UPThèses

La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée par la dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire pars compacta (SNc) et par l'accumulation anormale d'alpha-synucléine (α-syn) agrégée. Cette dégénérescence entraîne la perte d'innervation dopaminergique au niveau du striatum dorsal, principale région de projection de la SNc, et aboutit au développement de troubles moteurs (akinésie, bradykinésie, tremblement de repos, posture anormale). La transplantation intrastriatale de neurones dopaminergiques issus du mésencéphale ventral foetal (MVF) chez des patients atteints de la MP a démontré le potentiel thérapeutique de cette technique. Cependant, 10 à 24 ans après la transplantation de neurones foetaux dans le striatum de patients parkinsoniens, plusieurs études ont mis en évidence la présence d'agrégats d'α-syn dans le greffon. La présence de ces agrégats semble être le résultat de la propagation de l'α-syn du cerveau de l'hôte vers les neurones greffés selon un mode de propagation de type prion. Le striatum n'étant pas le site endogène des neurones dopaminergiques nigraux, nous avons émis l'hypothèse qu'il représenterait un environnement défavorable au développement des neurones transplantés, les rendant ainsi plus vulnérable aux processus pathologiques. Mon projet de thèse avait donc pour objectif d'étudier la propagation de l'α-syn du cerveau de l'hôte vers les neurones greffés en comparant deux sites de transplantation, la SNc ou le striatum. Dans un premier temps, nous avons développé et caractérisé deux modèles murins de la MP obtenus par l'injection unilatérale d'un vecteur viral adénoassocié permettant l'expression d'α-syn humaine mutée A53T (AAV2/9-hα-synucléine A53T) dans la SNc ou le striatum de souris C57BL6. Nous avons ainsi mis en évidence que 5 semaines après l'injection du vecteur viral, les souris présentent une altération de la motricité associée au développement d'une lésion dopaminergique et d'une synucléinopathie dans la SNc et le striatum des animaux injectés. Dans un second temps, nous avons utilisé ces modèles animaux de la MP pour comparer la propagation de l'α-syn du cerveau de l'hôte vers les neurones greffés selon le site de transplantation. Pour cela, des progéniteurs dopaminergiques issus du MVf murin ont été transplantés dans la SNc ou le striatum d'animaux préalablement injectés avec le vecteur viral en position respectivement nigrale et striatale. La propagation de l'α-syn humaine a été évaluée dans les neurones greffés à 2, 5 et 8 mois après la transplantation. Dès 2 mois après la transplantation, nous avons mis en évidence l'accumulation d'α-syn humaine dans les greffons nigraux et striataux. A 2 et 8 mois après la transplantation, les greffons striataux contiennent environ 20% d'α-syn humaine de plus que les greffons nigraux. Des résultats similaires ont été obtenus avec la forme phosphorylée de l'α-syn, caractéristique des agrégats pathologiques dans la MP. Ces résultats soutiennent l'hypothèse selon laquelle le striatum représente un environnement défavorable pour les cellules greffées, les rendant plus vulnérables à l'accumulation pathologique d'α-syn.

L'objectif principal de la présente thèse est de valider, reconfigurer et renforcer un logiciel de simulation (déjà créé par le laboratoire) capable de reproduire les phénomènes tribologiques à l'intérieur d'un palier lisse. Le logiciel et le savoir-faire seront transférés et utilisés dans l'industrie - AKIRA Tech. La thèse est construite autour d'un programme expérimental réalisé sur un banc d'essai spécial appelé MEGAPASCALE. Deux types de bielles ont été utilisés. La première est une Renault RS et la seconde une Kawasaki ZX10. Pour les deux bielles, différentes positions d'alimentation en huile ont été testées. Dans le cas de la bielle Kawasaki, plusieurs jeux sont testés. De plus, des capteurs d'écart à courants de Foucault sont installés pour mesurer la position du tourillon. Et la technique de différence du potentiel est utilisée pour décrire qualitativement le fonctionnement du palier. La température du palier, la pression d'alimentation, la vitesse et la charge ont été surveillées. Une attention particulière est accordée à l'étalonnage des capteurs ainsi qu'aux mesures métrologiques des paliers. Les simulations ACCEL correspondent aux mesures expérimentales, ce qui témoigne non seulement de la précision des résultats, mais aussi de la qualité de la méthode d'étalonnage.

