Les canaux ioniques pentamériques activables par un ligand (pLGIC) sont l'une des principales familles de canaux transmembranaires. Ils permettent la transduction rapide du signal dans le système nerveux central et périphérique via la liaison de neurotransmetteurs. Les pLGIC sont également présents chez les archées et les bactéries. Seuls deux pLGIC bactériens ont été caractérisés biochimiquement et structurellement jusqu'à présent (GLIC et ELIC). Ils servent de modèle d’étude à de nombreux scientifiques et ont été largement étudiés aussi bien au niveau fonctionnel que structural. Dans la première partie de mon travail de thèse, j'ai purifié, cristallisé et résolu la structure cristalline d'un nouveau pLGIC originaire d'un symbiote de gamma-protéobactérie de Tevnia jerichonana (sTeLIC). Des expériences fonctionnelles montrent que sTeLIC est activé par un pH alcalin, est sélectif pour les ions cationiques monovalents et inhibé par les cations divalents. La structure cristalline résolue à pH 8,0 présente un pore largement ouvert qui est le premier de ce type à être caractérisé dans cette famille pLGIC. De plus, nous avons identifié un modulateur fortement positif qui se lie au "site vestibulaire" dans le domaine extracellulaire, et nous avons résolu la structure cristalline de ce complexe. Des expériences fonctionnelles montrent également que sTeLIC partage de nombreuses fonctionnalités avec ELIC. ELIC et sTeLIC constitutent les archétypes d’une nouvelle classe de pLGICs, dont la forme active se caractérise par un pore largement plus ouvert que les autres pLGICs.Dans la deuxième partie de mon travail de thèse, les résidus senseurs de protons dans GLIC ont été cartographiés, afin de déterminer comment la liaison du proton stabilise l'état ouvert de GLIC. Tous les résidus titrables de GLIC ont été cartographiés par mutagenèse dirigée afin de découvrir des capteurs de protons impliqués dans le processus de déclenchement. Nous avons ainsi démontré que la résidu E35 est un résidu clé, dont la forme chargée stabilise l’état de repos, et la forme protonée l'état actif. Nous avons également démontré que la réponse au proton dépend de deux réseaux distincts à l'interface ECD-TMD qui stabilisent l'état ouvert de GLIC. Dans la troisième partie, j'ai cloné, purifié, cristallisé et déterminé les structures cristallines des formes ouvertes et fermées de DeCLIC, un pLGIC de la protéobactérie Desulfofustis. Chaque sous-unité contient un grand domaine additionnel N-terminal constitué de deux sous-domaines (NTD1 et NTD2). Il s’agit de la première structure d’un pLGIC qui contient un domaine supplémentaire extracellulaire non-canonique. / Ligand-gated pentameric ion channels (pLGIC) are one of the major families of transmembrane receptors. They allow rapid signal transduction in the central and peripheral nervous systems via neurotransmitters binding. PLGICs are also present in archaea and bacteria. Only two bacterial pLGICs have been biochemically and structurally characterized so far (GLIC and ELIC). They serve as working models for many scientists and have been extensively studied both at the functional and structural levels. In the first part of my thesis, I purified, crystallized and solved the crystal structure of a new pLGIC from gamma-proteobacterial symbionts of Tevnia jerichonana (sTeLIC). Functional experiments show that sTeLIC is activated by alkaline pH, and is selective for monovalent cationic ions and inhibited by divalent cations. The crystal structure solved at pH 8.0 displays a widely open pore that is the first of this kind to be characterized in the pLGIC family. In addition, we identified a strongly positive modulator that binds to the "vestibule site" in the extracellular domain, and we solved the crystal structure of this complex. Functional experiments show that sTeLIC shares many features with ELIC. ELIC and sTeLIC are the archetypes of a new class of pLGICs, whose active form is characterized by a much more open pore than other pLGICs. In the second part of my thesis, the proton sensor residues in GLIC have been mapped. All titratable GLIC residues were tested by site-directed mutagenesis to discover proton sensors involved in the triggering process. We have demonstrated that the residue E35 is a key residue, whose charged form stabilizes the resting state, and the protonated form the active state. We have also demonstrated that the proton response is dependent on two distinct networks at the ECD-TMD interface, which stabilize the open state of GLIC.In the third part of my thesis, I cloned, purified, crystallized and determined the crystal structures of the open and closed forms of DeCLIC, a pLGIC of Desulfofustis proteobacterium. Each subunit contains a large N-terminal additional domain consisting of two subdomains (NTD1 and NTD2). This is the first structure of a pLGIC which contains a non-canonical additional extracellular domain.

