This thesis presents a computational study of water and ion dynamics in modified hydrophobic silicon nitride (Si3N4) nanopores, aimed at enhancing protein sequenc- ing technologies. By employing molecular dynamics (MD) simulations, the research investigates the wetting-dewetting behavior within nanopores as an indirect measure of amino acid residue hydrophobicity, focusing on how post-translational modifications (PTMs) of lysine, particularly the acetylation of lysine residues, influence nanopore hydrophobicity and ionic conductance. The study reveals that nanopore radius and hydrophobicity significantly affect water and ion permeation, with smaller nanopores oscillating between open and closed states, while larger ones remain open.  Using umbrella sampling and the Weighted Histogram Analysis Method (WHAM), the potential of mean force (PMF) for potassium (K+), chloride (Cl−), and water within the nanopores was determined, showing distinct PMF profiles based on lysine and acetyl- lysine presence. The modulation of ionic currents as a tool for protein sequencing was explored, demonstrating that different amino acid residues affect ionic currents by par- tially blocking the pore and altering local permeability, thereby enabling differentiation based on size, shape, charge, and hydrophobicity.  The findings suggest that silicon nitride pore hydrophobicity can be tailored for nanopore sequencing, correlating changes in ionic currents with amino acid residue translocation. This research enhances the understanding of interactions within nanopore environments, potentially leading to more precise nanopore-based sequencing methods.

Les canaux potassiques voltage-dépendants forment des tétramères dont chaque sous-unité comporte six segments transmembranaires (S1 à S6). Le pore, formé des segments S5-S6 de chaque sous-unité, est entouré de quatre domaines responsables de la sensibilité au potentiel membranaire, les senseurs de voltage (VS; S1-S4). Lors d’une dépolarisation membranaire, le mouvement des résidus chargés situés dans le VS entraine un mouvement de charges détectable en électrophysiologie, le courant de « gating ». L’activation du VS conduit à l'ouverture du pore, qui se traduit par un changement de conformation en C-terminal du segment S6. Pour élucider les principes qui sous-tendent le couplage électromécanique entre ces deux domaines, nous avons étudié deux régions présumées responsables du couplage chez les canaux de type Shaker K+, soit la région carboxy-terminale du segment S6 et le lien peptidique reliant les segments transmembranaire S4-S5 (S4-5L). Avec la technique du « cut-open voltage clamp fluorometry » (COVCF), nous avons pu déterminer que l’interaction inter-sous-unitaire RELY, formée par des acides aminés situés sur le lien S4-5L et S6 de deux sous-unités voisines, est impliquée dans le développement de la composante lente observée lors du retour des charges de « gating » vers leur état de repos, le « OFF-gating ». Nous avons observé que l’introduction de mutations dans la région RELY module la force de ces interactions moléculaires et élimine l’asymétrie observée dans les courants de « gating » de type sauvage. D’ailleurs, nous démontrons que ce couplage inter-sous-unitaire est responsable de la stabilisation du pore dans l’état ouvert. Nous avons également identifié une interaction intra-sous-unitaire entre les résidus I384 situé sur le lien S4-5L et F484 sur le segment S6 d’une même sous-unité. La déstabilisation de cette interaction hydrophobique découple complètement le mouvement des senseurs de voltage et l'ouverture du pore. Sans cette interaction, l’énergie nécessaire pour activer les VS est moindre en raison de l’absence du poids mécanique appliqué par le pore. De plus, l’abolition du couplage électromécanique élimine également le « mode shift », soit le déplacement de la dépendance au voltage des charges de transfert (QV) vers des potentiels hyperpolarisants. Ceci indique que le poids mécanique du pore imposé au VS entraine le « mode shift », en modulant la conformation intrinsèque du VS par un processus allostérique. / Voltage-gated potassium channels are tetramers and each subunit is formed of six transmembrane segments (S1 to S6). The pore, formed by the S5-S6 segments of each subunit, is surrounded by four modules responsible for sensitivity to the membrane potential, the voltage sensors (VS, S1-S4). During membrane depolarization, the movement of charged residues located in the VS causes a detectable charge movement called the gating current. The activation of the VS led to the opening of the pore, resulting in a conformational change in the C-terminal segment of S6. To elucidate the principles underlying the electromechanical coupling between these two domains, we examined two regions presumed responsible for the coupling among channels of the Shaker K + family: the carboxy-terminal region of S6 and the peptide bond linking the transmembrane segments S4-S5 (S4-5L). Using the cut-open voltage clamp fluorometry (COVCF), we have determined that the RELY inter-subunit interaction, formed by amino acids located on the S4-5L linker and S6 of two