La plasticité synaptique représente un mécanisme fondamental de l'apprentissage et de la mémoire au cours du développement et durant la vie adulte. Au niveau moléculaire, il est connu que la CaMKII joue un rôle important dans la plasticité et la maturation des synapses. L'objectif était de démontrer par mesure électrophysiologique que la translocalisation de la CaMKII à la synapse est nécessaire à la potentialisation à long terme (LTP) des courants synaptiques. Pour tester cette hypothèse, une étape critique devait d'abord être franchie, celle d'établir une méthode robuste pour induire de la LTP dans des neurones d'hippocampe de rat maintenus en culture, où on peut manipuler l'expression et la dynamique spatiale de la CaMKII. Ce mémoire montre que cette première étape n ' a pu être établie et qu'ainsi l'hypothèse de départ n'a pu être testée. Néanmoins, je présente une méthode candidate prometteuse, faisant appel à une lumière intense, pour augmenter la fréquence des événements synaptiques. De plus, j ' a i développé un outil qui permettra bientôt d'automatiser les mesures d'électrophysiologie et microscopie nécessaires pour tester l'hypothèse de départ. Il devrait entre autre accélérer notre capacité de trouver un protocole optimal pour induire de la LTP en culture en testant un plus grand nombre de conditions expérimentales de manière rapide et reproductible.

Le bulbe olfactif (BO) est un réseau neuronal complexe qui traite et transfert les informations olfactives aux structures corticales supérieures. Le réseau bulbaire est composé d’une large population de cellules granulaires (CGs) GABAergiques qui sont continuellement renouvelées tout au long de la vie de l’animal. Cette population peut exprimer différents marqueurs neuronaux comme la calretinine (CR+) et la CaMKIIα (CaMKIIα+), mais jusqu’à présent les études ayant eues pour but de comprendre le rôle des CGs dans le BO n’ont pas pris en considération cette hétérogénéité. Cependant, il est possible que différentes sous-populations de CGs présentent des propriétés morpho-fonctionnelles différentes et jouent un rôle spécifique dans le comportement olfactif. Ici nous comparons les caractéristiques morphologiques et eléctrophysiologiques des cellules CR+ générées chez l’adulte versus les cellules qui ne n’expriment pas la calretinine (CR−), ainsi que des cellules CaMKIIα+ générées chez l’adulte versus les cellules qui ne l’expriment pas (CaMKIIα−). Nous démontrons que les CGs CR+ et les CGs CaMKIIα+ présentent des morphologies similaires mais reçoivent moins de courants inhibiteurs que les cellules négatives. Nous révélons également qu’au sein d’une même souspopulation, des cellules générées pendant le développement ou bien générées chez l’adulte ont les mêmes propriétés morpho-fonctionnelles. De plus, nous démontrons par quantification de l’expression de gènes à expression précoce immédiate ainsi que par l’inhibition de sous-populations de CGs à l’aide d’outils pharmacogénétiques combiné à des tests de comportement l’implication spécifique des cellules CR+ et des cellules CaMKIIα+ dans la discrimination olfactive spontanée et suite à un apprentissage associatif. Dans le dernier chapitre de la section Résultat, nous révélons l’existence d’une nouvelle forme de plasticité structurelle présente uniquement sur les CGs générées chez l’adulte, permettant la formation de nouvelles synapses dans un lapse de temps très court. Nous montrons que les épines disposent de fins filopodes sur leurs têtes qui scrutent l’environnement et induisent une relocalisation des épines dépendamment de l’activité. Nous montrons également que ce phénomène dépend de l’activation des récepteurs AMPA et TrkB se trouvant sur les CGs par le glutamate et le BDNF libéré par les cellules mitrales. / The olfactory bulb (OB) is a complex neuronal network which processes and transfers olfactory information to higher cortical structures. The bulbar network is composed of a large population of GABAergic granule cells (GCs) which is continuously renewed throughout animal lifetime. This population can express diverse neurochemical markers such as calretinin (CR) and CaMKIIα, but so far most of the studies that aimed to unveil the role of GCs in the OB and odor behaviors didn’t take into consideration this heterogeneity. However, it is possible that different subpopulations of GCs display different morpho-functional properties and play specific roles in olfactory behaviors. Here we compared morphological and electrophysiological characteristics of adult-born CR-expressing cells versus CR-non expressing cells, as well as CaMKIIα-expressing cells versus CaMKIIαnon expressing cells. We showed that CR-expressing and CaMKIIα-expressing GCs display similar morphological properties but receive less inhibitory inputs than their respective negative counterparts. I also revealed that among the same subpopulation, cells generated during brain development or adulthood, display the same morpho-functional properties. In addition, we demonstrated by immunostaining for early-immediate gene markers as a proxy of neuronal activity and pharmacogenetic inhibition of GC subpopulations combined with behavioral tasks, the specific implication of CR- and CaMKIIα-expressing cells in spontaneous and odor-associative learning discrimination. In the last chapter in Result section, we revealed the existence of a new form of structural plasticity occurring in adult-born, but not early-born GCs, in a very short time. We showed that spines display thin filopodia on their heads which scrutinize the microenvironment and induce spine relocation in an activity-dependent manner. We also revealed that this phenomenon depends on activation of AMPA and TrkB receptors located on GCs by glutamate and BDNF released by active mitral cells.