L’infarctus de myocarde (IDM) est la première cause de mortalité cardiovasculaire dans le monde. La reperfusion la plus précoce possible est le seul traitement recommandé pour limiter la taille de l’infarctus, déterminant majeur de morbi-mortalité. Cependant, la reperfusion s’accompagne de lésions de reperfusion qui se sur-ajoutent aux lésions d’ischémie et qui sont caractérisées par la mort des cardiomyocytes. Actuellement, il n’existe aucune thérapie ciblant les lésions d’ischémie-reperfusion (IR) afin de limiter l’extension de la zone infarcie. La fréquence cardiaque (FC) est un facteur déterminant de la pathologie cardiaque. La plupart des épisodes ischémiques sont déclenchés par une accélération de la FC provoquant sur le myocarde un déséquilibre entre l’apport et la consommation d’oxygène. Une réduction de la FC se traduit par un allongement de la diastole ventriculaire, permettant une meilleure perfusion coronaire et l’oxygénation optimale du myocarde au repos et durant l’exercice. Ainsi, il semble évident qu’une réduction contrôlée de la FC pourrait limiter l’effort et la vulnérabilité du myocarde pendant l’épisode d’IR, ce qui représenterait un challenge dans le traitement de l’IDM mais aussi un intérêt majeur de santé publique.Les β-bloquants ont été largement étudiés dans ce contexte et ont montré des effets bénéfiques en termes de réduction de la mortalité post-IDM. Cependant, ils exercent en même temps des effets délétères sur le flux sanguin coronarien et la fonction contractile myocardique. Cette constatation met en évidence l’importance de la réduction sélective de la FC par l’inhibition des courants ioniques responsables de l’automatisme cardiaque. Le courant If et les courants calciques ICa,L et ICa,T (portés respectivement par les canaux Cav1.3 et Cav3.1) sont les principaux accélérateurs du rythme cardiaque. Des études cliniques ont montré les effets bénéfiques de la réduction sélective de la FC par l’ivabradine, inhibiteur du courant If, dans le cadre des maladies coronariennes et de l’insuffisance cardiaque. Néanmoins, des études récentes ont montré que le traitement par ivabradine peut induire un risque accru de mortalité cardiovasculaire et d’IDM. Ces résultats soulignent l’intérêt de développer de nouvelles thérapies visant à contrôler sélectivement la FC sans effets indésirables sur le myocarde et sur le pronostic des patients.L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le rôle de la FC au cours de l’IR myocardique et de valider sur des modèles murins de bradycardie l’hypothèse que la réduction de la FC est capable de limiter les lésions d’IR. Notre stratégie de travail est basée sur une approche génétique avec l’utilisation de souris knock-out pour les canaux calciques Cav1.3 et Cav3.1. Dans un premier temps, la réduction pharmacologique de la FC par l’ivabradine induit une diminution de la zone infarcie chez des souris contrôles, validant le concept dans notre modèle murin d’IR in vivo. Ensuite, les souris mutantes, dont la FC est plus lente, présentent aussi une réduction de la taille de l’infarctus suite au protocole d’IR, ce qui confirme l’implication de la FC dans la cardioprotection. Il existe une relation proportionnelle directe entre la taille de l’infarctus et la FC pendant chaque étape de l’IR et indépendamment de la souris modèle. De façon intéressante, cette relation est supprimée lorsque le système nerveux parasympathique est rendu inactif. A l’inverse, l’accélération de la FC dans un modèle ex vivo d’IR cardiaque engendre des effets délétères sur le myocarde, se traduisant par une augmentation de la taille de l’infarctus et une réduction du flux coronarien lors de la reperfusion.L’ensemble de ces résultats confirme l’effet cardioprotecteur de la réduction de la FC dans les lésions d’IR et nous permet d’envisager une application clinique pour la prise en charge des maladies ischémiques. / Acute myocardial infarction (AMI) is the major cause of cardiovascular mortality worlwide. Early reperfusion is the only treatment recommended to reduce infarct size, a major determinant of morbidity and mortality. However, reperfusion leads to reperfusion injury that precipitates in death the cells that survived the ischemic insult. To date, there is no therapy targeting ischemia-reperfusion (IR) injury to limit the extent of the infarcted area. Heart rate (HR) is a main determinant of cardiac pathology. Most ischemic episodes are triggered by an increase in HR inducing an imbalance between myocardial oxygen delivery and consumption. HR reduction results in a lengthening of the ventricular diastole, allowing better coronary perfusion and optimal oxygenation of the myocardium at rest and during exercise. Thus, it seems clear that a controlled reduction of HR may limit the effort and the vulnerability of the myocardium during the whole IR episode, which would represent a challenge in the treatment of AMI but also a major interest to public health.