Avant sa libération, le glutamate est accumulé dans des vésicules synaptiques par trois transporteurs vésiculaires (VGLUT1-3). Les cellules ciliées internes (CCI) de la cochlée n'expriment que VGLUT3. Pour étudier son rôle dans la physiologie cochléaire, nous avons utilisé une lignée de souris dont le gène Slc17a8, qui code pour VGLUT3, a été invalidé par recombinaison homologue. Les mutants ne présentaient pas de réponse nerveuse à une stimulation sonore. Les mécanismes d'exocytose des CCI étaient normaux et leurs synapses normales en microscopie électronique. Des immunoblots montraient que le transporteur membranaire du glutamate GLAST, ainsi que les sous-unités GLUR2 et NR1 des récepteurs AMPA et NMDA étaient toujours exprimées. Enfin, des potentiels auditifs du tronc cérébral étaient enregistrés après une stimulation électrique au niveau de la fenêtre ronde. Toutefois, nos résultats indiquent des diminutions de ~50% des synapses afférentes et de ~40% des neurones auditifs primaires ainsi qu'une réduction importante des terminaisons efférentes latérales sous les CCI.SLC17A8 est responsable de la surdité de perception non syndromique dominante DFNA25. Nous avons identifié une mutation dans l'exon 5 conduisant au remplacement de l'Alanine211 en Valine. Cette Alanine est conservée dans les VGLUT3 de différentes espèces ainsi que dans les VGLUT1-3 humains, suggérant un rôle fonctionnel important pour cet acide aminé. Nous avons caractérisé les propriétés biochimiques de la mutation A211V en culture de cellules. Le transporteur muté était correctement adressé aux boutons présynaptiques. Cependant, la mutation pA211V entraîne un défaut d'expression important en partie expliqué par le fait que le codon codant la valine est un codon rare. De plus, les études du transport de glutamate ont montré que la forme mutée est hyperactive par rapport à la forme native. L'ensemble de ces résultats montre que la mutation entraine un phénotype cellulaire complexe. / Before its release, glutamate is accumulated into synaptic vesicles by three vesicular glutamate transporters (VGLUT1-3). Only VGLUT3 is expressed in the inner hair cells (IHCs) of the cochlea. To study its role in the hearing physiology, we used a mouse in which the Slc17a8 gene, which encodes VGLUT3, has been null-mutated. In this VGLUT3-/- mouse, no auditory nerve response to acoustic stimuli could be recorded. All the others cochlear potentials were normal. The genetic deletion of Slc17a8 in mice resulted in a profound deafness, without altering the IHCs synapse morphology and the synaptic vesicles turnover. Using western blot, we then observed that the glutamate-aspartate transporter GLAST and the GLUR2 and NR1 subunits of AMPA and NMDA receptors were always expressed. Finally, auditory brainstem responses could be elicited by electrical stimuli on the round window. However, VGLUT3-/- IHCs presented a ~50% loss of IHCs synapses and a ~40% loss of primary auditory neurons. The number of lateral olivocochlear synapses with primary auditory neurons dendrites was strongly reduced.The SLC17A8 gene is responsible for DFNA25, an autosomal dominant progressive, high-frequency nonsyndromic deafness. We identified a heterozygous non-synonymous missense mutation in exon 5, leading to the amino acid change p.A211V. The A211 residue is conserved in VGLUT3 across species and in all the human VGLUT subtypes (VGLUT1-3), suggesting an important functional role. We characterized the biochemical properties of the A211V mutation in cell culture. Our results suggest that the mutated VGLUT3 was correctly addressed at the presynaptic boutons. However, the pA211V mutation induced an expression decrease because the valine codon is a rare codon. Moreover, the glutamate uptake is increased with the mutated VGLUT3. All these results shows that this mutation involves a complex cellular phenotype.