neighboring subunits, is involved in the development of the slow component observed during the return of the gating charges (OFF-gating) to their resting state. The introduction of mutations in the RELY region modulates the strength of these molecular interactions and eliminates the asymmetry observed in the wild type gating currents. Moreover, we demonstrate that this inter-subunit coupling is responsible for stabilizing the pore in the open state. We have also identified an intra-subunit interaction between residues I384 located on the S4-5L linker and F484 on the S6 segment of the same subunit. The destabilization of this hydrophobic interaction uncouples completely the movement of voltage sensors from pore opening. Without this interaction, the energy required to activate the VS is diminished due to the absence of mechanical weight applied by the pore. Furthermore, this uncoupling also eliminates the "mode shift", defined as an amplified shift of the voltage dependence of gating charge (QV) to hyperpolarizing potentials during prolonged depolarization, thus indicating that the mechanical load of the pore influences the entry of the VS into this shifted mode by modulating the conformation of the VS threw an intrinsic allosteric process.

Les canaux calciques de type L CaV1.2 sont principalement responsables de l’entrée des ions calcium pendant la phase plateau du potentiel d’action des cardiomyocytes ventriculaires. Cet influx calcique est requis pour initier la contraction du muscle cardiaque. Le canal CaV1.2 est un complexe oligomérique qui est composé de la sous-unité principale CaVα1 et des sous-unités auxiliaires CaVβ et CaVα2δ1. CaVβ joue un rôle déterminant dans l’adressage membranaire de la sous-unité CaVα1. CaVα2δ1 stabilise l’état ouvert du canal mais le mécanisme moléculaire responsable de cette modulation n’a pas été encore identifié. Nous avons récemment montré que cette modulation requiert une expression membranaire significative de CaVα2δ1 (Bourdin et al. 2015). CaVα2δ1 est une glycoprotéine qui possède 16 sites potentiels de glycosylation de type N. Nous avons donc évalué le rôle de la glycosylation de type-N dans l’adressage membranaire et la stabilité de CaVα2δ1. Nous avons d’abord confirmé que la protéine CaVα2δ1 recombinante, telle la protéine endogène, est significativement glycosylée puisque le traitement à la PNGase F se traduit par une diminution de 50 kDa de sa masse moléculaire, ce qui est compatible avec la présence de 16 sites Asn. Il s’est avéré par ailleurs que la mutation simultanée de 6/16 sites (6xNQ) est suffisante pour 1) réduire significativement la densité de surface de! CaVα2δ1 telle que mesurée par cytométrie en flux et par imagerie confocale 2) accélérer les cinétiques de dégradation telle qu’estimée après arrêt de la synthèse protéique et 3) diminuer la modulation fonctionnelle des courants générés par CaV1.2 telle qu’évaluée par la méthode du « patch-clamp ». Les effets les plus importants ont toutefois été obtenus avec les mutants N663Q, et les doubles mutants N348Q/N468Q, N348Q/N812Q, N468Q/N812Q. Ensemble, ces résultats montrent que Asn663 et à un moindre degré Asn348, Asn468 et Asn812 contribuent à la biogenèse et la stabilité de CaVα2δ1 et confirment que la glycosylation de type N de CaVα2δ1 est nécessaire à la fonction du canal calcique cardiaque de type L. / L-type CaV1.2 channels play a key role in the excitation-contraction coupling in the heart. They are formed of a pore-forming CaVα1 subunit in complex with the intracellular CaVβ and the disulfur-linked CaVα2δ accessory subunits. CaVα2δ significantly increases peak current densities of CaV1.2. The mechanism underlying this effect is still under study but requires that CaVα2δ be trafficked at the cell surface. CaVα2δ contains 16 putative N-glycosylation sites. A study was carried out to identify the role of N-glycosylation in the trafficking and protein stability of the subunit CaVα2δ. Herein we show that enzymatic removal of N-glycans produced a 50 kDa shift in the mobility of cardiac and recombinant CaVα2δ1 proteins. Simultaneous mutation of the 16 Asn sites was required to fully account for this change in protein mobility. Nonetheless, the mutation of only 6/16 sites was sufficient to 1) significantly reduce the steady-state cell surface fluorescence of CaVα2δ1 as characterized by two-color flow cytometry assays and confocal imaging; 2) accelerate the degradation kinetics estimated from cycloheximide chase assays; and 3) prevent the CaVα2δ1-mediated increase in peak current density and voltage-dependent gating of CaV1.2. Reversing the N348Q and N812Q mutations in the non-operational 6 Asn mutant functionally rescued CaVα2δ1. Single mutation N663Q and double mutations N348Q/ N468Q, N348Q/ N812Q, N468Q/N812Q decreased protein stability/synthesis and abolished steady-state cell surface density as well as upregulation of L-type currents. These results demonstrate that Asn663, and to a lesser extent Asn348, Asn468, and Asn812 contribute to the stability of CaVα2δ1 function and furthermore that N- glycosylation of CaVα2δ1 is essential to produce functional L-type Ca2+ channels.