β-blockers have been extensively studied in this context and have shown beneficial effects in terms of reduction of post-AMI mortality. However, they also exert deleterious effects on myocardial coronary blood flow and contractile function. This finding highlights the importance of selective HR reduction through inhibition of ion currents responsible for cardiac automatism. The If current and the ICa,L and ICa,T calcium currents (mediated by Cav1.3 and Cav3.1 channels, respectively) are important accelerators of cardiac rhythm. Clinical trials have shown the beneficial effects of selective HR reduction by ivabradine, an inhibitor of the If current, in the context of coronary artery disease and heart failure. However, recent studies have shown that treatment with ivabradine may involve an increased risk of cardiovascular mortality and infarct. These results underscore the need to develop new therapies aimed to selectively control HR without adverse effects on the myocardium and prognosis of patients.The goal of this thesis is to study the role of HR during myocardial IR and to validate in murine models of bradycardia the hypothesis that HR reduction is able to limit IR injury. Our work strategy is based on a genetic approach with the use of knockout mice for Cav1.3 and Cav3.1 calcium channels. In a first time, pharmacological HR reduction by ivabradine induces infarct size decrease in control mice, validating the concept in our in vivo mouse model of IR. Genetically-modified mice in which these channels have been ablated have reduced heart rate and show a reduction in infarct size after the IR protocol, confirming the involvement of HR in cardioprotection. There is a direct relationship between infarct size and HR during each phase of IR and independently of the animal model. Surprisingly, this relation is suppressed when the parasympathetic nervous system is inactivated. Secondly, HR acceleration in an ex vivo model of cardiac IR generates deleterious effects on the myocardium, including infarct size increase and coronary flow reduction during reperfusion.These results confirm the cardioprotective effect of HR reduction against IR injury and allow us to consider a clinical application in the treatment of ischemic diseases.

De nombreux processus physiologiques tels que les mouvements stomatiques, l’absorption des nutriments, l’élongation cellulaire et la signalisation cellulaire impliquent des flux d’anions entre les membranes plasmique et vacuolaire des cellules végétales. Ces flux ioniques sont régulés par des canaux et transporteurs membranaires. Les canaux ioniques transportent passivement les ions au travers des membranes selon le gradient électrochimique. Les transporteurs actifs permettent le transport contre le gradient électrochimique de l’ion transporté induisant son accumulation dans un compartiment cellulaire. Dans les cellules végétales, le gradient de H+ entre différents compartiments constitue la principale source d’énergie couplée par les symports et les antiports au transport de NO₃⁻ et Cl⁻. Au cours de ma thèse, j’ai analysé ces flux ioniques avec deux approches. Une première approche a consisté en l’étude fonctionnelle par électrophysiologie de deux protéines membranaires, AtCLCc et AtCLCg impliquées dans le transport d’anions. Dans une deuxième approche, un biosenseur, clopHensor a été exprimé chez A. thaliana et a permis de mesurer simultanément la [NO₃⁻] et le pH cytosoliques in vivo. Les cellules de garde ont été choisies comme modèle cellulaire pour l’étude de la dynamique in vivo de la [NO₃⁻]cyt et du pH. Nous avons mis en évidence que la [NO₃⁻]cyt est influencée par les conditions extracellulaires dans ces cellules. Enfin l’expression de clopHensor en plantes KO pour un antiport NO₃⁻/H⁺ vacuolaire, AtCLCa, et d’un canal anionique de la membrane plasmique, SLAC1, nous a permis d’étudier la contribution de deux membranes dans la régulation de [NO₃⁻] et du pH cytosolique. Les travaux menés ont permis de visualiser l’activité de canaux et de transporteurs d’anions et H⁺ in vivo et de quantifier leur impact sur l’homéostasie du cytosol. / Many physiological processes like stomata aperture, nutrient up-take, cellular elongation and cell signalling involve anion fluxes at the two main membranes, the plasma and vacuolar membranes of plant cells. Specialized membrane proteins form active and passive anion transport systems mediating and regulating anion fluxes. Ion channels are passive transport systems mediating ion fluxes across membranes along the electrochemical gradient. Whereas active transporters work against the electrochemical gradient of the transported ion allowing its accumulation into a cellular compartment. In plant cells, the H⁺ gradient is the main energy source of antiporters and symporters that couple the transport of anions like NO₃⁻ and Cl⁻ to the transport of H⁺. In the presents work, we aimed at analysing anion and H⁺ fluxes at two levels. First, we used an electrophysiological approach to study the functional properties of two anion transport systems acting at the vacuolar membrane, AtCLCc and AtCLCg. We also expressed a biosensor, clopHensor in A. thaliana to dynamically measure in vivo the [NO₃⁻] and pH of the cytosol. We chose stomata guard cells as a cellular model to study these fluxes. Our results illustrate the in vivo dynamics of cytosolic [NO₃⁻] and pH variations in the cytosol of guard cells. Our data show that in guard cells the cytosolic [NO₃⁻] is highly influenced by the extracellular [NO₃⁻]. At last, clopHensor’s expression in plants KO for the vacuolar NO₃⁻/H⁺ antiporter AtCLCa and for the plasma membrane anion channel SLAC1 allowed us to dissect the role of the two membranes in controlling the variation of cytosolic [NO₃⁻] and pH. This work enabled to visualize the activity of an anion channel (SLAC1) and of a NO₃⁻/H⁺ antiporter (AtCLCa) in vivo and to quantify the impact of anion and proton fluxes on cytosolic homeostasis of guard cells.