La maladie d’Alzheimer est caractérisée par un déclin progressif des capacités cognitives. Les Aßo induisent des dysfonctionnements de la transmission via une altération des récepteurs au glutamate et une perte de synapses.Nos récents résultats démontrent que le VEGF facilite la plasticité synaptique et la mémoire chez des souris via son action sur son récepteur VEGFR2. Nous avons montré que le VEGF stimule l’insertion synaptique des récepteurs glutamatergiques et la formation de synapses, suggérant ainsi un rôle dans la modulation des altérations synaptiques observées dans la maladie d’Alzheimer.Notre objectif est d’étudier le rôle du VEGF, spécifiquement dans la maladie d’Alzheimer. Tout d’abord, nous avons examiné son expression en relation avec les plaques séniles chez des patients et dans un modèle de la maladie d’Alzheimer. Nos résultats ont démontré une colocalisation entre le VEGF et ces plaques.Afin d’examiner plus finement l’interaction Aß-VEGF, nous avons analysé la liaison entre les Aßo et le VEGF en test ELISA et puces à peptides. Nous avons ainsi démontré un potentiel blocage de l’interaction entre le VEGF et son récepteur, menant à des défauts de son activation.Enfin, nous avons examiné si le VEGF prévient les altérations synaptiques par des approches électrophysiologiques, biochimiques et immunocytochimiques. Nos résultats démontrent que lors d’un traitement aux Aßo, le VEGF restaure la LTP, l’expression des récepteurs au glutamate et limite la perte synaptique.Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent que l’interaction Aß-VEGF altère la voie du VEGF chez les patients. De plus, le VEGF réduit la toxicité induite par les Aßo sur les synapses / Alzheimer disease (AD) is characterized by a progressive decline in cognitive abilities. Amyloid-ß oligomers (Aßo) trigger synapse dysfunction through defects in glutamate receptor function and subsequent dendritic spine loss. These synaptic impairments compromise memory and contribute to cognitive deficits.Our recent findings revealed that VEGF facilitates synaptic plasticity and memory in mice through its VEGFR2 receptor in neurons. We showed that VEGF promotes glutamate receptor synaptic insertion and stimulates dendritic spine formation, suggesting it may be a key candidate for alleviating synapse damage in AD.Our objective is to study the role of VEGF in synapse protection in AD models and unravel the underlying mechanisms.First, we examined the VEGF expression pattern in postmortem brain tissue from AD patients and APPPS1 model of AD. Our results showed a partial colocalization between VEGF and Aß plaques in AD patients and APPPS1 brains.To further investigate the Aß-VEGF interaction, we used Elisa assay and peptide arrays and demonstrated that Aßo binds several domains of VEGF, impedding VEGFR2 activation.Finally, we examined whether VEGF can prevent synapse damage induced by Aßo using electrophysiological, biochemical and 3D modelling approaches. Our results demonstrated that VEGF treatments can restore LTP in Aßo-treated hippocampal slices, glutamate receptor content at synapses and increase dendritic spine density.All together, our results suggest that Aß-VEGF interaction may alter VEGF pathway in AD and that VEGF reduces Aßo-induced toxicity at synapses by modulating glutamate receptor expression and promoting spine formation and/or stabilization

Les récepteurs glutamatergiques de type N-Méthyl-D-Aspartate (RNMDA) jouent un rôle majeur dans de nombreux processus physiologiques, et leur implication dans la physiopathologie de certains troubles neuropsychiatriques tels que la schizophrénie est suggérée par un robuste faisceau de données cliniques et précliniques. Cependant, les mécanismes cellulaires et moléculaires conduisant à une telle dérégulation des RNMDA restent inexpliqués. La diffusion membranaire, mécanisme de contrôle spatial et temporel de la distribution des RNMDA à la surface des neurones, constitue un puissant régulateur de la transmission synaptique. Mon projet de thèse repose ainsi sur l’hypothèse originale qu’une altération de la diffusion de surface des RNMDA jouerait un rôle central dans l’émergence de troubles psychotiques. Afin d‘explorer cette piste, j’ai étudié l’impact de molécules aux propriétés psychomimétiques (i.e induisant un état psychotique) sur la diffusion de surface des RNMDA. Les résultats obtenus au cours de ma thèse démontrent que des molécules psychomimétiques, aux modes d’action distincts (antagonistes du RNMDA et autoanticorps anti-RNMDA), perturbent la diffusion membranaire ainsi que la localisation synaptique des RNMDA, conduisant à terme à des défauts de transmission glutamatergique. Mon travail de thèse propose donc qu’un défaut de diffusion membranaire