Conception, modélisation et contrôle des actionneurs intrinsèquement conformes avec une considération particulière sur la configuration anthropomorphe agoniste-antagoniste "La recherche vise à la conception, la modélisation et le contrôle des actionneurs intrinsèquement conformes pour les systèmes anthropomorphes.La première partie du travail se concentre sur l'étude de divers Existants et rechercher la possibilité d'autres actionneurs autres que les moteurs électriques conventionnels.Une attention particulière est accordée aux actionneurs souples à base de polymères élctroactifs qui ont un bon potentiel dans les futures applications robotiques. Parallèlement, on a synthétisé un modèle de la dynamique de l'actionneur et du contrôleur basé sur le modèle (MPC et contrôle optimal) pour un bras anthropomorphe 7 Dofs actionné par une paire antagoniste-agoniste de Muscles Artificiels Pneumatiques (PAM) à chaque articulation. Ce modèle et contrôleur est alors intégré dans l'environnement logiciel développé par l'équipe. En utilisant le bras manipulateur anthropomorphe basé sur PAM et le simulateur numérique, des tests sont effectués afin d'évaluer le potentiel de cet actionneur et de comparer avec les capacités du corps humain. / Design, modeling and control of inherently compliant actuators with a special consideration on agonist- antagonist anthropomorphic configuration" The research aims at the design, modeling and control of inherently compliant actuators for anthropomorphic systems. The first part of the work focuses on the study of various existing designs and look for the possibility of alternative actuators other than the conventional electric motors. Special attention is given to elctroactive polymer based soft actuators which have good potential in future robotic applications. In parallel, a model of the actuator dynamics and the model-based controller (MPC and optimal control) have been synthesized for an anthropomorphic 7 Dofs arm actuated by antagonist-agonist pair of Pneumatic Artificial Muscles (PAMs) at each joint. Such model and controller is then integrated within the software environment developed by the team. Using the PAMs based anthropomorphic manipulator arm and the numerical simulator, tests are done in order to evaluate the potential of this actuator and compare with the human body capabilities.

Le récepteur du glutamate de type N-méthyl-D-aspartate (NMDAR) est un transducteur clef dans la physiologie du système nerveux et dans nombre de ses pathologies, selon qu’il est localisé à la synapse ou en position extra-synaptique respectivement. Son activité est sous le contrôle étroit du ‘site-glycine’, dont l’activation est gouvernée par la disponibilité en coagoniste. Pourtant, on ignore encore largement les règles qui régissent cette étape limitante de l’activation des NMDARs in situ. Par ailleurs, l’ensemble des onnaissances actuelles suggère que les astrocytes pourraient contrôler les NMDARs dans le contexte des interactions entre cellules gliales et neurones, en particulier via la libération du gliotransmetteur D-sérine. Le principal objectif de ce travail de thèse a été de comprendre les modalités du contrôle endogène des NMDARs par leur site co-agoniste, dans la région CA1 de l’hippocampe. Nous avons porté notre attention, avant tout, sur les acteurs de ce contrôle : la glycine et la D-sérine, qui sont les ligands endogènes du site-co-agoniste. Nous nous sommes intéressés à leur contribution respective dans le contrôle des NMDARs, aux dynamiques de ce contrôle en fonction de l’activité neuronale, à ses variations en fonction de la localisation des NMDARs, ainsi qu’à ses modifications développementales. Nous montrons par des approches d’électrophysiologie que la D-sérine, et non la glycine, est le co-agoniste endogène des NMDARs à la synapse CA3-CA1 chez l’adulte. Elle est délivrée par les prolongements astrocytaires environnants, d’une manière qui est influencée par l’activité synaptique. Sa libération répond à un mécanisme vésiculaire et est dépendante de la signalisation calcique intra-astrocytaire. De cette manière, les astrocytes exercent un contrôle étroit et dynamique des NMDARs à l’état basal et au cours de phénomènes de plasticité synaptique. En contre partie, à l’inverse de leurs homologues localisés à la synapse, les NMDARs extrasynaptiques sont contrôlés par la glycine à l’âge adulte. Cette compartimentation spatiale est dictée par une disponibilité différentielle des deux co-agonistes aux différents sites. Elle est également favorisée par une composition en sous-unités des NMDARs synaptiques et extra-synaptiques différente qui leur confère une affinité distincte pour la glycine et la D-sérine. Enfin, le contrôle des NMDARs par la D-sérine astrocytaire observé à l’âge adulte n’est pas opérationnel à la naissance. En effet, il ne se met en place qu’au cours du premier mois post-natal, de façon concomitante au changement de composition en sous-unités des NMDARs. / N-methyl D-aspartate receptors (NMDARs) are central to many aspects of brain physiology and pathology, which they impact differently depending on their synaptic or extrasynaptic location, respectively. In addition to glutamate, they are gated by the necessary binding of a co-agonist on the so-called ‘glycine-binding