Le présent mémoire se divise en deux parties principales. La première traite de la synthèse efficace de macrocycles peptidiques par une approche sur support solide. La seconde partie présente le design et les avancements dans la synthèse d'une nouvelle nanostructure peptidique de type canal. Ces deux projets ont en commun l'utilisation de macrocycles peptidiques. Le premier chapitre constitue une introduction aux canaux et nanopores naturels et artificiels développés dans le passé, ainsi que l'approche novatrice de notre groupe de recherche, amenant ainsi les objectifs de ce projet de maîtrise. Le deuxième chapitre traite de la synthèse de séquences peptidiques modèles pour le développement et la compréhension des paramètres influençant une réaction clé de clivage cyclidatif, permettant l'obtention de macrocycles peptidiques. Le troisième chapitre porte sur l'étude de la séquence sur cette même réaction clé, facteur très important pour cette réaction. Le quatrième chapitre traite quant à lui du design et de la stratégie pour la formation d'un nanopore moléculaire, incluant un macrocycle peptidique comme élément de pore de la nanostructure. Les essais et avancements pour la synthèse de ce canal cible seront discutés.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La fonction des canaux ioniques est finement régulée par des changements structuraux de sites clés contrôlant l’ouverture du pore. Ces modulations structurales découlent de l’interaction du canal avec l’environnement local, puisque certains domaines peuvent être suffisamment sensibles à des propriétés physico-chimiques spécifiques. Les mouvements engendrés dans la structure sont notamment perceptibles fonctionnellement lorsque le canal ouvre un passage à certains ions, générant ainsi un courant ionique mesurable selon le potentiel électrochimique. Une description détaillée de ces relations structure-fonction est cependant difficile à obtenir à partir de mesures sur des ensembles de canaux identiques, puisque les fluctuations et les distributions de différentes propriétés individuelles demeurent cachées dans une moyenne. Pour distinguer ces propriétés, des mesures à l’échelle de la molécule unique sont nécessaires. Le but principal de la présente thèse est d’étudier la structure et les mécanismes moléculaires de canaux ioniques par mesures de spectroscopie de fluorescence à l’échelle de la molécule unique. Les études sont particulièrement dirigées vers le développement de nouvelles méthodes ou leur amélioration. Une classe de toxine formeuse de pores a servi de premier modèle d’étude. La fluorescence à l’échelle de la molécule unique a aussi été utilisée pour l’étude d’un récepteur glutamate, d’un récepteur à la glycine et d’un canal potassique procaryote. Le premier volet porte sur l’étude de la stœchiométrie par mesures de photoblanchiment en temps résolu. Cette méthode permet de déterminer directement le nombre de monomères fluorescents dans un complexe isolé par le décompte des sauts discrets de fluorescence suivant les événements de photoblanchiment. Nous présentons ici la première description, à notre connaissance, de l’assemblage dynamique d’une protéine membranaire dans un environnement lipidique. La toxine monomérique purifiée Cry1Aa s’assemble à d’autres monomères selon la concentration et sature en conformation tétramérique. Un programme automatique est ensuite développé pour déterminer la stœchiométrie de protéines membranaires fusionnées à GFP et exprimées à la surface de cellules mammifères. Bien que ce système d’expression soit approprié pour l’étude de protéines d’origine mammifère, le bruit de fluorescence y est particulièrement important et augmente significativement le risque d’erreur dans le décompte manuel des monomères fluorescents. La méthode présentée permet une analyse rapide et automatique basée sur des critères fixes. L’algorithme chargé d’effectuer le décompte des monomères fluorescents a été optimisé à partir de simulations et ajuste ses paramètres de détection automatiquement selon la trace de fluorescence. La composition de deux canaux ioniques a été vérifiée avec succès par ce programme. Finalement, la fluorescence à l’échelle de la molécule unique est mesurée conjointement au courant ionique de canaux potassiques KcsA avec un système de fluorométrie en voltage imposé. Ces enregistrements combinés permettent de décrire la fonction de canaux ioniques simultanément à leur position et densité alors qu’ils diffusent dans une membrane lipidique dont la composition est choisie. Nous avons observé le regroupement de