Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Un animal qui s’approvisionne en groupe peut rechercher soi-même sa nourriture (tactique producteur) ou tenter de se joindre à des parcelles déjà découvertes par un autre individu (tactique chapardeur). Bien que les modèles de jeu producteur-chapardeur partent du principe que les gains moyens à l’équilibre associés à chacune de ces tactiques sont égaux et ne dépendent pas des caractéristiques des individus, de plus en plus d’études démontrent que le gain de chaque tactique est influencé par certaines caractéristiques phénotypiques (agressivité, capacités d’apprentissage,…). Dans cette étude, nous nous intéressons aux effets de la testostérone sur le choix des tactiques d’approvisionnement chez les mâles de diamant mandarin (Taeniopygia guttata). La testostérone est connue pour influencer le développement du cerveau et l’agressivité, nous avons donc testé les effets d’une exposition prénatale à la testostérone ainsi que durant l’âge adulte sur le choix des tactiques d’approvisionnement lorsque la nourriture est cryptique ou défendable. Nous avons réalisé deux expériences : nous avons tout d’abord utilisé la longueur du tarse ainsi que la différence entre les longueurs des doigts 2 et 4 comme des indicateurs de l’exposition prénatale à la testostérone puis testé si ces différences morphologiques se traduisent par des différences dans le choix des tactiques dans une condition défendable et une condition cryptique. Nous avons trouvé que le choix des tactiques chez les diamants mandarins était limité par le phénotype. Une exposition précoce à la testostérone au cours du développement prénatal pourrait donc être la cause d’au moins une part de la variation observée dans le choix des tactiques d’approvisionnement. Ensuite, nous avons manipulé le taux de testostérone plasmatique chez des mâles adultes grâce à des implants hormonaux sous-cutanés puis comparé le comportement des individus lorsqu’ils portaient un implant hormonal et un implant contrôle et ce, dans chacune des deux conditions d’approvisionnement. Nous n’avons mis en évidence aucun effet du taux de testostérone plasmatique sur le choix des tactiques à l’âge adulte. Nos résultats sont en accord avec l’hypothèse que le choix des tactiques d’approvisionnement peut être influencé par les hormones. Notre conclusion est que les hormones stéroïdiennes peut affecter le choix des tactiques via l’existence d’effets maternels dans le jeu producteur-chapardeur. / An animal foraging in groups can search for its own food (producer tactic) or try to join food patches previously discovered by another group member (scrounger tactic). Although producer-scrounger game models assume that the payoffs associated with both tactic are equal at equilibrium and so do not depend on individual characteristics, there is recent evidence that tactic choice is constrained by certain phenotypical traits (aggressivity, learning abilities…). In this study, we examined the effect of testosterone on tactic use in male zebra finches (Taeniopygia guttata). Because testosterone is known to affect both brain development and aggressiveness, we tested whether differences in testosterone exposure either during development or in adulthood had an effect on producer-scrounger tactic use, when food was cryptic or defendable. First, we measured the tarsus length and the distance between the end of the fourth and the end of the second digit as proxies of prenatal exposure to testosterone, and tested whether they were correlated with foraging tactic use under both conditions. We found that tactic choice in zebra finches is phenotypically constrained. We suggest that early exposure to sex hormones during the embryonic period could be responsible for at least a part of the variation in tactic choice. Second, we manipulated the circulating level of testosterone in adult male zebra finches using subcutaneous testosterone implants, and compared the behavior of individuals when they had either a control implant or a testosterone implant. This time we found no effect of plasmatic level of testosterone on tactic choice. Our results are consistent with the hypothesis that tactic choice in zebra finches could be mediated by hormones. Our finding that steroid hormones can affect tactic use provides evidence for maternal effects in producer-scrounger games.

