L’horloge circadienne est un système interne présent chez presque tous les organismesvivants et permettant de coordonner les fonctions biologiques entre elles et avec l’environnement. Dans les dernières décennies, l’horloge circadienne a majoritairement été étudiée en laboratoire à l’aide d’organismes modèles. Les connaissances concernant l’importance fonctionnelle et l’évolution des rythmes circadiens en nature sont donc limitées. L’épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus) montre plusieurs caractéristiques intéressantes pour étudier l’horloge circadienne du point de vue de l’écologie et de l’évolution. Toutefois, ses rythmes circadiens n’ont presque jamais été étudiés et l’existence d’une horloge circadienne n’a jamais été démontrée chez cette espèce. À l’aide d’épinoches sauvages que nous avons rapportées au laboratoire, nous avons donc étudié l’horloge circadienne de cette espèce aux niveaux comportemental et moléculaire. Notre premier objectif était de déterminer si le rythme journalier de l’activité locomotrice est contrôlé par l’horloge circadienne. En quantifiant l’activité locomotrice sous un cycle lumière-noirceur(LD) et en noirceur constante (DD), nous avons montré que les épinoches ont bel et bien une horloge circadienne, mais que l’activité est faiblement contrôlée par celle-ci. Notre deuxième objectif était de déterminer la phase de l’activité des épinoches en LD. Nos résultats indiquent qu’elles sont majoritairement nocturnes, mais nous avons aussi observé une grande variation interindividuelle. Notre troisième objectif était de décrire l’oscillation moléculaire circadienne de cinq gènes de l’horloge (bmal1a, clock1b, clock2, per1b et cry1b)dans le cerveau des épinoches en DD en utilisant la PCR quantitative en temps réel. Nous n’avons pas détecté de rythmicité circadienne dans l’expression des gènes, ce qui pourrait soit indiquer que l’oscillateur moléculaire est très dépendant de la lumière ou qu’il y avait bel et bien une oscillation, mais que nous avons été incapables de la détecter. Dans l’ensemble, notre étude permet de mieux comprendre le rôle et les mécanismes de l’horloge circadienne chez l’épinoche et ouvre la voie à une exploration plus approfondie des rythmes circadiens chez cette espèce. / The circadian clock is an internal timekeeping system shared by almost all living organisms. In the last decades, the circadian clock has been mostly studied with model organisms inthe laboratory, so knowledge about the functional importance and evolution of circadian rhythms in natural environments is limited. The three spine stickleback (Gasterosteusaculeatus) shows many interesting characteristics to study the circadian clock from anecological and evolutionary perspective. However, its circadian rhythms have hardly ever been studied and the existence of a circadian clock has never been demonstrated in this species. In this study, using wild-caught three spine sticklebacks, we investigated the circadian clock of this species at the behavioral and molecular levels. Our first objective wasto determine if the daily rhythm of locomotor activity is under circadian clock control. By quantifying locomotor activity in individual fish under a light-dark cycle (LD) and underconstant darkness (DD), we showed that sticklebacks own an internal timekeeping system,but that locomotor activity is only weakly controlled by the clock. Our second objective wasto determine the phase of activity of sticklebacks under LD. Our results indicate that theyare mostly nocturnal, but we also observed large inter-individual variation. Our third objectivewas to describe the circadian molecular oscillation of five clock genes (bmal1a, clock1b,clock2, per1b and cry1b) in the brain of sticklebacks under DD using quantitative real-time PCR. We reported a lack of circadian rhythmicity for the five genes, which could eitherindicate that the clock molecular oscillator is highly light-dependent or that there was anoscillation but that we were unable to detect it. Overall, our study allows a better understanding of the role and mechanisms of the stickleback circadian clock and paves theway for further exploration of circadian rhythms in this species.