canaux KcsA pour différentes compositions lipidiques. Ce regroupement ne paraît pas être causé par des interactions protéine-protéine, mais plutôt par des microdomaines induits par la forme des canaux reconstitués dans la membrane. Il semble que des canaux regroupés puissent ensuite devenir couplés, se traduisant en ouvertures et fermetures simultanées où les niveaux de conductance sont un multiple de la conductance « normale » d’un canal isolé. De plus, contrairement à ce qui est actuellement suggéré, KcsA ne requiert pas de phospholipide chargé négativement pour sa fonction. Plusieurs mesures indiquent plutôt que des lipides de forme conique dans la phase cristalline liquide sont suffisants pour permettre l’ouverture de canaux KcsA isolés. Des canaux regroupés peuvent quant à eux surmonter la barrière d’énergie pour s’ouvrir de manière coopérative dans des lipides non chargés de forme cylindrique. / The function of ion channels is finely regulated by structural changes of key domains controlling the pore opening. These structural modulations arise from interactions with the local environment, since several domains can be sensitive to specific physico-chemical properties. Movements generated in the structure become notably perceptible when channels open a passage for some ions, thus generating a measurable ionic current according to the electrochemical potential. A detailed description of these structure-function relationships is however difficult to obtain from measurements involving a set of identical channels, since the fluctuations and distributions of different individual properties remain hidden in an average. To differentiate these properties, single-molecule recordings are required. The main purpose of this thesis is to study the structural aspects and molecular mechanisms of ion channels using fluorescence spectroscopy at the single-molecule level. Studies are oriented towards the development or improvement of new methods. A class of pore-forming toxin served as a first study model. Single-molecule fluorescence was also used to study an ionotropic glutamate receptor, a glycine receptor and a prokaryotic potassium channel. The first part focuses on the study of stoichiometry using fluorescent subunit counting. This method allows a direct measure of the number of fluorescent monomers within a single complex by counting the number of step-wise fluorescence intensity decrease following photobleaching events. Here we present the first description, to our knowledge, of the dynamic assembly of a membrane protein in a lipid environment. The purified monomeric Cry1Aa toxin clusters with other monomers depending on the concentration and saturates in a tetrameric conformation. An automated method has been developed to determine the stoichiometry of GFP-tagged membrane proteins expressed on mammalian cell surface. Although this expression system is suitable for the study of proteins of mammalian origin, background fluorescence is particularly important and significantly increases the risk of error in the manual counting process. The presented method allows a fast and automated analysis based on fixed criteria. The algorithm responsible for counting fluorescent monomers was optimized from simulations and adjusts its detection parameters automatically according to the fluorescence trace recording. The composition of two ion channels was successfully verified using this program. Finally, single-molecule fluorescence is measured together with ionic current of KcsA channels using a voltage-clamp fluorometry setup. These combined recordings allowed us to describe the function of ion channels simultaneously to their position and density as they diffuse in a lipid membrane of defined composition. We observed clustering of KcsA channels for various lipid compositions. Clustering does not appear to be caused by protein-protein interaction, but rather by microdomains induced by the shape of reconstructed channels in the lipid bilayer. It seems that clustered KcsA channels could then become coupled, resulting in cooperative gating events with conductance levels multiple to the “normal” unitary channel conductance. Moreover, as opposed to what is currently suggested, KcsA does not require a negatively charged phospholipid for its function. Several of our recordings rather suggest that conically shaped lipids in the lamellar liquid crystalline phase are sufficient to allow single channel opening. Clustered channels can on the other hand overcome the energy barrier to open cooperatively in uncharged cylindrical lipids.