Les biocapteurs sont des moyens d'analyse en plein essor à la fois rapides, sélectifs et peu coûteux, applicables à des domaines très variés (environnement, santé, agroalimentaire…). La capacité de reconnaissance moléculaire extraordinaire de biomolécules telles que les enzymes ou les anticorps a été exploitée avec succès pour la réalisation de nombreux biocapteurs. Cependant, l'inconvénient majeur de ces récepteurs biologiques est qu'ils sont difficiles à produire et fragiles. Une manière de surmonter ces inconvénients consiste à les remplacer par des récepteurs artificiels présentant des propriétés de reconnaissance similaires. Parmi les matériaux biomimétiques prometteurs figurent les polymères à empreintes moléculaires (MIPs). Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au développement de deux capteurs biomimétiques impédimétriques, le premier basé sur l'utilisation de poly(éthylène co-alcool vinylique) imprimé pour la détection de la créatinine et le deuxième sur des MIPs de polyméthacrylate pour la détection de la testostérone. Dans le premier cas, le polymère imprimé a été produit et déposé à la surface d'électrodes en or, soit par drop-coating, soit sous forme de nanofibres par la technique d'électrofilage. Dans le deuxième, le MIP a été synthétisé par polymérisation radicalaire de l'acide méthacrylique en présence d'éthylèneglycol diméthacrylate (réticulant), d'initiateur et de testostérone en utilisant la méthode du « grafting from » qui consiste à greffer d'abord l'initiateur sur la surface du transducteur mais pour la polymérisation on a utilisé deux approches (spin-coating d'une solution de prépolymérisation sur la surface du transducteur ou l'immersion de ce dernier dans la solution de monomère plus testostérone) suivie de l'exposition à une source d'energie pour effectuer la polymérisation. Les performances des capteurs (limite de détection, sélectivité, reproductibilité) ont ensuite été évaluées / Biosensors are rapid, selective and low-cost analytical devices of growing interest for a wide range of application fields (e.g. environment, food, health). The extraordinary molecular recognition capabilities of sensing biomolecules such as enzymes and antibodies have been successfully exploited in the elaboration of a number of biosensors. However, these biorecognition elements are often produced via complex and costful protocols and require specific handling conditions because of their poor stability. To circumvent these limitations, artificial receptors of similar recognition properties are now proposed as alternatives to natural receptors in sensor technology. Molecular imprinted polymers are among the most promising biomimetic materials reported. In this work, we developed two impedimetric biomimetic sensors. The first one is based on imprinted poly(ethylene co-vinyl alcohol) for creatinine detection and the second on polymethacrylate MIPs for testosterone analysis. In the first case, MIP was produced and deposited onto gold microelectrodes, either by spin-coating of a pre-polymerization solution, or by electrospinning. In the second case, MIPs were synthetized by photopolymerization of methacrylic acid in presence of ethyleneglycoldimethacrylate (cross-linker), an azo-initiator and testosterone as template using the “grafting from” method in which the initiator is first attached to the transducer surface but to effect polymerization we used two different approaches (dip-coating of a prepolymerization solution on the transducer surface functionalized with the initiator or immersing it in the solution of monomers and testosterone) followed by exposure to an energy source to effect polymerization. Then, analytical performances (linear range, detection limit, selectivity and reproducibility) of both creatinine and testosterone sensors were determined and compared