La lumière joue un rôle majeur dans les interactions plante-environnement de par son effet sur la morphogenèse des plantes. Les signaux lumineux qu’elle véhicule module la morphogenèse de la plupart des espèces végétales leur permettant d’éviter l’ombrage. C’est le cas en particulier du signal Rc:Rs, aussi appelé ζ, caractérisées par le rapport de flux de photon dans les longueurs d’onde à 660nm et 730nm. En traversant la végétation ce signal décroit et engendre des réponses de développement qui accroissent la taille des organes et/ou qui diminuent le nombre de ramifications. Pour établir les lois de réponse au ζ il est donc nécessaire de connaitre sa variabilité. Or dans ce domaine notre connaissance reste partielle notamment lorsqu’on s’intéresse à la morphogenèse d’une plante au sein du couvert car cela implique une meilleure compréhension des échanges lumineux entre les plantes voisines. Il s’agit notamment de prendre en compte l’aspect directionnel du signal de façon à capter l’environnement lumineux renvoyé par les plantes voisines vers une plante cible et ce quel que soit leur stade de développement. Cela implique de caractériser le ζ directionnel arrivant dans un angle de vue faible pour être en mesure de capter le signal renvoyé par les plantes et/ou organes de petite taille. L’objectif de cette thèse étaient double : (i) caractériser la variabilité de ζ directionnel mesuré dans un faible angle de vue sur des plantes de ray-grass aux architectures contrastées et (ii) tester la capacité des modèles existants à rendre compte de cette variabilité. Un dispositif de mesure du rayonnement directionnel dans un angle de vue de 3° a été conçu à cet effet. Des expérimentations ont été mises en place en serre afin de caractériser le signal ζ réfléchi par les plantes dans différentes configurations de densité (plante seule vs mini couvert), de distance entre la plante et le capteur et de condition de ciel (ciel diffus vs ciel clair). Nos résultats montrent une forte variabilité de ζ directionnel essentiellement liée à l’état de développement et aux conditions de ciel. Les simulations effectuées avec des modèles de transferts radiatifs existants montrent la nécessité de modéliser les signaux directionnels pour mieux caractériser les conditions d’éclairement de plantes dans les jeunes stades de développement du couvert et les réponses morphogénétiques qui en découlent. Enfin, une première approche de modélisation de ces signaux directionnel a été réalisé et les pistes d’amélioration discutées.

