Un dispositif de stimulation électrique in vitro sur des lignées cellulaires a été optimisé afin de nous permettre d'étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires de la SHF. Deux lignées cellulaires (GH3 et PC12) ont été analysées au niveau transcriptomique, protéomique et de la sécrétion hormonale et de neurotransmetteurs.Nous avons comparé les niveaux de sécrétion de PRL des GH3 traitées par SHF, SBF ou par la dopamine; ainsi que les niveaux des catécholamines (DA, AD et NA) des PC12 traitées par SHF, SBF ou par la 6-OHDA. La synthèse protéique des cellules stimulées a été analysée par les techniques d'incorporation de 35S méthionine et de SELDI-TOF-MS. Enfin nous avons recherché les modifications d'expression génique des cellules stimulées en utilisant la technique des microarray à base d'oligonucléotides longs sur nylon et détection radioactive.Les premières expériences montrent une diminution significative de la quantité de prolactine à un niveau comparable à celui obtenu avec l'inhibiteur conventionnel, la dopamine. De la même façon, la production de catécholamines dans le milieu est inhibée. Les données transcriptomiques montrent l'existence des profils d'expression caractéristique de la neurostimulation à haute fréquence, avec environ 100 gènes discriminants impliqués dans la synthèse protéique, la signalisation calcique, l'énergétique cellulaire pour les principaux. Nous avons confirmé l'impact de la neurostimulation sur la synthèse protéique en SELDI-TOF comme en incorporation de méthionine. Un mécanisme original de SHF peut donc être proposé, impliquant la neutralisation de la synthèse protéique dans l'inactivation réactionnelle des structures neuronale

Chacune de nos cellules possède l’information génétique nécessaire à la constitution de l’organisme entier, mais les cellules différenciées n’expriment qu’un répertoire restreint de gènes. Le contrôle des expressions des gènes apparaît fondamental dans la mise en place et le maintien de l’identité cellulaire. Le contrôle transcriptionnel, premier niveau de régulation de l’expression des gènes, est basé sur l’intégrité de la séquence génique et sur son accessibilité, elle-même conditionnée par les mécanismes épigénétiques contrôlant la dynamique chromatinienne. Dans un contexte pathologique, des altérations génétiques et/ou épigénétiques pourront alors être à l’origine de dérégulations géniques et mener à des fonctions cellulaires altérées. Lors du développement d’un carcinome bronchique, les cellules pulmonaires acquièrent une capacité de prolifération incontrôlée et une résistance accrue à l’apoptose. Ces caractéristiques phénotypiques, bases de la croissance tumorale, sont le reflet des anomalies qui s’accumulent dans le génome des cellules cancéreuses. Aux altérations génétiques somatiques (mutations ponctuelles, remaniements chromosomiques) s’ajoute un bouleversement global du paysage épigénétique, le tout conduisant une crise de l’identité cellulaire et à des dérégulations massives des expressions géniques. Alors que la répression aberrante de gènes (notamment des gènes suppresseurs de tumeur) a été largement étudiée, l’activation ectopique de gènes normalement silencieux demeure un aspect plus méconnu. Notre hypothèse de travail est que les expressions hors-contexte de gènes tissu-spécifiques puissent être non seulement impliquées dans le phénomène de cancérogenèse, mais également constituer des biomarqueurs tumoraux ou cibles thérapeutiques innovantes. Dans cette thèse, notre attention s’est portée sur le gène PRL codant la prolactine, normalement exprimée dans l’hypophyse et absente du poumon non tumoral. Nous avons détecté une activation ectopique du gène PRL dans 10% des tumeurs pulmonaires, principalement des tumeurs neuroendocrines. Nous avons observé que l’expression de PRL est associée à des tumeurs particulièrement agressives et à un pronostic sombre pour les patients. Nous avons également démontré que l’expression de PRL confère aux cellules cancéreuses pulmonaires une résistance accrue à un stress génotoxique. De manière inattendue, nos résultats suggèrent que l’effet oncogène de l’expression de PRL ne repose pas sur les mécanismes d’action classique de la prolactine et nous avons dû remettre en question l’hypothèse initiale d’une sécrétion de l’hormone par les cellules cancéreuses pulmonaires et d’une action autocrine/paracrine au sein de la tumeur via l’activation du récepteur à la prolactine. Le récepteur est en effet absent des