UPThèses

Des cellules souches neurales (CSN) persistent dans le cerveau adulte et produisent des neurones et des cellules gliales tout au long de la vie de l’individu. Les CSN suscitent un intérêt considérable pour la médecine régénératrice mais leur utilisation thérapeutique potentielle nécessite au préalable d’approfondir les connaissances sur leurs mécanismes de régulation. Les glioblastomes, quant à eux, sont les tumeurs cérébrales les plus fréquentes chez l’adulte et les plus mortelles. Au sein de ces tumeurs, les cellules souches de glioblastomes (CSG) seraient issues de la transformation maligne des CSN et seraient responsable de l’initiation, de la propagation et de la résistance aux traitements des tumeurs. Des analyses transcriptomiques ont suggéré un rôle majeur de la signalisation calcique au sein des CSN et des CSG. Représentant une des voies principales d’entrée du calcium dans la cellule, les canaux calciques SOC (Store-Operated Channels) régulent de nombreux processus cellulaires, y compris la progression tumorale. L’objectif des travaux de cette thèse est d’évaluer le rôle des SOC dans les CSN et les CSG. Nous avons établi par des approches in vitro et in vivo, que les CSN de souris adulte expriment des SOC fonctionnels et que leur inhibition pharmacologique diminue la prolifération et l’autorenouvellement des CSN, propriété indispensable au maintien de la population souche. La deuxième partie de nos travaux montre que les CSG issues de cultures primaires de patients expriment des SOC dont l’inhibition altère la prolifération et l’autorenouvellement de ces cellules. Ainsi, les résultats obtenus lors de cette thèse mettent en évidence un rôle essentiel des SOC dans la régulation de l’autorenouvellement des CSN et des CSG. Les CSG étant responsables de la résistance aux traitements dans le glioblastome, ces travaux ouvrent des perspectives thérapeutiques ciblant les canaux calciques pour contrer cette pathologie au pronostic sombre.

Les maladies neurodégénératives telles que la maladie de Parkinson (MP) et les lésions traumatiques corticales (LTC) sont la cause la plus courante de mort neuronale et constituent un problème majeur de santé publique puisque des centaines de milliers de personnes sont touchées chaque année dans le monde. De nombreux efforts sont développés pour comprendre les bases moléculaires et cellulaires des processus neurodégénératifs afin de mettre au point des thérapeutiques efficaces. En effet, de nombreux traitements chirurgicaux et pharmacologiques ont été développés, néanmoins ils sont le plus souvent symptomatiques et ne rétablissent pas complètement les voies en dégénérescence. Ainsi, la thérapie cellulaire est une approche thérapeutique prometteuse pour restaurer les voies endommagées et remplacer les neurones perdus dans la MP et les LTC. Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes moléculaires et cellulaires après thérapie cellulaire dans des modèles murins de la MP et de LTC. Dans la MP, les transplantations de cellules fœtales ont longtemps été considérées comme une approche thérapeutique attrayante pour restaurer la connectivité dopaminergique (DA) nigrostriatale endommagée et qui est initialement mise en place sous l’influence de signaux de guidage axonaux. Notre équipe et d'autres avons montré que la transplantation intranigrale de cellules de mésencéphale ventral fœtal chez des souris adultes modèles de la MP, rétablissait les déficits moteurs. De plus, nous avons précédemment montré que la molécule de guidage axonal Sémaphorine7A (Sema7A) pourrait être plus particulièrement impliquée dans cette restauration car son expression varie après la greffe dans plusieurs régions de la voie nigrostriée. Nous avons ainsi étudié l’influence de Sema7A sur la reconstruction de la voie nigrostriée dans un modèle murin toxique de la MP, et après greffe de cellules de mésencéphale ventral fœtal. Nous avons également testé l’influence de cette molécule sur l’établissement de la voie au cours de l’embryogenèse et dans le cerveau adulte intact en utilisant des souris déficientes en Sema7A. Nous avons montré que Sema7A est nécessaire au développement des neurones DA dans le mésencéphale ventral au cours de l'embryogenèse et qu'elle est exprimée de manière différentielle dans le striatum adulte, ce qui suggère son implication dans la topographie DA nigrostriatale. L’étude après thérapie cellulaire dans un modèle murin de la MP, nous a permis de suggérer un rôle de Sema7A dans les processus de neuroinflammation connus pour diminuer la survie des cellules greffées. Ces résultats apportent de nouvelles connaissances sur la fonction de Sema7A dans le développement des neurones DA et sur les stratégies de protection des cellules greffées dans les approches de thérapie cellulaire. Enfin, nous avons exploré le protéome des régions liées à la voie nigrostriée chez l’adulte après greffe de cellules fœtales. Les lésions corticales sont également des candidats aux stratégies de remplacement cellulaire afin d’améliorer la récupération fonctionnelle et la réparation anatomique. Ainsi, comme présenté dans la deuxième partie de ce travail, nous avons évalué les effets de la greffe de cellules neurales dans un modèle murin de LTC. Nous avons observé que l’implantation de cellules souches neurales embryonnaires ou de cellules différenciées diminue la neuroinflammation et améliore la neurogenèse après la greffe. De plus, l'association d'une greffe de cellules souches neurales à des injections d'acide gras polyinsaturé (l’acide docosahexaénoïque ou DHA) atténue de manière significative les déficits de la fonction motrice induite par le LTC et favorise la neurogenèse. En conclusion, envisager une stratégie thérapeutique combinant des protocoles de greffe de cellules et ciblant des molécules spécifiques impliquées dans le fonctionnement normal des circuits neuronaux pourrait améliorer la récupération chez les patients atteints de la MP et de LTC.

