La structure de l’épiderme est le résultat de la régulation de l’équilibre entre la prolifération, la migration et la différenciation des kératinocytes. Le calcium est un second messager contrôlant ces mécanismes. Parmi les différents acteurs de l’homéostasie calcique, les canaux ioniques jouent un rôle majeur. Ainsi, l’identification de ces canaux et des mécanismes par lesquels ils régulent la différenciation, la prolifération et la migration des kératinocytes est primordiale pour une meilleure compréhension de la physiologie de la peau humaine. Mes travaux se sont donc focalisés sur l’implication de ces canaux calciques dans les mécanismes impliqués dans le développement de l’épiderme. Les résultats ainsi obtenus ont pu mettre en évidence que la présence du canal TRPV6 à la membrane des kératinocytes est importante pour leur différenciation et qu’elle pouvait être régulée par un mécanisme de translocation à la membrane plasmique. Ces travaux montrent également, pour la première fois, que le canal Orai1 est exprimé dans les kératinocytes de l’épiderme humain et qu’il participe au courant calcique de type SOC. Le canal Orai1 n’est pas nécessaire à l’induction de la différenciation mais il est principalement impliqué dans la prolifération et la migration des kératinocytes des cellules de la couche basale de l’épiderme. L’implication d’Orai1 dans la migration des kératinocytes est liée à son rôle dans la dynamique des adhésions focales passant par l’activation de la protéine kinase FAK. / Structure of epidermis is the result of a fine regulated balance between proliferation, differentiation and migration of keratinocytes. Calcium is a second messenger controlling these mechanisms. Among the different players in calcium homeostasis, ionic channels play a major role. The study of these channels and the mechanisms by which they regulate the differentiation, the proliferation and the migration of keratinocytes is therefore crucial in the understanding of skin physiology. This study is focused on these different Ca2+ channels and their implication in the development of the epidermis. The results obtained have shown that TRPV6 plasma membrane expression in keratinocytes is important for differentiation and that it could be regulated by its translocation to the plasma membrane. These results also showed, for the first time, that Orai1 channels are expressed in human epidermis keratinocytes and are involved in SOC current. Also, Orai1 is not necessary for the induction of differentiation, but is mostly implicated in proliferation and migration of non-differentiated keratinocytes, like the cells in the basal layer of epidermis. Orai1 is, in fact, involved in the dynamic of the formation and the turnover of focal adhesions through activation of the protein kinase FAK. Finally, preliminary results have shown that Ca2+-induced differentiation of keratinocytes induces several phases of cytosolic Ca2+ concentration variations involving TRPV6 and Orai1 channels in different ways.

Les facteurs environnementaux appelés « perturbateurs endocriniens (PE) » semblent avoir un rôle dans le développement et la progression des cancers de la prostate (PCa). Il est bien établi que l'homéostasie calcique et l'activité des canaux ioniques sont impliquées dans la cancérogénèse prostatique et il est possible que ces PE favorisent la cancérogénèse en modulant la signalisation calcique. Dans ce contexte, nous avons étudié l’effet du bisphénol A (BPA) et du Triclosan (TCS) sur la signalisation calcique des cellules cancéreuses prostatiques humaines. Nous avons ainsi montré que le BPA pouvait induire la migration des cellules cancéreuses épithéliales prostatiques, par le biais de la modulation de l'expression des canaux ioniques impliqués dans le phénomène de Store-Operated Calcium Entry, dont le canal calcique Orai1. Au niveau des cellules épithéliales cancéreuses, nous avons aussi mis en évidence un remodelage de l'expression des canaux ioniques et une résistance à l'apoptose de ces cellules sous l’effet du TCS. Ensuite, nous avons montré dans les cellules stromales de PCa que le TCS induisait une entrée de calcium importante via le canal TRPA1, ce canal étant préférentiellement exprimé dans les cellules stromales de PCa. Par ailleurs, l'augmentation de calcium induite par le TCS est corrélée avec une sécrétion plus importante de VEGF, un facteur mitogène qui pourrait favoriser la croissance des cellules épithéliales ou endothéliales. Ces résultats pourraient permettre d’envisager de nouvelles thérapies ou thérapies complémentaires ciblant les canaux et de mettre en place des mesures préventives dans le traitement des PCa qui prennent en compte l'impact de ces PE. / Environmental factors called "endocrine disruptors (ED)" appear to have a potential role in the development and progression of cancer of the prostate (PCa). It is well established that calcium homeostasis and the activity of ion channels are involved in prostate carcinogenesis and it is possible that these ED promote carcinogenesis by modulating the calcium signalling. In this context, we studied the effect of bisphenol A (BPA) and Triclosan (TCS) on calcium signaling in human PCa cells. We have thus shown that BPA could induce the migration of prostate epithelial cancer cells through the modulation of ion channels expression which are involved in the phenomenon of Store-Operated Calcium Entry, including the calcium channel Orai1. At the level of cancer epithelial cells, we have also highlighted a remodeling of ion channels expression and a resistance to apoptosis of these cells under the influence of TCS. Then, we showed in stromal cells of human PCa that TCS induces an important calcium entry through the TRPA1 channel, this channel being preferentially expressed in stromal cells of PCa. Moreover, the TCS-induced calcium increase is correlated with a greater secretion of VEGF, a mitogenic factor that could promote the growth of epithelial or endothelial cells. These results allow to consider new therapies or complementary therapies targeting ion channels, and/or to implement preventive measures in the treatment of PCa taking into account the impact of these PE.