Les hommes et les femmes diffèrent devant la survenue de plusieurs types d’arythmies cardiaques. Ainsi, la prévalence des fibrillations auriculaires, ou celle du syndrome de Brugada est plus élevée chez les hommes, tandis que les femmes sont plus susceptibles de développer des torsades de pointe. La survenue de ces arythmies pourrait être affectée par l’existence de disparités entre les sexes au niveau de l’activité électrique cardiaque normale. Des différences ont d’ailleurs été décrites dans les paramètres électrocardiographiques des hommes et des femmes, et notamment au niveau des paramètres traduisant la phase de repolarisation ventriculaire. Par ailleurs, plusieurs études cliniques et expérimentales ont permis d’avancer que les androgènes pourraient contribuer à expliquer les différences homme-femme observées dans la repolarisation ventriculaire. Leur influence sur les autres paramètres électrocardiographiques a toutefois reçu peu d’attention jusqu’à aujourd’hui. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail était de mieux comprendre l’implication de la testostérone dans les différences sexuelles observées au niveau de l’électrocardiogramme. En travaillant à partir d’une cohorte de volontaires sains, nous avons tout d’abord confirmé l’existence de différences électrocardiographiques rapportées précédemment dans la littérature. Nous avons de plus noté un segment PR plus long chez les hommes, bien que l’onde P et l’intervalle PR n’étaient pas significativement différents entre les sexes. Par la suite, nous avons évalué l’association de la testostérone avec les différents paramètres de l’électrocardiogramme humain. La testostérone était le plus fortement associée au complexe QRS, au segment ST et à l’intervalle QTc. Nous avons donc examiné la contribution de la testostérone dans les mécanismes responsables des différences sexuelles pour ces trois paramètres. D’après les résultats obtenus, la testostérone ne semblait toutefois pas expliquer ces différences homme-femme. En conclusion, les résultats de cette étude suggèrent que la testostérone n’est pas responsable des différences observées au niveau du complexe QRS, du segment ST et de l’intervalle QTc des hommes et des femmes de notre cohorte. D’autres médiateurs, seuls ou en association avec la testostérone, pourraient jouer un rôle dans l’établissement de ces différences électrocardiographiques associées au sexe. / The incidence of various cardiac arythmias subtypes differs between men and women. Indeed, atrial fibrillation or Brugada syndrome are more prevalent in men, while women are more susceptible to Torsades de Pointe. The development of various arrhythmias may be affected by sexual disparities in the normal electrical cardiac activity. Sex differences have been described in the electrocardiographic parameters of men and women, particularly in the parameters representing the ventricular repolarisation phase. Besides, the results obtained in several clinical and experimental studies suggested that androgens could contribute to explain differences in ventricular repolarization of men and women. However the effects of this hormone on other electrocardiographic parameters have received little attention. In this context, the aim of the current study was to better understand the implication of testosterone in the sex differences observed in the electrocardiogram. We examined the electrocardiograms of a cohort of healthy volunteers, and first confirmed sex differences in parameters, that had been previously described in the literature. While P wave and PR interval showed no significant differences, we did note a longer PR segment in men compared to women. Secondly, we evaluated the association of circulating levels of testosterone with the human electrocardiographic parameters. The correlation was the strongest with QRS complex, ST segment and QTc interval. Therefore, we assessed the mediating role of testosterone in the relationship between sex and these three parameters. However, the results showed that this androgen did not seem to explain these sex-related differences. In conclusion, this study suggests that testosterone is not responsible for the differences observed in QRS complex, ST segment and QTc interval of our cohort of men and women. Additional mediators may be involved in these sex-related electrocardiographic differences, alone or in conjunction with testosterone.

