés, mais < 10ème pour une référence intrautérine ont un risque accru de dysfonction cognitive à 5 ans ou de difficultés scolaires à 8 ans par rapport aux enfants ayant un poids ≥ 10ème percentile pour les 2 références

La mise en place du système nerveux central (SNC) résulte du déroulement de processus cellulaires s’effectuant pendant l’embryogenèse puis au cours de la vie postnatale. Pour générer les diverses populations cellulaires du SNC, les cellules neurales et leur descendance subissent plusieurs processus : la prolifération, la migration, la différenciation ainsi que la mort cellulaire programmée, tous sous le contrôle de nombreux facteurs. La régulation fine de ces mécanismes est essentielle au bon établissement des réseaux cellulaires, et l’altération de ces voies, par une cause génétique ou environnementale, peut avoir des conséquences sur l’organisation et le fonctionnement du SNC. Les radicaux libres sont des seconds messagers impliqués dans la régulation de très nombreux processus cellulaires, toutefois ces molécules peuvent s’avérer délétères si leurs niveaux ne sont pas régulés. Ainsi, le maintien de ces espèces réactives à des concentrations physiologiques est permis notamment par les sélénoprotéines, des protéines caractérisées par un fort pouvoir réducteur conféré par la présence de sélénocystéine dans leur séquence. À ce jour, les fonctions de beaucoup de ces sélénoprotéines, en particulier les plus récemment identifiées, restent peu caractérisées. C’est le cas, notamment, de la sélénoprotéine T (SelT), une enzyme très conservée chez les mammifères et fortement exprimée pendant l’embryogenèse, en particulier dans le tissu cérébral en développement, mais dont le rôle reste à être caractérisé. Dans la première partie de ce travail, nous avons montré, à l’aide d’un modèle murin, que l’invalidation conditionnelle de la SelT dans les cellules neurales provoque des anomalies neurodéveloppementales se produisant pendant la première semaine postnatale. Les souris invalidées présentent une réduction transitoire du volume cérébral, qui apparait au cours de la première semaine postnatale, culmine au septième jour, puis disparait. Ce phénotype est associé à une réduction de la densité cellulaire et s’explique par une augmentation du phénomène de mort cellulaire programmée. L’analyse des populations cellulaires impliquées par marquages NeuN, GFAP et Ng2 a permis de montrer que cette perte cellulaire par apoptose affecte exclusivement les cellules neuronales, évoquant une absence d’effets de la SelT sur les populations gliales. Nos résultats montrent également que les cellules en apoptose caspase-3 positives sont détectées dans les neuroépithéliums germinatifs, les couches de transition et les couches de différenciation des neurones, indiquant que ces cellules meurent suite à l’absence de la SelT au cours des différentes phases de leur maturation. Cette altération de la viabilité neuronale est associée à une élévation des niveaux de radicaux libres endogènes, argument en faveur d’un rôle antioxydant et neurotrophique de la SelT dans les neurones. À l’issue de la première semaine postnatale, tandis que la neurogenèse décline chez l’animal sauvage, nous observons un maintien de l’activité mitotique des progéniteurs neuronaux chez la souris invalidée. Cette neurogenèse prolongée pourrait constituer un mécanisme de réponse physiologique compensatoire visant à réduire le déficit cellulaire observé précédemment. Au niveau astrocytaire, ni la viabilité ni les niveaux de radicaux libres ne sont modifiés par l’absence de SelT, suggérant que celle-ci y exercerait une fonction différente ou que d’autres facteurs compenseraient son absence dans cette population. De manière intéressante, au stade où la perte neuronale est importante nous observons une augmentation transitoire de la densité de cellules gliales, et dont la disparition coïncide avec la redensification cellulaire constatée vers le dixième jour. Ceci pourrait suggérer que la compensation du volume cérébral serait provoquée par une transdifférenciation gliale conjointement à la neurogenèse prolongée. Ces mécanismes compensatoires permettraient le rétablissement apparent du volume cérébral et de sa densité cellulaire chez l’animal invalidé. Dans la seconde partie de nos travaux, nous avons mis en évidence que malgré l’absence de phénotype neuroanatomique à l’âge adulte, les souris invalidées pour la SelT présentent des déficits comportementaux. En effet, la mesure de leur activité locomotrice lors de sessions d’une heure en open-field montre que les animaux invalidés sont hyperactifs. Ce phénotype a été confirmé par l’analyse du comportement sur 48h en cages d’actimétrie, montrant que les animaux présentent une hyperactivité détectable de jour comme de nuit. Par ailleurs, nous avons également pu constater que ces souris présentent une anxiété de trait, ou néophobie, élevée. Cette caractéristique comportementale, qui tend à diminuer si l’animal est confronté de manière répétée à la même tâche, reste élevée chez la souris invalidée même si elle est capable d’apprendre à réaliser l’exercice demandé. En effet, nous avons montré que ces animaux ont une bonne performance lors d’un test d’apprentissage et de rétention spatiale en piscine de Morris, toutefois ceux-ci sont moins efficients que leurs congénères sauvages et ce résultat pourrait être dû soit à cette néophobie accrue, soit à un établissement de stratégie de navigation spatiale dysfonctionnel. Finalement, la SelT n’étant que peu exprimée à l’âge adulte, ces déficits fonctionnels seraient provoqués par un mauvais établissement des réseaux neuronaux durant les premières semaines postnatales. Cette hypothèse est confortée par la mise en évidence d’une altération de la neurotransmission GABAergique chez l’animal invalidé. Par ailleurs, il apparait que le phénotype cérébral ait des répercussions sur la physiologie générale de l’animal, comme l’attestent les très forts niveaux de corticostérone plasmatique retrouvés chez la souris invalidée, en conditions basales et suite à un stress. Ainsi, nos résultats indiquent que la SelT est essentielle au développement du SNC et contribuerait aux différents processus assurant la mise en place de populations neuronales. De plus, il peut être envisagé que son action soit de nature neurotrophique, via le maitien des taux de radicaux libres à des niveaux physiologiques. La poursuite de l’étude fonctionnelle des partenaires moléculaires et des mécanismes impliqués dans ces effets de la SelT, permettront à terme de mieux comprendre l’implication des radicaux libres et de cette sélénoprotéine au cours du neurodéveloppement sain et pathologique, puis de proposer de nouvelles pistes afin de protéger le cerveau dans des contextes pathologiques liés à des dérégulations de ces voies
The development of central nervous system (CNS) results from a combination of cellular processes occurring during embryogenesis and postnatal life. To generate the diverse cell populations of CNS, neural cells and their progeny undergo several processes including proliferation, migration, differentiation as well as programmed cell death, all these being under the control of numerous factors. The precise regulation of these mechanisms is essential for the establishment of cellular networks, and genetically- or environmentally-induced alterations of these pathways may have consequences on CNS organization and functions. Free radicals are second messengers involved in the regulation of many cellular processes; however, these molecules may turn out to be deleterious if their levels are poorly regulated. Thus, reactive species are maintained at physiological concentrations thanks to the activity of antioxidant systems, that include selenoproteins, which are proteins characterized by a strong reducing ability conferred by the presence of selenocysteine, the 21st amino acid, in their sequence. To date, the functions of many of these selenoproteins remain poorly characterized, and especially the most recently identified. One particular case is Selenoprotein T (SelT), a highly conserved enzyme in mammals which is strongly expressed during embryogenesis, especially in the developing brain, but whose role remains to be elucidated. In the first part of this work, we employed a mouse line model to show that the conditional invalidation of SelT in neural cells causes neurodevelopmental abnormalities that occur during the first postnatal week. The invalidated mice exhibit a transient reduction in brain volume, which appears during the first postnatal week, culminates at the seventh day but disappears at adulthood. This phenotype is associated with a reduction in cell density and is caused by increased programmed cell death in the organ. Analyses of the cell populations using NeuN, GFAP and Ng2 cell markers, showed that this apoptotic cell loss exclusively affects neuronal cells, evoking a lack of effect of SelT on glial populations. Our results also showed that caspase-3 positive cells were detected in the germinal neuroepithelia, transition layers and neuron differentiation layers, indicating that these cells die as a result of SelT absence during different phases of their maturation. This alteration of neuronal viability is associated with elevated endogenous free radical levels; an argument in favor of the antioxidant and neurotrophic role of SelT in neurons. At the end of the first postnatal week, while neurogenesis declines in wild-type animals, we observed a prolonged mitotic activity of neuronal progenitors in SelT deficient mice. This neurogenesis could constitute a physiological compensatory response mechanism to reduce the cell deficit previously observed. Surprisingly, viability and endogenous free radicals levels in astrocytes were unchanged in the absence of SelT, suggesting that the protein may exert a different function in these cells or that other factors act to compensate for its absence. At the stage when neuronal loss is significant, we observed a transient increase in glial cell density, whose vanishing coincides with the cell redensification measured at the tenth day. This finding suggests that the brain volume compensation is caused by glial transdifferentiation into neurons, along with prolonged neurogenesis. These compensatory mechanisms could be responsible for the apparent recovery of brain volume and cell density in the adult SelT-deficient mice. In the second part of our work, we demonstrated that despite the absence of a gross neuroanatomical phenotype in adulthood, invalidated mice exhibit behavioral deficits. Indeed, measurements of locomotor activity during one-hour sessions in an open-field showed that invalidated animals are hyperactive. This phenotype was confirmed by behavioral analyses performed during 48 h in actimetry cages, which showed that mutant animals display hyperactivity during both diurnal and nocturnal periods. Moreover, we also found that these mice exhibit an exacerbated trait anxiety, or neophobia. This behavioral characteristic, which tends to decrease if the animal is repeatedly submitted to the same task, remains high in our model although the animals successfully learns to execute the required exercise. Indeed, we showed that these animals perform well during spatial learning and memory task in Morris water-maze; however, SelT deficient mice are less efficient than their wild-type littermates, a deficit that could be attributed either to the increased neophobia or a potential dysfunction in spatial navigation strategy abilities. Finally, as SelT is weakly expressed in adult life, these functional deficits could be provoked by an altered establishment of neuronal networks during the first postnatal weeks. This hypothesis is supported by an impaired GABAergic neurotransmission in these mice. Moreover, it appears that the cerebral phenotype impacts the general physiology of the animal, as evidenced by the high plasma corticosterone levels found in the invalidated mice in basal conditions or following a stress. In sum, our results indicate that SelT is essential to the proper development of CNS and contribute to the various processes ensuring the establishment of neuronal populations. In addition, it may be considered that this selenoprotein exerts neurotrophic function through regulation of free radicals levels. Pursuing the functional study of molecular partners and the elucidation of the mechanisms involved in the effects of SelT will eventually allow to better understand the involvement of free radicals and SelT in healthy and pathological neurodevelopment and ultimately to propose new strategies to protect the brain in pathological situations related to disregulations of these pathways

De nombreux troubles ont un retentissement sur le contrôle de l'équilibre dynamique au cours de la marche. Qu'ils soient d'origine traumatique, neurologique, ou liés à la sénescence, ils limitent plus ou moins la stabilité, c'est-à-dire la capacité des sujets à récupérer de perturbations internes ou externes, et peuvent conduire à la chute. Chez les enfants, la stabilité est de plus liée aux étapes développementales. Son interprétation nécessite donc de différencier ce qui relève de l'instabilité développementale et de l'instabilité pathologique. Les techniques instrumentées d'analyse du mouvement permettent un enregistrement fiable et précis des paramètres de la marche. Des index ont été développés pour faciliter l'évaluation clinique de la marche des patients mais aucun d'entre eux ne quantifie l'aspect stabilité.Ce travail de thèse a conduit à la production d'un score quantifiant la stabilité au travers de la variabilité des paramètres spatiotemporels, enregistrés par une piste de marche électronique. Ce score, dénommé Gait Variability Index (GVI), a été appliqué à des populations, asymptomatiques et pathologiques, représentatives des différents âges de la vie : l'enfant, l'adulte et la personne âgée. Les résultats obtenus chez des patients affectés de paralysie cérébrale, d'ataxie de Friedreich ou cérébrolésés démontrent que le GVI est un outil cohérent pour l'évaluation de l'instabilité. Outre l'intérêt clinique qu'il représente, celui-ci ouvre différentes perspectives pour son application et invite à la réflexion quant à la nature perturbatrice ou régulatrice de la variabilité.

De nombreux troubles ont un retentissement sur le contrôle de l’équilibre dynamique au cours de la marche. Qu’ils soient d’origine traumatique, neurologique, ou liés à la sénescence, ils limitent plus ou moins la stabilité, c’est-à-dire la capacité des sujets à récupérer de perturbations internes ou externes, et peuvent conduire à la chute. Chez les enfants, la stabilité est de plus liée aux étapes développementales. Son interprétation nécessite donc de différencier ce qui relève de l’instabilité développementale et de l’instabilité pathologique. Les techniques instrumentées d’analyse du mouvement permettent un enregistrement fiable et précis des paramètres de la marche. Des index ont été développés pour faciliter l’évaluation clinique de la marche des patients mais aucun d’entre eux ne quantifie l’aspect stabilité.Ce travail de thèse a conduit à la production d’un score quantifiant la stabilité au travers de la variabilité des paramètres spatiotemporels, enregistrés par une piste de marche électronique. Ce score, dénommé Gait Variability Index (GVI), a été appliqué à des populations, asymptomatiques et pathologiques, représentatives des différents âges de la vie : l’enfant, l’adulte et la personne âgée. Les résultats obtenus chez des patients affectés de paralysie cérébrale, d’ataxie de Friedreich ou cérébrolésés démontrent que le GVI est un outil cohérent pour l’évaluation de l’instabilité. Outre l’intérêt clinique qu’il représente, celui-ci ouvre différentes perspectives pour son application et invite à la réflexion quant à la nature perturbatrice ou régulatrice de la variabilité
Many pathologies affect balance control during gait. Traumatic, neurological or age-related disorders can all limit more or less the stability, which is the capacity of subjects to recover from perturbations, and can lead to falls. For children, the stability is related to the developmental stages and its interpretation requires differentiating what pertains to the developmental instability and to the pathological instability. Instrumented movement analysis allows a reliable and precise recording of the gait parameters. Indexes were developed to improve the clinical evaluation of the patients walking but no one of them quantifies the stability feature.This thesis led to the production of a score quantifying the stability through variability of the spatiotemporal parameters, recorded by an electronic walkway system. The score, called Gait Variability Index (GVI), has been applied to asymptomatic and pathological populations, representative of the various ages of life: children, adults and elderly persons. Results for patients affected by cerebral palsy, Friedreich’s ataxia or after stroke demonstrate that the GVI is a coherent tool for the evaluation of instability. Beyond the clinical interest, it opens various studies perspectives in gait analysis, and is thought-provoking about the disruptive or regulating nature of variability

Les erreurs innées du métabolisme sont des maladies héréditaires pouvant affecter, entre autres, la synthèse et le transport des neurotransmetteurs. Le diagnostic de ces pathologies repose essentiellement sur l’analyse par chromatographie d’un fluide biologique [plasma, urine, liquide céphalorachidien (LCR)]. L’objectif de cette thèse était de développer des méthodes simples et rapides pour le diagnostique des troubles de la neurotransmission. Dans un premier temps, nous avons développé et validé le dosage simultané, en moins de 10 minutes, des métabolites de la dopamine, de la sérotonine et de la tétrahydrobioptérine (BH4) par chromatographie liquide ultra-haute pression (UHPLC) couplée à une détection séquentielle électrochimique et fluorimétrique. Cette méthode a été appliquée à l’analyse de 1372 échantillons de LCR, permettant ainsi d’établir les valeurs fréquentes de la population française. Afin de transposer la méthode précédente en UHPLC couplée à la spectrométrie de masse (MS), nous avons étudié les mécanismes d’auto- et d’électro- oxydation de la BH4, par mobilité ionique différentielle couplée à la MS haute résolution (résonance cyclonique ionique FTICR) et à la photodissociation Infra-rouge. Ce travail nous a permis d’isoler et de caractériser pour la première fois la qBH2, intermédiaire réactionnel fugace de la BH4, impliqué dans le mécanisme d’action de cette dernière. La méthode UHPLC-MS/MS développée, permet en outre le dosage simultané du 5-Méthyl-tétrahydrofolate
Inborn errors of metabolism are inherited diseases that can alter the synthesis and transport of neurotransmitters. The diagnosis of these conditions is currently based on the chromatographic analysis of a biological fluid [plasma, urine, cerebrospinal fluid (CSF)]. The aim of this thesis was to develop simple and rapid methods for the diagnosis of neurotransmitter disorders. Firstly, we developed and validated the simultaneous determination of dopamine, serotonin, and tetrahydrobiopterin (BH4) metabolites by ultrahigh pressure liquid chromatography (UHPLC) coupled to sequential electrochemical and fluorimetric detection. This method was applied to the analysis of 1372 CSF samples, thus establishing the frequent ranges of the French population. In order to transpose the previous method into UHPLC coupled to mass spectrometry (MS), we studied the mechanisms of auto- and electro- oxidation of BH4, by Differential Ion Mobility coupled to high resolution MS (FTICR) in conjunction with Infra-Red photo-dissociation. This work allowed us to isolate and characterize qBH2, the transient reaction intermediate of BH4, involved in the mechanism of action of the latter. The proposed UHPLC-MS/MS method also allows the simultaneous determination of 5-methyltetrahydrofolate