L’addiction aux drogues est une maladie comportementale récidivante caractérisée par une recherche et une prise compulsive de drogues, une perte de contrôle sur la prise malgré les conséquences négatives et l’émergence d'un état émotionnel négatif lors de l’absence de la drogue. L’addiction implique des neuroadaptations cérébrales persistantes. Des études récentes montrent que le cholestérol joue un rôle crucial dans le fonctionnement cérébral en participant à divers processus cellulaires et, en particulier, au contrôle de la neurotransmission. L’objectif de ce travail de thèse consistait à étudier l’implication potentielle du métabolisme du cholestérol dans l’addiction et en particulier si ce métabolisme était affecté par les drogues d’abus. Dans ce travail, nous avons étudié l’expression de gènes codant des protéines impliquées dans le métabolisme du cholestérol cérébral après une consommation volontaire chronique d’alcool par des rats et après des injections aigues ou chroniques de cocaïne. Nous avons analysé l’expression de ces gènes dans des structures cérébrales impliquées dans l’addiction, notamment le cortex préfrontal, le noyau accumbens, l’amygdale et l’hippocampe. Nous avons trouvé que l’exposition à l’alcool et à la cocaïne modifient l’expression des protéines impliquées dans la synthèse, le transport et la dégradation du cholestérol de façon spécifique de la drogue, du traitement (aigu/chronique) et de la région cérébrale étudiée. Dans une deuxième partie de la thèse, nous avons utilisé une approche virale permettant de surexprimer la CYP46A1, l’enzyme de dégradation du cholestérol cérébral dans le cortex préfrontal afin d’évaluer l’impact de cette surexpression sur la recherche de cocaïne dans un modèle de rechute. La surexpression de la CYP46A1dans cette structure n’a eu aucun impact sur la recherche de cocaïne. Des études futures seront nécessaires pour déterminer si l’altération de l’expression de cette enzyme dans d’autres structures, comme par exemple le noyau accumbens, pourrait avoir des effets bénéfiques sur la rechute. L’ensemble de ces travaux montrent que l’exposition aux drogues d’abus modulerait le métabolisme cérébral du cholestérol dans certaines structures cérébrales. Ce projet de thèse ouvre de nouvelles perspectives quant au rôle du métabolisme du cholestérol cérébral dans l’addiction, et il pourrait en résulter de nouvelles thérapeutiques dans le traitement de cette maladie psychiatrique coûteuse.

Les troubles du spectre autistique (TSA) sont une pathologie psychiatrique neurodéveloppementale dont les premiers signes apparaissent dès l’enfance et persistent tout au long de la vie. Leur étiologie complexe reste encore très mal connue et les données actuelles n’ont pas permis à ce jour de développer des traitements curatifs. L’objectif de cette thèse était d’identifier les réseaux neuronaux impliqués dans les symptômes moteurs afin de proposer une nouvelle piste diagnostique et d’ouvrir de nouvelles voies thérapeutiques ciblant ces réseaux. Nous avons donc exploré par une approche neuroanatomique, les régions contribuant au contrôle moteur : le cervelet, la substance noire pars compacta, le striatum et le cortex moteur. Cette étude a été réalisée sur deux modèles murins environnementaux liés à une exposition in utero soit à une molécule pharmacologique utilisée comme traitement antiépileptique : l’acide valproïque, soit à un agent pathogène mimant une infection virale : l’acide polyinosinique:polycytidylique. Nos résultats indiquent des pertes neuronales restrictives dans le cervelet et dans le cortex moteur qui dépendent du sexe des animaux et du modèle. Ils reflètent alors l’hétérogénéité retrouvée chez les patients selon les syndromes ainsi que les différences entre les hommes et les femmes. Nous avons également montré que cette perte neuronale pouvait être liée à la fois aux déficits moteurs et sociaux. Ainsi, ces régions cérébrales pourraient servir de cible thérapeutique pour pallier à ces symptômes des TSA.

