Regulated intramembrane proteolysis is an interesting process involved in a multitude of cellular pathways. Enzymes which catalyse this are termed intramembrane proteases (IMPRs), cleaving proteins passing through the membrane within their transmembrane domain. Rhomboid proteases are serine IMPRs. They are widely distributed among organisms and evolutionarily conserved, but despite many efforts, their physiological roles are largely unexplored. RHBDL4 is a mammalian rhomboid protease localised to the endoplasmic reticulum. It is involved in the development of colorectal cancer, which makes it an important focus of research, but its physiological function is not well understood. In order to explore it, I established and employed a proximity proteomics approach, termed APEX2. It is based on biotinylation of proteins in the spatial proximity of the target in the physiological environment of intact living cells. Labelled proteins are subsequently purified, identified and quantified by mass spectrometry. Exploring the physiological vicinity of RHBDL4, its interaction partners and substrates can be revealed and the detailed subcellular compartment, where RHBDL4 resides, can thus be inferred. During three independent experiments in HCT116 cell line, three proteins emerged repeatedly in the RHBDL4...

La formation des souvenirs repose sur un dialogue entre l’hippocampe et le cortex préfrontal médian (CPFm) qui se met en place progressivement et durablement après l’encodage de l’information. La lésion des noyaux reuniens et rhomboïde (ReRh), relai anatomo-fonctionnel entre ces deux structures, perturbe la consolidation à long terme d’un souvenir spatial. A ce jour, les mécanismes mis en jeu ne sont, pas connus. Nous avons donc étudié les processus moléculaires impliqués dans la formation d’un souvenir spatial, au sein de l’hippocampe et du CPFm, et les conséquences induites par la lésion des noyaux ReRh. Pour cela, nous avons lésé les noyaux ReRh de rats, puis nous les testés dans une tâche de piscine de Morris pendant trois jours. Nous avons alors effectué un séquençage des ARNm des sous-régions hippocampiques CA1 dorsale et ventrale, une analyse par RT-qPCR des ARNm du CPFm, ainsi qu’une analyse de l’activation de ces structures par quantification de la protéine issue du gène immédiat c-fos. Nos résultats montrent que la lésion des noyaux ReRh modifie les processus transcriptionnels et traductionnels qui prennent place dans l’hippocampe et le CPFm, dès trois jours d’apprentissage spatial. Ces résultats pourraient expliquer la non persistance d’un souvenir spatial et les déficits comportementaux qui en résultent à la suite d’une lésion des noyaux ReRh. / Memorization relies on a dialogue between the hippocampus and the medial prefrontal cortex (mPFC). This dialog takes place progressively after the encoding of an event. Given their connectivity, the thalamic nuclei named reuniens and rhomboid (ReRh) may modulate the functional loop between these two structures. Indeed, a lesion of these nuclei impairs the persistence of a spatial memory. The mechanisms underlying this process are still unknown. Therefore, we analyzed the molecular mechanisms underlying spatial memory consolidation within the hippocampus and the mPFC, and the consequences of a lesion of the ReRh nuclei. After a stereotaxic lesion of the ReRh nuclei, rats were subjected to three days of a spatial training in the Morris water maze. We then performed a RNA sequencing of the dorsal and ventral hippocampus (CA1 regions), RT-qPCR analysis of the mPCF, and a quantification of the expression of c-fos in these two structures. Results show that ReRh nuclei lesion impairs the transcriptional and translational mechanisms within the hippocampus and the mPFC as soon as after three days of a spatial learning. These alterations could lead to the retrieval deficit observed after a long post-acquisition delay.

Ce travail de thèse avait pour objectif d’étudier le rôle de l’hippocampe (HPC) ventral et des noyaux reuniens (Re) et rhomboïde (Rh) du thalamus dans les processus cognitifs qui sous-tendent la mémoire spatiale chez le Rat. Par l’utilisation d’approches complémentaires combinant l’imagerie cérébrale, la lésion excitotoxique, l’inactivation fonctionnelle réversible et des évaluations comportementales, nos résultats ont mis en évidence : (1) l’implication spécifique de l’HPC ventral uniquement dans le rappel d’informations spatiales ; (2) un rôle-clé des noyaux Re et Rh dans la persistance d’un souvenir spatial ; (3) l’implication des noyaux Re et Rh dans le labyrinthe du double-H, un nouveau test nécessitant d’une part, l’utilisation d’informations spatiales dépendant de l’intégrité de l’HPC dorsal, et d’autre part, une flexibilité comportementale, impliquant le cortex préfrontal médian. Ainsi, l’ensemble de ces résultats permet de proposer l’existence d’un circuit HPC-préfronto-thalamique impliqué dans divers aspects du traitement des informations spatiales. / The main objective of this thesis was to investigate the role of the ventral hippocampus (HPC) and the reuniens (Re) and rhomboid (Rh) thalamic nuclei in the cognitive processes underlying spatial memory in the Rat. If our results first confirmed, in the Morris water maze, the role of the dorsal HPC in the acquisition and retrieval of a spatial reference memory, we demonstrated the specific involvement of the ventral HPC only in the recall of spatial information. In addition, by using complementary approaches combining brain imaging, excitotoxic lesion and reversible functional inactivation, we were able to show for the first time a key role for the Re and Rh in the persistence of a spatial memory (25 days). Finally, the third set of experiments has highlighted the involvement of the Re and Rh in a mnemonic task performed in a new test, the double-H maze, which requires the use of spatial information depending on the integrity of the dorsal HPC, and a behavioral flexibility, involving the medial prefrontal cortex. Thus, taken together, these results suggest the involvement of a HPC-prefronto-thalamic network in various aspects of spatial information processing.