Les erreurs innées du métabolisme (EIM) constituent un large panel de désordres métaboliques héréditaires. Parmi les EIM, les anomalies de la neurotransmission peuvent affecter, entre autres, la synthèse ou le transport des neurotransmetteurs, notamment les amines biogènes (dopamine et sérotonine) et les folates. La reconnaissance de ces affections est d’une importance capitale pour le diagnostic et le traitement éventuel. L’analyse chimique du liquide céphalo-rachidien (LCR) est incontournable pour le diagnostic de ces pathologies. Or, les méthodes actuelles de dosage ne sont pas simples. Longues et fastidieuses, elles ont été, pendant longtemps, réservées aux laboratoires spécialisés. L’objectif de ce travail était de développer des méthodes simples et rapides de diagnostic des troubles de la neurotransmission et d’établir les valeurs normales fréquentes dans la population française. Le travail réalisé a permis, dans un premier temps, de développer une méthode de dosage directe, en une seule étape, de la tetrahydrobioptérine (BH4), cofacteur des hydroxylases intervenant dans la synthèse des amines biogènes, et des ptérines impliquées dans le cycle de synthèse et de dégradation de ce cofacteur, dans le LCR. Auparavant, le dosage de ces substances nécessitait au moins deux analyses chromatographiques précédées chacune d’une étape propre de préparation de l’échantillon. Par la suite, nous avons développé une méthode de diagnostic rapide, en moins de 10 minutes, par UHPLC (chromatographie liquide à ultra haute performance), couplée à une détection séquentielle par coulométrie et par fluorescence, des troubles dopaminergique et sérotoninergique. Cette méthode permet de doser simultanément, en une seule étape, tous les métabolites de la dopamine, de la sérotonine et de la noradrénaline, ainsi que les ptérines d’intérêt diagnostic, principalement la dihydroneoptérine (NH2) et la dihydrobioptérine (BH2). L’ensemble de ces explorations nécessitait, auparavant, la mise en œuvre d’au moins trois méthodes de dosage par HPLC (chromatographie liquide à haute performance), précédées chacune d’une étape propre de préparation de l’échantillon. Pour compléter l’exploration du métabolisme de la BH4 et du suivi thérapeutique des troubles de la neurotransmission, nous avons également proposé une méthode de dosage rapide, en une seule étape, par UHPLC, de tous les métabolites et de toutes les ptérines, incluant la BH4. Enfin, une méthode rapide de dosage (moins de 2 minutes), par UHPLC, du 5-méthyltetrahydrofolate dans le LCR a été développée, afin de compléter le diagnostic biologique de l’ensemble des troubles neurologiques visés. L’application des outils ainsi développés à plus de 1400 patients nous a permis d’établir des valeurs normales fréquentes dans la population française ainsi que de poser le diagnostic de quelques déficits enzymatiques
Inborn errors of metabolism (IEM) consist of a wide range of hereditary metabolic disorders. Among IEM, neurotransmission anomaly can affect the synthesis or the transport of neurotransmitters, notably biogenic amines (dopamine and serotonin) and folates. Early diagnosis of such affections is of utmost importance especially as some of them can be treated effectively. Chemical analysis of cerebrospinal fluid (CSF) is essential for the diagnosis of neurotransmitter disorders; however, current quantitative methods are tedious and time consuming. For a long time the chemical diagnosis of neurotransmitter disorders has been available only in specialized laboratories. The purpose of this work was to develop simple and fast diagnosis methods of neurotransmitter disorders as well as to establish the reference values in French population. For this purpose, in a first step, we developed a single step direct method of simultaneous quantification of tetrahydrobiopterin (BH4), which is the main cofactor of the hydroxylases involved in biogenic amines syntheses, and the relevant reduced and oxidized forms of pterins involved in the cycle of synthesis – regeneration of BH4. Formerly, the quantification of those compounds required at least two chromatographic methods with two specific sample preparation procedures. Thereafter we developed a method of fast diagnosis in less than 10 minutes of dopaminergic and serotoninergic disorders using UHPLC (ultra high performance liquid chromatography) hyphenated to a sequential coulometric and fluorimetric detection. With only a simple filtration step as sample preparation procedure, this method enables the simultaneous quantification of all dopamine, serotonin and noradrenaline metabolites as well as dihydroneopterin (NH2) and dihydrobiopterin (BH2), the relevant pterin forms for the complete diagnosis. Formerly, at least three HPLC (high performance liquid chromatography) quantification methods preceeded by three tedious specific sample preparation procedures were required for such a diagnosis. To complete the investigation of BH4 metabolism and the follow up of neurotransmission disorders, we also developed a fast UHPLC method of simultaneous quantification of all the cited metabolites and pterins including BH4. In order to complete the rapid diagnosis of all targeted neurological disorders, we finally developed an UHPLC method of 5-methyltetrahydrofolate quantification in CSF. The application of these analytical tools in more than 1400 CSF samples, collected from patients followed in some Neurology centers located in several French areas covering nearly the entirety of the territory, allowed us to establish the reference values in French population as well as to diagnose several cases of enzymatic deficits

L’apolipoprotéine E (ApoE) est impliquée dans le transport de lipides, mais aussi dans des pathologies neurodégénératives telle que la Maladie d’Alzheimer (MA). Il existe trois isoformes humaines d’ApoE (ApoE2, ApoE3 et ApoE4 ; ApoE4 augmente le risque d’apparition de la MA, ApoE2 le diminuerait), dont nous avons tout d’abord étudié l’impact sur le comportement chez des souris adultes Knock In. Dans un premier temps, nous avons montré des effets anxiolytiques chez les mâles et anxiogéniques chez les femelles et aucun effet dans les tâches de mémoire dans nos conditions liés aux mutations ApoE-KI. Dans un deuxième temps, l’étude de l’impact d’un stress chronique sur les comportements émotionnels et cognitifs chez des souris âgées ApoE-KI a montré une anxiolyse chez les souris ApoE2 et ApoE4 mâles et une anxiogénie chez les femelles ApoE4, ainsi qu’un diminution de la résignation des souris ApoE2 mâles et femelles opposée à l’augmentation du désespoir chez les souris ApoE3 femelles, toutes préalablement stressées. De plus, les souris ApoE4 âgées montrent des déficits de mémoire _plus précoces chez les femelles_ alors qu’au contraire les souris ApoE2 femelles même très âgées présentent une amélioration des performances mnésiques. Enfin, l’étude de l’impact des différentes ApoE, de l’âge et du sexe, sur la neurogénèse hippocampique a montré un effet délétère lié d’ApoE4 sur la prolifération neuronale chez la souris jeune (mâles et femelles), prolifération a contrario favorisée chez la souris ApoE2 femelle. Cette prolifération diminue avec l’âge, particulièrement chez les femelles, excepté les souris ApoE3 femelles chez qui elle demeure relativement préservée
Apolipoprotein E (ApoE) is found in three different forms in human (ApoE2, ApoE3 and ApoE3), and ApoE polymorphism is recognized as one of the most prevalent risk factors for Alzheimer’s disease (AD); ApoE4 increases the risk to develop AD with age, while ApoE2 has protective effects. First, we evaluated the impact of this polymorphism on behavior in adult mice using apoE-KI mouse models. ApoE-Ki mutations had anxiolytic effects in males and anxiogenic effects in females. On the other hand, ApoE-KI mutations did not affect cognitive abilities in our conditions. Afterwards, we analyzed the impact of combined chronic stress and ApoE polymorphism on emotional behavior and cognitive abilities in aged male and female KI mice. Under stress conditions, aged ApoE4 and ApoE2 male mice showed reduced anxiety, while ApoE2 females were more anxious. Moreover both ApoE2 males and females showed reduced susceptibility to despair, whereas ApoE3 females demonstrated increased resignation. Results from cognitive tests show that, under stressed, ApoE4 mutation caused memory deficits which appeared earlier in females. Interestingly, we showed for the first time that stressed ApoE2-KI females displayed improved memory performance at one year old, persisting at more advanced age. Finally, we investigated the combined impact of the ApoE polymorphism, age and sex on hippocampal neurogenesis. We found that young mice carrying the ApoE4 mutation displayed reduced neurogenesis, while young adult ApoE2 females showed improved hippocampal progenitor cell proliferation. Moreover, a surprising protective effect of the ApoE3 genotype was observed in aged females

L'acquisition du contrôle postural et de la locomotion est centrale au développement moteur et cognitif du nourrisson et toute anomalie du développement neuromoteur peut avoir des conséquences néfastes sur le développement futur de l'enfant. Cette question est particulièrement sensible chez les grands prématurés dont le nombre est en constante augmentation et pour lesquels il existe un risque accrus d'anomalie neuromotrice, allant du déficit sensorimoteur mineur à la paralysie cérébrale. Face à ce constat, il est urgent de mettre en place des stratégies d'intervention très précoces pour stimuler le développement moteur de ces enfants, durant la période de haute plasticité des systèmes nerveux et musculo-squelettique suivant la naissance. Dans une revue systématique sur le sujet, nous montrons que très peu d'interventions existent pour stimuler le développement de la mobilité de nourrissons à risque d'anomalie neuromotrice de façon précoce i.e. avant l'âge de 12 mois. De plus, ces études répondent souvent peu aux critères de qualité exigés par la communauté internationale (Dumuids-Vernet et al., 2022). Cette thèse propose de tester la faisabilité, la qualité et l'efficacité d'une nouvelle intervention précoce qui vise à stimuler le développement de la motricité de grands prématurés, dès leur sortie du service de néonatologie. Le principe de l'intervention est de les entraîner à domicile à se propulser de façon quadrupède, chaque jour pendant huit semaines, à l'aide d'un mini skate sur lequel ils sont allongés sur le ventre (entraînement Crawli). Nos résultats montrent une bonne faisabilité d'un tel entraînement testé sur des grands prématurés ne présentant pas de lésion cérébrale majeure, mais à risque d'anomalie motrice. Par ailleurs, le suivi longitudinal du développement moteur par l'échelle du Bayley et général par le questionnaires ASQ-3 de ces enfants, montre un effet positif de l'entraînement Crawli. Les prématurés ayant reçu un entraînement Crawli obtiennent des scores de motricité globale au Bayley plus élevés entre 2 et 12 mois d'âge corrigé tous âges confondus, que des prématurés ayant reçu un entraînement équivalent sur le ventre, sur un matelas mais sans mini skate (entraînement Tapis) ou un suivi médical classique (Contrôle). En outre, un plus grand nombre de nourrissons du groupe Crawli que des groupes Tapis ou Contrôle, réussissent les items spécifiques du Bayley sur le développement du port de tête à 2 mois d'âge corrigé (AC) et sur l'acquisition de la marche quadrupède à 9 mois AC, qui sont reconnus comme des étapes motrices importantes du développement moteur. Les nourrissons entraînés en Crawli obtiennent également de meilleurs résultats sur leur développement général, et en particulier sur leur niveau de communication à l'ASQ-3 à 9 mois AC et sur les habilités motrices fines à 12 mois AC que les nourrissons des groupes Contrôle et Tapis. Enfin, après entraînement, les prématurés du groupe Crawli présentent des scores moteurs et généraux qui rejoignent la normalité. En effet, les scores Bayley après entraînement et ASQ-3 à 9 et 12 mois AC, du groupe Crawli ne sont pas différents de ceux des nourrissons nés à terme, contrairement aux prématurés Tapis et Contrôle dont les scores moteurs sont significativement moins bons à 2 mois AC que ceux des nourrissons nés à terme. Les scores généraux de l'ASQ-3 du groupe Contrôle à 9 et 12 mois AC sont également inférieurs à la norme typique. Les scores élevés obtenus par notre étude sur les échelles de qualité internationales et les résultats positifs obtenus sur la faisabilité et l'efficacité de cette intervention précoce ouvre des perspectives encourageantes pour appliquer ce nouveau protocole à plus grande échelle et sur d'autres populations à risque d'anomalie motrice (trisomie 21, spina bifida, AVC, prématurité avec lésion cérébrale etc.)
The acquisition of postural control and locomotion are central to the motor and cognitive development of the infant and any abnormality in neuromotor development can have adverse consequences for the future development of the child. This issue is particularly salient in the case of very premature infants whose numbers are constantly increasing and for whom there is an increased risk of neuromotor anomalies, ranging from minor sensorimotor deficits to cerebral palsy. In view of this, there is an urgent need for very early intervention strategies to stimulate the motor development of these children during the period of high plasticity of the nervous and musculoskeletal systems following birth. In a systematic review on the subject, we show that very few interventions exist to stimulate the development of mobility in infants at risk of neuromotor abnormalities at an early age, i.e. before 12 months. Moreover, these studies often do not meet the quality criteria required by the international community (Dumuids-Vernet et al., 2022). This thesis proposes to test the feasibility, quality and effectiveness of a new early intervention that aims to stimulate the motor development of very premature infants as soon as they leave the neonatology department. The primary aim of the intervention is to train the infants at home to propel themselves in a quadrupedal manner, every day for eight weeks, using a mini skateboard on which they lie on their stomach (Crawli training). Our results show that such a training, tested on very premature babies without major brain lesion but at risk of motor abnormality, is highly feasible. Moreover, longitudinal tracking of motor development by the Bayley Scales of Infant and Toddler Development III and general development by the Ages and Stages Questionnaire-3 (ASQ-3) of these children shows a positive effect of Crawli training. Preterm infants who received Crawli training had higher Bayley gross motor scores between 2 and 12 months of corrected age than preterm infants who received equivalent training on their stomachs on a mattress but without a mini-skateboard (mat training) or conventional medical follow-up (control). In addition, more infants in the Crawli group than in the Mat or Control groups passed the specific Bayley items on head carriage development at 2 months corrected age (CA) and on quadrupedal gait acquisition at 9 months CA, which are recognized as important milestones in motor development. Crawli-trained infants also showed enhanced general development, particularly in terms of communication level, on the ASQ-3 at 9 months CA and fine motor skill development at 12 months CA than infants in the Control and Mat groups. Finally, after training, preterm infants in the Crawli group had motor and general scores that were close to those of typically-developing infants. Indeed, the Crawli group's Bayley scores after training and ASQ-3 scores at 9 and 12 months CA were not different from those of term infants, contrary to the Mat and Control preterm infants whose motor scores were significantly worse at 2 months CA than those of the term infants. The overall ASQ-3 scores of the Control group at 9 and 12 months CA were also below typical norms. The high scores obtained by our Crawli-trained infants on the international developmental scales and the positive results obtained regarding the feasibility and effectiveness of our early intervention are very encouraging. They suggest this new protocol could be deployed on a larger scale and with other populations at risk of motor anomaly (trisomy 21, spina bifida, stroke, prematurity with brain lesion etc.)