Les parasites à cycle de vie complexe peuvent modifier le comportement de leurs hôtes intermédiaires,ce qui semble souvent faciliter la transmission du parasite à l'hôte final. La manière dont les parasites y parviennent et, plus précisément, ce qui est modifié dans le cerveau de l'hôte, reste en grande partie à découvrir. Nous avons étudié ici l'épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus), l'hôte intermédiaire du parasite cestode Schistocephalus solidus. Lorsque infectées, les épinoches présentent une diminution dans leurs réponses antiprédateur. À ce jour, nous savons que les épinoches infectées présentent une augmentation de l'expression cérébrale de leur gène IMPA 1, qui code l'enzyme IMPase1, une étape clé de la synthèse du myo-inositol. Il est intéressant de noter que les niveaux d'IMPase 1 et de myo-inositol sont les principales cibles du traitement au lithium chez les patients atteints de troubles bipolaires. Bien qu'ils soient des candidats prometteurs, nous ne savons pas s'ils sont directement impliqués dans les modifications comportementales chez les poissons infectés. Notre principal objectif était donc d'effectuer une analyse fonctionnelle pour savoir si une altération de la voie cérébrale du myo-inositol avait une implication directe dans ces altérations. Nous avons injecté à des poissons non infectés du myo-inositol exogène (90 mM, n = 20) ou une solution saline (25 ppt, n = 20) pour induire la production de myo-inositol endogène, et nous avons exposé les poissons infectés à du chlorure de lithium (12,5 mM, n = 20). Contrairement à nos attentes, les poissons non infectés exposés à du myo-inositol exogène ou endogène n'ont pas montré d'altération de leur comportement. Cependant, les poissons infectés traités au lithium ont passé moins de temps à nager près de la surface, ont par couru une distance plus courte, ont eu une latence plus élevée pour se nourrir et ont passé plus de temps sans bouger après une attaque de prédateur. Ces résultats suggèrent que la voie du myo-inositol pourrait être impliquée dans les altérations comportementales observées chez les épinoches infectées. Ce mémoire contribue à l'élucidation des mécanismes moléculaires qui sous-tendent l'altération du comportement chez un hôte due à la présence d'un parasite. / Complex life cycle parasites can alter the behavior of their intermediate hosts, which often seems to facilitate the parasite transmission to the final host. How parasites achieve this and, more specifically,what is changed in the host brain remains largely uncovered. Here we studied the threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus), the intermediate host of the cestode parasite Schistocephalus solidus. While infected, sticklebacks have severe impairments in their antipredator responses. To date, we know that infected sticklebacks have an increase in their IMPA 1 gene brain expression, which encodes the IMPase 1 enzyme, a key step in the myo-inositol synthesis. Interestingly, IMPase 1 and myo-inositol levels are the main targets of lithium treatment in patients with bipolar disorder. Although promising candidates, we do not know if they are directly implicated in behavioral alterations in Schistocephalus-infected fish. Thus, our main objective was to perform a functional analysis of whether an alteration in the cerebral myo-inositol pathway had a direct implication in such alterations. We injected uninfected fish with exogenous myo-inositol (90 mM, n = 20) or with a saline solution (25 ppt, n = 20) to induce the production of endogenous myo-inositol, and exposed infected fish to lithium chloride (12.5 mM, n= 20). Contrary to our expectations, uninfected fish exposed to exogenous or endogenous myo-inositol did not show alterations in their behavior. However, infected fish treated with lithium spent less times wimming close to the surface, traveled a shorter distance, had a higher latency to feed, and spent more time frozen after a predator attack. These results suggest that the myo-inositol pathway might be implicated in the behavioral alterations observed in infected sticklebacks. This thesis contributes to the elucidation of the molecular mechanisms underlying behavioral alteration in a host due to the presence of a parasite.