La Fibrose kystique (FK), causée par des mutations du canal Cl- CFTR, entraîne une dysfonction de la sécrétion de Cl- et un débalancement dans la sécrétion des fluides. La diminution de la clairance mucociliaire qui s’en suit occasionne une accumulation du mucus. Cet environnement est alors favorable à l’installation d’infections et d’inflammation chroniques, responsables de lésions au niveau de l’épithélium respiratoire. Le vieillissement de la population FK, suite à la prise en charge plus appropriée de la maladie, est accompagné par l’émergence de pathologies associées, telles que le diabète. Celui-ci, ainsi que plusieurs autres facteurs comme l’infection à Pseudomonas aeruginosa, contribuent au déclin progressif de la fonction pulmonaire, principale cause de mortalité et de morbidité des patients FK. Le maintien de la fonction pulmonaire est dépendant notamment du transport ionique et liquidien régulant la clairance mucociliaire ainsi que de la réparation épithéliale nécessaire à la génération d’un épithélium fonctionnel en réponse aux agressions. Nous avons donc évalué l’impact de l’hyperglycémie et des exoproduits de P. aeruginosa sur ces deux mécanismes. Nos résultats ont tout d’abord montré qu’un niveau de glucose élevé diminue les courants Cl- CFTR et potassique et altère la réparation de l’épithélium bronchique FK et non FK. Nous avons aussi observé que l’hyperglycémie limite l’impact bénéfique de la correction de CFTR sur la réparation épithéliale. Dans un second temps, nous avons évalué l’impact de l’infection à Pseudomonas aeruginosa sur le CFTR, qui tient un rôle important dans la fonctionnalité de l’épithélium des voies aériennes non-FK. Nous avons noté que l’expression du CFTR ainsi que sa fonction sont réduites par l’exposition aux produits bactériens dans les cellules non-FK. De plus, ces exoproduits compromettent la maturation du CFTR muté par les correcteurs ainsi que leur bénéfice sur la réparation de l’épithélium FK. Finalement, nous avons testé différentes combinaisons de composés correcteurs et potentiateurs de CFTR afin de déterminer quelle stratégie serait la plus efficace afin de favoriser la réparation épithéliale bronchique FK malgré la présence d’infection. / Cystic fibrosis (CF), caused by mutations in the CFTR gene, is characterized by dysfunctional Cl- secretion and an imbalance in ion/fluid transport resulting in a decrease in mucociliary clearance. Accumulation of mucus then occurs and this favors bacterial infection in the airways. Chronic infection and inflammation is then responsible for progressive injuries to the lung epithelium. These mechanisms are associated with a decline in lung function, the main cause of morbidity and mortality in CF. The recent improvement in clinical care of patients with CF has led to an increase in median life expectancy, which allows the emergence of comorbidities, such as CF-related diabetes (CFRD). Because Pseudomonas aeruginosa infection and CFRD have been associated with decreased lung function, we investigated their impact on ion transports and epithelial repair, two main functions of airway epithelia. First, our results showed a reduction in Cl- secretion by CFTR and total K+ currents through CF and non-CF airway epithelial cells in hyperglycemic conditions. Moreover, our data indicated a decrease in wound closure rates of airway cell monolayers after exposure to high glucose. We also demonstrated an impairment of the beneficial effect of CFTR correctors on repair rates. The second part of our studies reveals a deleterious impact of Pseudomonas aeruginosa diffusible material (PsaDM) on CFTR expression and function in non-CF airways cells. Importantly, we showed, for the first time, that the presence of PsaDM altered the functional rescue of mutated CFTR by correctors and dampened their beneficial effect on CF wound repair. Finally, we tested several different combinations of corrector and potentiators in order to identify the most efficient compounds to improve the repair rates of CF monolayers despite the presence of PsaDM. Overall, our research demonstrated a deleterious impact of CFRD and PsaDM on ion transports and wound closure. Moreover, the new therapies with correctors may also be impacted by these two components.