L’addiction aux drogues est une pathologie psychiatrique chronique qui se caractérise par une prise et une recherche compulsive de drogue malgré des conséquences négatives. Ces dernières années il a été établi que les processus cognitifs (impulsivité, flexibilité comportementale, mémoire de travail, …) jouent un rôle majeur dans cette pathologie. En effet, d’un côté la présence de déficits cognitifs semble être un facteur favorisant le développement et la mise en place de l’addiction, et de l’autre la consommation répétée de drogue induirait des déficits cognitifs. L’objectif de ce travail de thèse a consisté en l’étude des interactions bidirectionnelles existantes entre l’addiction et les processus cognitifs. Dans la première partie de ce travail, nous nous sommes intéressés à la mise en place d’une nouvelle procédure d’étude de l’impulsivité de choix chez le rat permettant d’améliorer les procédures de Delay Discounting déjà existantes. Notre procédure peut représenter un nouvel outil permettant de faciliter la compréhension des processus neurobiologiques sous-jacents à la prise de décision et les conséquences de la prise de drogue sur celle-ci. La seconde partie de ce travail a consisté en l’étude des effets d’un exercice cognitif sur le comportement d’auto-administration de cocaïne chez le rat. De façon surprenante, nous avons mis en évidence que la pratique d’un effort cognitif avant une session d’auto-administration de cocaïne augmente la consommation de drogue. Ainsi, il semblerait que chez le rat comme chez l’Homme, l’effort cognitif peut induire l’apparition d’une « fatigue mentale » ayant des effets néfastes sur l’addiction.

La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée essentiellement par la perte progressive des neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire parse compacte (SNpc) qui innervent le striatum et contrôlent les mouvements volontaires. Une des approches thérapeutiques de la MP est la transplantation ectopique de précurseurs DA fœtaux issus du mésencéphale ventral (MV) dans le striatum. Il est peu probable que la transplantation des neurones DA du MV humain devienne un traitement de routine de la MP en raison de problèmes d’approvisionnement et de standardisation de tissus pour la transplantation. L’avenir de ces greffes dépend donc de l’obtention de sources alternatives de tissus. L’objectif de ce projet est d’obtenir des neurones DA issus de cellules souches embryonnaires de souris et d’évaluer leur potentiel thérapeutique en les greffant dans le striatum ou la SN dans un modèle murin de la MP. Afin d’augmenter le nombre de neurones DA du type nigral, l’expression de LMX1A, un facteur de transcription jouant un rôle clé dans le développement embryonnaire des progéniteurs des neurones DA du MV, a été forcée. Nous avons montré que, in vitro, LMX1A induit une augmentation de précurseurs et de neurones DA du type nigral. Après transplantation dans la SN ou le striatum, les cellules survivent, expriment des marqueurs de neurones DA du type nigral et projettent vers le striatum. L’expression forcée de LMX1A semble augmenter, in vivo, la proportion de neurones DA matures responsables d’une réduction des déficits moteurs après transplantation dans le striatum.

Les troubles du spectre de l'autisme (TSA) sont des troubles neurodéveloppementaux associés à des déficits persistants dans la communication sociale et à des comportements répétitifs. Notre travail est basé sur l’exploration des troubles moteurs associés à cette pathologie avec comme hypothèse de travail la possibilité que cette approche puisse offrir des éléments de diagnostic précoce. Pour cela, nous avons utilisé deux modèles animaux de toxicité prénatale (E12,5) chez la souris suite à l’administration d’un agent antiépileptique, l'acide valproïque (VPA), ou d’un analogue synthétique de l'ARN double brin viral l’acide polyinosinique-polycytidylique (Poly I:C). Nous avons réalisé une évaluation générale du développement post-natal et une exploration précise de la sociabilité et du comportement moteur fin. Nos résultats montrent: 1- un dysfonctionnement moteur et sensorimoteur précoce dans le modèle VPA, indiquant que ce modèle est approprié pour étudier la contribution des altérations motrices à l’étiologie des TSA; 2- des effets différentiels sur la sociabilité en fonction du sexe ; 3- la présence de déficits moteurs mais pas de déficits sociaux chez les femelles. Nos résultats suggèrent que le comportement moteurs peut offrir un outil de diagnostic précoce et quantitatif des TSA. Ce travail ouvre la voie vers des explorations cliniques de ces déficits et potentiellement vers des pistes thérapeutiques ciblées vers le cervelet.