site’. However, very little is known about the rules that govern the control of NMDARs through this site, in situ. Evidence now suggests that astrocytes could play a critical role in controlling NMDARs activity, in particular through the release of the gliotransmitter D-serine. In the present work, we aimed at understanding how NMDARs are endogenously controlled through their co-agonist binding site, in the CA1 region of rat hippocampus. We primarily focused on the role of two endogenous ligands of this site: glycine and D-serine. We investigated their relative contribution in the control of NMDARs at the different subcellular locations, the dynamics of such control according to synaptic activity, as well as possible changes during post-natal development. Using elecrophysiological approaches, we demonstrate that NMDARs are gated by Dserine, but not glycine, at CA3-CA1 synapses in adults. D-serine is supplied at least in part by surrounding astrocytes in an activity-dependant manner. Its release occurs in response to calcium signalling within the astrocyte and in a vesicular way. Correspondingly, we found astrocytic supply of D-serine to be essential for NMDARs-dependant functions such as synaptic plasticity. In contrast with their synaptic counterparts, extrasynaptic NMDARs are gated by endogenous glycine and not by D-serine. We provide evidence that this compartmentation relies on the differential availability of the two co-agonists at synaptic and extrasynaptic sites. Besides, due to differences in their subunit composition, synaptic and extrasynaptic NMDARs may have preferential affinity for D-serine and glycine respectively. Finally, we show that the control of the NMDAR co-agonist site is developmentally regulated. Early after birth, glycine is the endogenous co-agonist of synaptic NMDARs. The control exerted by D-serine only progressively appears during the first post-natal month, as the switch in NMDARs subunit composition occurs, suggesting a maturation of cellular interactions at the tripartite synapse.

L’infection par le virus de l’hépatite C (VHC) est l’un des principaux problèmes de santé publique chez les utilisateurs de drogues injectables (UDI). Actuellement, plusieurs outils sont disponibles pour réduire le fardeau du VHC dans cette population. Ceux-ci incluent des programmes de réduction des méfaits, tels que le traitement par un opioïde agoniste (TAO), pouvant réduire le risque d'infection par le VHC, ainsi que des traitements antiviraux extrêmement efficaces pour éradiquer le virus parmi les infectés. Plus récemment, il y a eu un intérêt national et international à éliminer le VHC en tant que menace pour la santé publique d'ici 2030, tout en priorisant les UDI dans les efforts de prévention et traitement. Parallèlement à ce mouvement, plus globalement, le fardeau des méfaits liés aux pratiques d’injection chez les UDI, tels que la surdose, soulignent la nécessité d’adopter une vision plus large sur leur santé. Dans l’ensemble, cette thèse vise à combler certaines lacunes dans les connaissances vis-à-vis de l’élimination du VHC chez les UDI. Premièrement, puisque le lien entre l’adéquation du dosage des TAO et le risque d’infection au VHC est peu connu, j’examine cette relation dans un échantillon d’UDI suivis dans la cohorte HEPCO à Montréal. Les résultats indiquent que le risque d'infection par le VHC ne serait pas systématiquement réduit chez toutes les personnes recevant des TAO, mais plutôt que ce risque varie en fonction de la dose prescrite et de l’adéquation du dosage telle que perçue par le patient. Ces résultats soulignent qu’un élargissement de l'accès aux TAO ne serait pas suffisant pour atteindre les objectifs de prévention et d'élimination du VHC, et que l’adéquation du dosage devrait être prise en compte dans le cadre de nos efforts de prévention. Deuxièmement, l’accès aux traitements antiviraux est faible chez les UDI, en partie à cause des préoccupations des prestataires et des décideurs politiques qui craignent une augmentation de la consommation de drogues et des comportements à risque après le traitement. En capitalisant sur deux études différentes - la cohorte IMPACT à Montréal et les essais SIMPLIFY / D3FEAT menés dans plusieurs pays - je montre que les comportements liés à la drogue diminuent ou restent stables après le traitement du VHC. Ensemble, ces deux études suggèrent que les préoccupations liées à une consommation élevée de drogue ou à une hausse des comportements à risque après le traitement ne seraient pas fondées. Ainsi, ces résultats appuient davantage une augmentation de l’accès au traitement chez les UDI. Troisièmement, allant au-delà du VHC en tant que problématique principale, en capitalisant une fois de plus sur les données collectées dans HEPCO, j’examine les associations entre trois facteurs - le TAO, le logement et le revenu - et la fréquence d’injection chez les UDI. Puisque la consommation de drogues est dynamique dans le temps, j'examine dans quelle mesure ces trois facteurs sont liés à la fréquence d’injection chez des UDI ayant des trajectoires d’injection variées. Nos résultats indiquent que la stabilité socioéconomique et le TAO seraient systématiquement liés à une fréquence d'injection inférieure chez les UDI, quelles que soit leurs trajectoires d’injection