Le Ca2+ est un messager intracellulaire impliqué dans de nombreux phénomènes physiologiques: sécrétion, fécondation, production d'énergie, ou encore régulation de gène. Suite à une stimulation appropriée de la cellule, on peut mesurer des signaux calciques sous forme d'oscillations. Celles-ci se propagent dans les différents compartiments cellulaires, et y activent pompes et enzymes. A l'inverse, les différents éléments activés par le Ca2+ peuvent à leur tour altérer les propriétés des oscillations. La signalisation du Ca2+ est donc un système complexe, hautement non linéaire, dont il est difficile de dénouer les interactions. C'est pourquoi nous avons adopté une approche de modélisation mathématique pour étudier la dynamique calcique. Dans cette thèse, nous aborderons trois systèmes biologiques différents. Le premier système est la production d'énergie par les cellules. Celle-ci, activée par le Ca2+, a lieu dans les mitochondries. Nous avons construit un modèle reproduisant ce comportement. Le modèle met en évidence l'impact des flux calciques impliquant les mitochondries sur la dynamique des oscillations cytosoliques et pointe le rôle de "pacemaker" joué par les mitochondries. De plus, avec des changements de paramètres et d'équations réalistes, le modèle reproduit la dynamique calcique de set-ups expérimentaux et de types cellulaires différents. Enfin, notre modèle inclut une description du pore de transition de perméabilité mitochondrial (mPTP), basée sur de la bistabilité. Nous suggérons que le mPTP se comporte comme un switch bistable, dont les deux états pourraient correspondre aux deux modes de conductance du mPTP. Le modèle suggère que le cycle d'ouverture/fermeture suit une boucle d'hystérèse dirigée par le potentiel membranaire et le Ca2+, et non pas par les protons. Le deuxième système étudié porte sur les réponses calciques locales et globales induites par la bactérie Shigella dans les cellules hôtes. Nous avons construit un modèle reproduisant ces réponses, et montrons que par rapport au type sauvage, un mutant déficient pour la protéine IpgD induit des réponses calciques plus globales sur des temps d'invasion courts, et plus oscillantes lors de longs temps d'invasion. La protéine atténue donc les réponses calciques. Nos collaborateurs ont réalisé des expériences qui montrent que cela permet à la bactérie de retarder la mort des cellules hôtes. Enfin, nous avons étudié la régulation des hémicanaux de connexines par le Ca2+. Une fois activés, ces canaux s'ouvrent et laissent passer Ca2+ et ATP selon leur gradient. Cet ATP peut à son tour activer des récepteurs purinergiques. Le modèle suggère que l'ouverture des hémicanaux peut altérer la dynamique calcique intracellulaire. De plus, l'ouverture d'un ou deux hemicannaux semble suffisante pour perturber les oscillations de manière significative. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les douleurs neuropathiques, caractérisées par une prévalence élevée, résultent de la compression ou lésion de nerfs. Les antidépresseurs figurent parmi les traitements de première intention de cette pathologie, toutefois des besoins médicaux restent insatisfaits par ces molécules. Mon travail de thèse s'est intéressé à la connexine 43 (Cx43) astrocytaire impliquée dans le mécanisme d'action des antidépresseurs ainsi que dans les douleurs neuropathiques. La première partie des travaux, réalisée avec des cultures d'astrocytes corticaux de souris, a permis de préciser le lien entre les antidépresseurs et la Cx43 astrocytaire. Alors que son expression s'est avérée inchangée dans notre modèle, un effet hétérogène des antidépresseurs a été observé sur le couplage intercellulaire des astrocytes. L'ensemble des molécules testées a conduit à l'inhibition de l'ouverture des hémicanaux de Cx43 étudiée dans un contexte inflammatoire, notre étude est la première à rapporter cet effet. De plus, les antidépresseurs prescrits dans les douleurs neuropathiques ont induit l'inhibition du couplage et/ou des hémicanaux. La seconde partie de mes travaux a porté sur la combinaison entre l'amitriptyline et la méfloquine. Ceci repose sur les approches combinatoires proposées par Theranexus, start-up avec qui la thèse a été réalisée. Les deux molécules ont présenté une synergie d'effet sur la réduction du couplage astrocytaire in vitro corrélée a une potentialisation de l'action anti-hyperalgésique de l'amitriptyline in vivo, chez le rat lésé au niveau du nerf sciatique. Ces résultats valident l'implication de la Cx43 astrocytaire dans la réponse antinociceptive des antidépresseurs. / Neuropathic pain, characterised by a marked prevalence, is the consequence of nerve compression or lesion. Antidepressants represent the main treatments of this disease, however, medical needs remain mostly unsatisfied by these molecules. In order to improve this therapeutical approach, my thesis work has focussed on astroglial connexin 43 (Cx43) that has recently been involved in the mechanism of action of antidepressant as well as in neuropathic pain. The first part of my work, performed in primary cultures of mouse cortical astrocytes, has allowed to reinforce the link between antidepressants and Cx43 in astrocytes. Whereas its expression was unchanged in our model, an heterogeneous effect of antidepressants was observed on the intercellular communication of astrocytes. Furthermore, all tested molecules led to the inhibition of Cx43 hemichannel activity in an inflammatory context, our study is the first to report such effect. Interestingly, antidepressants prescribed in neuropathic pain induced inhibition of coupling and/or hemichannels. The second part of my work concerned the combination between amitriptyline and mefloquine. This is based on combinatorial approaches proposed by Theranexus, a start-up partner in this project. The association of the two molecules presented a synergy on astroglial coupling reduction in vitro correlated to a potentiation of the anti-hyperalgesic effect of amitriptyline in vivo, in rats with injured sciatic nerve. These results confirm the implication of the astroglial Cx43 in the antinociceptive response to antidepressants.