Des études récentes montrent que l'homéostasie calcique intracellulaire, ainsi que l'expression et l'activité de canaux ioniques jouent un rôle essentiel dans le contrôle de la prolifération cellulaire aussi bien dans un contexte physiologique que dans certains cancers. Cependant, aucune approche proposant les canaux ioniques comme cible thérapeutique n'est actuellement envisagée dans le cadre des traitements des cancers de la prostate. Dans ce travail nous avons mis en évidence l'expression, la fonctionnalité et l'implication des canaux potassiques calcium-activés (IKca1) dans la prolifération des lignées cellulaires cancéreuses de la prostate humaine. Ces études ont également montré que l'activation du canal lKca1 favorise l'entrée de calcium via un canal calcique de la famille des TRP, le canal TRPV6, impliqué dans l'entrée passive de calcium dans les cellules cancéreuses prostatiques. De plus, par des études de co-immunoprécipitations, nous avons montré que le canal IKca1 et le canal calcique TRPV6 sont associés formant ainsi un complexe moléculaire fonctionnel permettant l'entrée de calcium et la prolifération des cellules cancéreuses prostatiques humaines. Par ailleurs, une suppression du canal IKcat induit la différenciation neuroendocrine des cellules cancéreuses prostatiques humaines. Ceci suggère un rôle essentiel joué par le canal IKca1 pour favoriser la croissance ou induire la différenciation cellulaire. Nos études ont également mis en évidence une surexpression de l'ARNm et de la protéine d'IKca1 dans les tissus prostatiques atteints d'un cancer de la prostate humaine. Ces données permettraient de proposer ces canaux ioniques comme marqueurs de cancer et/ou comme cibles thérapeutiques potentielles dans le traitement des cancers de la prostate humaine. / Recent studies show that the intracellular calcium homeostasis, as well as expression and the activity of ionic channels play an essential role in the control of cell proliferation as weIl in a physiological context as in certain cancers. However, no approaches offering ionic channels as therapeutic target is nowadays envisaged as part of the treatments of the cancers of the prostate. ln the present work, we showed the expression, functionality and involvement of calcium-activated potassium channels (IKCa1) in the proliferation of the human prostate cancer cells. These studies also showed that the activation of the IKca1 channel favours the calcium entry via a member of the TRP family of calcium channels, TRPV6, in the prostate cancer cells. Besides, by studies of co-immunoprécipitations, we showed that the IKca1 potassium channel and the TRPV6 calcium channel form a functional molecular complex allowing the calcium entry and the proliferation of the prostate cancer cells. Moreover, a down-regulation of the 1Kca1 channel leads to the neuroendocrine differentiation of the human prostate cancer cells. This suggests an essential role played by the 1Kca1 channel to favour growth or lead to cell differentiation. Our immunohistotluorescence studies also showed an overexpression of IKca1 mRNA and protein in human prostate cancer compared to non-tumor tissues. These data would allow to propose these ion channels as markers and/or as potential therapeutic targets in the treatment of the human prostate cancers.