sous-jacentes. Globalement, ces résultats suggèrent qu’il y aurait des moyens de soutenir tous les UDI à atteindre de petits changements comportementaux qui pourraient réduire les risques liés aux pratiques d’injection, qu’ils soient ou non en mesure d’arrêter l’injection de drogues. En conclusion, alors que presque tous les pays ont lancé un effort mondial pour éliminer le VHC, des efforts sont nécessaires pour optimiser les programmes de réduction des méfaits bien établis afin de réduire la transmission du VHC, et d’accroître l’accès au traitement chez ceux qui sont infectés, tout en considérant les besoins et les préoccupations des communautés touchées. Cette thèse a fourni des données permettant d’éclairer (i) l’optimisation des TAO dans la prévention de la transmission du VHC, (ii) l’élargissement de l’accès au traitement du VHC et (iii) l’accès à des logements et revenus stables afin de réduire plus globalement les risques liés aux pratiques d’injection chez les UDI. Ainsi, ces résultats pourraient aider à réduire le fardeau du VHC chez les UDI et à soutenir le progrès vers l'élimination du VHC. / Infection with hepatitis C virus (HCV) is one of the main public health concerns affecting people who inject drugs (PWID). Although no effective prophylactic vaccine currently exists to prevent acquisition of HCV, a number of other tools are available to curb the HCV burden among PWID. These include harm-reduction programs, such as opioid agonist treatment (OAT), which can reduce the risk of HCV infection among those susceptible, and highly effective antiviral therapies to eradicate the virus among those who are infected. In recent years, there has been national and international interest in eliminating HCV as a public health threat by 2030, prioritising PWID in prevention and treatment efforts given that they are the population most affected. In parallel to this global effort, the high prevalence of injection-related harms among PWID that are unrelated to HCV, such as overdose, highlight a need to adopt a broader view on drug user health. Overall, this thesis is concerned with addressing some of the knowledge gaps and barriers that remain to achieving HCV elimination in PWID. First, because little is known about the importance of OAT dosage in influencing the risk of HCV acquisition, I examine this relationship in a sample of PWID followed in the Hepatitis Cohort (HEPCO) in Montreal. Findings indicate that the risk of HCV infection may not be systematically reduced for everyone receiving OAT and rather, that the risk of infection varies considerably according to the level of the prescribed OAT dosage and patient-perceived dosage adequacy. These findings suggest that simply scaling-up OAT access may not be sufficient to achieving the HCV elimination goals, and that the dosage of treatment should be considered as part of prevention efforts. Second, uptake of HCV treatment is low among PWID, partly due to concerns among providers and policymakers that drug use and injection risk behaviours may increase following treatment, thereby negating the benefits of therapy. Capitalising on two different studies - the IMPACT Cohort in Montreal and the SIMPLIFY/D3FEAT trials conducted in several countries - I illustrate that drug-related behaviours decrease or remain stable following HCV treatment. Together, these two studies suggest that concerns of escalating drug use or risk behaviours following HCV treatment are unfounded, further supporting the importance of expanding access to therapy among PWID. Third, moving beyond HCV as the primary focus of research, and capitalising once more on data collected in HEPCO, I examine the associations between three factors- OAT, housing and income, and patterns of injection frequency among PWID. Recognizing that injection patterns are dynamic over time, I examine the extent to which these three factors relate to injection frequencies among PWID with diverse trajectories of injection drug use, followed over a period of 7.5 years. Our findings indicate that socioeconomic stability and OAT are consistently associated with a lower injection frequency among all PWID, irrespective of their underlying injection trajectory and whether or not they are on a path to cessation. These findings suggest that there may be ways to support PWID in making small behavioral changes that could reduce their risks of injection-related harms, irrespective of whether or not they are in a position to stop injecting. In conclusion, at a time when many countries have embarked onto a global effort to eliminate HCV, efforts are needed to ensure that well-evidenced harm-reduction programs are optimised to reduce transmission of HCV, treatment for HCV infection is scaled-up among those who are infected ,and efforts do not overlook the basic needs and concerns of affected communities. This thesis provided data to help inform (i) optimisation of OAT provision for the prevention of HCV transmission, (ii) expanded access to HCV treatment, and (iii) access to stable housing and income to reduce the risk of injection-related harms among PWID. Ultimately, findings could contribute to reducing the HCV burden among PWID, helping move towards HCV elimination and, more broadly, improving the overall health of this marginalised group.