La kinase Aurora A est une protéine essentielle au cycle cellulaire et plus particulièrement lors de la mitose. En effet, Aurora A est nécessaire dès l’entrée en mitose et régule sa progression. Elle joue un rôle dans la maturation et la séparation des centrosomes. Elle participe à l’assemblage du fuseau mitotique et du fuseau central pour le rassemblement et l’orientation des chromosomes. Enfin elle est nécessaire à la réussite de la cytodiérèse. Elle est également nécessaire à l’égale répartition des mitochondries dans les cellules filles et joue un rôle dans l’épissage alternatif des ARNm de facteurs apoptotiques. Au delà de ses fonctions mitotiques, plusieurs études récentes indiquent qu’Aurora A présente des fonctions supplémentaires dans les cellules en interphase. Elle est notamment essentielle au désassemblage du cil primaire et joue un rôle dans la dynamique des microtubules et la migration cellulaire. Enfin, une dérégulation de son expression, de sa stabilité et/ou de son activité perturbe le déroulement du cycle cellulaire ce qui conduit à la transformation des cellules et favorise l’apparition de cancers. Ses fonctions normales ainsi que ses fonctions lors de la carcinogenèse sont conduites à travers les nombreux partenaires protéiques qui entrent en interaction avec elle. Ils modulent son activité, sa localisation et sa stabilité. En retour Aurora A phosphoryle un bon nombre d’entre eux régulant ainsi leur activité, localisation et stabilité. Cependant, l’analyse des interactions déjà connues d’Aurora A ne permet pas d’expliquer tous les phénotypes observés lors de sa dérégulation. Afin de mieux comprendre les fonctions d’Aurora A, les mécanismes qui la régulent et mettre en évidence ses multiples rôles au sein de la cellule, j’ai construit puis analysé un interactome d’Aurora A généré à partir d’une méthode de purification d’affinité couplée à la spectrométrie de masse en tandem. J’ai identifié 477 partenaires potentiels dont 180 présentant une forte probabilité d’être des partenaires directs de la kinase. L’analyse bioinformatique approfondie de cet interactome a permis de révéler les partenaires associés à des mécanismes liés à la mitochondrie et l’épissage des ARN messagers mettant en évidence une implication potentielle d’Aurora A dans ces mécanismes. Pour valider cet interactome, j’ai choisi d’étudier plus précisément deux partenaires identifiés dans cette étude : les protéines WDR62 et CEP97. J’ai montré que ces deux partenaires co-localisent avec Aurora A et sont phosphorylés par la kinase. WDR62 est impliquée dans la microcéphalie et est dérégulée dans certains cancers. J’ai montré qu’Aurora A phosphoryle WDR62 en mitose et que cette phosphorylation est nécessaire à sa localisation aux centrosomes. CEP97 est une protéine du cil primaire encore peu caractérisée et des anomalies du cil primaire sont associées aux ciliopathies. Or l’activité d’Aurora A est nécessaire au désassemblage du cil primaire. J’ai montré qu’Aurora A phosphoryle in vitro CEP97 et que l’inhibition de l’activité d’Aurora A dans les cellules perturbe la localisation de CEP97 au niveau des cils et des centrosomes. Ainsi, ce travail de thèse a permis de mettre en évidence un nombre important de nouveaux partenaires d’Aurora A associés à de nouvelles fonctions. L’étude de ces nouvelles fonctions liées aux mitochondries et à l’épissage des ARN, constitue deux nouveaux projets actuellement menés par des collaborateurs au sein de notre institut. / The serine-threonine kinase Aurora A is an essential mitotic cell cycle protein. Aurora A is necessary for mitotic entry and for the maturation and separation of centrosomes. It participates in mitotic spindle assembly and chromosome biorientation, and it is essential for the completion of cytokinesis. Furthermore, Aurora A activity is necessary for the equal distribution of mitochondria to daughter cells and, through its role in the alternative splicing of mRNA of apoptotic factors, it provides a link between cell cycle control and apoptosis. Beyond its mitotic functions, several recent studies suggest that Aurora A is also important during interphase. Notably, it influences microtubule dynamics, promotes cell migration and polarity control and is essential for primary cilia disassembly. Reflecting the fact that Aurora A is found to be up-regulated in many cancers, deregulation of Aurora A activity can result in an aberrant cell cycle, ultimately leading to malignant transformation of cells. The crucial regulation of Aurora A’s numerous functions is achieved through its interaction with several protein partners, which modulate its activity, localisation and stability. Aurora A in turn phosporylates a number of them, thus regulating their activity, localisation