Cette thèse avait pour objectif d’étudier le rôle du circuit composé de l’hippocampe (Hip), du cortex préfrontal médian (mPFC) et des noyaux reuniens et rhomboïde (ReRh) du thalamus dans les processus cognitifs qui sous-tendent la mémoire spatiale chez le Rat. Nous avons montré que les noyaux ReRh pourraient être impliqués dans la consolidation systémique, mécanisme nécessaire à la persistance des souvenirs et nécessitant un dialogue hippocampo-cortical. Nous avons mis en évidence que l’activité neuronale du mPFC durant le rappel d’une mémoire ancienne dépend des noyaux ReRh, ainsi que l’implication de ces noyaux dans une tâche de mémoire spatiale (dépendante de l’Hip) nécessitant une flexibilité comportementale (impliquant le mPFC). Enfin, nous avons montré un rôle du mPFC dans le rappel d’une mémoire spatiale récente. Ces résultats mettent en évidence l’importance de ce circuit hippocampo-cortico-thalamique dans le traitement et la persistance des informations spatiales chez le Rat. / This thesis aimed to investigate the role of a circuit encompassing the hippocampus (Hip), the medial prefrontal cortex (mPFC) and the reuniens and rhomboid nuclei (ReRh) of the thalamus in cognitive processes underlying spatial memory in rats. We first showed that ReRh nuclei may be involved in systemic consolidation, a mechanism necessary for memory persistence and requiring hippocampal-cortical interactions. We confirmed these findings in a second study showing that mPFC neuronal activity during recall of a remote spatial memory depends on ReRh thalamic nuclei. We also showed the involvement of the ReRh nuclei in a mnemonic task requiring the use of both spatial information (dependent on the Hip) and behavioral flexibility (involving the mPFC). Finally, we found a role of the mPFC in the recall of recent spatial memory. Taken together, these results highlight the importance of a hippocampo-cortico-thalamic circuit in the processing and persistence of spatial information in the Rat.

Des études récentes ont montré le rôle clé de la ligne médiane ventrale du thalamus (noyaux Reuniens et Rhomboïde; ReRh) dans la persistance d’une mémoire spatiale chez le Rat qui nécessite un dialogue hippocampo-préfrontal pour une consolidation au niveau des systèmes. Etant donné que l’environnement enrichi (EE) favorise la récupération d’une mémoire de type déclarative après une lésion diencéphalique (thalamus antérieur) et augmente la plasticité neuronale, nous avons évalué son impact sur la consolidation/rappel d'une mémoire spatiale ancienne en piscine de Morris (25 jours post-acquisition) chez le rat après une lésion des noyaux ReRh. Pour cela, nous avons exposé les animaux pendant 40 jours à un environnement enrichi débutant 2 semaines après la lésion excitotoxique thalamique. En outre, l’expression du gène précoce, c-fos, a été cartographiée en immunohistochimie comme marqueur de l'activité neuronale dans l'hippocampe dorsal, le cortex préfrontal médian (mPFC), les noyaux intralaminaires du thalamus et l’amygdale. L’EE a permis la récupération des capacités de persistance d’une mémoire spatiale chez les rats lésés ReRh, accompagnée d’effets bénéfiques sur l'anxiété et l'habituation à un nouvel environnement. L’immunohistochimie de la protéine Fos a montré un recrutement plus élevé des neurones du mPFC associé à la récupération fonctionnelle chez les rats ReRh enrichis, alors que les rats ReRh élevés en condition standard ont présenté un défaut d’activation dans cette région associé à une altération des performances de mémoire. De plus, l’hyperactivité de l’amygdale induite par la lésion chez les rats ReRh standard à la fois en condition basale et après le rappel d’une mémoire a été significativement atténuée dans le groupe ReRh enrichi. Ainsi, nous avons suggéré que l'amygdale pourrait être impliquée dans les effets de la lésion ReRh sur la perte des capacités de rappel d’une mémoire ancienne, mais aussi dans la récupération fonctionnelle associée à la restauration de l’activité du mPFC au rappel de cette mémoire chez les rats lésés enrichis. / Recent studies have shown the key role of the ventral midline thalamus (Reuniens and Rhomboid nuclei; ReRh) in spatial memory persistence in rats, which requires a hippocampo- prefrontal dialogue for consolidation at the systems-level. As enriched environment (EE) promotes the recovery of declarative-like memories after diencephalic (anterior thalamus) lesion, and enhances neuronal plasticity, we tested its impact on the effects of the ReRh lesion upon the consolidation/retrieval of a remote spatial memory in a Morris water maze (i.e. 25 post-acquisition days). For this purpose, we exposed rats for 40 days to an enriched environment beginning 2 weeks after fiber-sparing excitotoxic thalamic lesions. In addition, the expression of the immediate early gene, c-fos, was mapped by immunohistochemistry as a marker of functional activity in the dorsal hippocampus, the median prefrontal cortex (mPFC), the intralaminar thalamic nuclei and the amygdala. Enriched housing allows the recovery of spatial memory persistence capacities in ReRh rats, with additional beneficial effects on anxiety and habituation to a novel environment. Immunohistochemistry of the Fos protein showed a higher recruitment of the mPFC, concomitant with memory capacities recovery in enriched ReRh rats, while in standard ReRh rats, Fos expression in the mPFC was significantly decreased together with the alteration of memory performance. The lesion-induced amygdala hyperactivity in basal and memory conditions was significantly attenuated in the ReRh enriched group. We suggested that amygdala might be involved in the effect of ReRh lesion on memory persistence, and also in the functional recovery associated with the restoration of the mPFC activity during remote memory retrieval in enriched ReRh rats.