Les cellules cancéreuses acquièrent lors de la cancérogenèse des caractéristiques telles qu’une insensibilité aux signaux antiprolifératifs, une résistance à l‘apoptose et au stress réticulaire, l’acquisition d’un pouvoir invasif. De nombreux travaux montrent l’implication du calcium dans ces différentes caractéristiques. Selon des données récentes, les canaux de la famille TRP (Transient Receptor Potential) sont des acteurs clefs dans l'homéostasie calcique. Plusieurs travaux ont montré que les changements d’expression de certains canaux TRP pouvaient contribuer à la cancérisation, entre autres TRPV6 et TRPV2 dans les cancers de prostate et de vessie. Nous montrons ici que la vitamine D3, étudiée depuis longtemps dans le cadre de thérapie anticancéreuse pour ses pouvoirs anti-prolifératifs, peut aussi stimuler la prolifération des cellules prostatiques cancéreuses, en augmentant l’expression de TRPV6 et le Ca2+ entrant par ce canal. Ainsi, nos résultats remettent en cause l’utilisation de la vitamine D3 en thérapie. Nous montrons également que l’adrénomédulline (AM), connue pour être impliquée dans la progression tumorale vers les métastases, stimule la migration et l’invasion des cellules cancéreuses prostatiques et urothéliales. Cet effet nécessite la présence du canal TRPV2; l’AM agit en induisant la translocation à la membrane plasmique du canal TRPV2 et de ce fait en augmentant la [Ca2+]i. Enfin, nous mettons en évidence que dans des conditions de stress réticulaire dans les cellules prostatiques cancéreuses, le translocon est le canal de fuite calcique majoritaire du réticulum endoplasmique menant à la vidange des stocks réticulaires et à la mort cellulaire. / Cancer cells acquire during carcinogenesis some characteristics such as insensitivity to the antiproliferative signals, resistance to apoptosis and reticular stress, the acquisition of invasive capacity. Numerous studies show involvement of calcium (Ca2+) in these different characteristics. According to recent data, the TRP channels (Transient Receptor Potential) are key players in calcium homeostasis. Several recent works have shown that changes of expression of some TRP channels could contribute to carcinogenesis, among other TRPV6 and TRPV2 in prostate and bladder cancers. Here we show that vitamin D3, studied for many years in cancer therapy for its anti-proliferative capacity, could also stimulates prostate cancer cells proliferation, this effect being associated with overexpression of TRPV6 and the subsequent increase in the Ca2+ entering through this channel. Thus, our results challenge the use of vitamin D3 in prostate cancer therapy. We also show that adrenomedullin (AM), known to be involved in tumor progression to metastasis, stimulates migration and invasion of prostate and urothelial cancer cells. This effect requires the presence of TRPV2; AM acts by inducing TRPV2 translocation to plasmamembrane and the subsequent increase of [Ca2+]i. Finally, we highlight that under conditions of reticular stress in prostate cancer cells, the translocon represents the endoplasmic reticulum calcium leak channel leading to the emptying of reticular stocks and cell death.

Le développement tumoral requiert des « caractéristiques » moléculaires bien identifiées. En ce qui concerne le cancer de la prostate, il est bien connu qu’il se caractérise par une grande hétérogénéité avec en particulier un nombre important de cellules en quiescence ce qui se traduit notamment par une prolifération certes aberrante mais très lente associé à une résistance à l’apoptose induite par des chimiothérapies. En conséquence, une meilleure connaissance des mécanismes moléculaires à l’origine du phénomène de résistance à l’apoptose et de la dérégulation de la prolifération est nécessaire. Dans ce contexte, nous avons mis en évidence le rôle déterminant des protéines ORAI1 et ORAI3 dans un remodelage de l’homéostasie calcique qui participe à l’émergence d’un phénotype cancéreux plus agressif. Nous avons découvert le mécanisme à l’origine de la formation d’un canal constitué des protéines ORAI1 et ORAI3 permis par : (1) la surexpression de la protéine ORAI3 et (2) des perturbations du microenvironnement tumoral au cours de la progression tumorale. En parallèle nous avons étudié les mécanismes d’action d’une nouvelle pro-drogue très prometteuse en cours d’évaluation clinique, le G-202® (Genspera, USA), et qui permet de cibler l’hétérogénéité tumorale. Nous avons mis en évidence un mécanisme de résistance au G-202® utilisé seul in vitro et in vivo sur des modèles murins (Brevet en cours de dépôt) et deuxièmement d’élaborer un nouveau type de thérapies combinées et ciblées augmentant considérablement l’efficacité de nombreux traitements chimiothérapeutiques actuels sur des cellules résistantes. / Tumor development requires clearly identified molecular "hallmarks". With regard to prostate cancer, it is well known that it is characterized by a heterogeneous phenotype with a large number of quiescent cells which results in a very slow but aberrant proliferation associated with a resistance to apoptosis induced by chemotherapy. Accordingly, a better understanding of the molecular mechanisms underlying resistance to the phenomenon of apoptosis and deregulation of proliferation is needed. In this context, we have highlighted the key role of ORAI1 and ORAI3 proteins in remodeling of calcium homeostasis involved in the emergence of a more aggressive cancer phenotype. We have discovered the mechanism behind the formation of a channel forming by ORAI1 and ORAI3 proteins permit by : (1) the overexpression of ORAI3 protein and (2) perturbation of the tumor microenvironment during tumor progression. In parallel we studied the mechanisms of action of a very promising new pro-drug undergoing clinical trial, the G-202® (Genspera, USA), which allows the targeting of tumor heterogeneity. We have identified a mechanism of resistance to G-202® alone in vitro and in vivo mouse models (patent pending) and secondly we have developed a new type of combined and target therapies increasing the efficiency of many current chemotherapeutic treatments.