and stability. However, the known interactions of Aurora A cannot explain all the phenotypes that have been described of its deregulation. To better understand the functions of Aurora A, the regulation mechanisms governing it, and to expose its multiple roles in the cell, I have built and analysed an Aurora A interactome using tandem affinity purification coupled with mass spectrometry. This resulted in the identification of 477 potential interacting partners, of which, 180 were determined to have a high probability of interacting directly with the kinase. In-depth bioinformatic analysis of this interactome has revealed the associated partners to be related to mitochondria and mRNA splicing, highlighting the potential involvement of Aurora A in these mechanisms. To validate the interactome, two of the proteins identified in this study, WDR62 and CEP97, were examined in detail. Here I show that these two proteins colocalise with Aurora A, and are phosphorylated by the kinase. WDR62 is implicated in microcephaly and is deregulated in certain cancers. I have shown that Aurora A phosphorylates WDR62 during mitosis, and that this phosphorylation is necessary for its localisation to the centrosomes. CEP97 is a poorly charactarised protein of the primary cilium, abnormalities of which are associated with ciliopathies. I have shown that Aurora A phosphorylates CEP97 in vitro, and that the inhibition of Aurora A activity in vivo perturbs the localisation of CEP97 to cilia and centrosomes. This study has identified a number of new Aurora A-interacting proteins, implicating the kinase with novel functions. These functions, related to mitochondria and mRNA splicing have opened up a new area for further investigation.

L’hypertension artérielle affecte 40 % des Canadiens et Canadiennes âgés de 56 à 65 ans et correspond à un facteur de risque important pour le développement de maladies cardiovasculaires. Les causes de l’hypertension artérielle sont multifactorielles et le plus souvent difficiles à circonscrire. Elles incluent des facteurs génétiques, comme le dérèglement de certains systèmes de transport ionique dans le rein, et des facteurs environnementaux, comme l’ingestion excessive de sodium par la diète, l’abus d’alcool, la sédentarité, etc. La réabsorption du sodium filtré par le rein est effectuée par des protéines de transport spécialisées. Parmi celles-ci, le cotransporteur Na-K-Cl de type 2 (NKCC2), exprimé uniquement dans l’anse ascendante large de Henle (AAH) du néphron, assure la réabsorption d’environ 20 % du sodium. Ce transporteur est inhibé par les diurétiques de l’anse qui sont utilisés en clinique pour traiter certaines formes d’hypertension. Un changement de l’activité de cette protéine, soit intrinsèque ou lié à celui de certaines enzymes qui agissent sur NKCC2, a aussi été associé à des désordres de la pression artérielle. NKCC2 existe sous trois variants principaux qui sont produits par l’épissage alternatif de l’exon 4. Ces variants d’épissage, nommés NKCC2A, NKCC2B et NKCC2F, sont identiques les uns aux autres à l’exception du segment transmembranaire deux et de la boucle intracellulaire adjacente. Malgré tout, ils ont des caractéristiques, des localisations et des rôles différents le long de l’AAH. NKCC2 est impliqué dans la régulation du volume cellulaire puisqu’il est activé en condition de stress hypertonique. Cette activation serait médiée (du moins en partie) par certains isoformes des kinases with no lysine (WNK) dont WNK1 et WNK3. Toutefois, l’effet de ces kinases sur chaque isoforme n’est pas connu et les mécanismes provoquant l’activation du cotransporteur en réponse au stress hypertonique sont peu définis. Une meilleure connaissance à ce sujet nous permettrait de mieux comprendre comment NKCC2 est régulé et de savoir de quelle manière il pourrait être modulé pour en contrôler l’activité dans un but thérapeutique éventuel. Les objectifs de cette thèse étaient comme suit : 1) déterminer les mécanismes par lesquels les kinases WNK1 et WNK3 régulent chacun des variants de NKCC2 lors du stress hypertonique (chapitre 1) et 2) identifier les résidus de NKCC2 qui permettent la réponse au stress hypertonique et la régulation différentielle par les kinases WNK (chapitre 2). Le modèle des ovocytes de Xenopus laevis a été utilisé à cette fin. Dans le chapitre 1, nous avons montré que le stress hypertonique produisait son effet en augmentant l’abondance de NKCC2A et NKCC2B à la surface cellulaire et que cet effet était mimé par WNK3, mais pas par WNK1. De plus, nous avons montré que WNK3 augmentait le recyclage à la membrane des transporteurs endocytés alors que le stress hypertonique ne produisait pas cette réponse. Enfin, NKCC2F s’est révélé peu sensible au stress