co-diplomation avec l'Université de Lille (France) / Introduction : La dexmédétomidine, un agoniste α-2 adrénergique, est de plus en plus utilisée pour la sédation et l’analgésie des nouveau-nés nécessitant un support ventilatoire grâce à son absence d’effet dépressif respiratoire. Cependant, elle impacte le système cardio-vasculaire via le système nerveux autonome et pourrait modifier la balance des systèmes sympathiques et parasympathiques (S/PS) et ainsi augmenter la survenue de bradycardie et d’hypotension. Objectifs : Cette étude a pour objectif de décrire l’utilisation de la dexmédétomidine et d’analyser l’impact de la perfusion continue sur le système cardio-vasculaire et sur la balance du système S/PS des nouveau-nés admis aux soins intensifs pédiatriques. Méthodes : Nous avons inclus les nouveau-nés (< 28 jours) qui ont reçu une perfusion de dexmédétomidine. Les données ont été collectées à partir d’une base de données haute résolution qui collecte prospectivement, outre les données du dossier clinique informatisé, toutes les données issues des moniteurs et des pousses-seringues. La balance S/PS a été estimée via l’analyse de la variabilité du rythme cardiaque (VRC) sur les électrocardiogrammes, extraits de la base de données, en calculant le rapport basses fréquences / hautes fréquences (LH/HF). Les concentrations plasmatiques (CP) de dexmédétomidine ont été simulées en utilisant un modèle pharmacocinétique de population développé dans une population similaire à la nôtre. Les variables ont été comparées sur différentes périodes au cours des 12 premières heures de perfusion à l'aide d'analyses ANOVA et la relation avec les variables pharmacocinétiques a été calculée par régression linéaire. Résultats : Vingt-trois nouveau-nés ont été inclus dans l’étude. Par rapport aux valeurs témoins, la fréquence cardiaque (FC) a diminué de 19±4 bpm (p=0,002) et la pression artérielle moyenne (PAM) a diminué de 8,6±2,5 mmHg (p=0,023) pendant les 12 premières heures de perfusion. La FC diminuait avec l’augmentation de la CP simulée (coefficient de régression de -8,6 [95% IC : -1,9 ; -6,3]). Le rapport LF/HF a montré une tendance à la diminution sans retrouver de différence statistiquement significative (p=0,077). Conclusion : La FC et la PAM semblent diminuées sous dexmédétomidine tout en restant dans des valeurs normales pour le nouveau-né. L’ampleur de la diminution de la FC semble reliée à l’augmentation des CP. De plus, la tendance de diminution de la balance S/PS suggère une réduction du contrôle sympathique chez le nouveau-né recevant la dexmédétomidine. Cependant, l’ensemble de ces résultats doit encore être confirmé par des études plus larges et prospectives. / Introduction: Dexmedetomidine, an adrenergic α-2 agonist, has been increasingly used for sedation and analgesia in neonates due to its lack of respiratory depressant effect. However, it impacts the cardiovascular system via the autonomic nervous system. It could modify the sympathetic/parasympathetic balance (S/PS balance) and result in an increased risk of bradycardia and hypotension. Objectives: This study aimed to describe the utilization of intravenous dexmedetomidine infusion and characterize its impact on the hemodynamics, including S/PS balance, in critically ill neonates. Methods: We retrospectively included neonates (<28 days) who received a dexmedetomidine infusion. Data were collected from a high-fidelity database that prospectively collects all data from the monitors, infusion pumps, and electronic medical records. The S/PS balance was assessed by analyzing heart rate variability from database electrocardiograms. This was done using the low/high frequency (LF/HF) ratio with frequency band adapted for neonatal population. Dexmedetomidine plasma concentrations (PC) were simulated using a published population pharmacokinetic model. The variables were compared at different times during the first 12 hours of infusion using ANOVA analyses and their association with pharmacokinetics variables was evaluated using linear regression. Results: A total of 23 neonates were included. When compared to baseline values, heart rate (HR) values decreased by 19±4 bpm (p=0.002), and mean arterial pressure (MAP) decreased by 8.6±2.5 mmHg (p=0.023) 12 hours following the initiation of infusion. HR decreased proportionally with increased simulated PC over 12 hours (regression coefficient: -8.6 [95% IC: -10.9 - 6.3]). The LF/HF ratio tended to decrease over the same period, although this was not statistically significant (p=0.077). Conclusion: In critically ill neonates, HR and MAP decreased on dexmedetomidine infusion but remained within normal neonatal values. The decrease in HR was associated with higher simulated PC. Moreover, the decreasing trend of S/PS balance suggest a reduction in sympathetic control in the neonate receiving dexmedetomidine. However, these results need to be confirmed with larger prospective studies.