Les acides aminés sont des molécules importantes pour la synthèse des protéines, la fourniture de substrats énergétiques ou la production de facteurs de régulation de l'activité cellulaire. L'ornithine aminotransférase {OAT} est une enzyme clef du métabolisme des acides aminés qui relie l'arginine, un acide aminé indispensable à la synthèse protéique au cours de la croissance, et le glutamate, la glutamine et l'a-cétoglutarate, qui peuvent être transformées en glucose. Nous nous sommes intéressés à la caractérisation biochimique de l'activité de l'OAT et à ses variations chez la souris, en utilisant deux contraintes physiologiques, le développement postnatal et l'exposition au froid. Au cours d'une première étude, nous avons caractérisé une activité OAT fonctionnelle dans tous les organes étudiés. Nous avons démontré l'existence d'un dimorphisme sexuel de l'activité, en faveur des femelles, dans la plupart des organes. Dans une seconde étude, nous avons montré des variations organe et sexe spécifiques de l'activité OAT au cours du développement postnatal en réponse aux besoins spécifiques en acides aminés : une régulation de l'expression de l'OAT par la testostérone et le changement de régime alimentaire lors du sevrage ; une contribution potentielle importante et insoupçonnée du muscle squelettique au métabolisme de l'ornithine. Enfin, nous avons mis en évidence que l'exposition au froid augmente ou diminue l'activité OAT de façon tissu-spécifique en liaison avec les besoins énergétiques de l'organisme. Nos résultats montrent que l'activité OAT est modulée dans les différents organes en fonction des besoins en acides aminés et en substrats. Cela suggère un rôle important du métabolisme des acides aminés dans les réponses adaptatives des organismes à leur environnement / Amino acids are important molecules for protein synthesis and energetic substrates supply. Ornithine aminotransferase {OAT} is a key enzyme of amino acids metabolism linking arginine, an essential amino acid for protein synthesis during growth, and glutamate, glutamine and alpha-ketoglutarate which could be converted into glucose. We principally focused on biochemical characterization of OAT activity and its variations in the mouse using two physiological constraints, postnatal development and cold exposition. During a first study, we characterized a functional OAT activity in all the males and females mice organs studied. We showed the existence of a sexual dimorphism of OAT activity in almost all the organs studied, with a higher OAT activity in females. ln a second study, we showed that the variations of OAT activity were organ and sex specific during the postnatal development in response to the specific needs in amino acids during the growth. We linked these variations to the regulation of OAT expression by testosterone and the change of the diet during weaning. We demonstrated an important and unsuspected contribution of skeletal muscles in pups' ornithine metabolism. Finally, we showed that cold exposition modulates OAT activity in a tissue specific way, in relation with energetic needs and the multiple roles of the substrates generated by the metabolic pathways of OAT. Our results show that in the different organs, OAT activity is modulated in function of amino acids needs, energetic substrates or detoxification needs of the organism during the different metabolic constraints. This is suggesting an important role for the amino acids metabolism in adaptive responses of organisms to their environment

Les récepteurs Erythropoietin-producing hepatocyte (EPH) constituent la plus grande famille de récepteurs à activité tyrosine kinase transmembranaires. Leur activité kinase peut être induite par leurs ligands, les éphrines (EFN). Une fois activés, ces récepteurs sont impliqués dans la régulation de la fonction cellulaire par transduction antérograde ou rétrograde du signal EPH-EFN. Au cours de la dernière décennie, nos études ont démontré que les EPH / EFN jouent un rôle important dans la régulation de la pression artérielle par la modulation de la contractilité des cellules musculaires lisses vasculaires (VSMC). EPHB6, EFNB1 et EFNB3 ont un effet négatif sur la contractilité des VSMC et la pression artérielle, tandis que EPHB4 et EFNB2 montrent un effet positif. La famille EPH / EFN est donc un nouveau système yin et yang qui ajuste finement l'homéostasie de la pression artérielle. Nous avons également constaté que les catécholamines urinaires de 24 h sont réduites chez les souris mâles EPHB6 knockout (KO), suggérant que l’EPHB6 régule la