Les canaux potassiques voltage-dépendants forment des tétramères dont chaque sous-unité comporte six segments transmembranaires (S1 à S6). Le pore, formé des segments S5-S6 de chaque sous-unité, est entouré de quatre domaines responsables de la sensibilité au potentiel membranaire, les senseurs de voltage (VS; S1-S4). Lors d’une dépolarisation membranaire, le mouvement des résidus chargés situés dans le VS entraine un mouvement de charges détectable en électrophysiologie, le courant de « gating ». L’activation du VS conduit à l'ouverture du pore, qui se traduit par un changement de conformation en C-terminal du segment S6. Pour élucider les principes qui sous-tendent le couplage électromécanique entre ces deux domaines, nous avons étudié deux régions présumées responsables du couplage chez les canaux de type Shaker K+, soit la région carboxy-terminale du segment S6 et le lien peptidique reliant les segments transmembranaire S4-S5 (S4-5L). Avec la technique du « cut-open voltage clamp fluorometry » (COVCF), nous avons pu déterminer que l’interaction inter-sous-unitaire RELY, formée par des acides aminés situés sur le lien S4-5L et S6 de deux sous-unités voisines, est impliquée dans le développement de la composante lente observée lors du retour des charges de « gating » vers leur état de repos, le « OFF-gating ». Nous avons observé que l’introduction de mutations dans la région RELY module la force de ces interactions moléculaires et élimine l’asymétrie observée dans les courants de « gating » de type sauvage. D’ailleurs, nous démontrons que ce couplage inter-sous-unitaire est responsable de la stabilisation du pore dans l’état ouvert. Nous avons également identifié une interaction intra-sous-unitaire entre les résidus I384 situé sur le lien S4-5L et F484 sur le segment S6 d’une même sous-unité. La déstabilisation de cette interaction hydrophobique découple complètement le mouvement des senseurs de voltage et l'ouverture du pore. Sans cette interaction, l’énergie nécessaire pour activer les VS est moindre en raison de l’absence du poids mécanique appliqué par le pore. De plus, l’abolition du couplage électromécanique élimine également le « mode shift », soit le déplacement de la dépendance au voltage des charges de transfert (QV) vers des potentiels hyperpolarisants. Ceci indique que le poids mécanique du pore imposé au VS entraine le « mode shift », en modulant la conformation intrinsèque du VS par un processus allostérique. / Voltage-gated potassium channels are tetramers and each subunit is formed of six transmembrane segments (S1 to S6). The pore, formed by the S5-S6 segments of each subunit, is surrounded by four modules responsible for sensitivity to the membrane potential, the voltage sensors (VS, S1-S4). During membrane depolarization, the movement of charged residues located in the VS causes a detectable charge movement called the gating current. The activation of the VS led to the opening of the pore, resulting in a conformational change in the C-terminal segment of S6. To elucidate the principles underlying the electromechanical coupling between these two domains, we examined two regions presumed responsible for the coupling among channels of the Shaker K + family: the carboxy-terminal region of S6 and the peptide bond linking the transmembrane segments S4-S5 (S4-5L). Using the cut-open voltage clamp fluorometry (COVCF), we have determined that the RELY inter-subunit interaction, formed by amino acids located on the S4-5L linker and S6 of two neighboring subunits, is involved in the development of the slow component observed during the return of the gating charges (OFF-gating) to their resting state. The introduction of mutations in the RELY region modulates the strength of these molecular interactions and eliminates the asymmetry observed in the wild type gating currents. Moreover, we demonstrate that this inter-subunit coupling is responsible for stabilizing the pore in the open state. We have also identified an intra-subunit interaction between residues I384 located on the S4-5L linker and F484 on the S6 segment of the same subunit. The destabilization of this hydrophobic interaction uncouples completely the movement of voltage sensors from pore opening. Without this interaction, the energy required to activate the VS is diminished due to the absence of mechanical weight applied by the pore. Furthermore, this uncoupling also eliminates the "mode shift", defined as an amplified shift of the voltage dependence of gating charge (QV) to hyperpolarizing potentials during prolonged depolarization, thus indicating that the mechanical load of the pore influences the entry of the VS into this shifted mode by modulating the conformation of the VS threw an intrinsic allosteric process.