hypertonique et à WNK3, suggérant que des résidus lui étant uniques dans l’exon 4 contribuaient à cette réponse différentielle. Dans le chapitre 2, nous nous sommes intéressés aux rôles des résidus divergents entre les variants pour déterminer si l’exon 4 jouait un rôle dans les réponses observées. Par des études de mutagénèse dirigée, nous avons mis en évidence que les résidus en position 230 et 238 avaient un impact sur le trafic cellulaire de NKCC2. En outre, nous avons constaté que les résidus de NKCC2F à ces positions avaient pour effet de favoriser la rétention du transporteur à la membrane cellulaire. En somme, l’ensemble de ces travaux permettent de mieux comprendre les mécanismes de régulation du cotransporteur NKCC2 par le stress hypertonique et par la voie des kinases WNK. À la partie variable de NKCC2, l’exon 4, nous avons identifié un nouveau rôle qui est de participer à la régulation du trafic cellulaire du transporteur. Grâce à cette connaissance, nous saurons désormais que des stratégies d’intervention pour contrôler l’activité de NKCC2 pourraient miser sur la modification du nombre de transporteurs au site d’expression. / High blood pressure affects 40% of Canadians aged 56 to 65 and is a major risk factor for cardiovascular diseases. The causes of high blood pressure are multifactorial and are often difficult to circumscribe. They include genetic factors, such as abnormalities in the function of renal ion transporters, and environmental factors, such as excessive dietary sodium intake, alcohol abuse, sedentary lifestyle, etc. In the kidney, the ultrafiltered NaCl load is reabsorbed by specialized ion transport systems. Of these systems, the Na-K-Cl cotransporter type 2 (NKCC2), is confined to the thick ascending loop of Henle (TALH) of the nephron where it reabsorbs approximatively 20% of the ultrafiltered NaCl load. This transporter is inhibited by loop diuretics that are used clinically to treat certain types of hypertension. A change in the activity of NKCC2, either intrinsic or secondary to the effect of regulatory enzymes, has also been associated with blood pressure disorders. NKCC2 exists as three main variants that are produced through the alternative splicing of exon 4. These splice variants, named NKCC2A, NKCC2B, and NKCC2F, are identical to each other except for the residue composition of transmembrane segment 2 and the following connecting segment. Yet, they have different characteristics and roles along the TALH. NKCC2 is involved in cell volume regulation as it is activated by cell shrinkage. This activation is mediated (at least in part) by certain isoforms of the with no lysine (WNK) kinases including WNK1 and WNK3. However, the effect of these kinases on each of the splice variants is not known and the mechanisms that underlie the response to cell shrinkage are poorly defined. A better knowledge in these regards would allow us to better understand how NKCC2 is regulated and how it could be acted upon optimally towards maximal clinical benefits. The objectives of this thesis were as follows: 1) to determine the mechanisms by which WNK1 and WNK3 regulate each of the NKCC2 variant under hypertonic stress (Chapter 1) and 2) to identify residues in NKCC2 that sustain the response to cell shrinkage and differential regulation by the WNK kinases (chapter 2). The oocyte model of Xenopus laevis was used for this purpose. In Chapter 1, we showed that cell shrinkage produced its effect by increasing the abundance of NKCC2A and NKCC2B at the cell surface and that this effect was mimicked by WNK3, but not by WNK1. In addition, we showed that WNK3 increased membrane recycling of endocytosed transporters while cell shrinkage failed to produce such a response. Finally, NKCC2F was found to be insensitive to cell shrinkage and WNK3, suggesting that specific residues that are unique to this variant in exon 4 contributed to this differential response In Chapter 2, we looked at the roles of divergent residues between the variants to determine whether exon 4 played a role in the observed responses. Using mutagenic studies, we showed that residues at positions 230 and 238 played a major role in NKCC2 trafficking. In addition, we found that the residues of NKCC2F at these positions had the effect of promoting carrier retention at the cell membrane In sum, our findings have allowed us to better understand the mechanisms through which NKCC2 is regulated during cell shrinkage and by the WNK kinase-dependent pathway. Our findings have also allowed us to identify a new role for exon 4 in NKCC2 trafficking. With this gain of knowledge, we have found that strategies aimed at controlling the activity of NKCC2 could be based on altering the number of transporters at the cell surface.