Le segment initial de l'axone (SIA) joue un rôle dans la maintenance de la polarité neuronale et dans l'initiation du potentiel d'action. Il se construit autour de l'ankyrine G (ankG) qui relie les protéines membranaires au cytosquelette d'actine et de microtubules. Cette structure est dynamiquement régulée par des kinases. S'il a été clairement établi que l'ankG est cruciale à la formation et à la maintenance du SIA, les mécanismes responsables de sa concentration dans la partie proximale de l'axone restent encore inconnus. Il en est de même pour la protéine kinase CK2 qui régule l'interaction entre l'ankG et les canaux sodiques (Nav1). Dans un premier temps, nous avons montré, par des approches de mutagénèse, que le domaine serine-rich (SR), notamment ses 73 premiers acides aminés, porte l'information nécessaire à l'entrée de l'ankG dans l'axone. Mais ce domaine n'est pas suffisant pour le confiner dans la partie proximale de l'axone, cette propriété est portée par le domaine Tail. En plus de la coopération de ces domaines, nous avons aussi observé que l'adressage de l'ankG est régulé par les kinases Cdk5 et PKC. Dans un second temps, nous avons montré que l'accumulation de la CK2 au SIA dépend de l'expression des Nav1. L'existence d'un complexe formé par les Nav1 et la CK2 serait donc importante au recrutement de la protéine kinase CK2 au SIA. En outre, le développement des anticorps phosphospécifiques nous a permis de monter que les Nav1 sont phosphorylés in vivo au niveau de leur motif de liaison à l'ankG. L'ensemble de nos résultats ouvre de nouvelles perspectives dans la compréhension de la formation du SIA et des mécanismes de régulation qui peuvent être associés. / The axon initial segment (AIS) is responsible for both the maintenance of neuronal polarity and the generation of action potentials. The scaffolding protein ankyrin G (ankG) is specifically expressed in the AIS where it links transmembrane proteins to the subjacent actin and microtubule cytosqueletons. Moreover, the AIS is dynamically regulated by kinases. Although, it has been clearly established that ankG directs AIS assembly and maintenance, the mechanisms regulating ankG proper transport and tethering remain unclear. Another AIS component, the protein kinase CK2 is also playing an important role via the phosphorylation of the ankG-binding motif (ABM) on sodium channels (Nav1) to strengthen their interaction with ankG. But, the mechanism regulating its targeting and anchoring to the AIS remain still unknown. Here, we report that the first 73 residues of the serine-rich domain are necessary for the targeting of ankG to the axon and the tail domain for the proper positioning along the proximal axon. We also observed that ankG axonal localization is modulated by post-translational modifications. Using phosphospecific antibodies and inhibition/depletion approaches, we also provide evidence that the ABM of Nav1 are phosphorylated in vivo and that CK2 accumulation at the AIS depends on Nav1 expression, with which they form tight complexes. This suggests that CK2-mediated phosphorylation participates in Nav1 clustering in vivo and that its specific localization at the AIS is dependent on Nav1 expression. Altogether, our results open new perspectives in understanding the formation of AIS and regulatory mechanisms that may be involved.

Correction de la bradycardie et des troubles de conduction dans des modèles de dysfonction congénitale de l’automatisme cardiaque par l’inhibition pharmacologique du courant IKAChLa dysfonction du nœud sinusal (DNS) est l’une des principales pathologies de l’automatisme cardiaque. La DNS désigne une multitude de troubles caractérisées par l’incapacité du nœud sinusal (SAN) à générer ou à conduire l’impulsion cardiaque. La seule thérapie actuellement disponible pour la DNS est l’implantation d’un pacemaker électronique. Des études épidémiologiques prévoient un besoin croissant d’implantation de pacemaker électroniques au cours des 50 prochaines années à cause du vieillissement de la population. Le développement des thérapies innovantes pour la DNS est donc un enjeu médical et sociétal important. L’inhibition pharmacologique du courant potassique activé par l’acétylcholine (IKACh) pourrait constituer une nouvelle option thérapeutique pour traiter la DNS.Nous avons donc testé l’inhibition du courant IKACh par un peptide de venin d’abeille, la Tertiapine-Q, pour corriger le DNS et le dysfonctionnement de la conduction chez des souris modèle de pathologies cardiaque humaine en particulier les souris portant l’inactivation des canaux L Cav1.3 (Cav1.3-/-), les souris portant simultanément l’ablation de Cav1.3 et des canaux de type-T Cav3.1 (Cav1.3-/-/Cav3.1-/-), les souris porteuses de la perte de fonction des canaux f- (HCN4-CNBD) et les souris haplo-suffisantes Nav1.5 (Scn5a+/-).Nous