La tumeur maligne primitive du foie la plus fréquente est le carcinome hépatocellulaire. Le développement des cellules tumorales hépatiques dépend d'un influx calcique dont la base moléculaire, dans le foie, est constituée de TRPC6, des STIM1 et 2, et de Orai1. Nous avons recherché si le développement de ces tumeurs était accompagné d'un changement du profil d'expression de ces protéines. Nous avons montré que le canal TRPC6 est absent des hépatocytes humains sains mais fortement exprimé dans les tumeurs hépatiques, les foyers d'expression de TRPC6 étant visibles uniquement dans les zones tumorales du foie. Le niveau d'expression de TRPC6 dépend de certains facteurs de croissance et cette expression est directement corrélée à l'amplitude de l'entrée de calcium et à la prolifération cellulaire des hépatomes humains. STIM1 et Orai1 sont aussi impliqués dans cette relation, l'inhibition de l'expression de TRPC6, STIM1 ou Orai1 entraînant une baisse de l'expression des cyclines D1 dans ces cellules. Inversement, le blocage du cycle cellulaire va entraîner, de manière réversible (<4heures), une importante réduction de l'entrée de calcium. Les cultures primaires d'hépatocytes humains nous ont permis de confirmer ces résultats, démontrant ainsi la relation étroite entre entrée calcique et prolifération cellulaire. Nos derniers résultats ont montré que la base moléculaire de cette entrée dépend du type cellulaire utilisé mais que Orai1 en est la pièce centrale. Ce travail de thèse a permis d'élargir les connaissances sur la composition du complexe moléculaire formant l'entrée calcique directement impliquée dans la prolifération cellulaire et le développement de tumeurs hépatiques. / Hepatocellular carcinoma is the most frequent primary liver tumor. Tumoral cell proliferation depends on calcium influx which molecular basis in human liver is formed of TRPC6, STIM1 and 2, and Orai1. We have investigated whether tumors' development in human livers was accompanied by a change in the pattern of expression of these proteins. We have shown that TRPC6 channel is absent in healthy human hepatocytes but strongly expressed in human liver tumors, and TRPC6 expression is only detectable in the tumor zones. TRPC6 expression level depends on growth factors, and this expression is directly correlated with the amplitude of the calcium entry and cell proliferation of human hepatoma cell line. STIM1 and Orai1 also play a major role in this process and inhibition of the expression of TRPC6, STIM1 or Orai1 causes a decrease in cyclin D1 expression in human hepatoma cell line. Conversely, cell cycle block results in a large decrease in calcium influx that quickly reversed in less than 4 hours after cell cycle release. Primary cultures of human hepatocytes allowed us to confirm these results, emphasizing the tight relation between calcium influx and cell proliferation. Our recent data strongly suggested that the molecular basis of this calcium entry varies from one cell type to another, with Orai1 as the core of this plasma membrane complex. In conclusion, this thesis has expanded the knowledge about the actors of calcium entry and their role in the proliferation of both liver cells and liver cancer development

Le cancer de la prostate évolue progressivement vers l'androgéno-indépendance, stade incurable pour lequel la recherche biomédicale tente de déterminer de nouvelles cibles thérapeutiques. Cette évolution est marquée par une différenciation neuroendocrine des cellules prostatiques qui s'accompagne d'une surexpression de canaux calciques voltage-dépendants de type T (Cav3.2) responsable d'une altération de l'homéostasie calcique intracellulaire. L'objectif de cette thèse était donc de déterminer l'implication des Cav3.2 dans les cellules cancéreuses prostatiques humaines, et notamment dans les cellules neuroendocrines. Nos résultats montrent que, dans ces cellules non-excitables, les Cav3.2 participent à l'homéostasie calcique en permettant une entrée basale de calcium au potentiel de repos sans contribuer à une entrée capacitive de calcium provoquée par la vidange des réserves intracellulaires de calcium. De plus, ces canaux interviennent dans la sécrétion de la Phosphatase Acide Prostatique, un marqueur des cellules épithéliales prostatiques, dans les cellules neuroendocrines. Par