Power dissipation in CMOS circuits is of growing concern as the computational requirements of portable, battery operated devices increases. The ability to easily develop application specific circuits, rather than program general-purpose architectures can provide tremendous power savings. To this end, we present a design platform for rapidly developing power efficient hardware architectures starting at a system level. This high level VLSI design platform, called CoDeL, allows hardware description at the algorithm level, and thus dramatically reduces design time and power dissipation. We compare the CoDeL platform to a modern DSP and find that the CoDeL platform produces designs with somewhat slower run times but dramatically lower power dissipation. The CoDeL compiler produces an FSMD (Finite State Machine with Datapath) implementation of the circuit. This regular structure can be exploited to further reduce power through various techniques. To reduce dynamic power dissipation in the resulting architecture, the CoDeL compiler automatically inserts clock gating for registers. Power analysis shows that CoDeL's automated, high-level clock gating provides considerably more power savings than existing automated clock gating tools. To reduce static power, we use the CoDeL platform to analyze the potential and performance impact of power gating individual registers. We propose a static gating method, with very low area overhead, which uses the information available to the CoDeL compiler to predict, at compile time, when the registers can be powered off and powered on. Static branch prediction is used to more intelligently traverse the finite state machine description of the circuit to discover gating opportunities. Using simulation and estimation, we find that CoDeL with backward branch prediction gives the best overall combination of gating potential and performance. Compared to a dynamic time-based technique, this method gives dramatically more power savings, without any additional performance loss. Finally, we propose techniques to efficiently partition a FSMD using Integer Linear Programming and a simulated annealing approach. The FSMD is split into two or more simpler communicating processors. These separate processors can then be clock gated or power gated to achieve considerable power savings since only one processor is active at any given time. Implementation and estimation shows that significant power savings can be expected, when the original machine is partitioned into two or more submachines.

L’engouement actuel pour les applications de type réseaux de capteurs sans-fil ou internet des objets (IoT) relance la nécessité, alors initiée par les applications mobiles, de concevoir des émetteurs-récepteurs radio à basse consommation. Dans ce contexte, l’objet des travaux de thèse est de proposer des techniques de réduction de la consommation des récepteurs radio tout en minimisant l’impact sur leur architecture de manière à pouvoir adapter leur consommation aux besoins de performance.Pour ce faire, l’utilisation intermittente du convertisseur analogique numérique (ADC) a, dans un premier temps, été étudiée puis celle-ci a été généralisée à l’ensemble du récepteur. Pour chacune de ces approches, une modélisation de la dégradation des performances en termes de taux d’erreur (BER) a été confrontée à une estimation de la réduction de la consommation engendrée. Par ailleurs, l’impact de l’ajout de modules spécifiques aux techniques proposées est décrit à l’aide de résultats concernant leurs complexités et leurs consommations. L’ensemble de ces résultats s’inscrit pleinement dans le domaine de recherche des récepteurs adaptatifs pour lesquels les performances sont adaptées au canal de transmission en temps réel.Finalement, une technique de compensation digitale des défauts de quadrature a été proposée, rendant possible l’utilisation d’une PLL moins énergivore mais avec des performances dégradées. Cette technique utilise une recherche par dichotomie des poids de compensation des défauts de quadrature, lui permettant de converger suffisamment rapidement pour pouvoir réaliser la compensation sur une portion connue du message reçu et ainsi éviter une perte d’information. / The recent craze for the Wireless Sensor Networks (WSN) and the Internet of Things (IoT) applications boosts the necessity, previously introduced by the mobile applications, to design low power transceivers. In this context, the purpose of this thesis is to propose some techniques to reduce the power consumption of RF receivers while minimizing the impact on their architecture in order to be able to adapt their power consumption to the required performances.To do so, the study of the intermittent use of the analog-to-digital converter (ADC) is firstly proposed and then extended to the whole receiver. In each case, the degradation of the receiver performances in terms of bit error rate (BER) is compared to an estimate of the obtained decrease of the power consumption. Moreover, the complexity and the overhead power consumption of the modules involved in the processing of the proposed techniques are also estimated and discussed. All these results are part of the field of research called “adaptive receiver” that tries to adapt the receiver performances to its environment in real time.Finally, a digital compensation technique of the quadrature imbalances was proposed. It allows using a less energy-consuming PLL but with degraded quadrature performances and compensating the mismatches in the digital domain. This technique uses a dichotomic search of the compensation weights allowing a fast convergence in order for the compensation to be done during the reception of a known portion of the received message and therefore avoiding a loss of information.