Le vieillissement est souvent caractérisé par un débalancement métabolique pouvant mener à une redistribution de la graisse et à un déséquilibre de l'homéostasie du calcium. L'AMPK est un senseur important du métabolisme énergétique et joue un rôle dans l'adipogenèse. Une de ses kinases activatrices est la CaMKK qui est elle-même activée suite à une augmentation de la concentration intracellulaire de calcium. Dans cette étude, nous avons voulu déterminer le rôle de l'AMPK dans l'effet inhibiteur du calcium sur l'adipogenèse. Le traitement des cellules 3T3L1 avec une concentration élevée de calcium a provoqué la diminution de l'emmagasinage des graisses. Les cellules ont ensuite été traitées avec un inhibiteur et un activateur de l'AMPK, ce qui a permis de constater que l'effet du calcium n'était pas lié à l'activation de la kinase. La forte concentration de calcium n'a pas uniquement diminué l'adipogenèse, elle a aussi augmenté l'expression de marqueurs des ostéoblastes. De plus, l'expression de certains marqueurs des ostéoblastes était augmentée suite au traitement avec l'activateur de l'AMPK. Ces résultats montrent que le rôle de l'AMPK dans l'adipogenèse est indépendant de la concentration de calcium et que cette protéine pourrait jouer un rôle encore méconnu dans la différenciation des cellules osseuses.

OBJECTIFS : Le Bortezomib (Velcade©) est un inhibiteur de protéasome présentement utilisée en chimiothérapie pour soigner les cas de myélomes multiples et de lymphomes. Les tumeurs solides sont souvent résistantes à ce type de traitement. Mon laboratoire d’accueil à récemment déterminé que le traitement de cellules cancéreuses issues de tumeurs solides avec le Bortezomib induit une réponse de stress caractérisée par la phosphorylation du facteur d’initiation à la traduction eIF2α. Cette phosphorylation est médiée par une protéine kinase, nommée Heme Regulated Inhibitor (HRI). La phosphorylation du facteur eIF2α par HRI occasionne la formation de granules de stress (GS); corps cytoplasmiques renfermant les protéines ribosomales, les ARNms, et des molécules de signalisation. La formation des GS est associée à une résistance à la mort cellulaire induite par différents types de stress, tels qu’un choc oxydatif, l’hypoxie ou les radiations. Nous avons ainsi impliqué la formation des GS dans la résistance des cellules cancéreuses au Bortezomib. En effet, nous avons démontré que la suppression des GS en interférant avec l’expression d’HRI sensibilisait les cellules cancéreuses au traitement de Bortezomib. Ce résultat dénote aussi un nouveau rôle potentiel de HRI dans la chimiorésistance. Mon projet consistait donc à tester cette hypothése in vivo en utilisant des cellules cancéreuses déplétées de manière stable en HRI. MÉTHODES : D’abord, en surexprimant de manière transitoire la protéine HRI grâce à un plasmide GFP-HRI, nous avons pu évaluer l’effet de sa surexpression sur la viabilité cellulaire. D’autre part, en créant des lignées stables exprimant des Small hairpin RNA (shRNA) dirigés contre l’ARNm HRI, nous avons pu étudier l’effet de l’absence de cette kinase sur la physiologie cellulaire et ce, en condition normale et en condition de traitement au Bortezomib. RÉSULTATS : La surexpression de la protéine HRI cause l’induction de granules de stress dépendant de la phosphorylation du facteur eIF2α. Ce résultat valide nos résultats de déplétion démontrant un rôle majeur de HRI dans la formation des GS en condition de Bortezomib via la phosphorylation de son substrat eIF2α. De façon surprenante, nous avons également constaté une morphologie cellulaire ainsi qu’un taux de croissance différents en condition non traitée, comparativement aux contrôles shRNA non effecteurs. Ceci suggère un rôle nouveau de HRI dans la croissance cellulaire, indépendamment de la phosphorylation d’eIF2a. L’injection sur la membrane chorioallantoique d’un fœtus de poulet (in ovo) de cellules cancéreuses déplétées en HRI occasionne une diminution de développement tumoral. Inversement, on observe la formation d’une masse apparente pour les contrôles non effecteurs et ce, toujours en condition non traitée. Ceci suggère donc un rôle de HRI dans la croissance tumorale. CONCLUSION : La kinase HRI est impliquée dans la résistance des cellules cancéreuses à la mort cellulaire engendrée par le Bortezomib, mais semble également jouer un rôle physiologique dans la croissance tumorale.