ailleurs, nous montrons l'existence d'un couplage fonctionnel entre les Cav3.2 et les canaux de type BK qui constituent les principales conductances potassiques voltage-dépendantes des cellules prostatiques. Enfin, nos travaux mettent en évidence que ce couplage entre ces deux canaux participe à la prolifération cellulaire des cellules cancéreuses prostatiques. En conclusion, ce travail de thèse contribue à élargir les connaissances sur les canaux calciques de type T, Cav3.2 en particulier, et leur rôle au sein des cellules prostatiques cancéreuses humaines / Prostate cancer inevitably evolves towards an incurable androgen-independent stage for which biomedical research attempts to identity new therapeutic targets. This progression is characterized by a neuroendocrine differentiation of prostate cells accompanied by an overexpression of voltage-dependent T-type calcium channels (Cav3.2), responsible for an alteration of intracellular calcium homeostasis. The aim of this PhD thesis was to determine the involvement of Cav3.2 in human prostate cancer cells, mainly in neuroendocrine cells. Our results show that, in these non-excitable cells, Cav3.2 channels participate to basal calcium homeostasis by promoting calcium entry at resting membrane potential without contributing to the capacitative calcium entry triggered by calcium depletion from endoplasmic reticulum stores. ln addition, these channels are involved in the secretion of Prostatic Acid Phosphatase, a marker of prostatic epithelial cells, in neuroendocrine cells. Furthermore, we show that Cav3.2 channels are functionaly coupled to BK channels which constitute the main voltage-dependent potassium conductances in prostate cells. Finally, our work demonstrates that this coupling between both channels regulates prostate cancer cell proliferation. As a conclusion, this work contributes to the understanding of the role of Cav3.2 T-type calcium channels in human prostate cancer cells.

La Leucémie Myéloïde Chronique (LMC) est une maladie clonale caractérisée par la présence du chromosome Philadelphie codant pour Bcr-Abl, une tyrosine kinase constitutivement active responsable de la leucémogenèse. Bien que très efficaces, les inhibiteurs de tyrosine kinase (ITKs) restent cependant inactifs sur les cellules souches leucémiques. Ce travail de thèse montre que la signalisation calcique, connue pour réguler de nombreux processus dans les cellules saines et cancéreuses, est importante dans la signalisation cellulaire au décours de la LMC. Le rôle des entrées calciques dépendantes des stocks (SOCEs) médiées par STIM1 (STromal Interaction Molecule 1) et les canaux Orai1 et TRPC1 ainsi que des entrées calciques induites par la thrombine a été étudié dans la leucémogenèse. Nous avons observé une diminution de ces entrées dans les cellules exprimant Bcr-Abl pouvant être expliquée par le changement de stœchiométrie Orai1/STIM1. Ceci entraîne la diminution de l'activation de NFAT (Nuclear Factor of Activated T-cells) ainsi que des conséquences sur la prolifération et la migration cellulaire mais pas sur l'apoptose. De plus, les SOCEs sont restaurées dans les cellules cancéreuses après traitement à l'Imatinib, le principal ITK. Nous proposons alors que l'expression de Bcr-Abl joue un rôle sur l'homéostasie calcique en entraînant une dérégulation générale des fonctions cellulaires dans les cellules leucémiques notamment via la voie PKC (Protein Kinase C). Ainsi, ces résultats montrent une dérégulation des entrées calciques dans les cellules exprimant Bcr-Abl, suggérant que la signalisation calcique puisse être une cible thérapeutique en parallèle avec les ITKs. / Chronic Myeloid Leukemia (CML) is a clonal disease characterized by the presence of the Philadelphia chromosome encoding for Bcr-Abl, a constitutively active tyrosine kinase responsible for leukemogenesis. Although Bcr-Abl tyrosine kinase inhibitors (TKIs) have revolutionized the therapy of Ph+ leukemia, the complete eradication of CML is limited by the emergence of resistance in hematopoietic stem cells. This thesis proposes that calcium (Ca2+) signaling pathways, known to govern a large number of functions in normal and cancer cells, may be important in CML cell signaling. Therefore, we studied the role of Store Operated-Calcium entry (SOCE) (i.e. STromal