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Les récepteurs couplés aux protéines G sont la porte d'entrée de plusieurs signaux hormonaux. L'activation de ses récepteurs par des ligands agonistes induit une cascade métabolique qui implique des transducteurs (protéine G) et des effecteurs (enzymes) qui produiront en fin de compte l'intégration de la réponse physiologique. Plusieurs ligands des récepteurs sont de puissants agents thérapeutiques. L'étude des mécanismes d'action de ces ligands est donc très importante en pharmacologie. Jusqu'à présent le rôle et surtout l'efficacité des ligands agonistes étaient bien établis, alors que les activités des antagonistes demeuraient fortement associées à la présence de l'agoniste pour laquelle l'antagoniste compétitionne l'interaction avec le récepteur. Ce concept est maintenant remis en question avec l'observation de nouvelles propriétés indépendantes de la présence de l'agoniste. Afin de démontrer la validité d'un concept d'une activité des antagonistes indépendante des agonistes, nous avons étudié trois nouvelles propriétés pharmacologiques des antagonistes du récepteur sérotoninergique 5-HT2cde rat exprimés en cellules Sf19. Ces nouvelles activités des antagonistes du récepteur sont : l'activité agoniste inverse, la sous-régulation atypique ainsi que la sensibilisation fonctionnelle de la réponse du récepteur 5-HT2c. Nos résultats indiquent que les antagonistes de ce récepteur inhibent l'activation spontanée du récepteur, réduisent la densité de sites de liaison et sensibilisent la réponse fonctionnelle du récepteur. Les mécanismes associés à la sous-régulation atypique et la sensibilisation fonctionnelle demeurent, cependant, des modèles mathématiques nous permettent de prédire l'action des agonistes et des agonistes inverses (antagonistes). Afin de nous familiariser avec le modèle étendu à complexe ternaire, nous avons également étudier l'effet du précouplage fonctionnel (interaction récepteur/protéine G) sur la liaison des agonistes inverses du récepteur Al de l'adénosine exprimé en cellules Sf9. Nos résultats suggèrent que les propriétés pharmacologiques des agonistes inverses sont affectées par l'interaction récepteur/protéine G de manière opposée aux agonistes. Les nouvelles propriétés des antagonistes décrites dans ce manuscrit auront assurément une grande importance dans l'étude du mécanisme d'action et dans le développement de nouveaux agents thérapeutiques.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les récepteurs couplés aux protéines-G (RCPGs) constituent la première étape d’une série de cascades signalétiques menant à la régulation d’une multitude de processus physiologiques. Dans le modèle classique connu, la liaison du ligand induit un changement de conformation du récepteur qui mène à sa forme active. Une fois activés, les RCPGs vont réguler l’activité d’une protéine membranaire cible qui peut être tant une enzyme qu’un canal ionique. L’interaction entre le récepteur et la cible nécessite l’intermédiaire d’une protéine hétérotrimérique appelée « protéine G », qui est activée pour favoriser l’échange du GDP (guanosine diphosphate) pour un GTP (guanosine triphosphate) et assurer la transduction du signal du récepteur à l’effecteur. Les mécanismes moléculaires menant à l’activation des effecteurs spécifiques via l’activation des RCPGs par les protéines G hétérotrimériques sont encore plutôt méconnus. Dans notre étude nous nous sommes intéressés aux récepteurs FP et PAF, à leurs ligands naturels, la PGF2α et le Carbamyl-PAF respectivement, et à des ligands à action antagoniste sur ces récepteurs. Des ligands considérés comme agonistes, sont des molécules qui interagissent avec le récepteur et induisent les mêmes effets que le ligand naturel. Les antagonistes, par contre, sont des molécules qui interagissent avec le récepteur et bloquent l’action du ligand naturel en prévenant le changement conformationnel du complexe, et ils peuvent avoir une action compétitive ou non-compétitive. Nous avons étudié aussi des ligands orthostériques et allostériques du récepteur FP des prostaglandines et du récepteur PAF. Un ligand orthostérique peut se comporter comme agoniste ou antagoniste en se fixant au site de liaison du ligand (agoniste) naturel. Un ligand allostérique est un agoniste ou antagoniste se fixant à un site autre que celui du ligand naturel entraînant un changement de conformation ayant pour conséquence soit une augmentation (effecteur positif), soit une diminution (effecteur négatif) de l'activité du ligand naturel. / G protein coupled receptors (GPCRs) are involved in the first step of most signalling pathways that regulate a variety of physiological events. The classical view of GPCR activation suggests that ligand binding to the inactive receptor will trigger a conformational change leading to an active conformation of the receptor. The GPCRs activated regulate the activity of a target membrane protein which can then activate other signalling proteins such as enzymes and ionic channels. The interaction between the receptor and the target requires an intermediary, in this case an heterotrimeric protein named « G protein », which is activated in order to facilitate the exchange of GDP (guanosine diphospate) for a GTP (guanosine triphosphate) and allow the transduction of the signal from the receptor to the effector. The molecular mechanisms leading to the activation of signalling effectors via the activation of GPCRs by its heterotrimeric G protein have not yet been well characterized. We focused our study on two GPCRs, the FP and PAF receptors, their natural ligands, PGF2α and Carbamyl-PAF respectively, and their antagonist ligands. Agonists are ligands that bind to the target receptor and trigger the same effects as the natural ligand of the GPCR. In contrast with agonists, antagonist ligands are molecules that prevent the effects of the natural ligand by keeping the GPCR from changing to its active conformation and can be competitive or non-competitive. We have also studied orthosteric and allosteric ligands of the FP and PAF receptors. An orthosteric ligand binds the same site as the natural ligand of the receptor and can act as an agonist or an antagonist. In the contrary, an allosteric ligand will rather have a different binding site then the natural ligand (agonist) and can positively or negatively modulate the effects of the natural ligand.