Première cause de baisse d'acuité visuelle dans les pays industrialisés, la dégénérescence maculaire liée l'âge (DMLA) est une pathologie de la rétine touchant principalement les personnes après 55 ans. Elle est caractérisée par une dégénérescence de la zone maculaire de la rétine et par la formation de drusens. Il existe deux formes de la maladie : la forme exsudative et la forme atrophique. Dans notre étude, nous nous sommes focalisés sur la DMLA atrophique, actuellement sans traitement curatif et qui correspond à environ 50% des cas cliniques en Europe. Malgré de nombreuses recherches, les causes de la DMLA restent encore mal comprises même si des facteurs environnementaux (sénescence, accumulation de lipofuscine, stress oxydatif) et génétiques sont probablement combinés. Selon l'hypothèse étiopathogénique, le dysfonctionnement des cellules de l'épithélium pigmenté de la rétine (EPR) est au centre des événements physiopathologiques de la DMLA. A partir de sujets sains et de patients atteints de la DMLA atrophique, nous avons obtenu des cellules de l'EPR dérivées de cellules souches pluripotentes induites et développé un modèle cellulaire humain utile pour la compréhension des mécanismes physiopathologiques de la DMLA. Ainsi, l'étude morphologique et fonctionnelle de ces deux populations de cellules a souligné un phénotype particulier des cellules de l'EPR provenant de patients atteints pas la DMLA en condition basale et en milieu pro-oxydant. Ce modèle cellulaire pourra nous permettre d'approfondir nos connaissances sur les mécanismes amenant au développement de la DMLA et pourra aussi être utilisé pour le screening des molécules au cours des étapes précliniques.

Une influence des conditions de vie sur le phénomène de dépendance a été observée chez l'Homme et modélisée chez l'animal. Ainsi chez les rongeurs, l'exposition à un environnement enrichi (EE) réduit le risque d'addiction, alors qu'un stress l'augmente. Les mécanismes responsables de ces influences environnementales sur la dépendance ont été l'objet de mes recherches. D'une part, nous avons montré que des injections chroniques de cocaïne augmentent l'expression du facteur de transcription ΔFosB dans les cellules striatales exprimant le récepteur dopaminergique D1R (D1R+), alors que l'EE seul l'augmente spécifiquement dans les cellules D1R(-). De façon intéressante, ces effets sont abolis lorsque la cocaïne est administrée à des souris exposées à l'EE. Ces résultats suggèrent que la prévention de la sensibilisation comportementale par l'EE corrèle avec une accumulation modifiée de ΔFosB. D'autre part, le laboratoire avait montré que le passage d'un EE à un environnement standard augmentait la vulnérabilité à la cocaïne. Toujours dans le but de découvrir les mécanismes impliqués, nous nous sommes intéressés au système endocannabinoïde (ECS), un régulateur du stress et aux processus épigénétiques. Nous avons observé que ce switch environnemental modulait l'expression de différents acteurs de l'ECS, en particulier le récepteur CB1 dans l'amygdale, et aussi celle de la protéine régulatrice de la transcription MeCP2 (Methyl CpG-binding-Protein-2) dans le noyau accumbens. Dans son ensemble, ce travail a permis d'identifier des mécanismes moléculaires, régulés par différentes manipulations environnementales, et pouvant participer à la vulnérabilité aux drogues d'abus.

La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée par une dégénérescence des neurones dopaminergiques de la voie nigrostriée. La thérapie cellulaire, par transplantation intranigrale de cellules fœtales issues de mésencéphale ventral (MV), assure un rétablissement anatomique et fonctionnel de cette voie. Des molécules de guidage axonal (MGA) joueraient ainsi un rôle dans la reconnexion axonale des cellules transplantées. Pour tester cette hypothèse, nous avons étudié l'expression de MGA dans le cerveau adulte intact et dans des cellules destinées à la transplantation, ainsi que dans le cerveau adulte d'un modèle murin de la MP après transplantation. Dans le tissu intact, nous avons montré que semaphorin7A (Sema7A) et Sema3A et leurs récepteurs, plexinC1 et neuropilin1, conservent leur expression protéique. De plus, grâce à l'utilisation de puces à ADN, nous avons montré que les récepteurs Robo2, neuropilin1, neuropilin2, EphA5 et DCC sont exprimés de manière différentielle dans les deux populations cellulaires utilisées pour la transplantation. Ceci suggère que ces molécules seraient impliquées dans la restauration fonctionnelle observée. Enfin, dans le tissu lésé, nous avons observé, par RT-qPCR, des variations d'expression de l'ARNm de ces MGA après transplantation intranigrale des cellules fœtales du MV, suggérant plus particulièrement l'implication de Sema3A, Sema3F et Sema7A dans la reconstruction de la voie. Ce travail met en lumière l'action de sémaphorines dans le guidage axonal des cellules transplantées. L'intégration de ces MGA dans les procédures de transplantation pourrait aider à optimiser les procédures de thérapie cellulaire dans la MP.