Chez le nouveau-né, certains handicaps neurologiques d’origine centrale peuvent être provoqués par des atteintes cérébrales du cortex ou de la substance blanche périventriculaire (leucomalacies). Ils touchent aujourd’hui en France, entre 1500 et 7000 enfants par an, selon les symptômes considérés. La prise en charge des agressions du système nerveux central se heurte à l’absence de traitement ainsi que de marqueur de diagnostic ou de pronostic fiable. L’un des processus impliqués est l’excitotoxicité glutamatergique. La cascade excitotoxique est liée à une libération massive de glutamate. Elle débute par une déplétion énergétique, liée à une privation en oxygène et aboutit à une mort cellulaire immédiate ou retardée, via l’activation excessive des récepteurs au glutamate (NMDA et AMPA-kaïnate). Nous avons utilisé un modèle basé sur l’injection intracérébrale d’agonistes de ces récepteurs, qui provoquent des lésions dont le profil histopathologique et l’ontogénèse, peuvent être comparés à ceux des lésions observées chez le nouveau-né humain. Le préconditionnement est basé sur le principe qu’une hypoxie et/ou une ischémie cérébrale(s) sublétale(s) est (sont) capable(s), grâce à l’activation de certaines voies de signalisation cellulaire, de protéger le cerveau d’une agression ultérieure. Certains facteurs vasculaires et notamment le Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), un facteur de croissance angiogénique, pourraient jouer un rôle dans la neuroprotection induite par ce type de précondidionnement. Dans une première étude, nous avons utilisé un préconditionnement ischémique anténatal basé sur une hypoperfusion utéroplacentaire par ligature de la corne utérine gauche à 13,5 jours de gestation chez la souris, connu pour être un modèle de retard de croissance intrautérin (RCIU) chez le rat. Cette étude nous a permis de montrer que ce modèle appliqué à la souris provoque également un RCIU, qu’il est protecteur vis-à-vis d’une agression excitotoxique à P2 mais qu’il est au contraire aggravant quand l’agression est induite à P10. La protection à P2 est associée à une augmentation du réseau vasculaire et de l’expression des ARNm de VEGFR-3, un des récepteurs au VEGF. A cet âge, la ligature provoque une diminution de l’expression des ARNm de NR3B, une des sous-unités du récepteur NMDA. A P10, la ligature entraîne également une augmentation de l’expression des ARNm de VEGF-R3 mais diminue celle des ARNm de VEGFA et VEGFC, le ligand du VEGFR-3. La ligature mets donc en place des mécanismes adaptatifs, pouvant être liés aux modifications de l’angiogenèse cérébrale au cours du développement, et se révélant protecteurs dans un cerveau nouveau-né mais délétères chez des animaux plus âgés. Dans une seconde étude, nous avons utilisé un préconditionnement pharmacologique par une injection de deferoxamine (DFO), un chélateur du fer, qui mime une hypoxie en provoquant l’accumulation de HIF-1. Cette molécule a montré des effets neuroprotecteurs dans d’autres modèles de préconditionnement par hypoxie-ischémie. Un prétraitement par le DFO 24 heures avant l’agression excitotoxique à P2 n’a pas montré d’effet sur la taille des lésions. En revanche, un traitement par la DFO, immédiatement après l’induction de la lésion cérébrale a eu un effet aggravant sur la taille de cette lésion, accompagné d’une augmentation de la dégénérescence neuronale. Cette mort cellulaire induite ne semble pas être de type apoptotique. La DFO a provoqué une diminution de l’expression du VEGF ainsi que du contenu cérébral en eau représentatif d’un œdème cérébral. Des études sont en cours pour préciser le type de mort cellulaire et les mécanismes impliqué dans les effts observés. Ce travail pose la question du choix du modèle d’étude ainsi que de l’interprétation des effets observés en fonction de l’âge et des caractéristiques du modèle choisi.

Le terme de neurodéveloppement dans son acception la plus large renvoie à l'ensemble des processus permettant le développement du système nerveux depuis les étapes les plus précoces de sa formation in utero jusqu'aux étapes plus tardives de maturation à l'adolescence aboutissant au système nerveux adulte. Les travaux de ces quarante dernières années ont conduit à proposer un modèle neurodéveloppemental des troubles psychiatriques, notamment schizophréniques, sur la base d'arguments génétiques, épidémiologiques et d'imagerie. Ce modèle propose que l'apparition de la maladie soit liée à une/des anomalie(s) dans les processus de formation (neurodéveloppement précoce) et de maturation (neurodéveloppement tardif) du système nerveux, sous l'effet combiné de facteurs génétiques et environnementaux. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à préciser les effets des anomalies neurodéveloppementales sur les troubles psychiatriques, notamment schizophréniques à travers l'étude de différents marqueurs. La première étude a pour objectif d'étudier les corrélations entre deux marqueurs du développement cérébral précoce : un marqueur clinique (les signes neurologiques mineurs) et un marqueur en imagerie (la sulcation du cortex cérébral) dans une population de sujets atteints de schizophrénie. Une corrélation entre ces deux marqueurs est mise en évidence : l'index de sulcation est d'autant plus faible que les sujets présentent des signes neurologiques mineurs significatifs. Notre conclusion est que l'étude combinée de différents marqueurs peut permettre d'isoler des sous-groupes de patients ayant eu des atteintes neurodéveloppementales précoces plus marquées. La deuxième étude a pour objectif de caractériser l'effet de différents marqueurs d'anomalies neurodéveloppementales précoces sur le fonctionnement cognitif de sujets atteints de schizophrénie. L'effet sur le contrôle exécutif (mesuré par la tâche du Trail Making Test) de marqueurs cliniques (signes neurologiques mineurs, latéralisation manuelle) et en imagerie (sulcation du cortex cingulaire antérieur et élargissement des ventricules ventraux) est mesuré en recherchant les effets principaux et les interactions entre chaque marqueur. Nous trouvons des interactions entre différents marqueurs, avec principalement un effet de sommation non-linéaire. Notre interprétation est que les différents marqueurs reflètent des atteintes distinctes, bien que toutes précoces, du développement cérébral avec un effet final commun sur les fonctions exécutives. La troisième étude a pour objectif de préciser la spécificité de la sulcation comme marqueur d'anomalies neurodéveloppementales précoces à travers son étude dans une population de sujets adultes présentant un trouble du spectre autistique (TSA), pathologie débutant dès la petite enfance, en lien évident avec des atteintes neurodéveloppementales précoces. Des anomalies de sulcation du cortex cingulaire antérieur, similaires à celles observées chez les patients atteints de troubles schizophréniques, sont détectées chez les patients présentant un TSA. Ces résultats sont en faveur d'anomalies neurodéveloppementales précoces partagées entre différentes pathologies psychiatriques : les modifications de la sulcation corticale sont spécifiques non pas d'un trouble donné mais de la précocité des atteintes. En conclusion, nous proposons que l'étude des anomalies neurodéveloppementales soit intégrée dans une approche dimensionnelle en psychiatrie
The term neurodevelopment in its broadest sense refers to all of the processes encompassing development of the nervous system from the earliest stages of formation in utero to later stages of maturation during adolescence to produce the fully functional adult nervous system. Work over the last thirty years has led to a neurodevelopmental model of human psychiatric disorders, including schizophrenia, based on genetic, epidemiological and imaging evidence. This model asserts that disease is fundamentally linked to or develops from abnormality(s) in the formation processes (early neurodevelopment) and maturation (late neurodevelopment) of the nervous system due to a combination of genetic and environmental factors. In this context this thesis aims to clarify the effects of neurodevelopmental abnormalities on psychiatric disorders, including schizophrenia, through the study of different markers. The first study aims to investigate correlations between markers of early brain development: a clinical marker (neurological soft signs) and an imaging marker (sulcation of the cerebral cortex) in a population of subjects with schizophrenia. A correlation between these two markers is presented: the sulcation index was found to be lower in subjects that had significant neurological soft signs. We concluded that the combined study of different markers may help to isolate subgroups of patients with greater early neurodevelopmental damage. The second study aims to characterize effects of different markers of early neurodevelopmental abnormalities on cognitive functioning in patients with schizophrenia. Effects on executive control (as measured by the Trail Making Test) were correlated with clinical markers (neurological soft signs, handedness) and imaging (sulcation of the anterior cingulate cortex and enlargment of the ventricles). We found interactions between different markers with a mainly non-linear summation effect. Our interpretation is that different markers reflect separate insults, though all early, on brain development with a common final effect on executive function. The third study aims to clarify the specificity of sulcation as a marker of early neurodevelopmental abnormalities by studying a population of adult subjects with autism spectrum disorder (ASD), a patholody beginning in early childhood and linked with evidence of early neurodevelopmental damage. Sulcation abnormalities of the anterior cingulate cortex, similar to those observed in patients with schizophrenia are detected in patients with ASD. These results suggest early neurodevelopmental abnormalities are shared by different psychiatric disorders and that changes in cortical sulcation are not specific to a given disorder but the early damage. In conclusion, we suggest that the study of neurodevelopmental abnormalities should be integrated into a dimensional approach in psychiatry

Chez les mammifères, la bonne exécution des mouvements volontaires fins repose sur des réseaux neuronaux complexes qui relient diverses régions du cerveau, tel que le cortex, les ganglions de la base, les noyaux pontins, le cervelet et le thalamus. La compréhension des mécanismes génétiques et moléculaires qui sous-tendent l'organisation neuronale de ces circuits améliorera notre connaissance de la façon dont les réseaux moteurs sont normalement établis au cours du développement et affectés dans les maladies neurodéveloppementales. Les neurones pyramidaux de la couche V à projection sous-corticale (LVPN) sont, entre autres, au cœur de ce circuit.Nous avons précédemment montré que la perte génétique du facteur de transcription Nr2f1 dans le cortex en développement affecte l'organisation des aires fonctionnels du néocortex, la région évolutivement plus récente du cortex cérébral, et la spécification moléculaire des neurones LVPN, entraînant des fonctions motrices volontaires défectueuses tant chez les modèles murins que chez les patients humains présentant une haploinsuffisance du gène NR2F1. Pour mieux évaluer la contribution de Nr2f1 dans l'établissement des réseaux sous-corticaux, nous avons utilisé deux lignées de souris mutantes pour Nr2f1 et avons étudié les caractéristiques électrophysiologiques, morphologiques et de connectivité des neurones LVPN à différents stades de développement.Nos données électrophysiologiques et morphologiques révèlent que les neurones mutants postnatals sont caractérisés par une excitabilité intrinsèque accrue et une complexité réduite des dendrites, ce qui indique que Nr2f1 joue un rôle clé dans la maturation fonctionnelle des LVPN pendant le développement cortical. En outre, le traçage génétique des projections dans les cerveaux mutants montre une cartographie topographique anormale entre le cortex et les noyaux pontins, ce qui implique que les neurones corticaux doivent normalement acquérir une propre identité positionnelle avant d’établir des projections sous-corticales appropriées. Dans l'ensemble, nos données indiquent que le gène Nr2f1 est impliqué dans l'établissement des propriétés fonctionnelles et structurelles des neurones LVPN, ainsi que dans l'organisation topographique des projections cortico-pontines, premiers acteurs du circuit cortico-ponto-cérébelleux impliqués dans la motricité fine
In mammals, the proper execution of fine voluntary movements relies on complex, but highly organized neuronal networks connecting various regions of the brain, such as the cerebral cortex, basal ganglia, pontine nuclei, cerebellum and thalamus. Understanding the genetic and molecular mechanisms underlying the neuronal organization of these circuits may improve our knowledge of how motor networks are normally established during development and affected in neurodevelopmental diseases. Among others, subcortically projecting Layer V Pyramidal Neurons (LVPNs) are central to this circuit.We have previously shown that the genetic loss of the transcription factor Nr2f1 in the developing neocortex, the evolutionary most recent region of the cerebral cortex, affects areal organization and molecular specification of LVPNs, leading to defective voluntary motor functions in both mouse models and human NR2F1 haploinsufficient patients. To further assess the contribution of Nr2f1 in the establishment of cortico-subcortical networks, we used two independent Nr2f1 conditional mutant mouse lines and investigated electrophysiological, morphological and connectivity features of LVPNs at different developmental stages.Our electrophysiological and morphological data reveal that postnatal mutant LVPNs are characterized by increased intrinsic excitability and reduced dendrite complexity, indicating that Nr2f1 plays a key role in LVPN functional maturation during cortical development. Moreover, genetic tracing of LVPN projections in mutant brains shows abnormal topographic mapping between the cortex and pontine nuclei, implying that LVPNs need to acquire their proper areal identity to establish normal subcortical projections. Overall, our data indicate that Nr2f1 is involved in the establishment of functional and structural properties of LVPNs, as well as in the topographic organization of cortico-pontine projections, first players of the cortico-ponto-cerebellar circuit involved in fine motor skills

L'épilepsie est une maladie neurologique qui touche plus de 50 millions de personnes dans le monde. Elle se caractérise par des crises récurrentes dues à la surexcitation synchrone et spontanée de populations neuronales du cerveau. Les crises sont de nature très variable et les symptômes dépendent de la zone du cerveau touchée et de son étendue. Le terme «troubles épileptiques» est par conséquent préféré. Ceux-ci peuvent avoir de nombreuses causes, soient génétiques (par exemple, le syndrome de Dravet, une épilepsie infantile rare, provoquée dans 80% des cas par la mutation hétérozygote du gène SCN1A), soient environnementales (par exemple, après un empoisonnement aux organophosphorés, des composés présents dans les pesticides et les agents de guerre neurotoxiques). Dans les deux cas, les traitements actuels ne permettent pas un contrôle optimal des crises. Une meilleure compréhension de la physiopathologie de ces différentes formes d'épilepsie est donc nécessaire pour trouver de nouvelles cibles thérapeutiques et de nouveaux anticonvulsivants. Les cellules microgliales, les macrophages résidents du cerveau ont de nombreuses fonctions qui varient en fonction de la maturité du cerveau. Les microglies sont les gardiennes de l'homéostasie cérébrale, assurant en permanence le bon fonctionnement des neurones. Ce sont des cellules immunitaires capables de moduler leur activité en fonction des dangers qu'elles détectent. De plus, elles ont un rôle particulier dans la plasticité synaptique et la modulation de l'excitabilité neuronale. Ces différents rôles ont suscité de nombreuses hypothèses sur l'implication de ces cellules dans la physiopathologie des troubles épileptiques. Pour certaines, les microglies sont nocives pour l'excitabilité des neurones, par leur activation et la sécrétion chronique de cytokines pro-inflammatoires. Pour d'autres, elles ont un rôle bénéfique, la microglie tamponnant l'hyperexcitabilité neuronale et diminuant ainsi la fréquence des crises. L'objectif de mon travail de thèse était d'étudier les mécanismes de l'épileptogenèse impliquant les cellules microgliales afin d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. J'ai développé deux modèles d'épilepsie chez le poisson zèbre, un modèle génétique du syndrome de Dravet et un modèle d'empoisonnement aux organophosphorés. Ceux-ci m'ont permis d'étudier les modifications du système nerveux central au cours de l'épileptogenèse. J'ai ainsi montré un déséquilibre de la balance excitateur/inhibiteur vers l'excitation qui pourrait déclencher des crises d'épilepsie. En utilisant le modèle de Dravet, j'ai également caractérisé les changements morphologiques, comportementaux et moléculaires des cellules microgliales après des crises. Ces travaux améliorent notre compréhension des conséquences des crises d'épilepsie dans le cerveau et contribuent à ouvrir la voie à la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques pour traiter différentes formes d'épilepsie
Epilepsy is a neurological disease affecting some 50 million people worldwide. It is characterized by recurrent seizures due to the synchronous and spontaneous overexcitation of neuronal populations in the brain. Seizures vary widely in nature, and symptoms dependon the area of the brain affected and its extent. The term ‘epileptic disorders’ is accordingly preferred. These can have many causes, including both genetic (e.g. Dravet syndrome, a rare infantile epilepsy caused in 80% of cases by the heterozygous mutation of the SCN1A gene), and environmental (e.g. after poisoning with organophosphates, compounds present in pesticides and neurotoxic warfare agents). Whether for Dravet syndrome or organophosphate poisoning, current treatments do not enable optimal control of seizures. A better understanding of the pathophysiology of these different forms of epilepsy is thus needed to find new therapeutic targets and new anticonvulsants. Microglial cells are the resident macrophages in the brain. These cells have many functions, which can vary depending on the maturity of the brain. The microglia are the guardians of cerebral homeostasis, continuously ensuring the proper functioning of neurons. They are immune cells able to modulate their activity according to the dangers they detect. In addition, microglia have a special role in synaptic plasticity and the modulation of neuronal excitability. These different roles have prompted numerous hypotheses on the involvement of these cells in the pathophysiology of epileptic disorders. In some, microglia are harmful for the excitability of neurons, through their activation and the chronic secretion of proinflammatory cytokines. Others lend them a beneficial role, with microglia buffering neuronal hyperexcitability and thus decreasing the frequency of seizures. The objective of my PhD work was to study the mechanisms of epileptogenesis involving microglial cells in order to identify new therapeutic targets. I developed two models of epilepsy in zebrafish, a genetic model of Dravet syndrome and a model of organophosphate poisoning. These enabled me to study the modifications of the central nervous system during epileptogenesis. I specifically demonstrated an excitatory/inhibitory imbalance toward excitation that could trigger epileptic seizures. Using the Dravet model, I also successfully characterized the morphological, behavioral and molecular changes of microglial cells after seizures. This work improves our understanding of the consequences of epileptic seizures in the brain and helps pave the way for the discovery of new therapeutic targets to treat different forms of epilepsy