Interaction Molecule 1 (STIM1), Orai1 and TRPC1 channels) and thrombin induced Ca2+ entry in leukemogenesis. We found a decrease in both calcium entries in Bcr-Abl-expressing cells compared to normal cells. The reduced SOCE seems related to a change in stoichiometry of Orai1/STIM1. This leads to a reduction of the Nuclear Factor of Activated T-cells (NFAT) translocation and functional consequences on cell proliferation and migration but not on apoptosis. Moreover, we showed that SOCE is restored in malignant cells after treatment with Imatinib, the main TKI. We proposed that Bcr-Abl expression could impact on Ca2+ homeostasis enhancing a general disorganization of cell functions in leukemia cells notably via Protein Kinase C (PKC) pathway. Altogether this work shows a deregulation of Ca2+ entry in Bcr-Abl-expressing cells, suggesting that the Ca2+ signaling pathway could be a therapeutic target in parallel with TKIs.

L’augmentation transitoire de la concentration calcique intracellulaire constitue l’élément déclencheur de nombreux processus physiologiques tels que la fertilisation de l’ovocyte, la contraction ou la mort cellulaire. L’influx de calcium à la suite de l’activation des récepteurs de l’acétylcholine (RACh) dans les muscles ou les neurones est un événement bref et localisé. Le recrutement, direct ou indirect, des canaux calciques voltage-dépendants permet de convertir cette stimulation aigue en un événement prolongé dans l’espace et le temps, menant à la contraction musculaire, à l’exocytose des neurotransmetteurs ou à la régulation de l’expression des gènes. Les RACh et les canaux de type L étant conservés au cours de l’évolution, nous utilisons la cellule musculaire du nématode Caenorhabditis elegans comme modèle d’étude afin de mieux caractériser la biologie et les mécanismes de régulation de ces protéines. Au cours de ma thèse, j’ai travaillé sur deux situations indépendantes de suractivation de l’homéostasie calcique impliquant ces acteurs, i) l’hyperactivation des canaux calciques voltage-dépendants par des mutations gain-de-fonction, ii) la suractivation pharmacologique des RACh à l’aide d’un agoniste cholinergique, le lévamisole. La première étude a consisté en la caractérisation de trois mutations gain-de-fonction dans le gène codant la sous-unité a1 du canal calcique de type L. Ce travail s’inscrivait dans un projet visant à isoler des mutants supprimant les défauts d’excitabilité engendrés par l’hyperactivité des canaux de type L, afin d’identifier de nouveaux partenaires fonctionnels de ces canaux. Ce projet a été interrompu par la mise en place de la deuxième étude, dans laquelle j’ai utilisé l’exposition au lévamisole pour explorer la réponse cellulaire face à une suractivation cholinergique. J’ai montré que la signalisation cholinergique était contrôlée par un inhibiteur associé aux récepteurs, et que les RACh subissaient des modifications quantitatives à court ou long terme. Enfin, j'ai exploité le phénotype de résistance partielle au lévamisole pour réaliser un crible génétique à grande échelle visant à identifier de nouveaux régulateurs des récepteurs / Calcium transients trigger various physiological processes, including oocyte fertilization, contraction or cell death. In neurons or muscles, calcium influx following acetylcholine receptor (AChR) opening is a brief and confined event. By recruiting, directly or not, voltage-dependent calcium channels, this calcium entry is amplified through space and time and leads to muscle contraction, neurotransmitter exocytosis or gene regulation.As AChRs and L-type voltage-gated calcium channels are evolutionarily conserved, we use Caenorhabditis elegans striated muscle cells as a model to characterize the biology and regulation mechanisms of these proteins. During my PhD I worked on two independent situations involving overactivation of calcium homeostasis, i) hyperactivation of L-type calcium channels by gain-of-function mutations within the main subunit, ii) pharmacological overactivation of AChRs using the cholinergic agonist levamisole. The functional characterization of three gain-of-function mutations was the first step of a project aiming to identify new molecular partners of L-type channels, by isolating mutants suppressing excitability troubles introduced by these gain-of-function mutations. This work was interrupted when I started the second study: I used levamisole exposure as an experimental paradigm to investigate how muscle cells are coping with cholinergic overstimulation. I showed that cholinergic signaling is regulated by an inhibitor associated with the receptors, and that AChRs undergo quantitative changes at short or long term. Finally I took advantage of partial levamisole resistance phenotype to undertake a genetic screen in order to identify new regulators of AChRs