cellules cancéreuses pulmonaires et le transcrit PRL exprimé est dépourvu de ses premiers exons, ce qui pourrait conduire à la production d’une protéine tronquée de son peptide signal, incapable d’emprunter la voie de sécrétion classique, et par conséquent retenue à l’intérieur de la cellule cancéreuse pulmonaire. Même si les mécanismes d’action in cellulo de la prolactine restent à décrypter, nos données suggèrent que l’expression ectopique de PRL pourrait constituer une nouvelle cible thérapeutique dans le traitement des tumeurs pulmonaires agressives. Ce travail de thèse, incluant également des résultats complémentaires obtenus sur trois gènes spécifiques du testicule exprimés de manière aberrante dans les tumeurs pulmonaires (BRDT, SOX30 et SPATA22) met en lumière l’intérêt des expressions ectopiques. Celles-ci peuvent en effet fournir de nouveaux outils de diagnostic et de pronostic aux cliniciens, mais également de nouvelles approches ciblées en complément des thérapies classiques qui ne suffisent pas à limiter la mortalité importante due aux néoplasies pulmonaires. / Each human cell contains a genome carrying all the genetic information necessary for the constitution of the whole organism. However, differentiated cells express only a restricted repertoire of genes. The control of gene expressions is fundamental for the establishment and maintenance of cell identity. The first level of gene expression regulation, the transcriptional control, is based on the integrity of the gene sequence but also on its accessibility, itself dependent on a set of epigenetic mechanisms that control chromatin dynamics. In a pathological context, genetic and epigenetic alterations can lead to gene deregulations and altered cellular functions. During the bronchial carcinogenesis, lung cancer cells acquire a capacity of uncontrolled proliferation and an increased resistance to cell death. These phenotypic characteristics, favoring tumor growth, result from abnormalities that accumulate in the genome of cancer cells. These are somatic genetic alterations, from point mutations to large-scale chromosomal rearrangements, but also a global disruption of the epigenetic landscape – both leading to an identity crisis and to gene deregulations. While the phenomenon of aberrant gene repression (including repression of tumor suppressor genes) has been extensively studied, ectopic activation of normally silent genes remains poorly understood. Our hypothesis is that the “out of context” expression of tissue-specific genes not only could be involved in carcinogenesis, but could also be of high interest as tumor biomarkers or novel therapeutic targets. In this work, we focused on the prolactin-encoding PRL gene, normally mainly expressed in the pituitary gland and absent from non-tumor lung. We detected an ectopic PRL gene activation in 10% of lung tumors, mainly neuroendocrine tumors. We observed that PRL expression is associated with aggressive tumors and a poor prognosis for patients. We also found that the expression of PRL is associated with an increased resistance of lung cancer cells to a genotoxic stress. Unexpectedly, our data suggest that the oncogenic action of PRL expression is not based on the conventional mechanisms of prolactin action, and we did not confirm the initial hypothesis of a secretion by lung cancer cells of the prolactin hormone, and its action in an autocrine/paracrine loop within the tumor through the activation of the prolactin receptor. Indeed, the receptor is absent in lung cancer cells and the transcribed PRL mRNA is missing its first exons, possibly leading to the production of a truncated prolactin protein, without a functional signal peptide, therefore unable to follow the classical secretion pathway and retained inside the cancer cell. Although the detailed mechanisms of prolactin action in lung cancer remain to be deciphered, our study suggests that the ectopic expression of PRL could be used as a new therapeutic target in the treatment of aggressive lung tumors. This work, also including additional results on three testis-specific genes aberrantly expressed in lung tumors (BRDT, SOX30 and SPATA22) highlights the interest of studying ectopic gene expressions in tumor cells, which can provide new diagnosis and prognosis tools for clinicians as well as new targeted approaches that could be used in addition to conventional lung cancer therapies, which are presently insufficient to limit the high mortality due to lung neoplasms.