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À l’heure actuelle, il est estimé qu’une personne sur quatre souffrira personnellement d’un trouble de santé mentale au cours de sa vie. Les traitements existants agissent sur les voies de signalisation des monoamines telles que la dopamine et la sérotonine et ce, à différents niveaux. Les voies de signalisation ainsi ciblées détiennent comme point commun leur capacité à moduler la glycogène synthase kinase 3 (GSK3). Cette kinase est aussi bien associée au mode d’action des composés pharmacologiques qu’à l’étiologie même des maladies mentales. Cependant, même si des mécanismes régulateurs de cette kinase et des cibles sont connus, de nombreuses zones de méconnaissance persistent. Parmi les points nécessitant un aprofondissement des connaissances, nous avons ciblés trois pistes d'étude. Dans un premier temps, nous avons voulu investiguer plus en détail la modulation de GSK3 dépendante de la voie des inositols phosphates. Nous avons alors cherché à répondre a deux questions ; Est-ce qu'une modulation directe de GSK3 est observée? Est ce que cette modulation reproduit les paradigmes comportementaux de l'inhibition de GSK3? Cette étude nous a alors permis de mettre en évidence une interaction directe entre GSK3 et l'IP6K1 dans des modèles cellulaires et animaux. De plus, dans le contexte d'animaux IP6K1-KO, la modulation de GSK3 dépendante de la voie des inositols semble reproduire des effets comportementaux associés classiquement à l'inhibition de GSK3, à savoir une diminution de la locomotion et de la sociabilité. Dans une seconde étude, nous avons cherché à entrevoir si une dépendance régionale de l'inhibition de GSK3β était associable avec des modulations de comportements spécifiques. Nous avons donc utilisé un modèle murin FloxGSK3β /CamKIIcre caractérisé comme modèle de délétion totale postnatale de cette isoforme dans le cerveau antérieur (cortex et CA1). L'analyse histologique des cerveaux de ces animaux nous a permis dans un premier de valider le modèle choisi. Par la suite, l'analyse comportementale de ces animaux nous a révélée que la modulation des comportements locomoteurs et pseudo-dépressifs étaient indépendants de l'expression de GSK3β au niveau du cerveau antérieur, par opposition à la modulation des comportements anxieux et sociaux. De plus, la modulation de la résilience dépendante de GSK3β pourraient détenir une composante corticale mais des travaux supplémentaires sont nécessaires avant de confirmer cette hypothèse. Enfin, la troisième étude nous a révélée l'existence d'une nouvelle cible de GSK3β impliquée dans la réponse aux traitements pharmacologiques et la modulation du comportement GSK3β-dépendante. Cette protéine, FXR1P, est montrée comme une cible phosphorylable de GSK3β. Ses niveaux d'expression sont corrélés avec l'activité de cette kinase, que ce soit dans des modèles cellulaires ou murins. De plus, les traitements pharmacologiques modulant GSK3, comme la surexpression directe de FXR1P, reproduisent des paradigmes comportementaux GSK3β-dépendants. De plus, des polymorphismes dans les promoteurs de FXR1P et GSK3β ont montré une association avec la stabilité émotionnelle d'individus humains . Ces données sont autant de faits appuyant le rôle potentiel de cette protéine nouvellement identifiée dans la signalisation de GSK3 modulant le comportement. / Nowadays, it is estimated that one out of four people will suffer from mental illness issues at some point during their life. The existing therapeutic strategies act at different levels on monoaminergic signaling, especially on those pathways engaging dopamine and serotonin. These signaling pathways share the ability to modulate a kinase called Glycogen Synthase Kinase 3, or GSK3. This protein is implicated in the action of therapeutic agents as well as in the aetiology of the disease itself. However, even if some targets and molecular mechanisms regulating GSK3 are characterized, many aspects still remain unclear. Among points necessitating clarification, we have set three research aims. First of all, we have studied more deeply the interaction between the inositol phosphate pathway and GSK3 signaling. Thus, we have posed two main questions; is there a direct modulation of the GSK3 pathway depending on inositol phosphates? And if so, does this modulation reproduce behavioral consequences of GSK3 inhibition? This study allowed us to show a direct interaction between IP6K1 and GSK3 in cellular and animal models. Moreover, using IP6K1-KO animals, we showed that IP6K1-mediated