Les parasites à cycle de vie complexe peuvent modifier le comportement de leurs hôtes intermédiaires,ce qui semble souvent faciliter la transmission du parasite à l'hôte final. La manière dont les parasites y parviennent et, plus précisément, ce qui est modifié dans le cerveau de l'hôte, reste en grande partie à découvrir. Nous avons étudié ici l'épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus), l'hôte intermédiaire du parasite cestode Schistocephalus solidus. Lorsque infectées, les épinoches présentent une diminution dans leurs réponses antiprédateur. À ce jour, nous savons que les épinoches infectées présentent une augmentation de l'expression cérébrale de leur gène IMPA 1, qui code l'enzyme IMPase1, une étape clé de la synthèse du myo-inositol. Il est intéressant de noter que les niveaux d'IMPase 1 et de myo-inositol sont les principales cibles du traitement au lithium chez les patients atteints de troubles bipolaires. Bien qu'ils soient des candidats prometteurs, nous ne savons pas s'ils sont directement impliqués dans les modifications comportementales chez les poissons infectés. Notre principal objectif était donc d'effectuer une analyse fonctionnelle pour savoir si une altération de la voie cérébrale du myo-inositol avait une implication directe dans ces altérations. Nous avons injecté à des poissons non infectés du myo-inositol exogène (90 mM, n = 20) ou une solution saline (25 ppt, n = 20) pour induire la production de myo-inositol endogène, et nous avons exposé les poissons infectés à du chlorure de lithium (12,5 mM, n = 20). Contrairement à nos attentes, les poissons non infectés exposés à du myo-inositol exogène ou endogène n'ont pas montré d'altération de leur comportement. Cependant, les poissons infectés traités au lithium ont passé moins de temps à nager près de la surface, ont par couru une distance plus courte, ont eu une latence plus élevée pour se nourrir et ont passé plus de temps sans bouger après une attaque de prédateur. Ces résultats suggèrent que la voie du myo-inositol pourrait être impliquée dans les altérations comportementales observées chez les épinoches infectées. Ce mémoire contribue à l'élucidation des mécanismes moléculaires qui sous-tendent l'altération du comportement chez un hôte due à la présence d'un parasite. / Complex life cycle parasites can alter the behavior of their intermediate hosts, which often seems to facilitate the parasite transmission to the final host. How parasites achieve this and, more specifically,what is changed in the host brain remains largely uncovered. Here we studied the threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus), the intermediate host of the cestode parasite Schistocephalus solidus. While infected, sticklebacks have severe impairments in their antipredator responses. To date, we know that infected sticklebacks have an increase in their IMPA 1 gene brain expression, which encodes the IMPase 1 enzyme, a key step in the myo-inositol synthesis. Interestingly, IMPase 1 and myo-inositol levels are the main targets of lithium treatment in patients with bipolar disorder. Although promising candidates, we do not know if they are directly implicated in behavioral alterations in Schistocephalus-infected fish. Thus, our main objective was to perform a functional analysis of whether an alteration in the cerebral myo-inositol pathway had a direct implication in such alterations. We injected uninfected fish with exogenous myo-inositol (90 mM, n = 20) or with a saline solution (25 ppt, n = 20) to induce the production of endogenous myo-inositol, and exposed infected fish to lithium chloride (12.5 mM, n= 20). Contrary to our expectations, uninfected fish exposed to exogenous or endogenous myo-inositol did not show alterations in their behavior. However, infected fish treated with lithium spent less times wimming close to the surface, traveled a shorter distance, had a higher latency to feed, and spent more time frozen after a predator attack. These results suggest that the myo-inositol pathway might be implicated in the behavioral alterations observed in infected sticklebacks. This thesis contributes to the elucidation of the molecular mechanisms underlying behavioral alteration in a host due to the presence of a parasite.

La diversité génétique participe au potentiel évolutif des populations et des espèces. Sa conservation est un enjeu majeur dans la sauvegarde de la biodiversité. La diversité génétique peut aussi être importante pour l'individu. Cependant, il est souvent considéré que le niveau d'hétérozygotie a peu d'impact sur la fitness individuelle en nature. Toutefois, la relation entre l'hétérozygotie et la fitness a généralement été mesurée au niveau global (tout le génome), une approche potentiellement inadéquate. L'analyse de la relation hétérozygotie-fitness, à 30 marqueurs microsatellites et cinq indicateurs de fitness, dans une population sauvage d'épinoches à trois épines, révèle que des effets locaux de l'hétérozygotie importants et consistants ne se traduisent pas nécessairement en un effet global important, puisque l'effet à chaque marqueur génétique peut être opposé ou absent. Cette étude démontre l'importance de considérer les effets locaux de l'hétérozygotie pour obtenir une évaluation correcte de son impact dans les populations peu consanguines.