With FinFET based Application Specific Integrated Circuit (ASIC) designs delivering on the promises of scalability, performance, and power, the road ahead is bumpy with technical challenges in building efficient ASICs. Designers can no longer rely on the ‘auto-scaling’ power reduction that follows technology node scaling, in these times when 7nm presents itself as a ‘long-lived’ node. This leads to the need for early power analysis and reduction flows that are incorporated into the ASIC Intellectual Property (IP) design flow. This leads to a focus on power-efficient design in addition to being functionally efficient. Power inefficiency related hotspots are the leading causes of chip re-spins, and a guideline methodology to design blocks in a power-efficient manner leads to a power-efficient design of the Integrated Circuits (ICs). This alleviates the intensity of cooling requirements and the cost. The Common Memory controller is one of the leading consumers of power in the ASIC designs at Ericsson. This Thesis focusses on developing a power analysis and reduction flow for the common memory controller by connecting the verification environment of the block to low-level power analysis tools, using motivated test cases to collect power metrics, thereby leading to two main goals of the Thesis, characterization and optimization of the block for power. This work also includes an energy efficiency perspective through the Differential Energy Analysis technique, initiated by Qualcomm and Ansys, to improve the flow by improving the test cases that help uncover power inefficiencies/bugs and therefore optimize the block. The flow developed in the Thesis fulfills the goals of characterizing and optimizing the block. The characterization data is presented to provide an idea of the type of data that can be collected and useful for SoC architects and designers in planning for future designs. The characterization/profiling data collected from the blocks collectively contribute to the Electronic System-level power analysis that helps correlate the ASIC power estimate to silicon. The work also validates the flow by working on a specific sub-block, identifying possible power bugs, modifying the design and validating improved performance and thereby, validating the flow. / Med FinFET-baserade applikationsspecifika integrerade kretsar (ASIC) -konstruktioner som ger löften om skalbarhet, prestanda och kraft är vägen framåt ojämn med tekniska utmaningar när det gäller att bygga effektiva ASIC: er. Formgivare kan inte längre lita på den "autoskalande" effektminskningen som följer teknisk nodskalning, i dessa tider då 7nm presenterar sig som en "långlivad" nod. Detta leder till behovet av tidig kraftanalys och reduktionsflöden som är integrerade i ASIC Intellectual Property (IP) designflöde. Detta leder till fokus på energieffektiv design förutom att det är funktionellt effektivt. Krafteffektivitetsrelaterade hotspots är de ledande orsakerna till respins av chip, och en riktlinjemetodik för att konstruera block på ett energieffektivt sätt leder till energieffektiv design av Integrated Circuits (ICs). Detta lindrar intensiteten hos kylbehovet och kostnaden. Common Memory-kontrollen är en av de ledande energikonsumenterna i ASIC-designen hos Ericsson. Denna avhandling fokuserar på att utveckla en effektanalys och reduktionsflöde för den gemensamma minneskontrollern genom att ansluta verifieringsmiljön för blocket till lågnivåeffektanalysverktyg, med hjälp av motiverade test caser för att samla effektmätvärden, vilket leder till två huvudmål för avhandlingen, karakterisering och optimering av blocket för kraft. Detta arbete inkluderar också energieffektivitetsperspektiv genom Differential Energy Analys-teknik, initierad av Qualcomm och Ansys, för att förbättra flödet genom att förbättra test cases som hjälper till att upptäcka effekteffektivitet / buggar och därför optimera blocket. Flödet som utvecklats i avhandlingen uppfyller målen att karakterisera och optimera blocket. Karaktäriseringsdata presenteras för att ge en uppfattning om vilken typ av data som kan samlas in och vara användbara för SoC-arkitekter och designers i planering för framtida mönster. Karaktäriserings/ profileringsdata som samlats in från blocken bidrar tillsammans till effektanalysen för elektronisk systemnivå som hjälper till att korrelera ASIC-effektberäkningen till kisel. Arbetet validerar också flödet genom att arbeta på ett specifikt underblock, identifiera möjliga effektbuggar, modifiera utforma och validera förbättrad prestanda och därmed validera flödet.