Les cellules sont la plus petite forme de vie individuelle qui forme un organisme. La structure et la santé de tous les organismes est essentiellement définie par le nombre, le type et la taille de leurs cellules. Composé d'environ 30 trillions de cellules, l'homme possède des cellules aux fonctions et aux tailles remarquablement variées, allant d'un neurone pouvant atteindre un mètre à une cellule lymphoïde d'environ 16 µm de diamètre. Il est connu que la taille est fondamentalement l'équilibre entre la croissance cellulaire et la division cellulaire. Néanmoins, les questions sur les réseaux moléculaires qui contrôlent et déterminent le maintien de la taille optimale des cellules restent à déchiffrer. D'innombrables travaux ont caractérisé mTORC1 comme une voie régulatrice majeure de la croissance cellulaire jouant un rôle central, intégrant des stimuli intra et extracellulaires. Ce travail porte sur l'investigation et la caractérisation des acteurs moléculaires et des processus qui orchestrent la taille des cellules humaine déterminées par l'épistase chimique. J'ai entrepris une bibliothèque CRISPR / Cas9 à inactivation prolongée (EKO) dans NALM-6 (lignée cellulaire de lymphome pré-B), suivie d'un fractionnement de la taille des cellules par élutriation à contre-courant en présence de rapamycine (inhibiteur de mTOR), et comparé aux données non publiées données du laboratoire utilisant les mêmes méthodes sans rapamycine. Cette analyse de l'étude indique que dans le contexte amont de mTOR, la perte de gènes liés à la détection des nutriments entraîne une perte de taille en présence d'inhibition de mTOR. En outre, plusieurs knockouts géniques dans la biogenèse des ribosomes et l'homéostasie du calcium ont conduit à une perte ou un gain de taille, montrant un rôle pivot possible de ces processus dans le contrôle de la taille des cellules d'une manière dépendante de mTOR. Ce travail a fourni des informations sur les gènes et réseaux connus et inconnus qui peuvent réguler la taille des cellules d'une manière dépendante de mTOR. Ces résultats doivent être validés et approfondis. / All organisms are essentially structured and fitness defined by cell number, type and size. Composed of around 30 trillion cells, humans have cells with remarkably varied functions and size, ranging from a neuron that can reach one meter in length to a lymphoid cell that is around 16 μm in diameter. At a fundamental level, size is determined by the balance between cell growth and cell division. The molecular networks that control and maintain optimal cell size are yet to be deciphered. The mTORC1 pathway is a major regulator of cell growth that plays a central role in integrating intra- and extra-cellular stimuli. This study addresses the investigation and characterization of the molecular players and processes that orchestrate cell size in human cells, as determined by chemical-genetic size screens and epistasis analysis. I undertook a CRISPR/Cas9 extended-knockout (EKO) genome-wide library screen in the NALM-6 pre-B lymphoma cell line, followed by cell size fractionation by counter flow elutriation in the presence of the mTOR inhibitor rapamycin, and compared the screen data to a similar screen performed in the absence of rapamycin. The analysis indicates that upstream of mTOR, the loss of genes that are related to nutrient sensing, results in size changes in the presence of mTOR inhibition. Also, several gene knockouts in ribosome biogenesis and calcium homeostasis led to size alterations, suggesting a possible a pivotal role of these processes in cell size control in a mTOR-dependent fashion. This study provides insights into the genetic networks that regulate cell size in a mTOR-dependent fashion and establishes new hypotheses for future experimental tests.