Des mutations du gène ARX (aristaless-related homeobox gene) ont été identifiées dans un large spectre de désordres neurologiques précoces, incluant ou non des malformations cérébrales, le plus souvent associés à des épilepsies. Il est proposé que le gène ARX, codant pour un facteur de transcription, joue un rôle primordial au cours du développement cérébral, notamment sur la migration des neurones GABAergiques, mais son implication au cours de la mise en place du système nerveux central reste cependant encore mal connue. L’objectif de ce travail a été d’étudier le rôle du gène ARX et les conséquences de ses mutations sur le développement cérébral dans le but de mieux comprendre ces pathologies. Dans un premier temps, nous avons étudié l’effet d’une mutation particulière du gène, la mutation ARX(CGC)7, une expansion polyalanine retrouvée principalement dans des pathologies sans malformation cérébrale mais avec des épilepsies, tels que les syndromes de West ou d’Ohtahara. Des analyses réalisées sur une lignée de souris knock-in pour cette mutation (GCG)7 et sur des rats après électroporation in utero ont montré que la migration neuronale des neurones glutamatergiques et GABAergiques ainsi que la maturation des neurones GABAergiques ne sont pas altérées par cette mutation. De façon intéressante, nos données suggèrent que les épilepsies observées chez les souris knock-in résulteraient plutôt d’une réorganisation du réseau glutamatergique. Etant donné que le gène ARX n’est pas exprimé dans les neurones glutamatergiques, l’ensemble de ce travail suggère donc que les épilepsies chez les souris knock-in pour la mutation (GCG)7 sont la conséquence d’une altération développementale secondaire à la mutation initiale du gène, et ceci aurait d’importantes répercussions thérapeutiques qui requièrent d’avantages d’études. Des expériences nous ont ensuite permis d’étudier l’effet de plusieurs mutations du gène ARX sur la morphologie des interneurones in vitro. Celles-ci ont montré que les mutations d’ARX n’engendrent pas une localisation subcellulaire anormale de la protéine dans les interneurones en culture. De façon intéressante, ces expériences suggèrent que la morphologie des interneurones est altérée seulement par certaines mutations, notamment les mutations P353R et Dup24. Ces données soulignent ainsi l’importance d’étudier de façon spécifique chaque mutation du gène pour expliquer les mécanismes engendrant l’hétérogénéité phénotypique liée aux mutations d’ARX. L’ensemble de ces travaux contribuent à une meilleure compréhension du rôle du gène ARX dans le développement cortical et à une meilleure caractérisation des mécanismes physiopathologiques des désordres neurologiques précoces liés aux mutations de ce gène
Several mutations in ARX gene (aristaless-related homeobox gene) have been found in a large spectrum of infantile neurological disorders, with or without cerebral malformation, but frequently linked to epilepsy. It has been proposed that ARX, coding for a transcription factor, plays a crucial role in brain development, especially in migrating interneurons, but its involvement in nervous system development still remains to be clarified. The aim of this work has been to study the role of ARX gene and the consequences of ARX mutations on cerebral development in order to better understand these pathologies.We have first investigated the effects of an ARX polyalanine expansion, the mutation (GCG)7, which was found in pathologies without brain malformation but associated to epilepsy, such as West and Ohtahara syndromes. Analysis performed on knock-in mice for this mutation and in utero electroporated rat brains have shown that this mutation doesn’t alter neither glutamatergic and GABAergic neuronal migration, nor GABAergic neuron maturation. Interestingly, our data suggest that epilepsy observed in knock-in mice would result rather from a reorganization of glutamatergic networks. Since ARX gene is not expressed in excitatory neurons, our work suggests that epilepsy observed in knock-in mice is the consequence of developmental alterations secondary to the initial mutation, and this would have crucial therapeutic implications that require additional investigations. In vitro experiments have then allowed us to study the effect of several ARX mutations on interneurons morphology. These experiments have shown no abnormal subcellular localization of ARX protein following transfection of these different mutations in cultured interneurons. Interestingly, our data show that interneuron morphology is altered only by some mutations, particularly the P353R and the Dup24 ARX mutations. Our data underline the importance to study specifically each mutation in order to explain mechanisms generating phenotypic heterogeneity linked to ARX mutations.Taken together, this study contributes to a better understanding of ARX involvement in cerebral development and to a better characterization of pathophysiological mechanisms linked to ARX mutations

Le cerveau contient environ cent milliards de cellules nerveuses, ou neurones. Ces neurones communiquent entre eux par des structures fonctionnellement distinctes – l’axone et la dendrite – capables d’émettre et recevoir des signaux électriques ou chimiques à partir d’un compartiment présynaptique vers un compartiment, dit post-synaptique. Nous avons focalisé notre étude sur les synapses des neurones hippocampiques, qu’on estime responsables de fonctions cérébrales dites supérieures, comme la mémoire et l’apprentissage. Plus particulièrement, on s’est intéressé au développement et au maintien des épines dendritiques, dont les changements morphologiques sont intimement liés à la plasticité synaptique, autrement dit, capacité de réponse à l’activité synaptique. Les épines dendritiques ont pour origine les filopodes qui évoluent en épines lors du contact axonal. La transition entre filopode et épine implique une myriade de molécules, dont des récepteurs glutamatergiques, des protéines d’échafaudage et du cytosquelette d’actine capables de recevoir, transmettre et intégrer le signal présynaptique. Cependant, la coordination spatiale et temporelle de tous ces composants moléculaires au long de la formation et maturation d’une synapse reste largement méconnue.Scribble1 (Scrib1) est une protéine de polarité cellulaire (PCP) classiquement impliquée dans l’homéostasie de tissues épithéliaux ainsi que dans la croissance et progression des tumeurs. Scrib1 est aussi une protéine d’échafaudage critique pour le développement et le bon fonctionnement du cerveau. L’objectif de cette étude a donc été d’étudier les mécanismes moléculaires sous-jacents à un rôle potentiel de Scrib1 dans la formation et le maintien des synapses. Dans un premier temps, on a décrit l’importance d’interactions dépendantes des domaines PDZ sur le trafic des récepteurs glutamatergiques ainsi que sur la voie de signalisation de plasticité synaptique sous-jacente à la mémoire spatiale. Dans un second temps, nous avons évalué les conséquences fonctionnelles d’une mutation de Scrib1 récemment identifiée chez un patient humain atteint des troubles du spectre autistique (TSA) dans la morphologie et fonction des neurones. On a démontré que Scrib1 régule l’arborisation dendritique ainsi que la formation et le maintien fonctionnel des épines dendritiques via un mécanisme dépendent du cytosquelette d’actine. Le dérèglement de ces mécanismes pourrait être à l’origine du phénotype TSA. L’ensemble de ce travail met en évidence que Scrib1, protéine d’échafaudage clé dans le développement et la fonction du cerveau, joue une multitude de rôle du niveau subcellulaire au niveau cognitif
The brain is made up of billions of nerve cells, or neurons. Neurons communicate with each other through functionally distinct structures - the axon and the dendrite - which are able to release and receive an electrical or chemical signal from a pre- to a post-synaptic compartment, respectively. We focused our study on hippocampal neurons synapses, which ultimately underlie high-order brain functions, such as learning and memory. In particular, we studied the development and maintenance of dendritic spines, whose changes in morphology are intimately correlated with synaptic plasticity, or the ability to respond to synaptic activity. Dendritic spines originate from motile dendritic filopodia, which mature into spines following axonal contact. The filopodia-to-spine transition involves a plethora of molecular actors, including glutamate receptors, scaffold proteins and the actin cytoskeleton, able to receive, transmit and integrate the pre-synaptic signal. The spatial and temporal coordination of all these molecular components throughout the formation and maturation of a synapse remains, however, unclear. Scribble1 (Scrib1) is planar cell polarity protein (PCP) classically implicated in the homeostasis of epithelial tissues and tumour growth. In the mammalian brain, Scrib1 is a critical scaffold protein in brain development and function. The main goal of this work was, therefore, to investigate the molecular mechanisms underlying Scrib1 role in synapse formation and maintenance. In a first part, we depict the importance of Scrib1 PDZ-dependent interactions on glutamate receptors trafficking as well as bidirectional plasticity signalling pathway underying spatial memory. In a second part, we focus on the functional consequences of a recently identified autism spectrum disorder (ASD) mutation of Scrib1 on neuronal morpholgy and function. We demonstrated that Scrib1 regulates dendritic arborization as well as spine formation and functional maintenance via an actin-dependent mechanism, whose disruption might underlie the ASD phenotype. Taken altogether, this thesis highlights the PCP protein Scrib1 as key scaffold protein in brain development and function, playing a plethora of roles from the subcelular to the cognitive level

Le traumatisme cérébral (TC) touche des millions de personnes chaque année dans le monde. Les premières conséquences peuvent être une perte de conscience, des hémorragies et l’apparition d’un œdème cérébral. Cependant les personnes qui subissent un TC peuvent présenter des séquelles importantes à plus long terme. Ainsi le traitement préventif des pathologies post-traumatiques est devenu un réel problème de santé publique. La dépression représente la pathologie post-traumatique dont l’occurrence est la plus fréquente. Les origines connues de son apparition s’orientent vers une altération de la neurogenèse adulte hippocampique ainsi que des changements dans la neurotransmission GABAergique, qui est dépendante de l’homéostasie des ions chlorures. Mon travail de thèse suggère que la phase critique, responsable de l’apparition des pathologies post-traumatiques, survient au cours de la première semaine suivant le TC. Pendant cette période, mes résultats montrent que l’hyperexcitabilité des réseaux neuronaux hippocampiques est due à une perturbation des transporteurs des ions chlorure entraînant notamment, une diminution de l’inhibition neuronale. J’ai aussi pu mettre en évidence une altération de la neurogenèse adulte hippocampique liée à la perte d’interneurones dans le gyrus denté. Consécutivement à ces changements, vont s’installer des troubles dépressifs majeurs. Mes travaux indiquent également que la restauration précoce, de l’homéostasie des ions chlorure par un agent pharmacologique, prévient la mort des interneurones ainsi que les changements dans la neurogenèse et permet sur le long terme de réduire très fortement les troubles dépressifs majeurs
Traumatic brain injury (TBI) affects annually millions of people over the world. The first major consequences include loss of consciousness, haemorrhage and the appearance of cerebral edema. However, people who experience TBI may have significant long-term sequelae and in the majority of cases develop major depressive disorders. In addition, debilitating effects of TBI substantially impair health-related quality of life and are associated with high health care costs. Hence, preventive treatment against posttraumatic pathologies has become a real public health concern. Increasing evidence points to an association between depressive disorders and changes in GABAergic neurotransmission as well as alteration of adult hippocampal neurogenesis.My thesis suggests that the critical phase of posttraumatic pathology occurs over the first week following the trauma. During this period, my results show that hippocampal network hyperexcitability is induced by a disruption of the chloride ion transporters, leading notably to a decrease in neuronal inhibition. Then my work highlighted an alteration of hippocampal neurogenesis related to the loss of interneurons in the dentate gyrus. After some latency, these changes will trigger major depressive disorders. My work also indicates that the early restoration, during this first post-traumatic week, of chloride ion homeostasis by a pharmacological agent, prevents cell death of interneurons as well as changes in neurogenesis and allows significant long-term reduction of major depressive disorders. This therefore suggests the possibility of developing new therapeutic strategies to prevent the emergence of posttraumatic pathologies

Le vieillissement est un phénomène biologique complexe et inévitable associé à un déclin progressif des fonctions cognitives, sensorielles et motrices qui affecte la qualité de vie et la santé des sujets âgés. Le vieillissement normal s'accompagne de changements structuraux et fonctionnels, conduisant au déclin cognitif. Parmi ces changements, les altérations du système noradrénergique semblent contribuer de façon significative aux déficits cognitifs. Inversement, le maintien de l'intégrité du Locus Coeruleus semble participer à la préservation des performances. Par ailleurs, une stratégie pour promouvoir le bien vieillir propose de booster la réserve cognitive associée à un haut niveau de stimulation cérébrale et à des modulations de l'activation et de la connectivité cérébrales chez l'humain. Chez les rongeurs, l'enrichissement environnemental promouvant les stimulations sensorielles, l'activité motrice et les interactions sociales, mime les conditions de mise en place de la réserve cognitive chez l'homme et a largement montré ses effets bénéfiques sur la cognition. Les objectifs de cette thèse sont premièrement, d'étudier le rôle de la NA dans le maintien de la plasticité structurale et des capacités de discrimination olfactive chez la souris âgée, puis dans un second temps de tester l'enrichissement olfactif comme modèle de construction de la réserve cognitive. Dans une première étude, nous avons utilisé le modèle d'apprentissage perceptif olfactif pour étudier la contribution de la Noradrénaline au maintien de la plasticité structurale et des performances cognitives au cours du vieillissement chez la souris. Cet apprentissage consiste en une amélioration de la discrimination entre deux odorants proches sur le plan perceptif après une exposition répétée à ces odorants. Nos résultats suggèrent que la libération de Noradrénaline dans le bulbe olfactif via une stimulation optogénétique des fibres issues du Locus Coeruleus maintient les capacités de discrimination au cours du vieillissement. Nos données révèlent aussi une forme de plasticité du réseau noradrénergique dans le bulbe olfactif âgé. Ces résultats soutiennent l'hypothèse d'une contribution importante de la Noradrénaline au bien vieillir cérébral. Dans une deuxième étude, nous avons utilisé une stratégie basée sur un enrichissement olfactif, manipulation capable de mobiliser la Noradrénaline, proposé tout au long de la vie de l'animal, dans le but de permettre le développement d'une réserve cognitive. Nos résultats montrent qu'un tel enrichissement améliore les capacités de discrimination olfactive même à un âge avancé. De façon intéressante, les performances non olfactives de mémoire spatiale et de flexibilité sont aussi améliorées. Ces résultats indiquent que les effets bénéfiques de l'enrichissement s'étendent au-delà de la sphère olfactive et incluent des bénéfices sur différentes performances cognitives sensibles à l'âge. Nous proposons donc l'enrichissement olfactif comme un modèle de la construction d'une réserve cognitive qui nous permettra par la suite d'identifier les bases cellulaires du bien vieillir et de tester la contribution de la Noradrénaline dans la construction de la réserve cognitive
Aging is an inevitable and complex biological phenomenon associated with a progressive decline of sensory, motor and cognitive functions with time, affecting life quality and health. Normal brain aging is accompanied by functional and structural changes, leading to cognitive decline. Among these changes, age-related alterations of the noradrenergic system seem to contribute significantly to cognitive deficits. Conversely, the integrity of the Locus Coeruleus seems to allow healthy cognitive aging. A potentially powerful tool to achieve successful brain aging is to boost the cognitive reserve, associated with higher level of brain stimulation and modulations in brain activation and connectivity in humans. In rodents, environmental enrichment, increasing sensory stimulations, motor activity and social interactions, mimics the conditions leading to constitution of the cognitive reserve in humans and has largely proven cognitive benefits.The goals of this thesis are, in the first place, to study the role of Noradrenaline in the maintenance of structural plasticity and olfactory discrimination abilities in aged mice, then secondly, to test the olfactory enrichment as a model of the cognitive reserve build-up.In the first study, we used the olfactory perceptual learning paradigm to investigate the contribution of Noradrenaline to the maintenance of structural plasticity and cognitive abilities during aging in mice. This learning consists in an improvement of the discrimination between perceptually close odorants after repeated exposure to these odorants. Our results suggest that the local release of Noradrenaline in the olfactory bulb, by optogenetic stimulation of Locus Coeruleus fibers allows the maintenance of discrimination abilities during aging. Our data also reveal a form of structural plasticity of the noradrenergic innervation in the aged olfactory bulb. The overall work supports a contribution of Noradrenaline to healthy brain aging.In a second study, we used a strategy based on repeated olfactory enrichment during the whole life of the animal in order to enable the cognitive reserve buildup. Such enrichment maintained olfactory discrimination performances at late ages. Interestingly, mice’s performances in spatial memory and cognitive flexibility improved too. This result indicates that the benefits of an odor-based enrichment extend beyond the olfactory sphere and include broader cognitive benefits on age-sensitive functions. We thus propose lifelong olfactory enrichment as model of the cognitive reserve build-up to further identify its cellular basis and test the contribution of Noradrenaline to cognitive reserve build-up and healthy brain aging