Le récepteur de la vasopressine de type 2 (V2R) joue un rôle crucial dans l’homéostasie hydrique. Exprimé principalement au niveau du rein, son activation par l’hormone antidiurétique arginine-vasopressine (AVP) favorise la réabsorption d’eau, participant ainsi à diminuer la diurèse. Plus de 200 mutations dans le gène du V2R ont été associées au diabète néphrogénique insipide congénital (DINc), une maladie causée par une perte de fonction du récepteur. À l’opposé, trois mutations découvertes récemment induisent un gain de fonction du V2R, et sont la cause du syndrome néphrogénique de l’anti-diurèse inappropriée (NSIAD). Les travaux de cette thèse visent à mieux comprendre les bases moléculaires responsables de la perte ou du gain de fonction des récepteurs mutants associés à ces deux maladies. Dans plus de 50% des cas, les mutations faux-sens affectent négativement l’adoption d’une conformation native par le V2R, provoquant la reconnaissance et la rétention intracellulaire des mutants par le système de contrôle de qualité du réticulum endoplasmique. Nos résultats ont démontré que l’interaction entre les récepteurs mutants et le chaperon moléculaire calnexine est dépendante de N-glycosylation et que sa durée varie en fonction de la mutation. De plus, l’importance de cette modification co-traductionnelle et des interactions lectines-sucres dans le processus de maturation d’un mutant donné s’est avérée une caractéristique intrinsèque, puisque l’absence de N-glycosylation n’a pas affecté le mutant Y128S (phénotype léger) tandis que la maturation du mutant W164S (phénotype sévère) a été totalement abolie. Nos résultats suggèrent aussi que l’action des chaperons pharmacologiques (CP), molécules favorisant la maturation des mutants du V2R, peut survenir à différentes étapes au cours du processus de maturation, selon le mutant réchappé. Ces différences entre muta nts suggèrent des processus biosynthétiques ‘personnalisés’ dictés par la nature de la mutation impliquée et pourraient expliquer la différence de sévérité des manifestations cliniques chez les patients porteurs de ces mutations. Bien qu’une récupération de fonction ait été obtenue pour les mutants Y128S et W164S par un traitement au CP, il n’en est pas de même pour toutes les mutations occasionnant un défaut conformationnel. C’est ce que nous avons démontré pour le mutant V88M, affligé de deux défauts, soit une faible efficacité de maturation combinée à une basse affinité pour l’AVP. Dans ce cas, et malgré une augmentation du nombre de récepteurs mutants la surface cellulaire, la diminution de l’affinité apparente du récepteur mutant pour l’AVP a été exacerbée par la présence résiduelle de CP à son site de liaison, rendant impossible l’activation du récepteur aux concentrations physiologiques d’AVP. Les mutants R137C et R137L ont une activité constitutive élevée et mènent au NSIAD tandis que la substitution de cette même arginine par une histidine (R137H) mène au DINc. Ces trois mutants se sont avéré partager plusieurs caractéristiques, dont une efficacité de maturation réduite et une désensibilisation spontanée élevée. La seule différence iden tifiée entre ces mutants est leur niveau d’activité constitutive. Le CP utilisé dans nos études possède aussi la propriété d’agoniste inverse, mais n’a pourtant pas diminué l’activité constitutive des mutants R137C/L, suggérant une conformation active ‘figée’. Seul l’effet chaperon a été observé, entraînant la hausse de récepteurs à la surface cellulaire, qui se traduit par une augmentation de la production de second messager. Nous avons par contre suggéré l’utilisation d’AVP puisqu’il favorise l’endocytose des récepteurs R137/L sans promouvoir leur activation, diminuant ainsi le nombre de récepteurs actifs à la surface cellulaire. Nous avons identifié la première mutation occasionnant un gain de fonction du V2R qui n’implique pas l’arginine 137. Le mutant F229V a une activité constitutive élevée et, contrairement aux R137C et R137L, il n’est pas sujet à une désensibilisation spontanée accrue. L’observation que des agonistes inverses sont aptes à inhiber l’activité constitutive de ce nouveau mutant est une découverte importante puisque l’insuccès obtenu avec les mutations précédentes suggérait que ces molécules n’étaient pas utiles pour le traitement du NSIAD. Considérés globalement, ces travaux illustrent le caractère particulier des formes mutantes du V2R et l’importance de bien cerner les conséquences fonctionnelles des mutations afin d’apporter aux patients atteints de DINc ou