Notre étude a eu pour but d’évaluer l’influence de l’environnement sur la morphologie, le comportement et l’expression de gènes dans le cerveau chez deux populations d’eau douce d’épinoches à trois épines, Gasterosteus aculeatus, de la région du Bas St.-Laurent provenant des lacs Témiscouata et Rond. Des différences significatives ont été trouvées au niveau de la morphologie; les structures défensives étant plus développées chez les épinoches du lac Témiscouata. Des juvéniles de chacun des lacs ont également été élevés en milieu commun au laboratoire et des différences significatives ont été trouvées dans leurs comportements. Les niveaux d’activité et d’agressivité étant plus élevés dans la population du lac Rond que dans le lac Témiscouata. Finalement, aucune différence significative n’a été trouvée dans l’expression des gènes ciblés entre les deux populations. Nous avons toutefois observé un patron moléculaire apparent dans l’expression des gènes: l’expression de certains gènes étant corrélé avec l’expression de leurs récepteurs alors que d’autres non. Les différences morphologiques et comportementales trouvées pourraient être expliquées par le niveau de prédation qui semble a priori plus élevé dans le lac Témiscouata que dans le lac Rond. / Our study aimed to evaluate the influence of the environment on morphology, behaviour and gene expression in the brain in two freshwater populations of threespine sticklebacks, Gasterosteus aculeatus, in the Bas St.–Laurent coming from Témiscouata and Rond lakes. Significant differences were found in the morphology of the animals: defensives structures of the sticklebacks are more developed in Témiscouata Lake. Moreover, juveniles of each lake were raised in common environment in a laboratory, and significant differences were found in behaviour: activity and aggressiveness were higher in population from Rond Lake. However, we observed molecular pathway in global gene expression: some neuropeptide expressions were correlated with their receptor expressions but not in all cases. Morphological and behavioural differences could be explained by the predation risk, which seemed a priori higher in Témiscouata Lake than in Rond Lake.

La sélection sexuellement antagoniste découle d’une différence dans la valeur optimale d’un trait qui prend des directions opposées entre les sexes. Si ce phénotype est lié à une région du génome partagée entre les sexes, cela donne naissance à un conflit entre mâles et femelles qu’on appelle conflit sexuel intralocus, de telle façon qu’un allèle donné mènera à un phénotype augmentant le fitness des femelles et diminuant celui des mâles ou inversement. De plus en plus de traits présentant un conflit sont découverts chez de multiples taxa, mettant ainsi en évidence les nombreuses conséquences que ce processus peut avoir d’un point de vue évolutif. Néanmoins, les mesures de fitness des individus sont absentes de la plupart des études sur l’identification génomique des conflits. Comprendre les conséquences des conflits sexuels intra-locus sur le fitness d’individus en milieu naturel nous éclairera sur le potentiel rôle que joue la sélection sexuellement antagoniste dans des procédés tel que le maintien de la diversité génétique au sein d’une population/espèce. L’objectif initiale de mon projet était donc d’utiliser le succès reproducteur comme un indicateur de valeur sélective (fitness) et de faire le lien entre ce dernier et des mesures de conflit à l’échelle du génome entier chez des mâles et des femelles d’une population sauvage. Nous avons ainsi étudié la population d’épinoche à trois-épines (Gasterosteus aculeatus) de l’Estuaire du fleuve Saint-Laurent. Cependant, nous avons dû faire face à de nombreux obstacles dans l’obtention de nos échantillons. Ces complications ont mené à des changements importants dans le déroulement du projet et notre attention s’est finalement portée sur la compréhension de la dynamique de reproduction des épinoches à trois-épines dans les marelles. Dans un premier temps, nous avons validé l’identification visuelle des juvéniles d’épinoches par une identification génétique de l’espèce des juvéniles. Nous avons également réalisé des lectures otolithiques pour évaluer l’âge des parents potentiels. Puis, nous avons génotypé les parents potentiels et les juvéniles de l’année à l’aide de marqueurs microsatellites pour réaliser l’assignation parentale de juvéniles échantillonnés dans les marelles de la réserve nationale de l’Isle-Verte