This thesis investigated lexical representations of children who stutter (CWS) and children who do not stutter (CWNS) using a duration-blocked gating task. This thesis tested the hypothesis that children who stutter have underspecified phonological representations for words, are less sensitive to incremental and segmental information for lexical items, and therefore require more acoustic-phonetic information to activate words in their lexicon. Pilot data collected from fourteen children (ages 5;6 to 10;1): 7 CWS and 7 CWNS matched on age were included in this thesis. Results showed that children in both talker groups required relatively equal amounts of acoustic-phonetic information to identify target words. A regression model revealed that age in months predicted performance on the gating task for CWNS, but that age in months did not predict performance on the gating task for CWS suggesting a difference in the developmental maturity of lexical representations in CWS. Possible conclusions from these pilot data are presented along with recommendations for future research. / text

Le canal calcique dépendant du voltage de type-T CaV3.2 joue un rôle important dans l’excitabilité neuronale et dans la perception de la douleur. Le canal CaV3.2 partage une grande homologie structurale et fonctionnelle avec les canaux NaV. Ces deux types de canaux sont activés par de faibles dépolarisations membranaires et possèdent des cinétiques de temps d’activation et d’inactivation plus rapides que les canaux CaV de type-L. Les structures cristallines à haute résolution des canaux bactériens NaVAb (Payandeh et al. 2011; Payandeh et al. 2012) et NaVRh (Zhang et al. 2012) suggèrent que l’hélice amphiphile S4S5 du domaine II peut être couplée avec les résidus de l’hélice S6 dans le domaine II ainsi qu’avec des résidus de l’hélice homologue dans le domaine adjacent, soit le domaine III, et ce, durant l’activation du canal. Pour déterminer les résidus fonctionnellement couplés, durant l’activation du canal CaV3.2, une analyse cyclique de doubles mutants a été effectuée par substitution en glycine et alanine des résidus clés entre l’hélice S4S5 du domaine II et le segment S6 des domaines II et III. Les propriétés biophysiques ont été mesurées à l’aide de la technique de « cut-open » sur les ovocytes. Les énergies d’activation ont été mesurées pour 47 mutations ponctuelles et pour 14 paires de mutants. De grandes énergies de couplage (ΔΔGinteract > 2 kcal mol-1) ont été observées pour 3 paires de mutants introduites dans les IIS4S5/IIS6 et IIS4S5/IIIS6. Aucun couplage significatif n’a été observé entre le IIS4S5 et le IVS6. Nos résultats semblent démontrer que les hélices S4S5 et S6 provenant de deux domaines voisins sont couplées durant l’activation du canal calcique de type-T CaV3.2. / Voltage-activated T-type calcium channel CaV3.2 plays an important role in neuronal excitability and in pain perception. CaV3.2 channel bears a strong structural and functional homology with voltage-dependent NaV channels. In particular, these channels are activated by relatively small depolarization and display faster activation and inactivation kinetics than the L-type CaV channel. High-resolution crystal structures of bacterial NaVAb (Payandeh et al. 2011; Payandeh et al. 2012) and NaVRh (Zhang et al. 2012) suggest that the amphiphilic helix S4S5 in Domain II may be coupled with S6 residues both in Domain II and in the adjacent Domain III during channel activation.To determine whether residues in the S4S5 helix of Domain II are functionally coupled with residues in the S6 helix in Domain II and Domain III during the voltage-dependent activation of CaV3.2, a double mutant cycle analysis was performed by introducing pairs of glycine and alanine residues in the S4S5 helix of Domain II and the S6 region of Domains II and III. Biophysical properties were measured with the cut-open oocyte technique. Activation gating was measured for 47 single mutants and 14 pairs of mutants. Strong coupling energies (ΔΔGinteract > 2 kcal mol-1) were reported for 3 pairs of mutants introduced in IIS4S5/IIS6 and IIS4S5/IIIS6. No significant coupling was observed between IIS4S5 and IVS6. Altogether, our results demonstrate that the S4S5 and S6 helices from neighboring domains are energetically coupled during the activation of the low voltage-gated T-type CaV3.2 channel.