NSIAD une thérapie personnalisée, et de développer de nouveaux agents thérapeutiques adaptés aux besoins. / The vasopressin type 2 receptor (V2R) plays an important role in water homeostasis. Mainly expressed in the collecting ducts of the kidney, V2R activation by the antidiuretic hormone arginine-vasopressin (AVP) leads to water reabsorption, resulting in a decrease urine output. More than 200 mutations in the V2R gene have been link to the aetiology of the congenital form of nephrogenic diabetes insipidus (cNDI), resulting from a receptor loss-of-function. In contrast, three recently identified mutations have been shown to cause a gain-of-function of the V2R leading to the nephrogenic syndrome of inappropriate antidiuresis (NSIAD). The work presented herein is focussed on a better understanding of the molecular determinants leading to the loss- or gain -of-function of V2R mutants. More than 50% of missense mutations affecting the V2R were shown to hamper the receptor’s ability to adopt its native conformation and to cause its intracellular retention by the endoplasmic reticulum quality control system. We thus looked at the role of N-glycosylation and calnexin (Cnx) in the maturation process of mutant V2R, and their importance for receptor rescue by pharmacological chaperones (PC). Our results have shown that N-glycosylation is required for Cnx binding to the receptors and that the duration of this interaction is correlated to the severity of the misfolded state of the mutant. The importance of N-glycosylation and to sugar-mediated interactions in the maturation process of a given V2R mutant was found to be an intrinsic property, as it had no significant repercussion on the mild phenotype-associated Y128S mutant, while it completely abolished maturation of the W164S mutant, associated with a severe phenotype. Moreover, we have shown that pharmacological chaperoning can occur at different steps during the maturation process, according to the mutant studied. These mutant-specific differences indicate that the biosynthetic processing of mutant V2R is highly influenced by the nature of the mutation itself and could partially explain the variations in the clinical outcome severity among NDI-causing mutant V2Rs. Although a functionality rescue of W164S and Y128S mutants was obtained upon exposure to PC, it is not the case for all V2R mutants with a maturation defect. The V88M-V2R was found affected both in its maturation and its affinity toward AVP. In this case, and despite a significant increase in maturation and cell surface expression, the PC treatment led to a further loss in the receptor’s affinity for AVP, preventing its activation at physiological AVP concentrations. The R137C and R137L mutants are endowed with a high constitutive activity leading to NSIAD. Stunningly, substitution of this arginine by histidine (R137H) was associated with cNDI. These three mutant V2R were found to share many characteristics, of which a compromised maturation and elevated spontaneous desensitization. The only difference between these mutants relies on their constitutive activity levels. The PC used in our studies is also an inverse agonist, but failed to reduce the constitutive activity of the R137C/L mutants, entailing a ‘locked’ active conformation. Instead, the chaperoning property of the compound led to an increase in the number of constitutively active receptor at the cell surface. We have thus proposed the use of AVP as a treatment, as it was shown to cause receptor’s endocytosis without promoting their activation, leading to a reduced active receptor number at the cell surface. We have identified a new gain-of-function mutation affecting the V2R, the first not involving arginine 137. The F229V substitution was shown to confer high constitutive activity to the receptor, but unlike the two other NSIAD-causing mutants, it does not undergo elevated spontaneous desensitization. The observation that inverse agonists are efficient at inhibiting the constitutive activity of the F229V mutant is an important discovery since the unfruitful attempts obtained with the other constitutively active mutants led some investigators to the erroneous conclusion that inverse agonists were not useful for the treatment of NSIAD. Taken together, these findings underline the ‘individuality’ of V2R mutants and the importance of their functional characterization in order to bring personalized therapeutic strategies for patients with cNDI or NSIAD, and to develop new therapeutics adapted to the patients’ needs.