des RNMDA conduirait à des altérations fonctionnelles pouvant contribuer à l’émergence de troubles psychotiques. L’ensemble de mon travail apporte ainsi un regard nouveau sur la mécanistique des troubles psychotiques et ouvre la voie à de nouvelles pistes thérapeutiques. / Glutamatergic N-Methyl-D-Aspartate receptors (NMDAR) play a key role in many physiological processes, and their implication in the pathophysiology of several neuropsychiatric disorders is now well established. Multiple lines of evidence converge towards a dysregulation of the NMDAR in psychotic disorders such as schizophrenia (SCZ). However, the molecular and cellular deficits underlying NMDAR dysfunction remain misunderstood. By tightly controlling NMDAR synaptic localization, surface trafficking represents a powerful regulator of synaptic transmission. Could an alteration of NMDAR surface trafficking underlie NMDAR dysfunction and contribute to the emergence of psychotic disorders? To tackle this question, my PhD project aimed at investigating the impact of different psychotomimetic molecules on NMDAR surface trafficking. In the first part of my project, I explored the impact of NMDAR autoantibodies (NMDAR-Ab) from SCZ and healthy subjects. My results revealed that NMDAR-Ab from SCZ patients rapidly disturb NMDAR synaptic trafficking and distribution, through a loss of NMDAR-EphrinB2 receptor interaction, eventually preventing the induction of synaptic plasticity. In the second part of my PhD project, I showed that psychotomimetic NMDAR antagonists also alter NMDAR synaptic mobility and localization. Downregulation of PSD proteins expression prevented NMDAR antagonists-induced deficits, suggesting that such alterations ensue from modifications of NMDAR intracellular interactions. Taken together, these results demonstrate that psychotomimetic molecules profoundly impact NMDAR surface trafficking, supporting a pathogenic role of this unsuspected process in the emergence of psychotic symptoms.

Dans le cerveau, les astrocytes sont les cellules gliales les plus abondantes et elles jouent divers rôles, y compris le maintien des synapses tripartites et la régulation du débit sanguin cérébral (DSC). Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule de signal endogène qui a un impact sur la régulation de l'activité synaptique et du DSC. Des études antérieures ont démontré que le NO est produit dans les cellules endothéliales et les neurones par la synthase du monoxyde d’azote endothéliale (eNOS) et neuronale (nNOS), respectivement. Cependant, la source de production de NO dans les astrocytes reste incertaine. Par conséquent, nous proposons que la voie de signalisation NOS constitutive puisse coexister dans les astrocytes et puisse être activée par différents neurotransmetteurs. L'objectif de cette thèse est d'identifier les sources et les activateurs de la production de NO dans les astrocytes corticaux de la souris. L'identification des isoformes constitutives de NOS effectuée au moyen de la microscopie électronique et d'immunohistochimie a révélé l’expression des eNOS et nNOS dans les astrocytes. Des préparations de culture d'astrocytes et de tranches de cerveau marquées avec du diacétate de 4-amino-5-méthylamino-2',7'-difluorescéine (DAF-FM), un indicateur de NO perméable aux cellules qui devient imperméable une fois à l’intérieur ont été réalisées. Cette fonctionnalité a été mise à profit pour évaluer la production de NO exclusivement dans les astrocytes en utilisant la microscopie confocale à uni- et multi-photons. De plus, des agonistes cholinergiques ou glutamatergiques qui ont la capacité d’augmenter la concentration de Ca2+ intracellulaire peuvent induire une production du NO in vitro et ex vivo dans les astrocytes, qui est supprimée en présence de l'inhibiteur de NOS non sélectif, L-NG -Nitro-arginine. Fait intéressant, la réponse NO à l’acétylcholine était absente chez les souris eNOS-/-, tandis que l'acide trans-1-aminocyclopentane-1,3-dicarboxylique (t-ACPD) a peu affecté la production de NO chez les souris nNOS-/-. Ces résultats impliquent que les eNOS et nNOS astrocytaires peuvent être déclenchés par des cascades d'activation distinctes (cholinergique et glutamatergique métabotrope). En outre, les études sur la mobilisation cytosolique du Ca2+ indiquent l'importance du réticulum endoplasmique comme réservoir de Ca2+ pour la production de NO, et suggèrent aussi une voie de signalisation astrocytaire qui, une fois activée par le t- ACPD, provoque l'efflux de Ca2+ médié par le récepteur à la ryanodine, qui à son tour active les nNOS adjacents et conduit à la production de NO. Par ailleurs, la superfusion de préparations in vitro et ex vivo avec du N-Méthyl-D-aspartate (NMDA) a provoqué une