Matériel du paléontologue vertébriste, les tissus squelettiques fossilisés représentent une archive originale, riche en informations écologiques et environnementales dans les temps anciens. Elles enregistrent aussi des informations sur l’histoire et les conditions de vie et renseignent sur les adaptations fonctionnelles des organismes, éléments essentiels pour comprendre l’évolution biologique en lien avec les changements environnementaux. Ces aspects sont abordés dans la thèse, à travers l’exploration et le développement de différentes approches méthodologiques. Les marques de croissance squelettique des actinoptérygiens et chéloniens dulçaquicoles d’Afrique intertropicale sont envisagées comme marqueur de paléo-saisonnalité. Le développement de cet outil passe par la construction d’un référentiel sur des espèces actuelles proches de celles fossiles, et se décompose en deux études complémentaires. Dans une première partie, je démontre à partir de l’analyse des résultats d’une expérimentation sur 3 espèces intertropicales (Polypterus senegalus, Auchenoglanis occidentalis et Pelusios castaneus), que la croissance saisonnière de ces espèces est contrôlée principalement par l’abondance de nourriture, et parfois par la température de l’eau. Dans une seconde partie, je démontre que l’exploration de la croissance osseuse d’individus sauvages de Lates niloticus est effectivement corrélée aux cycles saisonniers. Ces premiers résultats permettent aussi de préciser les futurs développements à mener pour calibrer ce marqueur de saisonnalité. Dans une troisième partie est présenté l’échantillonnage effectué pour une application dans la Formation de Shungura (Plio-Pléistocène, Ethiopie) avec les premières observations. A partir d’une synthèse sur l’écologie et la physiologie des crocodiliens, j’ai pu montrer que la composition isotopique en oxygène de leurs tissus dentaires reflète principalement celle de l’eau dans laquelle ils ont vécu pendant la formation de la dent. Dans une première étude, la composition isotopique en oxygène de l’émail en bulk de fossiles de la Formation de Shungura est interprétée, et apporte des informations sur l’évolution des milieux d’eau douce et de leur diversité locale pendant deux millions d’années. Dans une seconde étude échantillonnant la dentine en sérié, des résultats préliminaires montrent une fluctuation cohérente avec une saisonnalité du climat pour certains échantillons. Ces premières données permettent de proposer un protocole dans le but d’interpréter le signal enregistré et de discuter l’évaluation de l’impact de la diagenèse. Enfin, l’étude de l’anatomie fonctionnelle fine des structures osseuses externes (morphologie, facettes articulaires, insertions musculaires, proportions) sur le squelette appendiculaire permet des inférences sur le mode locomoteur et plus généralement sur la paléoécologie d’Amphicynodon leptorhynchus (Carnivora, Arctoidea) des Phosphorites du Quercy (Oligocène inférieur, France). Dans une première partie, l’analyse fonctionnelle du membre postérieur révèle des adaptations au grimper et permet de conclure sur l’arboricolie probable. Dans une seconde partie, une restauration paléoartistique d’Amphicynodon leptorhynchus est élaborée sur la base d’arguments anatomiques et en cohérence avec le contexte environnemental. Une mise en perspectives des apports méthodologiques abordés aux questions scientifiques sur l’évolution dans son contexte environnemental est proposée, avec un focus particulier sur les questions de saisonnalité et les inférences paléoécologiques.

L'hydrazine (N₂H₄) est un produit chimique important dans notre société, que ce soit pour la synthèse organique ou à des fins énergétiques. La conversion directe de l’ammoniac (NH₃) en hydrazine est très intéressante mais reste difficile car la dégradation de l'hydrazine est thermodynamiquement favorisée par rapport au clivage de la liaison N-H de l’ammoniac, qui est la première étape de la conversion de l'ammoniac en hydrazine. Par conséquent, tout catalyseur capable d'activer NH₃ décomposera inévitablement N₂H₄. Nous montrons ici que les bulles de cavitation, créées par irradiation ultrasonique d’une solution aqueuse d’ammoniaque à haute fréquence, agissent comme des microréacteurs capables d'activer et de convertir NH₃ en radicaux NH, sans catalyseur métallique, conduisant à la production de N₂H₄ à l'interface bulle-liquide. L'hydrazine produite reste en solution, maintenue à une température proche de 30 °C, ce qui empêche sa dégradation thermique. L'hydrazine est également un agent réducteur intéressant pour l'hydrogénation des alcènes, une alternative à l’utilisation de haute pression d'hydrogène. Comme il a été montré que l'hydrazine peut être produite à partir d'ammoniac sous irradiation ultrasonore, la possibilité de réduire un alcène directement à partir d'ammoniac sous ultrasons à haute fréquence est présentée ici. En effet, NH₃ peut agir comme un transporteur d'hydrogène : son activation dans les bulles de cavitation conduit à la formation de radicaux NH qui peuvent se recombiner pour former le diimide N₂H₂ qui induit la réduction des alcènes en alcanes. La réduction de la double liaison C=C en utilisant l'ammoniac comme agent réducteur est réalisée dans l'eau, ne nécessite pas l'utilisation d'un catalyseur métallique, et les seuls coproduits sont N₂ et H₂.