avons enregistré par télémétrie, l’ECG, chez ces modèles murins avant et après l’administration de différentes doses de Tertiapine-Q.L’inhibition du courant IKACh par la Tertiapine-Q prévient des dysfonctions sinusales et améliore la conduction dans ces modèles de bradycardie congénitale suggérant la possibilité d’un développement d’un ciblage pharmacologique d’IKACh afin de parvenir à corriger la DNS et les troubles de la conduction. / Inhibition of KACh channels by the bee venom peptide tertiapin-Q rescues inherited cardiac conduction defects, sino-atrial bradycardia, and atrioventricular block in models of congenital dysfunctionSinus node dysfunction (SND) is a widespread disease of heart automaticity. SND refers to a multitude of sinus node (SAN) disorders characterized by failure to generate or conduct the cardiac impulse. The only currently available therapy for chronic SND is the implantation of an electronic pacemaker. Epidemiological studies forecast an increasing need for pacemaker implantation during the next 50 years, with the ageing of the population. It is thus an important medical and societal issue, to develop innovative therapies for SND. Pharmacologic inhibition of the G-protein activated K+ current (IKACh) could be a new therapeutic option to treat bradycardia and SND associated with other cardiac pathologies.We tested whether inhibition of IKAch by the peptide Tertiapin-Q could rescue SND and conduction dysfunction in Cav1.3-/- mice carrying concurrent ablation of L-type Cav1.3 and T-type Cav3.1 channels (Cav1.3-/-/Cav3.1-/-), mice carrying loss-of-function of f-channels (HCN4-CNBD) and Nav1.5 haploinsufficient (Scn5a+/-) mice.We employed telemetric ECG recordings of heart rate (HR), SAN pacemaking and AV dysfunction in mice before and after administration of different doses of Tertiapin-Q.Tertiapin-Q significantly improves the HR of Cav1.3-/-, Cav1.3-/-/Cav3.1-/-, and HCN4-CNBD from doses of 0.1 to 5 mg/kg. HRs of Tertiapin-Q-treated mice were similar to those recorded in untreated wild-type mice. Tertiapin-Q also improved cardiac conduction of Scn5a+/- mice by 24%.Pharmacological inhibition of IKAch by Tertiapin-Q prevents SAN dysfunction and improves conduction in three models of congenital bradycardia suggesting the possibility of pharmacologic development of IKACh targeting to manage SND and conduction disease, to delay or replace the implantation of an electronic pacemaker.

La base phosphazène ButP4 associée au thiophénol ou au bis (2-mercaptoéthyl) éther a été utilisée avec succès pour amorcer quantitativement la polymérisation anionique par ouverture de cycle des monomères cyclopropane-1,1-dicarboxylates de dialkyle. Pour des températures comprises entre 30 et 60°C dans le THF ou entre 30 et 100°C dans le toluène, le mécanisme observé est celui d'une polymérisation anionique vivante qui conduit à des polymères présentant des indices de polymolécularité faibles et dont les Mn expérimentaux (mesurés par SEC et RMN 1H) sont en accord avec les valeurs théoriques. D'autres systèmes d'amorçage comme le carbazole ou des composés possédant un proton acide associés à ButP4 conduisent également à des polymères bien définis. Une étude cinétique montre que l'ordre interne en monomère est égal à 1 sur l'ensemble de la gamme de conversion. Le système d'amorçage thiophénol / ButP4 dans le THF présente une réactivité bien supérieure à celle du thiophénolate de sodium dans le DMSO qui est le système classique d'amorçage pour ce type de polymérisation. Différents agents de terminaison, comme l'acide chlorhydrique, le bromure d'allyle ou le bromure de propargyle, ont été utilisés pour terminer les réactions et ont conduit à l'obtention de polymères hétérotéléchéliques. D'autres dérivés de cyclopropanes présentant des substituants variés ont également été examinés. Ces résultats ouvrent de très intéressantes perspectives dans la préparation d'architectures complexes comme des copolymères à blocs, greffés ou en étoile. Les premières expériences de copolymérisation ont d'ailleurs été couronnées de succès. Afin d'obtenir de nouveaux canaux ioniques artificiels, différents monomères cyclopropane-1,1- dicarboxylates porteurs d'éthers-couronne ont été synthétisés. La polymérisation anionique par ouverture de cycle de ceux-ci a été étudiée en utilisant soit le thiophénolate de sodium soit le système thiophénol / ButP4 comme amorceur. Ces travaux ont également permis l'obtention d'un nouveau type de poly(éther-ester) qui s'est révélé intéressant comme perméabilisant membranaire. Les interactions des oligo(éther-ester)s avec des membranes modèles planes, des vésicules unilamellaires et des cellules ont été étudiées en collaboration avec des physiciens et des biologistes. Des résultats prometteurs en termes de transport d'ions ont été obtenus et sont présentés dans ce mémoire