Plusieurs études ont montré que l’activation du système immunitaire maternel (MIA) pendant la grossesse augmentait le risque de troubles neurologiques et d’anomalies du comportement dans la descendance. Afin d’étudier les mécanismes impliqués, plusieurs auteurs ont comparé le comportement de souris nées de mères injectées pendant la grossesse avec du poly(I:C), une molécule mimant une infection par le virus de la grippe, et celui de souris nées de mères injectées avec une solution saline. Bien que ces études aient permis de confirmer que l’activation du système immunitaire maternel pouvait induire des troubles du comportement, la majorité d’entre elles se sont fondées sur des tests comportementaux effectués chez la souris adulte. Ainsi, il reste à déterminer si la modification des niveaux d’autres cytokines pendant la période périnatale peut avoir une incidence sur le neurodéveloppement précoce et sur le comportement de la jeune souris. Pour répondre à cette question, nous avons caractérisé la descendance de plusieurs cohortes de mères injectées avec du poly(I:C) ou avec une solution saline, pour leur comportement entre 5 et 15 jours après la naissance et pour la concentration de plusieurs cytokines dans le sérum. Parce que le neurodéveloppement et la production de cytokines sont affectés par plusieurs variables, nous avons utilisé une analyse multivariée pour identifier les variables environnementales et biologiques associées au fait d’être le descendant d’une mère injectée avec du poly(I :C) (par opposition au fait d’être le descendant d’une mère injectée avec une solution saline). Nous avons constaté que la diminution du poids et de la température corporelle de la mère après injection de poly(I:C), la taille de la portée, le poids de la souris à 15 jours, le nombre de vocalisations ultrasonores (USV) émises par la souris à 6 jours, la distance parcourue par le souris et le temps passé immobile à 13 jours, ainsi que les concentrations sériques de TNF, IL-5, IL-15 et CXCL10 à 15 jours étaient associés au fait d’être le descendant d’une mère injectée avec du poly(I :C). Pour continuer à explorer le rôle régulateur du TNF, nous avons injecté quotidiennement du TNF recombinant à des souris nouveau-nées entre le jour 1 et le jour 5 après leur naissance, et nous avons étudié leur développement et leur comportement entre le jour 8 et le jour 15. Contrairement à nos attentes, l’injection de TNF à des souris nouveau-nées n’a pas d’impact négatif sur le développement, mais favorise plutôt l’acquisition de réflexes sensorimoteurs et le comportement exploratoire. Pris dans leur l’ensemble, nos résultats confirment que les cytokines jouent un rôle crucial dans le neurodéveloppement et que des variations dans l’abondance de certaines d’entre elles, et notamment du TNF, ont un impact sur l’acquisition de certains réflexes et comportement pendant les premiers jours de la vie. Bien que nos études ne nous aient pas permis d’explorer les mécanismes par lesquels cytokines influent sur le neurodéveloppement, les protocoles que nous avons élaborés et les résultats que nous avons obtenus fournissent un cadre pour d’autres études visant à mieux comprendre ces mécanismes
Both preclinical and clinical studies have shown that immune activation and inflammation during the early stages of neurodevelopment increase the risk of neurodevelopment disorders and behaviour abnormalities in adults. While the underlying mechanisms have only been partially elucidated, experiments in the maternal immune activation mouse model (MIA) – in which pregnant dams are injected with the viral mimic poly(I:C) – have demonstrated the critical role of two cytokines: interleukin (IL)-6 and IL-17A. However, the vast majority of the studies performed to date have used behavioural tests in adult mice as a read out to study the impact of cytokines on neurodevelopment. Therefore, it is not clear whether altered levels of other cytokines during the perinatal period could impact neurodevelopment and behaviour in infant mice. To address this issue, we have analysed the progeny of several cohorts of poly(I:C)- and saline-injected mothers for behaviour between postnatal day 5 (P5) and P15 and serum cytokine levels at P15. Because both perinatal neurodevelopment and cytokine production are known or believed to be impacted by many environmental variables, we analysed our data using a multivariable statistical model to identify features associated with being born to a poly(I:C)-injected mother (as opposed to being born to a saline-injected mother). We found that the drop of body weight and temperature of the mother after poly(I:C) injection, the litter size, the pup weight at P15, the number of ultrasonic vocalizations (USV) emitted by the pup at P6, the distance travelled by the pup and the time it spent mobile at P13, as well as serum levels of Tumour Necrosis Factor (TNF), IL-5, IL-15 and C-X-C motif chemokine (CXCL)10 were all associated with altered odds of being born to a poly(I:C)-injected mother. To further explore the role of TNF during the early postnatal period, we injected mouse pups daily from P1 to P5 and assessed these animals for both developmental milestones and behaviour from P8 to P15. Unexpectedly, injection of recombinant TNF did not have a detrimental impact on neurodevelopment but rather promoted sensorimotor reflexes acquisition and exploratory behaviour. Altogether, our results confirm that cytokines play a critical role during neurodevelopment and that altered levels of specific cytokines, and in particular TNF, could regulate the acquisition of developmental milestones and behaviour in infant mice. While we have only obtained preliminary insights into underlying mechanisms, the protocols that we have developed provide a framework for further studies

Le cortex cérébral se développe à partir des zones de prolifération des cellules progénitrices dont le comportement anormal peut donner lieu à des malformations corticales. Des mutations dans Eml1/EML1 ont été identifiées chez la souris HeCo, ainsi que dans trois familles présentant une hétérotopie sous-corticale (SH). La SH se caractérise par une position aberrante des neurones dans la substance blanche. Chez la souris HeCo, des anomalies de position des progéniteurs de la glie radiale apicale (aRG) ont été observées aux stades précoces de la corticogenèse. Je me suis concentré sur la caractérisation de l’aRG dans la zone ventriculaire (VZ) afin d’identifier pourquoi certaines cellules quittent cette région et ainsi mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent l’hétérotopie. En combinant la microscopie confocale et électronique (EM), j'ai découvert des anomalies des centrosomes et des cils primaires dans les aRG mutants pour Eml1 : les cils primaires sont plus courts et souvent mal orientés dans des vésicules. La recherche de partenaires interagissant avec Eml1 à l'aide de la spectrométrie de masse (MS), combinée au séquençage d’exome des ADN de patients SH, nous a permis d'identifier : 1) un partenaire ciliaire interagissant avec Eml1, RPGRIP1L ; 2) des mutations du gène RPGRIP1L chez un patient SH. L’analyse ontologique des gènes sur les données de MS a mis en évidence l’appareil de Golgi et le transport des protéines comme catégories enrichies. En effet, j'ai identifié des altérations de l'appareil de Golgi dans les aRG HeCo. L’ensemble de ces données montre que l'axe appareil de Golgi-cil primaire est perturbé quand Eml1/EML1 est muté et conduit à l’identification de nouvelles voies dans un trouble grave du neurodéveloppement
Cerebral cortical development is a finely regulated process, depending on diverse progenitor cells. Abnormal behavior of the latter can give rise to cortical malformations. Mutations in Eml1/EML1 were identified in the HeCo mouse, as well as in three families presenting severe subcortical heterotopia (SH). SH is characterized by the presence of mislocalized neurons in the white matter. At early stages of corticogenesis, abnormally positioned apical radial glia progenitors (aRG) were found cycling outside the proliferative ventricular zone (VZ) in the HeCo cortical wall. I focused my research on characterizing aRG in the VZ to assess why some cells leave this region and thus to further understand SH mechanisms. Combining confocal and electron microscopy (EM), I uncovered abnormalities of centrosomes and primary cilia in Eml1-mutant aRGs: primary cilia are shorter, and often remain basally oriented within vesicles. Searching for Eml1-interacting partners using mass spectrometry (MS), combined with exome sequencing of SH patient DNAs, allowed us to identify a ciliary Eml1-interacting partner, RPGRIP1L, showing mutations in a SH patient. Gene ontology analyses of MS data pointed to Golgi apparatus and protein transport as enriched categories. Indeed, Golgi abnormalities were identified in HeCo aRGs. Altogether, these data indicate that the Golgi-to-primary cilium axis is perturbed in Eml1mutant conditions, pointing to new intracellular pathways involved in severe neurodevelopmental disorders

Les maladies mentales représentent un ensemble catégoriel très hétérogène, même au sein d’une entité nosographique. L’approche multifactorielle rend compte de l’hétérogénéité clinique des troubles mentaux et du continuum entre certaines dimensions cliniques, voire entre le normal et le pathologique. Parmi ces dimensions, le phénotype psychotique constitue une dimension essentielle du trouble schizophrénique. L’approche dimensionnelle permet d’envisager la recherche d’expériences psychotiques dans la plupart des troubles mentaux ainsi qu’en population générale. Nous faisons l’hypothèse générale que certains troubles psychiatriques avec symptômes psychotiques pourraient être la résultante de l’interaction entre certains facteurs environnementaux précoces (traumatismes obstétricaux par exemple) et tardifs (consommation de toxiques, traumatismes) et le neurodéveloppement de l’individu. Un travail initial a été de rappeler les concepts de vulnérabilité en psychiatrie, et de prendre l’exemple du trouble schizophrénique pour réaliser une revue de la littérature sur les facteurs de risque en fonction de leur interaction précoce ou tardive avec le neurodéveloppement. Ensuite, dans le premier axe de recherche de la thèse, nous évaluons certains marqueurs neurodéveloppementaux précoces (signes neurologiques mineurs, latéralité, cognition). Notre premier travail, concerne la caractérisation clinique, neurologique et cognitive de 64 patients souffrant de trouble schizophrénique, en fonction de leur consommation de cannabis ou pas avant le début des troubles. Il apporte des éléments en faveur d’une charge neurodéveloppementale moins lourde chez les patients ayant consommé du cannabis, et de l’impact potentiel de cette substance chez des sujets vulnérables. Notre second travail, préliminaire, concerne l’impact clinique et cognitif de la latéralité chez les patients souffrant de schizophrénie (n=667) et de trouble bipolaire (n=2445). Nous apportons des arguments pour un poids neurodéveloppemental (mesuré avec cet indice) plus important dans la schizophrénie. Notre deuxième axe de recherche se concentre sur le tabagisme comme facteur environnemental tardif dans le trouble schizophrénique et le phénotype psychotique. Nous montrons dans deux travaux sur la cohorte FACE-SZ (n=361 ; n=474), que ces patients consomment presque deux fois plus qu’en population générale et qu’ils pourraient représenter un sous-groupe présentant des caractéristiques spécifiques d’un point de vue socio-démographique, clinique et thérapeutique. Dans un troisième travail préliminaire, nous comparons les fonctions cognitives de ces patients (n=785) et montrons que l’hypothèse d’automédication ne peut pas rendre compte à elle seule, de la forte prévalence du tabagisme chez ces patients. Dans un quatrième travail, nous étudions l’impact du tabagisme sur le phénotype psychotique dans une approche dimensionnelle, et montrons une association entre le tabagisme et certaines expériences de type psychotique dans un échantillon représentatif de la population générale américaine (NESARC, n=34653). Enfin dans un dernier axe de recherche nous nous intéressons au phénotype psychotique dans une population d’adolescents et jeunes adultes hospitalisés pour un premier épisode psychiatrique (n=50). Dans une étude préliminaire, nous montrons une forte prévalence des expériences de type psychotique chez ces jeunes adultes, quel que soit le diagnostic posé six mois à postériori, soulignant le caractère trans-nosographique du phénotype psychotique lors de l’émergence des troubles. L’ensemble de ce travail reflète l’hétérogénéité clinique des maladies mentales et l’importance de l’approche dimensionnelle et trajectorielle pour identifier des facteurs de risque (ou de protection). Les enjeux sont une meilleure compréhension étiopathogénique, des perspectives de prévention, et une prise en charge personnalisée des patients
Mental diseases represent a very heterogeneous categorical group, even within a given nosographic entity. Multifactorial approaches allow accounting for the clinical heterogeneity of mental disorders, the continuum between certain clinical dimensions, and even between the normal and the pathological. Among such dimensions, the psychotic phenotype constitutes an essential dimension of schizophrenic disorder. The dimensional approach allows for the search of psychotic experiences in most mental disorders as well as in the general population. We make the general hypothesis that certain psychiatric disorders with psychotic symptoms could be the result of the interaction between early- (obstetric traumas for example) and late- environmental factors (toxics, traumatisms) and the neurodevelopment of the individual. The initial step in this thesis work was to better define the concepts of vulnerability in psychiatry, and, based on the example of schizophrenia, to conduct a review of the literature on risk factors according to their early or late interaction with neurodevelopment. Subsequently, the first axis of research of the present thesis was to evaluate early neurodevelopmental markers (neurological soft signs, laterality, cognition). Our first work concerned the clinical, neurological and cognitive characterization of 64 patients suffering from schizophrenia, according to their cannabis use (or not) prior to psychosis. It provided evidence for a lower burden of neurodevelopment in cannabis users, and the potential impact of this substance on vulnerable individuals. Our second work concerns the clinical and cognitive impact of lateralization in patients with schizophrenia (n = 667) and bipolar disorder (n = 2445). We bring arguments for a neurodevelopmental weight (measured with this lateralization index) that is more important in schizophrenia. Our second axis of research focused on tobacco smoking as a late environmental factor in schizophrenia and psychotic phenotype. We showed in two studies on the FACE-SZ cohort (n = 361, n = 474) that SZ patients consumed almost twice as much as the general population and that they could represent a SZ subgroup with specific socio-demographic and clinical characteristics. In a third study, we compare the cognitive functions of these patients (n = 785) and show that the self-medication hypothesis alone cannot account for the high prevalence of their smoking. In a fourth work, we studied the impact of smoking on the psychotic phenotype with a dimensional approach, and showed an association between smoking and certain psychotic-type experiences in a representative sample of the US general population (NESARC, n = 34653). Finally, in a last line of research, we evaluated the psychotic phenotype in a population of adolescents and young adults hospitalized for a first psychiatric episode (n = 50). In a preliminary study, we show a high prevalence of psychotic-like experiences in these young adults, regardless of the diagnosis made six months afterwards, highlighting the trans-nosographic character of the psychotic phenotype during the emergence of different mental disorders. Overall, the present thesis underscores the clinical heterogeneity of mental illnesses and the importance of dimensional and trajectory approaches in identifying risk (or protective) factors, towards a better etiopathogenic understanding, better prevention opportunities, and a personalized patient care

Chez la Drosophile, la corde neurale ventrale (VNC) s’établit à partir des neuroblastes qui sont spécifiés au cours du développement embryonnaire, par un grand nombre de facteurs de transcription. Engrailed participe à la spécification des neuroblastes et nous avons montré qu’il participait également au guidage axonal des neurones issus de ces neuroblastes. Les mutants engrailed présentent une perte des commissures postérieures (PC) alors que la surexpression précoce d’Engrailed, avant la formation des neurones, conduit à des défauts de guidage. L’analyse des interactions entre engrailed, frazzled, trio et enabled, qui sont tous impliqués dans le guidage axonal, montre qu’ils interagissent avec engrailed dans la formation de la VNC. Nous avons également montré que la régulation de frazzled dans les neuroblastes qui expriment Engrailed était très importante pour la formation des PC, en agissant probablement sur la croissance des axones. De plus, nous avons identifié un fragment génomique dans l’intron 1 de frazzled, qui, en fusion avec la GFP, est capable de répondre à Engrailed in vivo. En parallèle, nous avons mis en évidence un nouveau rôle de Frazzled. Frazzled intervient dans la morphogenèse de l’aile pupale, probablement en jouant le rôle de protéine d’adhésion pour l’accolement des feuillets alaires dorsaux et ventraux. DSRF et frazzled interagissent dans ce mécanisme et DSRF semble réguler l’expression de Frazzled pendant les stades tardifs de la morphogenèse de l’aile. Enfin, un crible double hybride a permis l’identification de sept nouveaux partenaires d’Engrailed dont quatre sont impliqués dans le contrôle de la transcription
During Drosophila embryogenesis, Engrailed (En) is involved in the specification of neuroblasts and we show that it is also involved in axonal guidance of neurons born from these neuroblasts. Whereas en mutant embryos show a lack of posterior commissures (PC), embryos overexpressing En at early stages show guidance defects. We have shown that frazzled (fra), trio and enabled interact genetically with en for the formation of the ventral nerve cord. We have also shown that fra regulation in Engrailed-expressing neuroblasts was important for the formation of PC. A new role of Fra was also discovered in pupal wing morphogenesis, probably through a cell-cell adhesion molecule manner, for the correct apposition of the dorsal and ventral wing layers. DSRF and fra interact in this mechanism and DSRF probably regulates Fra expression during the late stages of wing morphogenesis. Moreover, with a two hybrid screen, we have identified 7 new En partners