L’addiction aux drogues est considérée comme un trouble psychiatrique chronique caractérisé par une recherche et une prise compulsive de drogue et par un fort taux de récidive. Mes travaux de thèse s’organisent en 2 axes. Dans le premier axe, nous avons développé une nouvelle procédure comportementale pour étudier le comportement compulsif vis-à-vis de la nourriture qui prenne en considération le niveau de résistance individuel (article1). Pour la suite, avec cette procédure, nous avons réalisé une investigation comportementale sur l’influence d’un régime riche en graisse et en sucre sur le développement d’une addiction à la nourriture. En effet, l’une des questions encore non résolues est de savoir si les effets observés suite à une exposition à un régime palatable persistent ou disparaissent après un certain temps. De plus, nous avons cherché à savoir si le sexe de l’animal ou l’âge d’exposition pouvait être des facteurs de vulnérabilité. Les résultats obtenus montrent que l’exposition chronique à de nourriture riche en sucre et en graisse n’a pas d’effet persistant sur la motivation et la résistance à la punition des animaux et que ni le sexe ni l’âge n’avaient d’influence majeure sur la compulsivité à consommer une récompense sucrée (article 2). Dans le second axe, nous avons étudié si le métabolisme du cholestérol cérébral pouvait représenter une nouvelle cible thérapeutique pour prévenir la rechute et traiter l’addiction. Dans ce but, nous avons modulé le métabolisme cérébral du cholestérol grâce à des vecteur viraux au sein de structures impliquées dans l'addiction et étudier les effets bénéfiques potentiels sur les comportements d’addiction (article 3). Ainsi, après des sessions d’auto-administration de cocaïne, nous avons surexprimé la cholestérol hydroxylase (gène CYP46A1), l’enzyme de dégradation du cholestérol principalement trouvée dans le cerveau et étudié les effets de cette modulation sur la rechute. Les résultats ont montré que la surexpression de CYP46A1 dans le striatum dorsal (Dst), pendant la période d’abstinence, a réduit la recherche de drogue chez des rats addicts. La surexpression de CYP46A1 dans le cortex cingulaire antérieur et le noyau accumbens n’a pas eu d’effet. Des investigations supplémentaires ont montré que la surexpression de CYP46A1 dans le DSt ne modifie pas le comportement de recherche d’une récompense naturelle ou dans d’autres comportements pendant la phase de consommation de la drogue, à savoir la résistance à la punition et la motivation. Pour cela, le virus a été injecté avant la première exposition à la drogue. Ces observations indiquent que le métabolisme du cholestérol joue un rôle dans l’addiction et que la manipulation de cette voie métabolique pendant une période d’abstinence, spécifiquement dans le DSt, pourrait avoir des effets bénéfiques pour prévenir la rechute. Ces résultats montrent que le métabolisme du cholestérol, spécifiquement dans le DSt, représente une potentielle nouvelle cible thérapeutique pour prévenir la rechute et traiter l’addiction.