pression artérielle non seulement via les VSMC mais aussi par la sécrétion de catécholamine (CAT). La régulation de CAT par l’EPHB6 dépend de la testostérone car (1) les niveaux réduits de CAT ne sont pas observés chez les souris femelles EPHB6 KO ; et (2) la castration chez les souris mâles EPHB6 KO ramène la CAT à des niveaux normaux. Durant ma thèse, nous avons étudié le mécanisme impliqué dans la régulation de la sécrétion et de la synthèse des catécholamines chez les cellules chromaffines des glandes surrénales (AGCC) par la voie de signalisation de l’EPHB6. En ex vivo, la teneur totale en épinéphrine et la sécrétion d'épinéphrine déclenchée par l'acétylcholine (ACh) sont toutes deux réduites dans les glandes surrénales venant des souris KO mâles mais pas dans celles venant des femelles ou de mâles castrés. Ensuite, nous avons observé une diminution de l’afflux de Ca2+ dépendant de l'ACh dans les AGCC venant des souris mâles EPHB6 KO, ce qui découle de l'effet non-génomique de la testostérone. En appliquant le patch clamping de cellules entières sur les AGCC, nous avons démontré que la diminution d’afflux de Ca2+ dans ces cellules est causée par l’augmentation des courants de potassium à grande conductance activé par le calcium (BK). En utilisant l'enregistrement ampérométrique, nous avons constaté que la sécrétion de CAT par les AGCC est compromise en l'absence d'EPHB6. Nous avons également observé une diminution du désassemblage de la F-actine corticale dans les AGCC venant de souris mâles KO associée à une diminution de l'exocytose des vésicules contenant es catécholamines. Ces deux phénomènes n’ont pas été observés chez les femelles KO ni chez les mâles castrés. Des études complémentaires ont montré que le désassemblage défectueux de la F-actine dans les AGCC est régulé par la signalisation inverse de l'EPHB6 à l'EFNB1 via deux voies de signalisations différentes : la voie du membre A de la famille des homologues Ras (RHOA) et la voie de la tyrosine kinase proto-oncogène de la famille Src (FYN) / proto-oncogène c-ABL / la calponine monooxygénase associée aux microtubules et le domaine LIM contenant 1 (MICAL-1). En outre, nous avons observé que la diminution de la teneur totale en épinéphrine dans la glande surrénale venant des souris mâles KO est causée par une expression altérée de la tyrosine hydroxylase (TH), qui est l’enzyme limitant la vitesse dans la biosynthèse des CAT. L'effet non génomique de la testostérone a également participé dans ce processus. Nous avons révélé que la signalisation inverse d'EPHB6 à EFNB1 contribue à la surexpression de TH dans les AGCC par l’augmentation de son niveau de transcription. La voie en aval de cette signalisation inverse implique la petite famille Rac GTPase 1 (RAC1) / MAP kinase kinase 7 (MKK7) / c-Jun N-terminal kinase (JNK) / proto-oncogène c-Jun / activator protein 1 (AP1) / réponse de croissance précoce 1 (EGR1). Ces travaux démontrent pour la première fois un rôle spécifique de la famille EPH / EFN dans la régulation de la biologie médullaire de la glande surrénale. La signalisation rétrograde d’EPHB6 via EFNB1 régule la synthèse et la sécrétion des catécholamines de concert avec la testostérone dans les AGCC. / Erythropoietin-producing hepatocyte (Eph) receptors are the largest family of cell surface transmembrane receptor tyrosine kinases. Their kinase activity can be activated by their ligands, ephrins (EFNs), and involved in cell function regulation through either EPH-EFN forward or reverse signaling transduction. In the last decade, we have revealed the previously unknown function of EPHs/EFNs in the regulation of blood pressure by modulating the contractility of vascular smooth muscle cells (VSMCs). EPHB6, EFNB1, and EFNB3 have a negative effect on the VSMCs contractility and blood pressure, while EPHB4 and EFNB2 show a positive effect instead. Thus, EPH/EFN family is a novel yin and yang system that finely tunes blood pressure homeostasis. EPHB6 also targets cells responsible for catecholamine (CAT) secretion in addition to the VSMCs, since we found that the 24-h urine catecholamines are reduced in male EPHB6 knockout (KO) mice. This phenotype in EPHB6 KO mice is testosterone-dependent because the reduced CAT levels are not observed in female KO mice; castration in KO male mice reverts the CAT levels to a normal range. In this research, we investigated the mechanism for the regulation of catecholamine secretion and synthesis in adrenal gland chromaffin cells (AGCCs) by EPHB6 signaling. In ex vivo, the total content of epinephrine and the