iii durant la période de reproduction avec les adultes identifiées comme s’étant potentiellement reproduit. L’absence de correspondance entre les adultes et les juvéniles échantillonnés suggère que la reproduction des adultes de même que le mouvement des juvéniles sont grandement affectés par les marées du fleuve dans ce système, ce qui représentent d’importantes contraintes pour une estimation rigoureuse du succès reproducteur. / Sexually antagonistic selection results from divergent optimal values for a trait between sexes. When this phenotype is linked to a sexually shared genomic region, it gives birth to a conflict between males and females named intra-locus sexual conflict. In this case, a given allele will enhance female fitness but will diminish male fitness or vice-versa. During the last decades, research efforts allowed to discover such traits in several taxa. These observations stress the multiple consequences that this process can have from an evolutionary standpoint. However, fitness assessment is often missing in genomic studies focusing on sexual conflict. Therefore, there is a need to provide a better understanding of the consequences of intra-locus sexual conflict on individual fitness in nature. Filling this gap of knowledge will shed light on the potential role of sexually antagonistic selection on several evolutionary processes (e.g. the maintenance of genetic diversity in populations/species). The objective of our study was to link reproductive success measurements, used here as a proxy of fitness, with genomic data from a wild population of males and females. To do so, we studied a three-spine stickleback (Gasterosteus aculeatus) population from the St. Lawrence River. However, we had to face numerous obstacles in the acquisition of our samples. These complications led to major changes in the project progress and our attention finally focused on the reproduction’s dynamic of three spined stickleback in pounds First, we validated a visual method of identification for the juvenile sticklebacks by using a genetic approach to determine the species of the juveniles. We also used the otolith to assess the age of the potential parents. Then, we genotyped the potential parents and some juveniles of the year with several microsatellite markers to realize a parental assignation. The juveniles were sampled from ponds of the “Réserve nationale de l’Isle-Verte” during the reproductive period. We used parentage analysis of the juveniles sampled during the reproductive period with potentially reproductive adults from the same sampling sites. Our results suggest that adult reproduction and juvenile dispersal are largely affected by tides which represent important constraints for a rigorous estimation of reproductive success.

Élucider l'importance relative des processus neutres ou sélectifs à la base de la variation génétique et phénotypique demeure une problématique fondamentale en écologie évolutive. Un sujet d'intérêt dans ce domaine de recherche tourne autour du rôle de la plasticité phénotypique: est-ce que la plasticité représente une alternative neutre à l'adaptation aux environnements divergents ou est-ce que la plasticité peut même faciliter le processus d'évolution adaptative? Dans cette thèse, j'essaie d'explorer ces thèmes en étudiant les dèmes parapatriques d'épinoche à trois épines. L'épinoche (Gasterosteus aculeatus) est devenu une organisme modèle en écologie évolutive, grâce aux exemples répliqués de divergence morphologique, suite à sa colonisation en eau douce partout dans son aire de répartition. Cependant, la divergence adaptative n'est pas un phénomène universel, et le potentiel plastique chez ce modèle semble avoir été négligé dans des études récentes. L'estuaire du fleuve St-Laurent se présente comme un système idéal pour étudier les dynamiques évolutives sur une échelle contemporaine, grâce à son age relativement récent et son écosystème défini par une variation environnementale clinale et discrète. Pour ces recherches, j'utilise une combinaison d'observations et d'expériences pour décrire la variation au sein d'une population naturelle, ainsi qu'inférer les mécanismes responsables. Une analyse des données multi-locus et géoréférencées à l'aide d'un modèle bayésien a révélé que le paysage génétique est divisé prinicpalement en deux zones, eau douce et eau salée. Une modélisation des données écologiques a démontrée aussi que la plus grande proportion de la variation génétique (31,5%) est