Le canal calcique dépendant du voltage de type-T CaV3.2 joue un rôle important dans l’excitabilité neuronale et dans la perception de la douleur. Le canal CaV3.2 partage une grande homologie structurale et fonctionnelle avec les canaux NaV. Ces deux types de canaux sont activés par de faibles dépolarisations membranaires et possèdent des cinétiques de temps d’activation et d’inactivation plus rapides que les canaux CaV de type-L. Les structures cristallines à haute résolution des canaux bactériens NaVAb (Payandeh et al. 2011; Payandeh et al. 2012) et NaVRh (Zhang et al. 2012) suggèrent que l’hélice amphiphile S4S5 du domaine II peut être couplée avec les résidus de l’hélice S6 dans le domaine II ainsi qu’avec des résidus de l’hélice homologue dans le domaine adjacent, soit le domaine III, et ce, durant l’activation du canal. Pour déterminer les résidus fonctionnellement couplés, durant l’activation du canal CaV3.2, une analyse cyclique de doubles mutants a été effectuée par substitution en glycine et alanine des résidus clés entre l’hélice S4S5 du domaine II et le segment S6 des domaines II et III. Les propriétés biophysiques ont été mesurées à l’aide de la technique de « cut-open » sur les ovocytes. Les énergies d’activation ont été mesurées pour 47 mutations ponctuelles et pour 14 paires de mutants. De grandes énergies de couplage (ΔΔGinteract > 2 kcal mol-1) ont été observées pour 3 paires de mutants introduites dans les IIS4S5/IIS6 et IIS4S5/IIIS6. Aucun couplage significatif n’a été observé entre le IIS4S5 et le IVS6. Nos résultats semblent démontrer que les hélices S4S5 et S6 provenant de deux domaines voisins sont couplées durant l’activation du canal calcique de type-T CaV3.2. / Voltage-activated T-type calcium channel CaV3.2 plays an important role in neuronal excitability and in pain perception. CaV3.2 channel bears a strong structural and functional homology with voltage-dependent NaV channels. In particular, these channels are activated by relatively small depolarization and display faster activation and inactivation kinetics than the L-type CaV channel. High-resolution crystal structures of bacterial NaVAb (Payandeh et al. 2011; Payandeh et al. 2012) and NaVRh (Zhang et al. 2012) suggest that the amphiphilic helix S4S5 in Domain II may be coupled with S6 residues both in Domain II and in the adjacent Domain III during channel activation.To determine whether residues in the S4S5 helix of Domain II are functionally coupled with residues in the S6 helix in Domain II and Domain III during the voltage-dependent activation of CaV3.2, a double mutant cycle analysis was performed by introducing pairs of glycine and alanine residues in the S4S5 helix of Domain II and the S6 region of Domains II and III. Biophysical properties were measured with the cut-open oocyte technique. Activation gating was measured for 47 single mutants and 14 pairs of mutants. Strong coupling energies (ΔΔGinteract > 2 kcal mol-1) were reported for 3 pairs of mutants introduced in IIS4S5/IIS6 and IIS4S5/IIIS6. No significant coupling was observed between IIS4S5 and IVS6. Altogether, our results demonstrate that the S4S5 and S6 helices from neighboring domains are energetically coupled during the activation of the low voltage-gated T-type CaV3.2 channel.