L’étude des mécanismes endocriniens est particulièrement intéressante du fait du rôle majeur des hormones dans la régulation des interactions entre la physiologie d’un organisme, son comportement, et les modifications de son environnement. Cette thèse s’est intéressée aux relations entre le statut hormonal, les performances de reproduction et le succès reproducteur d’un oiseau marin longévif, le manchot Adélie Pygoscelis adeliae, dans un contexte environnemental soumis à des changements. Le statut endocrinien de manchots mâles a été manipulé en utilisant des implants dégradables sous-cutanés diffusant l’hormone d’intérêt ou un inhibiteur de sa sécrétion. Les effets d’une modification des niveaux d’hormones sur l’investissement parental pendant l’incubation ont été mesurés à l’aide d’observations directes et d’oeufsfactices enregistrant les paramètres d’incubation. Les niveaux de corticostérone – hormone dite de stress, de prolactine – hormone des soins parentaux, et de testostérone – hormone liée aux comportements sexuels et à l’agressivité, ont été manipulés. Les effets d’une augmentation des niveaux de corticostérone sur les performances et le succès reproducteur pendant la période de l’élevage des poussins ont également été mesurés. Enfin, les conséquences d’une légère élévation des niveaux de corticostérone pendant l’ensemble de la saison de reproduction en termes de comportement et de succès reproducteur ont été examinées. Une augmentation des niveaux de corticostérone a globalement diminué les performances et le succès de reproduction. D’autre part, une modification des niveaux de prolactine ou de testostérone a affecté la durée etles paramètres d’incubation, suggérant une implication de ces deux hormones dans le contrôle de la phénologie de la reproduction. Les résultats présentés dans cette thèse mettent l’accent sur le fait que la relation entre statut endocrinien et performances de reproduction est dose, état et contexte dépendante. Nos résultats illustrent le rôle majeur des hormones étudiées dans la régulation de l’effort reproducteur, et soulignent également l’importance de considérer les interactions entre les organismes et leur environnement. / Studying endocrine mechanisms is of particular interest because of the major role played by hormones in mediating interactions between an animal’s physiology, its behaviour, and both predictable and unpredictable regimes of environmental variation. During this PhD, I have investigated the relationships between endocrine status, reproductive performance, and reproductive output in a long-lived polar seabird, the Adélie penguin Pygoscelis adeliae, while integrating environmental parameters for some of the studies. The endocrine status of male penguins was experimentally modified using subcutaneous self-degradable pellets, which released either the hormone or an inhibitor of its secretion. The effects of changes in the levels of several hormones on the parental investment during incubation were assessed, using direct observations and dummy eggs to record incubation parameters. The levels of corticosterone – the so-called stress hormone, prolactin – the parental care hormone, and testosterone – the sexual behaviour and aggressiveness hormone, were manipulated. The effects of increased corticosterone levels on reproductive performance and output were also evaluated during the chick-rearing period. Finally, the behavioural consequences of a moderate elevation of corticosterone levels during the whole breeding cycle were assessed. On the whole, an increase in corticosterone levels decreased reproductive performances and output. Changes in prolactin or testosterone levels affected incubation duration and egg temperature, suggesting a role for these hormones in the control of the timing of breeding. The results prevented in this PhD highlight the fact that the relationship between endocrine status and reproductive performance is dose-, state-, and context-dependant. Our results illustrate the major role of the hormones considered in our studies in the regulation of reproductive effort. They also underline the importance of considering the interactions of organisms with their environment in studies of animal behaviour and ecophysiology.