Les bourgeons du goût contiennent 50 à 100 cellules gustatives. Parmi elles, on distingue les cellules de type 2 et 3, capables d’émettre des potentiels d’action. Les cellules réceptrices (type 2), qui détectent les stimulus sapides dans la salive, ne possèdent pas de synapse. Les cellules présynaptiques (type 3), équipées d’une synapse, transmettent l’information aux neurones gustatifs. Nous avons réalisé des enregistrements électrophysiologiques (patch-clamp) de cellules de bourgeons du goût de papilles fongiformes in situ, dans un épithélium lingual isolé de souris.L’analyse des courants d’action en configuration cellule-attachée, permet de distinguer des impulsions courtes et longues. Dans ce dernier cas, la phase initiale rapide de dépolarisation est suivie d’une dépolarisation maintenue et d’une repolarisation lente. Ceci dénote l’activation de canaux dépolarisants autres que ceux réglant habituellement le décours temporel du potentiel d’action.Les enregistrements en patch-perforé gramicidine, qui n’altèrent pas le milieu intracellulaire, ont permis de perfuser l’intérieur de la cellule avec du césium, bloqueur des canaux potassiques. Le césium permet de distinguer les cellules de type 2 des cellules de type 3 par la présence d’un courant césium-résistant qui correspondrait, selon la littérature, à un courant résultant de l’ouverture d’hémicanaux permettant la sortie d’ATP. Nos observations sont globalement en accord avec les données de la littérature, mais ne supportent pas totalement la classification proposée actuellement en trois types cellulaires bien définis.Les hémicanaux joueraient donc un rôle central dans la communication intercellulaire au sein du bourgeon du goût. Nous avons, à notre connaissance pour la première fois, enregistré des canaux à grande conductance dans les cellules gustatives, en absence d’ion divalents dans la pipette d’enregistrement. Ces canaux, non spécifiques, présentent un fonctionnement complexe avec, outre l’état fermé et l’état de plus haute conductance (700pS), de nombreux états d’ouvertures intermédiaires et un état de conductance résiduel proche du niveau fermé.Au bilan, nos résultats confortent l’hypothèse de l’ouverture de canaux dont la grande conductance laisserait passer l’ATP dans les cellules réceptrices. / Taste buds contain 50 to 100 taste cells. Among those cells, type 2 and type 3 cells are able to produce action potentials. Receptor cells (type 2) detect sapid stimulus in the saliva, but do not possess synapses. Presynaptic cells (type 3) with synapse deliver information to the taste neurons. We performed electrophysiological (patch-clamp) recordings of fungiform taste bud cells in situ, from a mouse isolated lingual epithelium.Analysis of action currents in cell-attached configuration allows discrimination of short and long impulses. In the long ones, the rapid initial depolarizing phase is followed by a slow and a maintained repolarization. This suggests the activation of depolarizing channels other than the ones implied in usual action potential time decay. Gramicidin perforated-patch recordings, which do not alter the inside of the cell, allowed cells perfusion with cesium, a potassic channel blocker. Cesium allows to distinguish type 2 from type 3 cells by the presence of a cesium-resistant current, that may correspond, according to the literature, to the current flowing through hemichannels responsible for ATP release. Our observations mostly agree with data from the literature, but do not fully support the actual classification in only three defined cell types.Hemichannels have a key role in intercellular communication within the taste bud. Thus, and to our knowledge for the very first time, we recorded large conductance channels from taste cells, using a divalent-free pipet. Those non-specific channels have a complex opening mechanism, which, besides closed and upper conductance states (700pS), present many intermediate opening levels and residual states close to the closed state. Our results support the hypothesis that large conductance channels responsible for ATP release open in receptor cells.