Afin d’étudier l’influence de la microstructure sur l’oxydation à haute température de la phase MAX Cr₂AlC, des échantillons massifs polycristallins à gros grains ont été synthétisés par pressage isostatique à chaud. Ces échantillons, ainsi que des échantillons polycristallins à petits grains et monocristallins, ont été oxydés à des températures comprises entre 800 et 1500 °C pour des durées allant de 2 heures à plus de 1000 heures, sous atmosphères sèche et humide avec des pressions partielles de vapeur d’eau atteignant 5100 Pa. Indépendamment de la taille des grains, de leur orientation et de l’atmosphère oxydante, il y a formation d’une couche d’alumine en surface, pouvant cloquer selon son épaisseur, ainsi que d’une sous-couche de carbure de chrome Cr₇C₃, pouvant présenter des pores. A un stade plus avancé de l’oxydation, il y a formation de deux corindons, l’un riche en chromine et l’autre en alumine, qui correspondent aux phases prédites à l’équilibre thermodynamique. L’analyse des données thermogravimétriques de la réaction montre une bonne résistance à l’oxydation de Cr₂AlC, sous atmosphère sèche comme humide, et indique que la couche d’oxyde se forme par diffusion de l’oxygène aux joints de grains de l’alumine. Il a été démontré que l’épaisseur de la couche d’alumine formée augmente lorsque les plans d’aluminium sont perpendiculaires à la surface oxydée, et est donc dépendante de l’orientation des grains et de la rugosité de surface. Le cloquage de la couche d’oxyde s’expliquerait principalement par les contraintes de croissance créées par la formation de l’alumine aux joints de grains de l’alumine préexistante à l’interface avec le carbure de chrome, ainsi que par les contraintes thermiques de refroidissement. Enfin, des calculs de prédiction de structure ont été effectués à l’aide de l’algorithme évolutionnaire USPEX pour comprendre l’évolution de la structure de Cr₂AlC lors de son appauvrissement en aluminium au cours de l’oxydation. Les structures trouvées permettent de reconstituer une zone de métastabilité de la structure lamellaire ainsi qu’un chemin réactionnel pour la transition de phase de Cr₂AlC vers Cr₇C₃.

Les Zeolite-templated carbons (ZTC) sont des matériaux carbonés hautement microporeux et structurés obtenus par réplique de zéolithe. C’est dans l’objectif de comprendre les étapes clés de leur synthèse, et ainsi progresser dans la compréhension de leur mécanisme de formation que l’impact de la composition et des propriétés texturales, structurales et morphologiques de la zéolithe parente a été étudié. Il en résulte l’influence de la morphologie de la zéolithe parente sur la formation de défauts structuraux dans le ZTC. L’augmentation de la taille des cristallites implique l’augmentation du chemin diffusionnel du précurseur carboné à l’intérieur de la porosité et ainsi des problèmes de transfert de masse. En faisant varier l’acidité de la zéolithe et la température de synthèse, il a été mis en évidence l’impact de ces deux paramètres dans le mécanisme de formation des ZTC : une très faible gamme de valeurs permet l’obtention d’un ZTC structuré de qualité possédant un grand volume microporeux et une conductivité électrique proche de celle du graphite. Hors de cette gamme, des matériaux carbonés composites (ZTC / espèces carbonées non désirées) sont obtenus. Une étude cinétique ex situ et in situ a permis de dévoiler les étapes clés de la formation des ZTC : (i) la nucléation d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), (ii) la croissance de ces HAP, (iii) la condensation du squelette carboné. Une nouvelle approche pour la formation de ZTC à partir d’un précurseur carboné solide est également décrite.