modulation of GSK3 reproduces behavioral outcomes classically associated with GSK3 inhibition: a reduction of locomotion and sociability. In the second study, we have looked if a link between regional GSK3 inhibition and modulation of specific behaviors exists. We employed the FloxGSK3β/CamKIIcre mice model, considered as a total and postnatal deletion of this isoform in the forebrain (cortex and CA1). Histological analysis of brains first allowed us to validate the model. Then, behavioral characterization of this line revealed that, in contrast to anxiety and sociability, locomotion and depressive-like behavior are independent of forebrain GSK3β expression. Furthermore, the implication of cortical GSK3β in the modulation of resilience was not yet fully established and further investigation is warranted. Finally, the third study revealed FXR1P as a new target of GSK3β signaling implicated in behavior and response to pharmacological treatments. Interestingly, FXR1 protein is phosphorylated by GSK3 and its relative expression levels are correlated with GSK3 activity in both cellular and animal models. Moreover, treatments modulating GSK3 and overexpression of FXR1P reproduce behavioral outcomes known as GSK3β-dependant. Finally, polymorphisms in GSK3β and FXR1 promoters are associated with emotional stability in humans. These findings highly suggest the potential role of FXR1P in GSK3 pathways affecting mood and behavior.

Les DYRKs (dual specificity, tyrosine phosphorylation regulated Kinases) et CLKs (cdc2-like kinases) sont deux familles de kinases du groupe CMGC. Elles sont impliquées dans le développement de la maladie d'Alzheimer et de la trisomie 21. Nous présentons ici une optimisation et une caractérisation biologique détaillée des Leucettines, une famille d’inhibiteurs pharmacologiques de DYRKs/CLKs dérivés de la Leucettamine B, un alcaloïde extrait d'une éponge marine. Nous avons étudié la relation structure/activité de cette classe d'inhibiteurs sur un ensemble de réponses biologiques. Afin d'étudier les cibles potentielles de ces inhibiteurs, nous avons mis en œuvre une méthode de chromatographie d’affinité. La sélectivité de la Leucettine L41, sélectionnée comme représentative des Leucettines, a été étudiée par des essais d'activité et d'interaction de kinases recombinantes in vitro, et des tests de chromatographie d'affinité (Leucettines immobilisées sur billes d'agarose, compétition sur billes d’inhibiteurs non sélectifs). Des approches transcriptomiques et protéomiques ont été utilisées afin de mieux comprendre le mécanisme d'action cellulaire de la Leucettine L41. Ces approches ont confirmé la sélectivité de la Leucettine L41 pour DYRKs et CLKs mais aussi révélé l’existence de cibles secondaires intéressantes. La Leucettine L41 module l'épissage alternatif de pré-ARNm. Elle présente des propriétés neuroprotectrices vis-à-vis de la mort cellulaire induite par le glutamate. Les Leucettines méritent un développement en tant qu'agents thérapeutiques potentiels pour le traitement de la maladie d'Alzheimer et de la trisomie 21. / DYRKs (dual specificity, tyrosine phosphorylation regulated kinases) and CLKs (cdc2-like kinases) are two families of kinases belonging to the CMGC group. They are involved in the development of Alzheimer's disease and Down syndrome. We here present the optimization and a detailed biological characterization of Leucettines, a family of pharmacological inhibitors of DYRKs/CLKs derived from Leucettamine B, an alkaloid produced by a marine sponge. We studied the structure/activity relationship of this class of inhibitors on a set of biological responses. To investigate potential targets of these inhibitors, we implemented an affinity chromatography method. The selectivity of Leucettine L41, selected as a representative Leucettine, was studied by in vitro activity and interaction assays of recombinant kinases and affinity chromatography approaches (Leucettines immobilized on agarose beads, competition on non-selective inhibitors). Transcriptomics and proteomics approaches were used to better understand the cellular mechanism of action of Leucettine L41. These approaches confirmed the selectivity of Leucettine L41 for DYRKs and CLKs but also revealed the existence of interesting secondary targets. Leucettine L41 modulates alternative splicing of pre-mRNAs. It displays neuroprotective properties towards glutamate-induced cell death. Leucettines deserve further development as potential therapeutic agents for the treatment of Alzheimer's disease and Down syndrome.