Le compromis d’allocation de l’énergie entre les fonctions concurrentielles de la reproduction et de la maintenance (et à long terme la survie) est largement tributaire de la capacité de l’organisme à acquérir des ressources dans son milieu. Les mécanismes physiologiques sousjacents aux décisions d’acquisition et d’allocation de l’énergie sont actuellement peu connus. Le but de cette thèse est d’étudier le rôle de deux hormones, la corticostérone et la prolactine, dans ces prises de décisions chez un oiseau marin longévif, le manchot Adélie (Pygoscelis adeliae), et ce, pendant une phase couteuse en énergie : la période d’élevage des poussins. Pour ce faire, nous avons conduit des approches expérimentales couplant d’une part la manipulation hormonale (augmentation des niveaux de corticostérone ou diminution des niveaux de prolactine) et la mesure du comportement en mer grâce à l’utilisation d’enregistreurs miniaturisés de l’effort de plongée. Par ailleurs, le budget temps, la condition corporelle, le régime alimentaire (analyses des isotopes stables du carbone et de l’azote) ainsi que le succès de reproduction des individus ont été considérés. A l’échelle de la plongée, nous avons observé des rôles positifs et négatifs de la corticostérone et de la prolactine, respectivement, sur le comportement de recherche alimentaire. De façon contradictoire, il semble que la corticostérone ait eu un effet négatif à plus large échelle (e.g. diminution de la durée des voyages alimentaires). La complexité de l’implication de ces deux hormones dans le compromis entre survie et reproduction est finalement discutée à la lumière de ces résultats. / The trade-off in the allocation of energy between the competitive functions of reproduction and maintenance (and survival in the long term basis) is largely dependent on the capacity of organisms to acquire resources in its environment. However, physiological mechanisms underlying decisions of energy acquisition and allocation are currently poorly known. Theaim of this PhD is to examine the role of two hormones, corticosterone and prolactin, in these decision processes in a long-lived seabird, the Adélie penguin (Pygoseclis adeliae) during an energetically costly period: the chick-rearing stage. To achieve this, we conducted experimental approaches coupling hormonal manipulation (increasing corticosterone levels ordecreasing prolactin levels) and the monitoring of at-sea behaviour by using miniaturised time-depth recorders. Moreover, time budget, body condition, diet (via stable isotopes analyses) and reproductive success of individuals were considered. At the dive scale, we observed positive and negative roles of corticosterone and prolactin on the foraging behaviour, respectively. However on the contrary, it seems that corticosterone had a negative effect at a larger scale (e.g. a decrease in at-sea trip duration). The complexity of the involvement of these hormones in the trade-off between survival and reproduction is discussed in the light of these results.

L'étude des mécanismes endocriniens est particulièrement intéressante du fait du rôle majeur des hormones dans la régulation des interactions entre la physiologie d'un organisme, son comportement, et les modifications de son environnement. Cette thèse s'est intéressée aux relations entre le statut hormonal, les performances de reproduction et le succès reproducteur d'un oiseau marin longévif, le manchot Adélie Pygoscelis adeliae, dans un contexte environnemental soumis à des changements. Le statut endocrinien de manchots mâles a été manipulé en utilisant des implants dégradables sous-cutanés diffusant l'hormone d'intérêt ou un inhibiteur de sa sécrétion. Les effets d'une modification des niveaux d'hormones sur l'investissement parental pendant l'incubation ont été mesurés à l'aide d'observations directes et d'oeufsfactices enregistrant les paramètres d'incubation. Les niveaux de corticostérone - hormone dite de stress, de prolactine - hormone des soins parentaux, et de testostérone - hormone liée aux comportements sexuels et à l'agressivité, ont été manipulés. Les effets d'une augmentation des niveaux de corticostérone sur les performances et le succès reproducteur pendant la période de l'élevage des poussins ont également été mesurés. Enfin, les conséquences d'une légère élévation des niveaux de corticostérone pendant l'ensemble de la saison de reproduction en termes de comportement et de succès reproducteur ont été examinées. Une augmentation des niveaux de corticostérone a globalement diminué les performances et le succès de reproduction. D'autre part, une modification des niveaux de prolactine ou de testostérone a affecté la durée etles paramètres d'incubation, suggérant une implication de ces deux hormones dans le contrôle de la phénologie de la reproduction. Les résultats présentés dans cette thèse mettent l'accent sur le fait que la relation entre statut endocrinien et performances de reproduction est dose, état et contexte dépendante. Nos résultats illustrent le rôle majeur des hormones étudiées dans la régulation de l'effort reproducteur, et soulignent également l'importance de considérer les interactions entre les organismes et leur environnement.