Les moitiés droites et gauches du cerveau sont reliées entre elles par des axones dits commissuraux. Le développement de ces axones peut être affecté dans certaines maladies humaines ou modèles animaux, entraînant des déficits neurologiques. Alors qu’un corpus de connaissances important a été acquis sur les mécanismes moléculaires contrôlant le développement des commissures, peu d’études ont été réalisées sur leur fonction. Nous nous sommes inspirés d’une maladie héréditaire, « Horizontal Gaze Palsy with Progressive Scoliosis ». Les patients affectés ne possèdent pas de commissures caudales. La mutation se situe dans le gène Robo3, un récepteur nécessaire au développement des commissures. Nous avons généré un modèle murin permettant de décroiser artificiellement des commissures sélectionnées, consistant en la délétion ciblée du gène Robo3. Nous avons étudié divers systèmes physiologiques dans ce mutant en induisant la recombinaison de Robo3 dans diverses régions du cerveau contrôlant les mouvements oculomoteurs, l’audition, la respiration, la somesthésie et la locomotion. Nous avons observé dans chaque système des défauts spécifiques induits par le re-cablage des axones : paralysies, ataxie, désynchronisation des mouvements respiratoires, démarche de type kangourou… Nous avons observé que le décroisement partiel d’un système sensoriel, les vibrisses, conduit à une duplication de sa représentation corticale, chaque carte recevant les afférences provenant d’une moitié du corps. Ces études ont permis de caractériser un nouveau modèle murin d’une maladie humaine, et ont montré l’étendue et les limites de la plasticité du cerveau au cours du développement normal ou pathologique

Le glufosinate d’ammonium (GLA) est un herbicide largement utilisé dans l'agriculture. Comme cela est le cas pour la plupart des pesticides, ses effets neurotoxiques et développementaux n'ont été que partiellement étudiés. L'exposition précoce des pesticides peut affaiblir la structure de base du développement du cerveau et provoquer des changements permanents conduisant un large éventail d'effets à long terme sur la santé et/ou sur le comportement. Mes travaux de thèse ont permis de montrer que l’exposition périnatale à de faibles doses de GLA induisait des perturbations de la neurogenèse et de la migration des neuroblastes au niveau de la zone sous ventriculaire vers les bulbes olfactifs. De plus l’analyse transcriptomique cérébrale montre une modification significative de l’expression de nombreux gènes responsables de la dynamique du cytosquelette impliqué dans la régulation de la migration des neuroblastes. Etant un analogue structural du glutamate, le GLA pourrait agir sur le cytosquelette via la modification de la polyglutamylation de la tubuline. Cette hypothèse expliquerait les altérations cellulaires observées. Par ailleurs, avons mis en évidence dans cette étude, des troubles du comportement des souris exposées semblables à ceux observables chez les modèles murins des « troubles du spectre autistique » (ASD-like)
Glufosinate ammonium (GLA) is one of the most widely used herbicides in agriculture. As for almost all pesticides, potential adverse effects of GLA have not been investigated in the brain developmental neurotoxicity perspective. Indeed, early pesticides exposure may weaken the developing brain and cause permanent brain alteration which could lead to a wide range of the lifelong effects on health and/or behavior. As an illustration, we showed that perinatal exposure to low doses of GLA induced behavioral defects in mice adulthood, characterized by many similarities with Autism Spectrum Disorders phenotype. My thesis deals with the molecular aspect of this perinatal GLA exposure. I demonstrated that GLA induced disturbances of proliferation and neuroblast migration from the subventricular zone to the olfactory bulbs. These defects were associated with significant change in the expression of many genes involved in neuroblast migration and cytoskeleton regulation as observed by brain transcriptome analysis. I showed that GLA act on the cytoskeleton through modification of polyglutamylation of tubulin which lead to cell division/migration disturbances and cell differentiation defect. My work thus provides a new molecular link between pre- and post-natal exposure to the herbicide GLA and the onset of ASD like phenotype later in life. It also raises the fundamental concerns about the ability of current safety testing to assess risks of pesticide exposure during critical developmental periods

Ce mémoire rapporte nos résultats concernant l'étude d'une population de neurones producteurs d'un précurseur contenant les sites de clivage pour des peptides de la famille RFamide et appelés RFRP (RFRP-1 et-3). Ces peptides identifiés récemment dans le cerveau des rongeurs ont été impliqués chez d'autres espèces de vertébrés, et notamment chez les oiseaux, dans le contrôle de l'axe gonadotrope. Les objectifs de notre travail ont concerné : - l'analyse de la distribution détaillée de ces neurones dans l'hypothalamus de rat, - la recherche de co-expression de FRRP avec d'autres peptides et enzymes présents dans des neurones des mêmes territoires, - la genèse des neurones producteurs de RFRP pendant le développement embryonnaire de rat, - la recherche de certains liens anatomiques de ces neurones avec les systèmes neuroendocrines de l'hypothalamus, et leur intégration dans des circuits impliqués dans les comportements de défense. Enfin, des résultats préliminaires ont été obtenus concernant les fonctions dans lesquelles les neurones à RFRP pourraient être impliqués chez le rat. Ne disposant pas d'outils immunologiques, toutes les études de marquage des neurones à RFRP ont été réalisées par hybridation in situ en sonde froide. La technique au 5-bromo-2'-déoxyuridine (BrdU) a été utilisée pour l'étude de la neurogenèse de cette population. Des injections de traceurs antérograde (PHA-L) et rétrograde (fluorogold) ont permis d'étudier certains circuits impliquant les neurones à RFRP. Enfin, des mesures des taux d'ARNm RFRP par RT-PCR semi-quantitative ont été réalisées chez des animaux soumis à une privation alimentaire ou à un stress aigu par confinement. Les neurones à RFRP sont distribués dans sept noyaux exclusivement hypothalamiques, et plus particulièrement la capsule du noyau ventromédian où la majorité des périkaryons sont retrouvés. Les doubles marquages ont permis de visualiser des contacts étroits avec les populations de neurones à MCH et YH, sans co-expression. En combinant la méthode BrdU à l'hybridation in situ, nous avons montré que les neurones à RFRP sont générés en un pic unique centré sur les stades embryonnaires E13-E14. L'étude de leur développement ontogénétique a aussi montré qu'ils acquièrent leur phénotype chimique tardivement. Par les techniques de traçage rétrograde (fluogold), nous n'avons pas confirmé les données de la littérature sur un rôle majeur des neurones à RFRP dans les fonctions neuroendocriniennes. Par des techniques de traçage antérograde (PHA-L), le noyau antérieur de l'hypothalamus et le noyau latéral du septum ont été identifiés comme des sources majeures d'innervation des neurones à RFRP. Enfin, nous avons montré des variations significatives des taux d'expression de l'ARNm RFRP suite à un stress aigu. La population de neurones à RFRP forme une " condensation cellulaire " en contact étroit avec les neurones à MCH et TH. Cette population est générée en un pic étroit à E14. Cette donnée a été comparée à celles du laboratoire concernant les populations de neurones à MCH et Hcrt. Elle suggère que l'hypothalamus tubéral est formé par des vagues successives de neurogenèse de populations neuronales qui se distinguent par leur phénotype chimique (MCH, Hcrt, RFRP). Enfin, les neurones à RFRP semblent être impliqués dans des circuits liés aux comportements de stress et de défense.

Au sein des Mollusques, les Céphalopodes se distinguent par leurs capacités cognitives. Leur cerveau, issu de ganglions condensés, se met en place via un développement direct et leur système nerveux ne s’organise pas en un cordon nerveux le long d'axes antéro-postérieur et médio-latéral clairs, contrairement aux organismes les plus communément étudiés (Mus musculus, Drosophila melanogaster, et plus récemment Platynereis dumerilii). L’étude de l’expression de gènes connus pour être impliqués dans les processus de régionalisation (Otx, Pax, Nk, Gsx) et de différenciation neurale (Elav, Musashi) a été conduite chez Sepia officinalis. Les résultats ont permis : 1) d’établir la dynamique de maturation des ganglions, et de montrer en particulier une maturation tardive des lobes impliqués dans l’apprentissage et la mémoire ; 2) de proposer une cartographie des territoires embryonnaires, basée pour la première fois sur des données moléculaires, ce qui apporte un regard nouveau sur l’organogenèse des céphalopodes ; 3) de mettre en évidence des rôles nouveaux de ces gènes de spécification et de différenciation neurale dans la mise en place des synapomorphies des céphalopodes (bras, entonnoir, yeux camérulaires) ; 4) de montrer que malgré les caractères dérivés de leur embryogenèse et de leur système nerveux, certains des gènes de spécification présentent une expression régionalisée similaire à celle observée dans l’axe nerveux médian des espèces modèles. Ces résultats soulignent l’intérêt de prendre en compte les relations évolutives entre les fonctions de gènes et les organisations des systèmes nerveux dans différentes familles de métazoaires
Among Molluscs, Cephalopods are remarkable by their cognitive abilities. Their brain, resulting from the condensation of some ganglia, set up through a direct development, and their nervous system is not organized as a nerve cord along clear anterior-posterior and medio-lateral axes, unlike most studied organisms (Mus musculus, Drosophila melanogaster, and more recently Platynereis dumerilii). The expression study of genes known to be involved in the neural regionalization (Otx, Pax, Nk, Gsx) and differentiation processes (Elav, Musashi) has been conducted in Sepia officinalis. The results enable us : 1) to establish the dynamics of ganglionic maturation, showing in particular a late maturation of the lobes involved in learning and memory; 2) to provide a map of embryonic territories, based for the first time on molecular data, which gives a new insight into the cephalopod organogenesis; 3) to highlight new roles for these genes in the neural differentiation and specification in the development of cephalopod synapomorphies (arms, funnel, camerular eyes); 4 ) to show that despite the derived features of the embryogenesis and nervous system in cephalopods, some genes of neural specification present a regionalized expression, similar to that is observed in the median nerve axis of the model species. These results emphasize the importance of taking into account the evolutionary relationships between gene functions and the various organizations of nervous systems in a wide range of metazoan phyla

Au cours du développement du système nerveux central, les facteurs de transcription contrôlent l’activité d’un répertoire de gènes cibles de manière spatio-temporelle et orchestrent ainsi la formation de structures fonctionnelles spécialisées. Parmi les gènes codant de tels facteurs, le gène Otx2 joue un rôle important dans la formation et la spécification des régions antérieures du cerveau tout au long du développement embryonnaire. Le gène Otx2 est également actif dans le cervelet, structure responsable de la coordination fine des mouvements. Les expériences d’invalidation de ce gène ont montré que son expression est nécessaire à la formation du cervelet. De plus, de nombreux médulloblastomes, tumeurs cérébrales les plus courantes chez l’enfant, présentent une surexpression ou une amplification du gène Otx2. Une régulation fine du niveau d’expression du gène Otx2 est donc importante pour le développement normal du cervelet. Nous avons cherché à comprendre de quelle façon le gène Otx2 est impliqué dans le développement du cervelet. Afin de mieux aborder son rôle, la dynamique d’expression de la protéine Otx2 a tout d’abord été analysée tout au long du développement du cervelet. Nos résultats montrent qu’il est actif dans les précurseurs des cellules granulaires de la région postérieure dès E13. 5, soit au début du développement du cervelet, et que son expression persiste dans les cellules granulaires chez l’adulte. Ensuite, le destin des descendants des précurseurs Otx2-positifs a été étudié. Ces analyses ont révélé que le gène Otx2 est exprimé par ces précurseurs au cours du développement précoce du cervelet avant qu’ils ne soient localisés dans la lèvre rhombique, l’épithélium germinatif à l’origine notamment des cellules granulaires. Ce résultat ouvre des perspectives intéressantes puisque l’origine des cellules constituant la lèvre rhombique est pour l’heure inconnue. Enfin, le rôle du gène Otx2 dans les précurseurs des cellules granulaires au cours du développement tardif du cervelet a été abordé par une stratégie d’invalidation conditionnelle du gène. Ces expériences montrent que la perte du gène Otx2 entraîne une hypoplasie de la région postérieure du cervelet. Ce phénotype est la conséquence d’une dérégulation du développement des précurseurs des cellules granulaires. Nos travaux ont permis de raffiner les connaissances sur la dynamique d’expression du gène Otx2 et de mieux appréhender son rôle dans le développement de la région postérieure du cervelet
During development of the central nervous system, transcription factors control the activity of various genes in space and time and choreograph the formation of specialized functional structures. Among genes coding for such factors, the Otx2 gene plays an important role during the formation and specification of anterior regions of the brain throughout embryonic development. Otx2 is also expressed in the cerebellum, a structure responsible for fine motor coordination? Conditional knockout of Otx2 gene revealed that its expression is needed for proper cerebellum development. Moreover, medulloblastomas, the most common cerebral tumours in children and that affects the cerebellum, often show an overexpression or an amplification of the Otx2 gene. Thus a thight regulation of Otx2 expression level is important during cerebellum development. Our aim was to understand how Otx2is involved in cerebellar development? First, the dynamics of Otx2 protein expression was analyzed throughout development of the cerebellum. Our results show that the protein is expressed in granule cell precursors of the posterior region from E13. 5 on, at the beginning of cerebellum formation, and that this expression persists in granule cells at the adult stage. Then, we analyzed the fate of Otx2-positivze precursors. These analyses revealed that during early development, Otx2 is expressed in precursors before they reach the rhombic lip, the germinal epithelium producing notably granule cells. This result opens exciting perspectives since origin the cells that constitute the rhombic lip is unknown. Finally, the role of Otx2 in granule cell precursors during the late phase of cerebellum formation has been studied using a conditional knockout strategy. These experiments show that inactivation of Otx2 leads to hypoplasia of the posterior region of the cerebellum. This phenotype is linked to deregulation of granule cell precursor’s development shortly after loss of Otx2. Our studies refine our knowledge of the dynamics of Otx2 gene expression and improve our understanding of its role during the development of the posterior region of the cerebellum

La schizophrénie précoce (SP), trouble rare (~0,01%) du neurodéveloppement est décrite sous deux formes : la schizophrénie très précoce, avant 13 ans et celle de l’adolescence entre 13 et 18 ans. Le diagnostic complexe à poser et les méconnaissances de la SP font supposer qu’elle est sous diagnostiquée et que les propositions thérapeutiques et de prise en charge sont encore peu spécifiques. Nous avons mené une première étude épidémiologique de prévalence pour : (1) évaluer le taux de sujets répondant au diagnostic de SP dans un échantillon de 302 enfants issus des structures médico-sociales et sanitaires en région PACA ; (2) caractériser sur le plan clinique et neurocognitif les enfants avec SP ; (3) évaluer le taux d’enfants répondant à la fois aux diagnostics de SP et de Troubles du Spectre Autistique (TSA). Puis, une deuxième étude, du sous-groupe d’enfants ayant une comorbidité SP et TSA, a exploré la psychopathologie, la personnalité et les capacités cognitives des membres du 1er degré des familles de ces enfants. Les résultats sont : un taux de 8,9% de patients avec SP, dont 59,3% de garçons âgés de 12,4 ans en moyenne (ET=3,2), avec un Quotient Intellectuel moyen de 72,5 (ET=21,4), des hallucinations (82,8%), des symptômes négatifs (70%), une comorbidité avec un TSA (41.2%) et des traitements neuroleptiques (51,5%). L’étude des familles a montré que les mères ont plus de troubles de la personnalité, de traits autistiques, de pathologies psychiatriques et un QI moyen plus faible. La constitution et le phénotypage de cette cohorte a permis dans les suites de ce travail, de lancer une étude génétique familiale avec séquençage d’exome des parents et des enfants avec SP
Early Onset Schizophrenia (EOS), a rare neurodevelopmental disorder (≈0.01%) is categorized into two types: Very Early Onset Schizophrenia, before age 13 and Adolescent Schizophrenia between ages 13 and 18. This diagnosis is a difficult one to make and considering the lack of knowledge on EOS, we can presume that it is in fact under-diagnosed and that our treatment and management options are still not very specific. We conducted a first epidemiological prevalence study consisted in evaluating: (1) the rate of subjects with EOS diagnostic criteria among 302 children who receive care in psychosocial and sanitary care facilities in the PACA region; (2) the clinical and neurocognitive characteristics of those children with EOS; (3) the rate of children with both EOS and ASD criteria within the same sample. In a second study, focusing on a subgroup of children with comorbid EOS and ASD, we analyzed first-degree relatives from a psychopathological, personality and cognitive viewpoint. The results are: a high rate of patients (8.9%) with an EOS diagnosis, a male gender majority (59.3%), an average age of 12.4 (SD=3.2), an average intelligence quotient of 72.5 (SD=21.4), a rate of 82.8% of subjects with hallucinations, 70% with EOS negative symptoms, 41.2% with comorbid autism, and 51.5% with antipsychotic medications. The study of family members shows that mothers have a higher rate of personality disorders, autistic traits and psychiatric disorders, as well as a lower average IQ. The creation and the characterization of a phenotype of this cohort have led to a family-genetic analysis based on exome sequencing in the parents and children with EOS following this study