Les récepteurs couplés aux protéines G représentent la plus grande famille de récepteurs membranaires. Parmi eux, nous avons choisi d’étudier deux récepteurs apparentés : les récepteurs de la prokinéticine 1 et 2. Ces deux récepteurs ont pour ligands des hormones de nature peptidique, divisées en deux sous-groupes : les prokinéticines 1 et 2. Ces deux prokinéticines sont impliquées dans plusieurs processus physiologiques en se liant à leurs récepteurs PKR1 et PKR2. Il a été récemment montré que la prokinéticine 2 pouvait stimuler la prolifération et la différenciation des cellules souches progénitrices cardiaques, via les récepteurs PKR1 et PKR2. Il a également été reporté que l’activation de PKR1 protège les cardiomyocytes et les cellules progénitrices cardiaques de l’apoptose. Afin d’étudier ces effets nous avons synthétisé des agonistes non-peptidiques du récepteur PKR1. Nous avons donc poursuivi les études de pharmacomodulation d’une première famille de composés et développé une seconde famille d’agonistes potentiels originaux, déterminée par des études de modélisation moléculaire. Une sonde fluorescente a été synthétisée afin d’évaluer la liaison de nouveaux composés. Au cours de ces travaux nous avons découvert une nouvelle réaction multi-composante permettant la synthèse d’un composé dihydropyrrole polyfonctionnel. Nous nous sommes alors intéressés à son mécanisme et à sa limitation chimique dans le but de former de nouveaux hétérocycles fonctionnalisés. / The G protein-coupled receptors represent the largest familly of membrane receptors. Among them,we choose to study two related receptors: prokineticin receptors 1 and 2. These two receptors have peptidic hormone ligands, divided in two sub-groups: prokineticins 1 and 2. Both prokineticins are involved in many physiological processes by binding to their receptors PKR1 and PKR2. It has recently been shown that prokineticin 2 could stimulate proliferation and differentiation of cardiac progenitor cells. It was also reported that activation of PKR1 protects cardiomyocytes and cardiac progenitor cells from apoptosis. To investigate these effects we synthesized non-peptidic receptor PKR1. We continued pharmacodulation studies of a first familly of compounds and developped a second familly of original potential agonists, determined by molecular modeling studies. A fluorescent probe was synthesized to access the binding of novel compounds. During this work we discovered a new multi-component reaction for the synthesis of a polyfunctional dihydrpyrrol compound. We then interested in the mechanism and its chemical limitation in order to form new functionalized heterocycles.

Les récepteurs couplés aux protéines-G (RCPGs) constituent la première étape d’une série de cascades signalétiques menant à la régulation d’une multitude de processus physiologiques. Dans le modèle classique connu, la liaison du ligand induit un changement de conformation du récepteur qui mène à sa forme active. Une fois activés, les RCPGs vont réguler l’activité d’une protéine membranaire cible qui peut être tant une enzyme qu’un canal ionique. L’interaction entre le récepteur et la cible nécessite l’intermédiaire d’une protéine hétérotrimérique appelée « protéine G », qui est activée pour favoriser l’échange du GDP (guanosine diphosphate) pour un GTP (guanosine triphosphate) et assurer la transduction du signal du récepteur à l’effecteur. Les mécanismes moléculaires menant à l’activation des effecteurs spécifiques via l’activation des RCPGs par les protéines G hétérotrimériques sont encore plutôt méconnus. Dans notre étude nous nous sommes intéressés aux récepteurs FP et PAF, à leurs ligands naturels, la PGF2α et le Carbamyl-PAF respectivement, et à des ligands à action antagoniste sur ces récepteurs. Des ligands considérés comme agonistes, sont des molécules qui interagissent avec le récepteur et induisent les mêmes effets que le ligand naturel. Les antagonistes, par contre, sont des molécules qui interagissent avec le récepteur et bloquent l’action du ligand naturel en prévenant le changement conformationnel du complexe, et ils peuvent avoir une action compétitive ou non-compétitive. Nous avons étudié aussi des ligands orthostériques et allostériques du récepteur FP des prostaglandines et du récepteur PAF. Un ligand orthostérique peut se comporter comme agoniste ou antagoniste en se fixant au site de liaison du ligand (agoniste) naturel. Un ligand allostérique est un agoniste ou antagoniste se fixant à un site autre que celui du ligand naturel entraînant un changement de conformation ayant pour conséquence soit une augmentation (effecteur positif), soit une diminution (effecteur négatif) de l'activité du ligand naturel. / G protein coupled receptors (GPCRs) are involved in the first step of most signalling pathways that regulate a variety of physiological events. The classical view of GPCR activation suggests that ligand binding to the inactive receptor will trigger a conformational change leading to an active conformation of the receptor. The GPCRs activated regulate the activity of a target membrane protein which can then activate other signalling proteins such as enzymes and ionic channels. The interaction between the receptor and the target requires an intermediary, in this case an heterotrimeric protein named « G protein », which is activated in order to facilitate the exchange of GDP (guanosine diphospate) for a GTP (guanosine triphosphate) and allow the transduction of the signal from the receptor to the effector. The molecular mechanisms leading to the activation of signalling effectors via the activation of GPCRs by its heterotrimeric G protein have not yet been well characterized. We focused our study on two GPCRs, the FP and PAF receptors, their natural ligands, PGF2α and Carbamyl-PAF respectively, and their antagonist ligands. Agonists are ligands that bind to the target receptor and trigger the same effects as the natural ligand of the GPCR. In contrast with agonists, antagonist ligands are molecules that prevent the effects of the natural ligand by keeping the GPCR from changing to its active conformation and can be competitive or non-competitive. We have also studied orthosteric and allosteric ligands of the FP and PAF receptors. An orthosteric ligand binds the same site as the natural ligand of the receptor and can act as an agonist or an antagonist. In the contrary, an allosteric ligand will rather have a different binding site then the natural ligand (agonist) and can positively or negatively modulate the effects of the natural ligand.