augmentation du NO tant dans les souris eNOS-/- que nNOS-/-, ce qui indique l'implication des eNOS et nNOS astrocytaires. La production de NO a été atténuée par l'inhibition du complexe PSD-95 / nNOS ce qui suggère que le récepteur NMDA astrocytaire rend fonctionnelle la cassette de signalisation NR2B/PSD-95/nNOS. En conclusion, nos résultats démontrent que : i) les astrocytes corticaux expriment à la fois eNOS et nNOS; ii) la nNOS cytosolique colocalise avec les récepteurs 2 et 3 de la ryanodine, alors que les nNOS membranaires colocalisent avec le récepteur NMDA contenant le NR2B; iii) la stimulation neuronale a la capacité d'induire la production de NO par les eNOS et nNOS astrocytaires par des voies de signalisation différentes; iv) l'activation des nNOS cytosoliques nécessite une activation des récepteurs à la ryanodine. Collectivement, ces données suggèrent une production de NO compartimentée et spécifique après une stimulation neuronale probablement dans le but de réguler finement et de façon polarisée les fonctions astrocytaires. Ce travail fournit un nouvel aperçu des conséquences physiologiques pour les fonctions neuronales et vasculaires et améliore notre compréhension de la fonction NO astrocytaire dans le cerveau. / In the brain, astrocytes are the most abundant glial cells and play various roles including maintenance of tripartite synapses and regulation of CBF. An endogenous signal molecule that has a potential to have an effect on regulation of both synaptic activity and CBF is nitric oxide (NO). Previous studies have demonstrated that NO is produced in endothelial cells and neurons by endothelial nitric oxide synthase (eNOS) and neuronal nitric oxide synthase (nNOS), respectively. However, the source of NO production in astrocyte remains uncertain. Therefore, we propose that constitutive NOS signalling pathways may exist in astrocyte and can be activated by different neurotransmitters. The aim of this thesis is to identify the sources and activators of NO production in mouse cortical astrocytes. Identification of constitutive NOS isoforms done by means of electron microscopy and immunohistochemistry revealed the expression of both eNOS and nNOS in astrocytes. All preparations were performed in astrocyte cultures and brain slice preparations labeled with 4- amino-5-methylamino-2',7'-difluorescein (DAF-FM) diacetate, a cell-permeant NO indicator that becomes cell-impermeable once inside cells. Therefore, I took advantage of this feature to evaluate NO production exclusively in astrocytes using single and multi-photon confocal microscopy. We then tested whether cholinergic and glutamatergic agonists that have the capacity to increase intracellular Ca2+ concentration can induce an increase in astrocytic NO. Both in vitro and ex vivo, NO production levels indicate that cholinergic and glutamatergic stimulations can induce astrocytic NO increases, which was abolished by the non-selective NOS inhibitor L- NG -Nitro-arginine. Moreover, the NO response to ACh was absent in eNOS-/- mice, while trans-1-aminocyclopentane-1,3-dicarboxylic acid (t-ACPD) barely affected NO production in nNOS-/- mice. These results imply that astrocytic eNOS and nNOS can be triggered discretely by distinct activation cascades (cholinergic and metabotropic glutamatergic). Furthermore, studies on cytosolic Ca2+ mobilization point out the importance of the endoplasmic reticulum (ER) Ca2+ as key in the mechanism of NO production, and suggests a signalling pathway that t-ACPD causes IP3Rs to elicit RyRs-mediated Ca2+ efflux, which in turn, activates adjacent nNOS and leads to NO production. Furthermore, superfusion of in vitro and ex vivo preparations with N-Methyl-D-aspartate (NMDA) evoked an increase in NO in eNOS-/- and nNOS-/- mice. The NO production was attenuated through removal of PSD-95/nNOS complex. This result posits that astrocytic NMDA receptor may comprise the functional NR2B/PSD- 95/nNOS signalling cassette. In conclusion, our findings demonstrate that: i) cortical astrocytes express both eNOS and nNOS; ii) nNOS colocalizes with ryanodine receptor 2 and 3, whereas membrane nNOS colocalizes with NR2B-containing NMDA receptor; iii) neuronal stimulation has the capacity of inducing eNOS- and nNOS-produced NO in astrocytes via different activation signalling; iv) activation of cytosolic nNOS requires the activation of ryanodine receptors. Collectively, these data suggest a compartmentalized and specific NO production following neuronal stimulation probably for a fine and polarized regulation of astrocytic functions. This work provides new insight into physiological consequences for neuronal and vascular functions and ameliorates our understanding of astrocytic NO function in the brain.