La neurogenèse adulte représente une forme unique de plasticité neuronale, qui, chez les mammifères, est limitée à l’hippocampe et au système olfactif. Dans le bulbe olfactif (BO) les neurones s’intègrent sans cesse aux réseaux préexistants et se différentient. La majorité de ces cellules forment une population d’interneurones GABAergique : Les cellules granulaires (GCs). Dans ce travail, j’ai étudié l’intégration synaptique des GCs nouvellement générées dans le BO de souris adultes. Afin de visualiser ces cellules, j’ai injecté un vecteur viral codant pour l’eGFP dans le courant de migration menant les cellules vers le BO. J’ai ainsi pu suivre leur développement en les observant à différents jours post-injection (jpi). J’ai pu constater que les jeunes GCs commencent à recevoir des contacts synaptiques dés qu’elles atteignent leur destination finale dans le BO. En effet les premiers contacts synaptiques sur des cellules GFP+ sont détectés dans la couche des cellules granulaires à 3 jpi. J’ai aussi constaté que, durant une première phase, les synapses GABAergiques sont plus nombreuses que les synapses glutamatergique. Ceci m’a conduit à émettre l’hypothèse suivante : Puisque la transmission GABAergique est prédominante dans les premières phases du développement des GCs nouveau-nées, elle pourrait jouer un rôle important dans leur intégration synaptique, leur maturation et leur survie. Afin de vérifier cette hypothèse, j’ai utilisé la délétion conditionnelle (CRE-LoxP) du gène Gabra2 codant pour la sous-unité α2 du récepteur GABA (GABAAR) qui est la principale sous-unité exprimée par les GCs. Utilisant deux modèles de souris transgéniques permettant la délétion spécifique dans une population de cellules produites chez l’adulte, j'ai vérifié que l'ablation de la sous-unité α2 est accompagnée par une réduction dramatique de fréquence et d’amplitude des courants synaptiques GABAergiques reçues par les GCs. Cette activité GABAergique réduite n’affecte pas la survie des GCs, mais retarde dramatiquement leur maturation. Dans les cellules mutantes, la complexité de l’arborisation dendritique et la densité des épines sont réduites. Ces altérations sont accompagnées par un déplacement des synapses excitatrices, des épines vers les troncs dendritiques. De plus, la délétion de la sous-unité α2 réduit la plasticité structurale des cellules normalement induite par la manipulation de l’environnement sensoriel olfactif et donc de l’activité perçue par les cellules. Ces résultats montrent qu'une signalisation GABAergique adéquate est requise pour le développement morphologique et l'intégration synaptique des GCs produites chez l’adulte, et révèle un rôle inattendu des synapses GABAergiques dans la formation de l’arborisation dendritique et dans la synaptogenèse glutamatergique
Adult neurogenesis represents a unique form of brain plasticity. In mammals the genesis of new neurons is mainly restricted to the dentate gyrus of the hippocampus and the olfactory bulbs. In the olfactory bulb (OB), neurons are continuously added to pre-existing networks and differentiate mainly into GABAergic local interneurons: granule cells (GCs) and periglomerular cells (PGCs). These interneurons mature and integrate in the OB network acquiring an adult phenotype. In the present work, I investigated the synaptic integration of adult-generated GCs in the mouse OB. I took advantage of local injections of eGFP encoding lentiviral vector to visualize through GFP fluorscent labelling new-born GCs in the adult OB at different times after their genesis. I found that adult-generated GCs start to receive synaptic contacts as soon as they reach their final destination in the OB. In fact, the first synaptic inputs onto GFP-positive cells were detected in the granule cell layer at 3 days post-injection (dpi). Interestingly, I found that at early stages GABAergic synapses were more abundant than glutamatergic contacts, suggesting that GABA may play an important role in the synaptic integration, maturation and survival of newborn GCs. To verify this hypothesis, I used Cre-mediated conditional deletion of the Gabra2 gene encoding for the 2 subunit of the GABAA receptor (GABAAR) to functionally disrupt afferent GABAergic transmission in migrating GC precursors. Using two different transgenic mouse models, I found that ablation of the 2-subunit was accompanied by a dramatic reduction in the frequency and amplitude of spontaneous or evoked GABAergic IPSCs. Remarkably, this reduced GABAergic activity did not affect GC survival but delayed dramatically their maturation. In mutant cells, dendritic branching and spine density were reduced, and spine loss was accompanied by a mislocation of excitatory synapses from spine heads to dendritic shafts. Moreover, deletion of the 2 subunit occluded structural plasticity of spines inducible by odor-enrichment and odor-deprivation protocols. These results show that proper GABAergic signaling is required for the morphological development and synaptic integration of adult-born GCs, and reveal an unexpected function of early GABAergic inputs in controlling spine formation and glutamatergic synaptogenesis

La lymphangiogenèse à l’instar de l’angiogenèse est le processus par lequel de nouveaux vaisseaux lymphatiques se forment par bourgeonnements de lymphatiques préexistants dont le guidage est assuré grâce aux « tip cells ». Néanmoins, les régulations moléculaires de ce processus sont peu connues. La neuropiline 2 (NRP2) est un récepteur de guidage répulsif des axones, présent au sein du système nerveux, dont la délétion du gène réduit fortement les capillaires lymphatiques. Le premier but de ma thèse fut de décortiquer précisément le rôle de NRP2 au cours de la lymphangiogenèse en utilisant trois approches in vivo : 1) traitement de souris avec un anticorps dirigé contre NRP2 ; 2) étude de souris déficientes pour NRP2 ; 3) étude de souris double hétérozygotes, Nrp2+/-Vegfr2+/- et Nrp2+/-Vegfr3+/-. Les souris traitées avec l’anticorps anti-NRP2, les mutants Nrp2-/- et les souris Nrp2+/-Vegfr3+/- ont un réseau lymphatique anormal avec des « tip cells » émoussées et peu ou pas d’extensions de filopodes. Il apparaît donc que NRP2 stabilise les « tip cells » et interagit avec le couple VEGF-C/VEGFR3 pour contrôler les bourgeonnements lymphatiques (voir résultats et publication I). La voie VEGF-C/VEGFR3 est primordiale dans la régulation de la lymphangiogenèse. VEGF-C est exprimé dans les neurones et assure leur survie. C’est ainsi que le second but de mon travail fut dévolu à la recherche du rôle de VEGFR3 au cours de la neurogenèse. Nous avons confirmé que ce récepteur est présent dans les cellules souches neuronales au sein de la zone subventriculaire. La délétion de VEGFR3 dans le cerveau ou le blocage de la liaison du VEGF-C à son récepteur conduisent au développement anormal de la zone subventriculaire ainsi qu’à une réduction significative du nombre de cellules en phase de mitose. Cependant, la surexpression du VEGF-C ou la délétion conditionnelle du Vegfr3 n’affectent en rien le développement vasculaire dans le cerveau. Ainsi, la voie VEGF-C/VEGFR3 agit au cours de la neurogenèse indépendamment de la régulation de l’angiogenèse (voir résultats et publication II). La Sémaphorine 3A (Sema3A) appartient à la classe 3 des sémaphorines et un travail récent met en évidence son expression dans les vaisseaux lymphatiques et son implication dans le dialogue entre vaisseaux lymphatiques et cellules du système immunitaire. Le troisième objet de ma thèse a été d’analyser le rôle de Sema3A dans la lymphangiogenèse en utilisant des souris Sema3a-/-. Chez ces souris, le bourgeonnement des cellules endothéliales lymphatiques est normal, mais les vaisseaux lymphatiques sont désorganisés quant à leur longueur et au nombre de points de branchements. De plus, les mutants Sema3a-/-, à l’instar des mutants Nrp1sema3a-/-, montrent également des défauts de formation des valves. Il apparaît donc que Sema3A est sélectivement impliquée dans la formation des valves via une interaction avec NRP1 (voir résultats et publication III).

Chez les mammifres, le cerveau postnatal contient des régions o la prolifération sont maintenues, telle que la zone sous-ventriculaire (ZSV) ou bien la zone sous-granulaire (ZSG) capable de produire des nouveaux neurones du bulbe olfactif (BO) ou du gyrus denté (DG). De plus, le DG est généré en grande partie de faon postnatale. Mon projet visait à étudier le rôle joué par les molécules Slits et Robos dans le télencéphale postnatal et adulte, en particulier la neurogense. En utilisant une approche génétique in vivo, nous avons généré des lignées de souris mutantes pour les Slits et Robos (déficientes et conditionnelles) que nous avons croisé avec des souris exprimant la recombinase Cre dans la ZSV, le BO et le DG/ZSG. Dans ces animaux, l'absence de Slits/Robos provoque de sévères anomalies du développement des commissures télencéphaliques semblables à celles décrites chez les KOs. L'absence de certaines molécules Slits/Robos du télencéphale dorsal s'accompagne d'un défaut de migration des neurones de la ZSV, mais avec un effet moindre sur leur prolifération. Aussi, chez certaines souris déficientes pour Robos , nous avons observé une diminution du nombre de neurones granulaires dans le DG et dans le BO. En outre, les résultats obtenus à partir de la lignée Foxg1::Cre;Slit2lox/lox démontrent une baisse du nombre de nouveaux neurones provenant de la ZSV et une réduction de la neurogense hippocampique. L'hippocampe des souris Foxg1::Cre;Slit2lox/lox est de taille normale à la naissance, mais très réduit chez l'adulte. En conclusion, j'ai réalisé une des premires caractérisation du rôle in vivo des protéines Slits et Robos dans le télencéphale postnatal
In mammals, the postnatal brain contains regions where proliferation is maintained, such as the subventricular zone (SVZ) or sub-granular zone (SGZ) which are capable of producing new neurons of the olfactory bulb (OB) or dentate gyrus (DG). In addition, the DG is mostly generated postnatally. My project was to investigate the role played by Slit and Robo molecules in the postnatal and adult forebrain, particularly in neurogenesis. Using a genetic approach in vivo, we generated mutant mouse lines for Slits and Robos (deficient and conditional) that we crossed with mice expressing Cre recombinase in the SVZ, the OB and the DG/SGZ. In these animals, the absence of Slits/Robos causes severe developmental abnormalities of the forebrain commissures similar to those described in full knockouts. The absence of certain Slit/Robo molecules in the dorsal telencephalon is linked with defects in neuronal migration of SVZ-derived cells, but barely any effect on their proliferation. Also, in some mice deficient for Robos, we observed a decrease in the number of granule neurons generated in the DG and in the OB. In addition, the results obtained from the line Foxg1::Cre; Slit2lox/lox show a decrease in the number of new neurons from the SVZ and reduced hippocampal neurogenesis. The hippocampus of mice Foxg1::Cre;Slit2lox/lox is of normal size at birth, but very small in adults. In conclusion, I have performed one of the first in vivo characterizations of the role of Slits and Robos proteins in the postnatal forebrain

L’être humain apprend et se développe par des expériences via des interactions continues avec le monde. Actuellement, la compréhension neurologique des mécanismes d'apprentissage est à un niveau où ils peuvent être validés sur des robots. Le cortex cingulaire antérieur (CCA) est impliqué dans le contrôle cognitif en agissant comme un système d'alerte précoce pour l'erreur liée à la prise de risques (vigilance) alors que le cortex orbitofrontal (OFC) joue un rôle dans la boucle de récompense par le codage des résultats régulant ainsi la prise de décision et l’anticipation. Ces mécanismes neuronaux sont sous-jacents dans le développement cognitif et l'apprentissage. En outre il a été montré que des patrons moteurs rythmiques robustes et complexes proviennent de la moelle épinière où siègent les centres générateurs de rythmes (CPG). Cette thèse présente des modèles neuronaux pour l’apprentissage des robots par l’expérience. Basée sur les études du CCA sur l’apprentissage par succès-échecs, une structure utilisant un mécanisme neuronal permettant au robot d'apprendre à partir de ses expériences est présentée. Basé sur l'OFC cet apprentissage a été étendu à la notion de récompense adaptée à l'apprentissage afin d’améliorer les performances du robot. Basé les modèles de CPG un contrôleur bas niveau fournit différents patrons moteurs pour l'apprentissage. L’assemblage de ces modèles permet de valider le principe de l’apprentissage par succès-échecs sur une architecture de CPG pour le robot humanoïde NAO afin qu’il apprenne à marcher dans des conditions variables. Les résultats montrent que le robot est capable d’apprendre, de s'adapter et de compenser certaines perturbations
We learn and develop from our experiences through continuous interactions with the world. Neurological understanding of the learning mechanisms is beginning to emerge to a level where they can be validated on robots. The Anterior Cingulate Cortex (ACC) is involved in cognitive control by acting as an early warning system for error in relation to the risk taking tendency (the Vigilance). Whereas, the Orbitofrontal Cortex (OFC) plays a role in reward loop by coding of outcomes, thus, regulating decision-making and expectation. These neural mechanisms play an underpinning role in cognitive development and learning. Furthermore, it has been shown that robust and complex motor patterns are said to originate from the spinal cord, where it is believe to process a central patterns generator (CPG). This thesis presents computational neural models, realized on a robot that can acquire and learn from experiences. A framework for success-failure learning based on the studies of ACC is presented, this learning framework provide a neural mechanism that allows the robot to learn from experiences. Based on the OFC, this success-failure learning was extended to support for coding of reward adaptively which enhance the learning to improve the robot's performance. A low-level controller based on the studies of CPG was developed to provide a diverse patterns generator for the production of motor patterns for learning. Bringing it all together, we validated the success-failures learning framework with the supports of the extended CPG on a humanoid robot, NAO, learning to walk under varying condition. The results showed that the robot was able to adapt as well as deal with disturbances

L’évolution du cerveau chez les mammifères à permis l’augmentation du nombre de neurones et la formation d’un néocortex en six couches. Au cours du développement du télencéphale de la souris, le facteur de transcription Dbx1 est exprimé aux stades précoces de la neurogénèse par des progéniteurs palliaux présents à la frontière entre le pallium et le sous-pallium (PSB). Nous avons caractérisé par traçage génétique une nouvelle population de cellules glutamatergiques dérivant des progéniteurs exprimant Dbx1 à la PSB et migrant tangentiellement dès E11. 5 pour peupler l’ensemble du pallium à E14. 5. Cette population se distribue de façon homogène dans la plaque corticale (PC) de l’ensemble du neocortex à la naissance avant de mourir massivement par apoptose durant la première semaine postnatale. L’ablation génétique de ces cellules induit la différenciation précoce des progéniteurs corticaux conduisant à une diminution du nombre total de neurones générés. La cinétique de ces défauts nous permet de suggérer que ces cellules transitoires envoient des signaux pendant leur migration pour maintenir les progéniteurs dans un état de prolifération. L’expression du gène Dbx1 à la PSB étant spécifique des mammifères, l’acquisition de cette nouvelle population pourrait donc être à l’origine de l’augmentation du nombre de neurones dans le cortex cérébral

