Tableau d'honneur de la FÉSP / La signalisation calcique dendritique joue un rôle important dans la régulation de mécanismes neuronaux, tels que la plasticité synaptique et l’intégration de l’information transmise. Bien compris chez les neurones principaux, ce processus de régulation est moins étudié chez les divers types d’interneurones GABAergiques qui modulent l’acquisition et l’envoi de signaux neuronaux. Chez les interneurones à décharge rapide, un type d’interneurone commun dans les circuits corticaux, il a été démontré qu’il y a absence de rétropropagation des potentiels d’action dans les dendrites distales (Hu et al., 2010). Cette découverte a des implications fonctionnelles, car la rétropropagation des potentiels d’action est un signal important pour l’induction des formes de plasticité synaptique hebbiennes. Par contre, il a été suggéré que l’activité dendritique locale pourrait compenser pour l’absence de rétropropagation des potentiels d’action. En conséquence, ce travail porte sur l’étude des évènements calciques dans les dendrites distales des interneurones à décharge rapide. Nous avons cherché à déterminer s’il est possible de générer ces signaux calciques par stimulation dendritique locale, à étudier les mécanismes responsables de ces signaux et à déterminer si ces signaux jouent un rôle dans la régulation de la plasticité synaptique à ces synapses. Pour atteindre ces objectifs, nous avons utilisé une combinaison de méthodes électrophysiologiqes (patch-clamp en mode cellule entière), d’imagerie calcique deux-photons et de modélisation computationnelle. Nous avons pu établir qu’il est possible de générer des évènements calciques postsynaptiques supralinéaires dans les synapses excitatrices étudiées par stimulation électrique locale. Ces signaux sont médiés par l’influx calcique provenant de l’activation des récepteurs AMPA perméables au Ca2+, qui déclenche à son tour le relâchement de Ca2+ par les récepteurs ryanodine présents sur réserves calciques intracellulaires. Ces signaux comprennent aussi une contribution calcique mineure des récepteurs NMDA, et ils restent locaux (pas de propagation dans l’arbre dendritique). De plus, nous avons déterminé que ces évènements calciques supralinéaires produisent un revirement de la plasticité synaptique, car ils induisent la dépression à long-terme dans les synapses étudiées, alors que les signaux calciques de basse amplitude induisent la potentiation à long-terme. Nous avons aussi examiné si ces évènements calciques supralinéaires étaient générés de façon équivalente dans les dendrites apicales et basales, qui reçoivent des synapses de différentes sources. Nous avons observé que les signaux des dendrites apicales avaient une plus grande amplitude et étaient associés à un plus haut niveau de dépolarisation. À partir de la modélisation, nous avons pu prédire le nombre de synapses nécessaires à la génération de ces signaux et la contribution potentielle des mécanismes d’extrusion du Ca2+. Finalement, nous avons étudié la spécificité cellulaire des mécanismes d’intégration dendritique en combinant l’imagerie calcique et la modélisation dans un type différent d’interneurone, les interneurones spécifiques aux interneurones type III. En conclusion, nous avons prouvé qu’il existe dans certains interneurones des mécanismes alternatifs, médiés par des hausses de Ca2+ locales, permettant la régulation de la plasticité aux synapses excitatrices. / Dendritic Ca2+ signaling plays an important role in the regulation of neuronal processes, such as synaptic plasticity and input integration. Well-studied in principal neurons, this form of regulation is not well understood in the various types of GABAergic interneurons that modulate activity in neuronal networks. In fastspiking (FS) interneurons, a common interneuron type in cortical circuits, it has been shown that there is a lack of action potential (AP) backpropagation in distal dendrites (Hu et al., 2010). This discovery has functional implications, AP backpropagation is an important signal for the induction of Hebbian forms of synaptic plasticity. However, it has been suggested that local dendritic activity could compensate for the absence of AP backpropagation. Consequently, this work focuses on the study of Ca2+ transients in distal dendrites of FS interneurons. We sought to determine whether it is possible to generate supralinear Ca2+ transients through local dendritic stimulation, to study the mechanisms responsible for those transients and to determine whether those signals play a role in the regulation of synaptic plasticity at those synapses. To reach those objectives, we used a combination of electrophysiological methods (whole-cell patch-clamp recordings), two-photon Ca2+ imaging and of computational modeling. We were able to establish that supralinear postsynaptic Ca2+ transients can be generated through local electrical stimulation of excitatory synapses in distal dendrites. These Ca2+ transients were mediated by Ca2+ influx from the activation of Ca2+-permeable AMPA receptors, which triggers Ca2+ release through ryanodine receptors present on intracellular Ca2+ stores (Ca2+-induced Ca2+ release). These Ca2+ signals also contain a minor contribution from NMDA receptors, and stay localized (no significant propagation in the dendritic arbor). In addition, we determined that these supralinear Ca2+ signals constitute a switch in the expression of synaptic plasticity, as they induce long-term depression in local synapses, while low-amplitude Ca2+ signals induced synaptic long-term potentiation. We also examined whether these supralinear Ca2+ transients were generated in both apical and basal dendrites, which receive synaptic contacts from different sources (Schaffer collaterals vs local collaterals). We observed that Ca2+ transients in apical dendrites had a higher amplitude and were associated with a higher level of somatic depolarization. We were also able to predict, through computational modeling, the number of synapses necessary to the generation of those signals and the potential contribution of Ca2+ extrusion mechanisms. Finally, we studied the cell-specificity of dendritic integration mechanisms by combining Ca2+ imaging and modeling in a different interneuron type, interneuron-specific interneurons type III. In conclusion, we were able to prove that certain interneurons possess alternative mechanisms, mediated through local Ca2+ transients, that allow for the regulation of plasticity at excitatory synapses.

Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cationic lipids are efficient tools to introduce nucleic acids and proteins into cells. Elucidation of the mechanism and cellular pathways associated to such a transport has been relatively slow, even though significant progress has been made in the characterization of the intracellular trafficking of cationic lipid/DNA complexes. Surprisingly, little is known about the effects of these delivery vectors on cell functioning. In the present thesis, we show that cationic lipids and cationic lipid/DNA complexes strongly increase the intracellular Ca2+ concentration. The end point of the Ca2+ increase was ~400 nM from a basal level of ~100 nM. The [Ca2+]i increase was studied using K562 and Jurkat cells cultured in vitro. This effect is weakened following addition of DNA to cationic liposomes, although remaining very large at cationic lipid/DNA ratios commonly used for cell transfection experiments. Removal of extracellular Ca2+ did not abolish this effect significantly and preincubating K562 cells with the Ca2+-ATPase inhibitor thapsigargin strongly abolished intracellular Ca2+ concentration increase, indicating that Ca2+ was released mainly from internal Ca2+ stores sensitive to thapsigargin. Pretreatment of the cells with the phospholipase C inhibitor U73122 blocked the intracellular Ca2+ concentration rise, suggesting an inositol pathway-dependent mechanism. LDH release assay indicates that in the conditions used for fluorescence measurement and in those used to transfer DNA into cells, cationic liposomes diC14-amidine and DOTAP had no massive cytotoxic effects. Cationic liposomes showed more toxicity than their corresponding complexes; this toxicity decreases in the presence of serum. The effect of cationic lipids on phosphatidylinositol-specific phospholipase C (PI-PLC) was quantitatively assessed using phosphatidylinositol (PI) and radiolabeled phosphatidylinositol ([3H]-PI). Incorporation of diC14-amidine into PC/PI vesicle activated PI-PLC and was shown to activate the hydrolysis of PI and [3H]-PI. Our data may suggest that mobilization of intracellular Ca2+ by complex could have an effect on the transfection process itself. These results indicate for the first time that cationic lipids and cationic lipid/DNA complexes are not inert and can affect the functioning of the cells by increasing their intracellular Ca2+. <p><p> / Doctorat en sciences, Spécialisation chimie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'obésité est un problème de santé qui affecte de plus en plus la société actuelle. Plusieurs pistes de solutions ont été mises de l'avant afin de parvenir à prévenir ou à traiter cette situation problématique. L'alimentation a été ciblée par plusieurs comme étant un des éléments clés de sa prise en charge. Ainsi, une multitude de régimes ont vu le jour dans le but de contrer l'obésité. Le constat général ressortant de l'évaluation de plusieurs d'entre eux est que, peu importe le modèle choisi, le succès réside dans l'observance de la diète recommandée. Des composantes spécifiques de l'alimentation ont aussi été étudiées en lien avec l'obésité. Le calcium et la vitamine D sont deux des nutriments qui font l'objet de ce mémoire. Il a été possible de démontrer qu'une consommation plus élevée de calcium et de vitamine D était associée à un profil lipidique amélioré et à de plus petits adipocytes omentaux. De plus, l'apport alimentaire en vitamine D était le meilleur prédicteur du diamètre adipocytaire, indépendamment de la consommation de calcium. Les acides gras ont aussi fait partie des thèmes abordés dans ce mémoire. Nous avons observé la similitude entre la consommation alimentaire d'acides gras et leur concentration dans les tissus adipeux. Il a été observé que les femmes ayant un contenu plus élevé en acide gras stéarique, dans leur tissu adipeux, avaient de plus petits adipocytes omentaux. Finalement, la mesure de la protéine et de l'ARN messager de la stearoyl-désaturase 1 (enzyme permettant la conversion du stéarate (18:0) en oléate (18:1)) vient corroborer nos résultats, montrant des corrélations positives avec la masse grasse. En conclusion, ce mémoire laisse entrevoir de nouveaux facteurs influençant l'étiologie de l'obésité. Toutefois, il ne permet pas de changer les mesures actuelles de prévention prônées pour réduire l'obésité. Des études supplémentaires son nécessaires afin de connaître le rôle exact du calcium, de la vitamine D et des acides gras dans la lutte contre l'obésité.