Le récepteur AMPA (rAMPA) est un sous-type de récepteur au glutamate responsable de la majorité de la transmission synaptique excitatrice rapide dans le système nerveux central. L'apport de nouveaux récepteurs à la membrane par exocytose et la redistribution des rAMPA aux sites postsynaptiques ont été proposés comme des mécanismes de potentialisation à long terme (LTP) de la transmission synaptique, un modèle cellulaire impliqué dans l'apprentissage et la mémoire. Les preuves directes qui soutiennent ces hypothèses sont manquantes et les mécanismes moléculaires qui régulent l'apport des rAMPA à la membrane et le traffic aux synapses sont peu connus. Afin d'étudier les mécanismes de la redistribution des rAMPA aux synapses, nous avons mis en place une technique d'imagerie de molécules uniques à haute résolution. Nous fournissons une preuve directe que l'activation locale de la sous-unité α de la protéine kinase II (αCaMKII) déclenche l'immobilisation rapide des rAMPA aux sites synaptiques. De plus, nous avons trouvé que la phosphorylation de la sous-unité auxiliaire des rAMPA, la stargazine, est requise pour l'immobilisation aux synapses par la liaison à la protéine d'échafaudage synaptique, la PSD-95. Aussi, dans une seconde étude, nous avons montré les rôles distincts des isoformes a et βCaMKII sur la mobilité des rAMPA dans des conditions de transmission basale et de stimulation menant à la plasticité synaptique. Nos études apportent une vision supplémentaire sur le mécanisme à la base de la LTP. Pour étudier l'apport de nouveaux rAMPA à la membrane, à l'aide des récepteurs fusionnés à des protéines fluorescentes sensibles au pH, nous avons mesuré les événements unitaires d'insertion de GluA1 à la membrane postsynaptique. Nous montrons des résultats qui suggèrent que la CaMKII régule l'exocytose des rAMPA. Nos travaux apportent une meilleure compréhension des mécanismes permettant à une enzyme importante pour la mémoire, la CaMKII, de réguler la potentialisation synaptique, via l'apport accrue de rAMPA par exocytose et pas leur piégeage accru aux synapses. / The AMPA receptor (AMPAR) is a subtype of glutamate receptor responsible for the majority of fast excitatory synaptic transmission in the central nervous system. The addition of new receptors to the membrane by exocytosis and redistribution of AMPARs at the postsynaptic site have been proposed as mechanisms of long-term potentiation (LTP) of synaptic transmission, a cellular model of learning and memory. Direct evidence supporting these predictions is missing and the molecular mechanisms that regulate the contribution of AMPARs in the membrane traffic at synapses are poorly understood. To study the mechanisms of redistribution of AMPARs at synapses, we developed a high resolution single molecule imaging technique. We provide direct evidence that local activation of α subunit of the Ca2+/calmodulin protein kinase II (αCaMKII) triggers the rapid immobilization of AMPARs to synaptic sites. In addition, we found that phosphorylation of the auxiliary subunit of AMPARs, stargazine, is required for immobilization at synapses by binding to the synaptic scaffolding protein, PSD-95. Also, in a second study, we have highlighted the distinct contributions of two different isoforms α and β of CaMKII under conditions of basal transmission and following stimuli that induce synaptic plasticity. Our studies provide new insights on the mechanism underlying LTP. To study the contribution of new receptors to the membrane, we use receptors fused to pH-sensitive fluorescent proteins, we measured the discrete exocytic fusion events of GluA1 to the postsynaptic membrane. We provide evidence that CaMKII regulates the process of AMPAR exocytosis. Our experiments contribute to the understanding of how CaMKII, an important enzyme in memory, can regulate the increased delivery of AMPARs at synapses during synaptic potentiation, via their increased exocytosis and post-synaptic trapping.