Lors du développement du système nerveux central,c'est la position exacte d'un progéniteur neuronal le long de l'axe antéropostérieur (A/P) et dorsoventral (D/V) qui va déterminer l'identitée précise d'un progéniteur. Mon travail a permis de déterminer une cible directe des facteurs A/P Hoxb1 et Hoxb2, à savoir le gène Phox2b. La régulation de Phox2b par les facteur Hox, dépend de la fonction du facteur Nkx2. 2 en tant que répresseur. Cette étude fourni un premier modèle pour comprendre comment les informations positionnelles s’intègrent pour réguler directement un gène cible afin de spécifier un type de neurones au sein du rhombencéphale des vertébrés. Dans une deuxième analyse, j'ai analysé le rôle des gènes Hox lors de la migration des neurones pontins. Cette étude m'a permis d‘établir un modèle de migration précis des ces neurones à travers le tronc cérébral. Hoxa2 contrôle leur migration en régulant le récepteur Robo2 et les ligands Slit2 et Slit3
Motor neurons acquire a precise identity according to their position along the anteroposterior (AP) and dorsoventral (DV) axis of the neural tube. In a first study I analysed the transcriptional regulation of the homeodain transcription factor Phox2b, a determinant of branchiomotor neuron identity. We showed that Hoxb1 and Hoxb2 can directly regulate the expression of Phox2b, via a consensus binding site for Hox proteins and their known cofactors embedded in a highly conserved Phox2b enhancer region, and that such regulation requires a de-repression mechanism mediated by the Nkx2. 2 homeodomain factor to allow Hox dependent activation of Phox2b. In a following study I focused on the implication of Hox factors during neuronal migration. Through the analysis of Hox paralogue group (PG) 2 mutant mice, I showed that Hoxa2 and Hoxb2 are required to maintain a normal migration behaviour of pontine neurons through the regulation of the Robo/Slit (receptor/ligand) signalling pathway

Au-delà de son importance fondamentale, la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires de la croissance axonale et dendritique représente un enjeu majeur pour appréhender les situations pathologiques consécutives à des troubles lésionnels ou neurodégénératifs du système nerveux. Mon travail de thèse a porté sur l’identification d’une interaction moléculaire entre deux familles de protéines largement impliquées dans le développement du système nerveux mais également lors de nombreuses pathologies du système nerveux : les Sémaphorines et les Métalloprotéases de la Matrice (MMPs). Dans le cortex cérébral en développement, les axones et les dendrites se mettent en place progressivement en réponse à des molécules de guidage attirant ou repoussant les neurites en croissance. Des travaux récents ont démontré qu’il existait pour des familles de molécules de guidage (les nétrines et les éphrines) un lien fonctionnel avec les Métalloprotéases. Au cours de mon projet de thèse, j'ai recherché l’existence d’une telle interaction fonctionnelle entre les Métalloprotéases Matricielles et la famille des Sémaphorines. Dans la première partie du travail, j’observe que le patron d'expression et l'activité protéolytique de MMP-3 sont compatibles avec un rôle de cette MMP pendant la croissance des axones corticaux. De plus, je montre que MMP-3 est nécessaire à l’élongation optimale des axones in vitro. Finalement, je démontre que Sema3C exerce son effet chimioattracteur sur les axones par le recrutement spécifique de MMP-3. Ainsi, l’analyse du comportement de croissance des axones corticaux en présence de gradients de Sema3C révèle que MMP-3 est nécessaire non seulement à la stimulation de croissance déclenchée par Sema3C mais aussi à l’orientation de la croissance. Il s’agit là de l’une des premières démonstrations d’un rôle direct des MMPs dans un processus de guidage axonal. Par ailleurs, j’ai constaté que le profil d’expression dans le cortex de deux autres MMPs de la famille des gélatinases (MMP-2 et -9) suggérait un rôle potentiel de ces enzymes dans la corticogenèse. En effet, il apparait clairement que ces deux MMPs sont fortement exprimées à E15 dans les neurones corticaux des couches V et VI avec un fort enrichissement de MMP-2 dans les dendrites de ces neurones. Cette observation est la base de la deuxième partie de mon travail de thèse qui porte également sur l'analyse de Sema3A, un signal inhibiteur pour les axones corticaux qui induit la croissance des dendrites de ces mêmes neurones. L'ensemble de cette partie du travail montre ainsi que MMP-2 et -9 sont exprimées et actives dans le néocortex E15 en développement mais que seule MMP-2 participe à la croissance dendritique déclenchée par Sema3A. Je mets également en évidence l’implication de neuropiline-1, neuropiline-2 et plexineA1 dans le recrutement différentiel de MMP-2. Finalement, j'ai obtenu des résultats préliminaires qui suggèrent que le recrutement de MMP-2 par Sema3A passe par la modulation de l'activité de PKCα. Globalement, mes travaux de thèse démontrent pour la première fois l’existence d’une interaction entre les Sémaphorines et les Métalloprotéases Matricielles. Cette interaction fonctionnelle montre que les effets chimioattracteurs des Sémaphorines, encore largement méconnus, passent par le recrutement différentiel de MMPs. Compte tenu de l’importance grandissante des MMPs et des Sémaphorines dans le contexte de la régénération du système nerveux, mes résultats pourraient contribuer à dessiner de nouvelles stratégies thérapeutiques basées sur l’interférence de cette interaction fonctionnelle
Beyond its fundamental importance, the comprehension of the cellular and molecular mechanisms of axonal and dendritic outgrowth represents a major challenge to better understand the lack of central nervous system regeneration observed in case of traumatic lesions. My thesis work concerned the identification of a molecular interaction between two families of proteins largely implied in the development of the nervous system but also at the time of many pathological processes of the nervous system: Semaphorins and Matrix Metalloproteinases (MMPs). In the developing cerebral cortex, the axons and dendrites are gradually set up in response to guidance molecules attracting or repelling the growing neurites. Recent work showed the existence of a functional link between families of guidance molecules (Netrins and Ephrins) and Metalloproteinases. During my thesis, I sought the existence of such a functional interaction between the Matrix Metalloproteinases and the Semaphorin family. In the first part of this work, I observed that the expression pattern and the proteolytic activity of MMP-3 in situ are compatible with a role of this MMP during the growth of the cortical axons. Moreover, I showed that MMP-3 is necessary to the optimal elongation of axons in vitro. Finally, I showed that Sema3C exerts its chemoattractive effect on the axons by specific recruitment of MMP-3. The analysis of cortical axons growth behaviour in the presence of Sema3C gradients revealed that MMP-3 is necessary not only for the stimulation of growth induced by Sema3C but also for the orientation of the growth. This result is one of the first demonstrations of a direct role of MMPs in a process of axonal guidance. Moreover, I found that the expression profile in the cortex of two other MMPs (MMP-2 and - 9) was consistent with a potential role of these enzymes in cortical development. Indeed, it appeared clearly that these two MMPs are strongly expressed in E15 cortical neurons in layer V and VI. I performed a series of experiments similar to the work undertaken for MMP-3 to analyse the interaction between gelatinases and Sema3A during cortical dendrite outgrowth. I showed that MMP-2 and -9 are expressed and active in the E15 neocortex and that MMP-2 is involved in the dendritic growth triggered by Sema3A. This part of the study also revealed the nature of the receptor complex leading to Sema3A-dependent recruitment of MMP-2. Strikingly, this complex is composed at least of neuropilin-1, neuropilin-2 and plexinA1. Hence, preliminary results showed that the selective activation and secretion of MMP-2 by Sema3A is PKCα dependent. Overall, this study provides the first evidence for the existence of an interaction between the Matrix Metalloproteinases and the Semaphorins. This functional interaction appears as a key element to trigger the chemoattractive effects of Semaphorins. Because MMPs and Semaphorins are important in the context of CNS regeneration, my results are also of prime importance to delineate new possible therapeutic strategies based on the interference of this functional interaction

La dépression majeure (DM) est une pathologie complexe et hétérogène associée avec des altérations du réseau cérébral, une dérégulation de l’axe hypothalamus-pituitaire-surrénales et avec des déficits de la neurogenèse adulte hippocampique (NHA). De nombreuses évidences pointent sur l’implication de la NHA dans les troubles de l’humeur et les troubles anxieux, ce qui a conduit à la formulation de l’ « hypothèse neurogénique », laquelle postule que des neurones néo-formés dans l’hippocampe du sujet adulte sont impliqués dans l’étiologie et dans l’efficacité du traitement de la DM. L’objectif de cette étude a été de déterminer le rôle des neurones formés à l’âge adulte après que les animaux aient été exposés à un stress ainsi que les mécanismes sous-jacents. Nos résultats suggèrent que l’augmentation de la neurogenèse est suffisante pour estomper les effets d’un stress chronique au niveau comportemental et hormonal, et donc pour induire un effet de type antidépresseur, comportementalement et physiologiquement. Les effets surviennent sans doute via le noyau du lit de la strie terminale antéro-dorsale
Major depressive disorder (MDD) is a complex and heterogeneous disorder hypothesized to be associated with alterations in brain circuitry, dysregulations of the hypothalamic–pituitary–adrenal axis and impairments in adult hippocampal neurogenesis (AHN). Multiple lines of evidence point to the involvement of AHN in mood and anxiety disorders, leading to the formation of the “neurogenesis hypothesis”, which postulates that adult-born hippocampal neurons are involved in the etiology and treatment efficacy of MDD. The purpose of this study was to determine the role of adult-born neurons after the onset of stress exposure and the mechanism that underlies the observed results. Our results suggest that increasing neurogenesis is sufficient to buffer against the effects of chronic stress on certain behavioral and endocrine levels and thus to display antidepressant-like effects, both behaviorally and physiologically. Adult-born neurons might have exerted some of their effects via the anteromedial division of the bed nucleus of the stria terminalis (BSTMA)

Il est maintenant bien établi que le vieillissement est lié à l’apparition de troubles cognitifs. Ces altérations mnésiques liées à l’âge peuvent être mises en évidence à la fois chez l’Homme et l’animal. Plusieurs études ont pu mettre en évidence le rôle bénéfique des polyphénols sur les fonctions mnésiques et en particulier sur le déclin mnésique lié au vieillissement. Ainsi, le projet Neurophénols a pour objectif de mettre au point des actifs nutritionnels riches en polyphénols provenant de raisin et de bleuet, et d’objectiver leur rôle bénéfique sur le déclin cognitif lié à l’âge chez l’Homme et les animaux de compagnie. L’objectif de cette thèse était de mettre en évidence des effets bénéfiques d’un mélange de polyphénols de raisin et de bleuet, l’extrait Neurophenol®, sur les performances d’apprentissage et de mémoire chez la souris âgée et mieux comprendre les mécanismes neurobiologiques sous-tendant ces performances. Nous avons plus spécifiquement ciblé l’hippocampe, structure cérébrale clé impliquée dans les processus d’apprentissage et de mémoire, et particulièrement altérée au cours du vieillissement. Ces travaux précliniques permettront par la suite d’objectiver les résultats obtenus chez l’Homme. Nos principaux résultats montrent une altération des capacités d’apprentissage et de mémoire dépendant de l’hippocampe au cours du vieillissement qui sont récupérées par une supplémentation en polyphénols. Nous montrons également que ces troubles mnésiques liés à l’âge sont associés à une diminution d’expression de marqueurs moléculaires impliqués dans les voies de signalisation sous-tendant les processus mnésiques ainsi qu’à une diminution de la neurogenèse hippocampique. La supplémentation en polyphénols permet de rétablir les niveaux d’expression de certains gènes et également de sur-réguler l’expression de neurotrophines au niveau hippocampique. De plus, cette supplémentation a un effet bénéfique sur la neurogenèse hippocampique chez les souris âgées. Enfin, nous montrons qu’une supplémentation en Neurophenol® permet de réduire la mortalité des souris âgées. Ces résultats mettent en évidence l’efficacité du mélange Neurophenol® sur le maintien des performances mnésiques au cours du vieillissement chez la souris, via leur action sur la plasticité synaptique et la neurogenèse. Le développement d’une étude clinique visant à supplémenter des personnes âgées avec l’extrait Neurophenol® et à évaluer leurs performances mnésiques a également fait partie de ce travail de thèse et les résultats encourageant obtenus chez les souris âgées apportent des arguments favorables quant au bienfait des polyphénols sur la mémoire au cours du vieillissement
It is now well accepted that aging is linked to the onset of cognitive impairments. Among them, age-related memory alterations can be brought in evidence both in humans and animals. Several studies have highlighted the beneficial role of polyphenols on memory functions and particularly on age-related memory decline. Thus, the Neurophenols project aims at developing nutritional assets rich in polyphenols from grape and blueberry, and to objectify their beneficial role on the age-related cognitive decline in humans and pets. The aim of this thesis was to highlight beneficial effects of a polyphenol mix from grape and blueberry, the Neurophenol TM extract, on learning and memory performances in aged mice and to better understand the neurobiological mechanisms underlying these performances. More specifically, we have focused on the hippocampus, a key brain structure involved in learning and memory processes that is particularly altered during aging. This preclinical work will subsequently objectify the results in humans. Our main results show that hippocampal-dependent learning and memory alterations during aging are recovered by a polyphenol supplementation. We also show that these age-related memory deficits are linked to a decrease of gene expression of proteins involved in signaling pathways underlying memory processes and to a decrease of hippocampal neurogenesis. The polyphenol supplementation can restore the expression level of some genes and up-regulate neurotrophin expression in the hippocampus. Moreover, this supplementation has a beneficial impact on hippocampal neurogenesis in aged mice. Finally, we show that a Neurophenol TM supplementation can reduce mortality in aged mice. These results demonstrate the efficiency of the mix Neurophenol TM on the maintenance of memory performances in mice during aging, through their action on synaptic plasticity and neurogenesis. These promising results in aged mice provide positive arguments on the benefits of polyphenols on memory during aging. Thus, it was also developed a clinical study aiming at supplementing elderly subjects with the Neurophenol TM extract in order to evaluate their memory performances

Les personnes souffrant d’insomnie présentent une comorbidité élevée avec les troubles anxieux (19,3 %). Les recherches sur le sujet indiquent que ces troubles ont une influence réciproque, mais les modèles étiologiques de l’insomnie et de l’anxiété ne nous informent pas des processus par lesquels ils se développent conjointement. La présente étude est de nature qualitative et s’intéresse à la perception qu’ont les individus du développement et du maintien de l’anxiété et de l’insomnie comorbides, dans le but d’enrichir les modèles étiologiques existants. Treize participants (7 hommes, 6 femmes; moyenne d’âge de 45 ans) ont pris part à une entrevue individuelle après une évaluation psychologique en clinique du sommeil. Les participants avaient un diagnostic d’insomnie et de l’anxiété comorbides qui provoquaient de la détresse et des difficultés dans le fonctionnement. L’approche qualitative, le cadre théorique de Kleinman et le paradigme constructiviste ont orienté la collecte de données et l’analyse de celles-ci. Les entrevues qualitatives ont été enregistrées. Par la suite,l’analyse thématique a été effectuée. Quatre variables psychologiques influençant l’étiologie de l’insomnie et de l’anxiété comorbides ont été mises en évidence : l’attachement, l’image de soi, les mécanismes de surcompensation et la gestion des émotions. Deuxièmement, les participants disent observer une relation complexe entre l’anxiété et l’insomnie qu’ils décrivent comme un cercle vicieux. Cette étude permet également de constater la variabilité intra-individuelle dans la relation entre l’insomnie et l’anxiété. Finalement, l’intégration de ces résultats dans des recherches subséquentes peut permettre d’enrichir les modèles étiologiques de l’anxiété et de l’insomnie et être favorable à une approche transdiagnostique pour le traitement de ces troubles.
Insomnia has a high rate of comorbidity with anxiety disorders (19.3%). Most of the research and etiologic models address these disorders independently and do not discuss the developmental process of the comorbidity. To improve the existing etiologic models, this qualitative study explores patients’ perception of the development and the course of these comorbid disorders. Thirteen individual interviews were conducted with patients (6 women,7 men; mean age 45 years old) after their psychological assessment in a sleep clinic. The participants were diagnosed with the insomnia disorder and with anxiety, which caused significant clinical distress or functional impairment. Kleinman’s explanatory models perspective and constructivist paradigm guides the collect and analysis of data. Qualitative data were digitally recorded and transcribed verbatim. Subsequently, interviews were analyzed using the thematic analysis. First, four salient variables about etiology emerged from this analysis: attachment, self-image, overcompensation mechanisms, and coping strategies. Secondly, the results highlighted the complexity of the relationship between insomnia and anxiety disorders, which participants describe as a vicious circle. Thirdly, the results showed that the influence these comorbid disorders have on each other varies among the same participant. Finally, integrating these results in further research could improve clinical etiology models and favor a transdiagnostic approach to treat insomnia and anxiety disorders.