associée avec la co-variation environnementale. Les normes de réaction pour la survie confirment que les dèmes sont adaptés aux conditions de salinité locale. Des analyses comparatives en génétique quantitative du niveau d'expression des gènes candidats pour l'osmorégulation suggèrent un mécanisme putatif responsable pour la divergence adaptative. L'enzyme ATP-ase sodium-potassium (ATP 1 Al) est ciblée comme un candidat pour l'osmorégulation en eau douce. En plus de la variation héréditaire pour son expression, le niveau d'expression pour ce gène semble être corrélé avec un indice de fitness. Les dèmes se différencient aussi dans la fréquence des alleles, ainsi que dans les fréquences de divers groupes de parasites. Une analyse des substitutions nucléotidiques a indiqué de forts signaux de sélection naturelle, surtout chez le dème eau douce. Les relations entre les données par rapport aux niveaux de parasitisme ainsi que de diversités génétique en gènes immunitaires étaient indicatrices de sélection balancée. Par contre, les signaux pour la sélection des partenaires en fonction de la diversité CMH étaient faibles, et sembleraient être dépendants du contexte environnemental. Les individus provenant des deux dèmes, eau douce ou maritime, ressemblent à la forme ancestrale pour le nombre de plaques latérales. La morphologie corporelle différait entre les dèmes, mais plus entre les sexes. Quoiqu'il y ait de la variation héréditaire pour la morphologie, j'ai trouvé aucun indice de sélection diversifié entre dèmes, ce qui suggère que la variation entre dèmes était en relation avec de la plasticité phénotypique. Ensemble, ces données soulignent l'importance de considérer les traits autre que morphologiques, surtout les traits intrinsèquement plastiques tels que la physiologie, en écologie évolutive.

La cellule de Purkinje (PC) est l'élément central du réseau neuronal du cortex cérébelleux et possède un arbre dendritique très développé qui se développe au cours des trois premières semaines post-natales chez la souris. Cette arborisation nécessite de nombreux réarrangement du cytosquelette, un processus contrôlé par les GTPases et leurs régulateurs, les GEFs et les GAPs, dans de nombreux types cellulaires. Au cours de ma thèse, j'ai étudié l'implication de la signalisation des RhoGTPases dans le développement post-natal du cervelet, et plus particulièrement des PCs chez la souris. Afin d'identifier de nouveaux acteurs de la signalisation des RhoGTPases impliqués dans la différenciation des PCs, nous avons établi le profil d'expression de toutes les GTPases et des GEFs de la famille DOCK à différents stades de développement de ces cellules (P3, P7, P15, P20) par Q-PCR en temps réel. Cette approche globale nous a permis d'identifier une GTPase, RhoQ, et un GEF, DOCK10, dont l'expression est très fortement augmentée au cours du développement des PCs. Nous avons montré que l'extinction de leur expression par infection lentivirale dans un modèle de coupes organotypiques de cervelet ou dans des neurones d'hippocampe entraine une très forte diminution du nombre d'épines dendritiques, révélant un rôle crucial de ces protéines dans la différenciation des PCs. / Purkinje cell (PC) occupy a central and integrative position in the synaptic network of the cerebellum and have the most elaborate dendritic tree among CNS neurons, which develops remarkably in the first three postnatal weeks in mice. This arborization requires intensive actin cytoskeleton remodeling, a process known in many cell types to be controlled by Rho GTPases and their regulators, GEFs and GAPs. During my thesis, I investigated the importance of Rho signaling during postnatal mouse cerebellar development, focusing on PC differentiation.In order to identify novel regulators of PC differentiation among members of the Rho signaling pathway, I undertook a global approach, comparing gene expression profiles of all mammalian Rho GTPases and all GEFs of the DOCK family at various stages of postnatal PC differentiation (P3, P7, P15 and P20) using real-time quantitative PCR. My global approach has allowed the identification of two Rho signaling actors, the GTPase RhoQ and the RhoGEF DOCK10, whose expressions increase dramatically during cerebellar development. Lentiviral shRNA-mediated knock down of their expression in organotypic cerebellar cultures and in hippocampal neurons showed strong dendritic spine defects, revealing an essential role for these proteins in PC differentiation.