Le nombre d’invasions biologiques détectées dans le monde est en constante augmentation, en raison de la mondialisation. Les écrevisses, utilisées en aquaculture et très appréciées en aquariophilie, sont une belle illustration de ce phénomène. Parmi elles, l’écrevisse bleue Cherax quadricarinatus, d’origine australienne, est une espèce phare en aquaculture, en milieu tropical. De ce fait, elle a été transloquée dans de nombreux pays à travers le monde, dont la Martinique, où elle a été introduite au début des années 2000, pour redynamiser le secteur aquacole. Vendue vivante et très appréciée par les locaux, elle a été relâchée dans les rivières et a commencé à coloniser des bassins versants entiers, sans pour autant connaître précisément sa distribution. La Martinique est un territoire insulaire, appartenant à l’un des hotspots de biodiversité les plus riches du monde et les conséquences d’une telle invasion sur l’écosystème et les communautés locales doivent être appréhendées. Le développement de la technique ADN environnemental a permis, dans un premier temps, de préciser son aire de répartition. Parmi les 90 sites inventoriés, répartis sur 53 cours d’eau (parmi les 60 permanents de Martinique), l’écrevisse a été détectée sur 23 rivières. L’étude de la diversité génétique a révélé l’existence de plusieurs haplotypes, provenant probablement de plusieurs événements d’introduction. L’analyse des isotopes stables (ici azote δ15N et carbone δ13C) de la chaine trophique, a permis de caractériser les impacts de C. quadricarinatus sur les communautés locales : il semblerait que l’écrevisse occupe une place plutôt basse dans la niche trophique, caractérisant un régime alimentaire omnivore, à tendance herbivore. Des changements ontogénétiques ont également été observés, avec une alimentation différente selon les différents stades de vie. Les comparaisons des structures de niche trophique entre les zones envahies et les zones non-envahies ont montré un impact significatif sur les espèces de crevettes autochtones, par un phénomène d’exclusion compétitive. Aux vus de sa forte propagation depuis son introduction, la lutte contre cette espèce exotique envahissante parait compliquée. La pêche intensive ne peut régler cet épineux problème d’autant plus, que le contexte écotoxicologique local rend cette pratique non recommandable. En effet, les rivières Martiniquaises sont contaminées par le chlordécone, un pesticide largement utilisé jusqu’en 1993 dans les Antilles Françaises, provoquant l’interdiction de la pêche en rivière, par arrêté préfectoral. Nos expériences menées ont montré des taux de chlordécone importants dans les tissus abdominaux des écrevisses, dépassant largement les limites maximales fixées par l’Agence Régionale de Santé. Des expériences de décontamination de ces produits de pêche ont été menées, mais ceci ne semble pas être une alternative suffisamment efficace.

Les troubles du spectre autistique sont un ensemble de troubles neurodéveloppementaux affectant 1 personne sur 160 dans le monde et se traduisant par des troubles sociaux et de communication, ainsi qu’un ensemble restreint d’intérêts et de comportements. Des altérations dans les niveaux de GABA ont été mises en évidences chez les patients atteints de troubles du spectre autistique (TSA) depuis plusieurs décennies déjà, mais les mécanismes qui sous-tendent ces altérations ne sont pas clairement définis à ce jour. L’une des structures impliquée dans la physiopathologie des TSA est le striatum, qui est impliqué dans des fonctions motrices, associatives et cognitives, toutes trois altérées dans les TSA. Dans les travaux présentés ici, deux modèles murins transgéniques de TSA ont été utilisés (Shank3∆C/∆C et Cntnap2-/-) en raison de leur forte validité conceptuelle, ces mutations étant identifiées dans des formes syndromiques et non-syndromiques de TSA chez l’Homme. Les travaux présentés ici portent sur l’évolution des symptômes autistiques moteurs avec l’âge et des altérations striatales dans des groupes expérimentaux composés de souris âgées de 10 semaines, 20 semaines et 40 semaines, mâles et femelles, dans ces deux modèles murins transgéniques de TSA. Les résultats présentés ici montrent la présence de stéréotypies motrices aux différents âges, s’aggravant avec l’âge. L’enregistrement électrophysiologique des neurones de projection (MSN) du striatum dorsolatéral montre des dysfonctions dans la transmission GABAergique évoluant avec l’âge. Afin d’étudier les possibles causes de ces altérations fonctionnelles, la morphologie de ces neurones a été évaluée d’une part afin de déterminer l’impact du vieillissement sur celle-ci dans les deux modèles. D’autre part, l’étude des interneurones parvalbumine (PV), principale source de GABA sur les neurones de projection a été réalisée par électrophysiologie ex-vivo, incluant une approche optogénétique pour mesurer la communication PV-MSN. Enfin, une approche chimiogénétique a permis d’étudier la restauration d’un phénotype typique chez les souris TSA. Les travaux présentés ici permettent donc de caractériser les dysfonctions striatales dans les deux modèles utilisés, ainsi que d’établir une chronologie de leur apparition et de leur mise en place.