Engrailed (En) est un facteur de transcription important pour la mise en place de la segmentation de l’embryon et du plan d’organisation antéro-postérieur. Comme d’autres membres de la famille des homéoprotéines, Engrailed peut aussi agir comme une molécule de signalisation extracellulaire, internalisable grâce à son domaine « pénétratine » et stimulant dans la cellule cible la transcription ou la traduction des ARNm. De cette façon, Engrailed guide les axones en modifiant la traduction dans le cône de croissance axonal et l’infusion cérébrale d’Engrailed protège les neurones dopaminergiques dans un modèle de la maladie de Parkinson en augmentant la traduction de protéines mitochondriales. Des troubles cognitifs et un déficit des interactions sociales ont été observés chez les souris En1+/- et les souris En2-/-. Une augmentation de l’expression d’En2 a aussi été observée chez des patients atteints de troubles du spectre autistique. Néanmoins, le lien entre les modifications de l’expression d’Engrailed et l’autisme ne sont pas compris. L’objectif de cette thèse a été d’étendre notre connaissance des fonctions d’Engrailed dans une région télencéphalique où elle est a priori peu exprimée (l’hippocampe). Nos résultats confirment l’expression d’En1 et En2 dans l’hippocampe mature et décrivent les variations de l’expression de ces gènes au cours du développement de cette structure. En1 et En2 présentent des patrons d’expression différents pendant la première semaine postnatale et chez l’adulte suggérant que des variations du dosage génique d’Engrailed sont liées à certaines phases du développement, en particulier au début de la synaptogenèse. Nous avons également découvert que dans les cultures de cellules d’hippocampe Engrailed est exprimé dans les neurones et que son expression est plus forte dans les neurones GABA-ergiques, notamment dans leurs prolongements dendritiques et axonaux. Nous avons constaté qu’un excès d’Engrailed (décrit dans certains cas de TSA) augmente la complexité dendritique ainsi que la densité des épines dendritiques plastiques mais sans augmenter parallèlement la formation de synapses matures excitatrices. Nous avons observé des variations de densité des épines dendritiques chez les souris En2-/- et les souris En1+/-, ce qui confirme l’implication d’Engrailed dans leur formation ou leur stabilisation. Si dans nos conditions expérimentales l’excès d’Engrailed ne modifie pas la densité des synapses, un mutant d’Engrailed qui présente une interaction réduite avec eIF4E est moins efficace qu’Engrailed pour augmenter la densité des épines et diminue la densité des boutons présynaptiques et le synaptic matching. Ces résultats indiquent que l’interaction avec eIF4E régule au moins en partie les effets d’Engrailed sur la spinogenèse et suggèrent également une implication d’Engrailed dans la formation ou la stabilisation des boutons présynaptiques. Le rôle clef d’eIF4E dans la traduction permet de postuler que certains effets d’Engrailed observés dans notre étude pourraient dépendre de la synthèse protéique. Nos résultats montrent à cet égard qu’Engrailed augmente la synthèse protéique dans les neurones d’hippocampe. Cette traduction est différente de celle induite par la LTP chimique (LTPc) car insensible à l’action des oligomères synthétiques d’AβO, responsables sous leur forme naturelle de synaptopathies dans le contexte de la maladie d’Alzheimer. Engrailed permet également de restaurer la traduction défaillante de neurones issus de souris TG2576, modèles de la maladie d’Alzheimer. Dans leur ensemble, nos résultats identifient Engrailed comme un nouvel acteur de la plasticité dendritique. Ils révèlent qu’un excès d’Engrailed au cours de la synaptogenèse modifie les caractéristiques des dendrites, une situation susceptible d’altérer les caractéristiques fonctionnelles du réseau dendritique dans une situation de surexpression pathologique de la protéine. (...) / Engrailed (En) is an important transcription factor in embryo’s segmentation and anterior-posterior axis establishment during early embryogenesis. As several homeoproteins, Engrailed can act as an extracellular signalling molecule which can be internalized by target cells thanks to its penetratin domain and act through transcriptional and/or translation dependent mechanisms. Engrailed has for instance, translation-dependent effects on axonal guidance and cerebral infusion of Engrailed protects dopaminergic neurons in a Parkinson disease model by increasing mitochondrial protein translation. Also, cognitive defects were observed in En1+/+ and En2-/- and En2 expression is increased in ASD patients. This work consisted in extending the knowledge of Engrailed expression and functions. We explored the links with a telencephalic structure where it is a priori fewly expressed (hippocampus). Our results confirm En1 and En2 expression in the mature hippocampus and describe their respective expression along the development of this structure. En1 and En2 have different expression patterns during the first post-natal week as well as in the adulthood suggesting a genetic dosage of Engrailed during the development, specifically with the beginning of synaptogenesis. We also reveal that Engrailed, expressed in hippocampal neurons, is more expressed in GABA-ergic neurons, notably in their dendritic and axonal neurites. We observe that an excess of Engrailed (described in some ASD cases) increases dendritic complexity as well as plastic dendritic spine density, without affecting mature excitatory synapses. We show that En2-/- and heterozygote En1 mice have variations in dendritic spine density, which confirms that Engrailed is involved either in their formation or stabilization. Even though our experiments show no modification of synapse density with an excess of Engrailed, a mutant showing a decreased eIF4E interaction and less efficient than wild type Engrailed to increase dendritic spine density, decreases presynaptic button density and synaptic matching. Those results indicate that eIF4E interaction with Engrailed is, at least in part, responsible for its effects on spinogenesis and suggest a role of Engrailed in presynaptic button formation/stabilization. Key-role of eIF4E in translation allow to hypothesize that some of Engrailed effects we report could be translation dependent. In this sense, our results show that Engrailed is able to increase proteic synthesis in hippocampal neurons. This translation is different from the one induced by chemical LTP (LTPc): it is not altered by synthetic AβO, which are the main toxic agent when produced at abnormally high levels in Alzheimer disease. Engrailed is also able to restore defaulting translation in neurons from Alzheimer disease mice model (TG2576). As a whole, our results identify Engrailed as a novel actor in dendritic plasticity. They reveal that an excess of Engrailed during synaptogenesis can modify dendrite characteristics. This can lead to dendritic network dysfunction in a context of pathologic surexpression of Engrailed. Our observations open to new perspectives contributing to a better understanding of the relationship between Engrailed and ASD. Finally, this work lays the foundation to potentially fruitful links between Engrailed and AβOligomers signalling pathways, where modulation of protein synthesis could be a therapeutic lever in physiopathologic conditions.

L'objectif de ce travail était de caractériser le potentiel de l'épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus L.) comme espèce sentinelle utilisable pour la surveillance des milieux aquatiques à l'aide d'un ensemble de biomarqueurs. Dans ce but, des méthodes de dosage de biomarqueurs reflétant la métabolisation des xénobiotiques, le stress oxydant et ses effets, la neurotoxicité et la perturbation endocrinienne œstrogénique and androgénique ont été développées and validées. Nos résultats, obtenus en conditions contrôlées et sur le terrain, ont montré que les biomarqueurs mesurés chez cette espèce sont des paramètres sensibles et inductibles. Afin d'exploiter le plein potentiel des biomarqueurs, des valeurs basales mesurées sur un site de référence ont été établies and leur variabilité en fonction de facteurs biotiques et abiotiques tels que le sexe des poissons et la saison d'échantillonnage a été caractérisée. Leur utilisation sur le terrain renseigne sur les effets précoces de la contamination du milieu. Elle apporte également une information complémentaire à celle fournie par les analyses chimiques et les études populationnelles, et permet la discrimination des sites d'étude. Enfin, le développement d'un indice « biomarqueurs » permettant la synthèse des données recueillies offre des perspectives d'utilisation dans un contexte de gestion des milieux aquatiques.