acetylcholine (ACh)-triggered epinephrine secretion were both reduced in the adrenal gland from KO male but not female or castrated mice. Then, we found a reduced ACh-dependent Ca2+ influx in AGCCs from male EPHB6 KO mice, and this effect depended on the non-genomic effect of testosterone. The results of whole-cell patch clamping on AGCCs indicated that the enhanced large-conductance calcium-activated potassium (BK) currents were responsible for the reduced Ca2+ influx in these cells. Using amperometry recording, we found that CAT secretion by AGCCs was compromised in the absence of EPHB6. The cortical F-actin disassembly in AGCCs from KO male but not female or castrated mice was reduced, accompanied by decreased catecholamine vesicle exocytosis. Further study showed such defective F-actin disassembly in AGCCs was regulated by the reverse signaling from EPHB6 to EFNB1 via the Ras homolog family member A (RHOA) and proto-oncogene Src family tyrosine kinase (FYN)/proto-oncogene c-ABL/microtubule-associated monooxygenase calponin and LIM domain containing 1 (MICAL-1) pathways. Further, we observed that the reduced total content of epinephrine in the adrenal gland from male KO mice was caused by impaired expression of tyrosine hydroxylase (TH), the rate-limiting enzyme in CAT biosynthesis. The non-genomic effect of testosterone was also involved in this process. We revealed that the reverse signaling from EPHB6 to EFNB1 contributed to the up-regulation of TH expression in AGCCs by enhancing its transcription. The downstream pathway of this reverse signaling involved Rac family small GTPase 1 (RAC1)/MAP kinase kinase 7 (MKK7)/c-Jun N-terminal kinase (JNK)/ proto-oncogene c-Jun/activator protein 1 (AP1)/early growth response 1 (EGR1). The present research, for the first time, revealed the specific role of the EPH/EFN family on the regulation of the adrenal gland medullary biology. The EPHB6 reverse signaling through EFNB1 in concert with testosterone regulates the catecholamine synthesis and secretion in AGCCs.

Malgré le fait que le statut social soit reconnu comme ayant une forte influence sur l’aptitude, les facteurs affectant le statut social et les changements de ce statut demeurent peu connus. De plus, les études sur la dominance ayant un lien avec l’agressivité portent rarement sur des femelles. Nous étudierons ces aspects en utilisant Neolamprologus pulcher, un poisson à reproduction coopérative du lac Tanganyika. La probabilité d’ascension sociale était manipulée sur le terrain et les changements physiologiques et comportementaux, ainsi que le niveau plasmatique de testostérone, associé avec l’ascension à la dominance de femelles subordonnées étaient caractérisés. Le degré de coopération et la masse étaient supérieurs chez les femelles ascendantes par rapport aux femelles non-ascendantes d’un même groupe social. Après une semaine d’ascension sociale, les femelles ascendantes ne différaient pas comportementalement, mais différaient physiologiquement des femelles dominantes. Les femelles dominantes, ascendantes et subordonnées ne différaient pas quant au niveau de testostérone plasmatique. Comprendre les bénéfices des comportements coopératifs pour les subordonnés a longtemps posé un problème évolutif. Nos résultats impliquent que les comportements coûteux métaboliquement peuvent avoir été sélectionnés en améliorant l’aptitude future via l’héritage du territoire et du statut social. De plus, le degré de coopération pourrait être un signal de qualité détecté par les compétiteurs et les collaborateurs. / Although social rank is known to have a strong influence on fitness, factors affecting rank and changes in rank remain poorly understood. In addition, studies of dominance and its relation to aggression rarely focus on females. We address these issues in this study using Neolamprologus pulcher, a cooperatively breeding fish species from Lake Tanganyika. The probability of social ascension was manipulated in the field and the physiological and behavioural changes as well as plasma testosterone level associated with subordinate female ascension were characterized. Both helping effort (degree of cooperation) and body size were greater in ascending versus paired same social group non-ascending females. After one week of social ascension, ascending females did not differ behaviourally but were physiologically different (higher body condition, smaller, lighter) from dominant females. Dominant, ascending females and subordinate females did not differ in plasma testosterone levels. Understanding the benefits of helping behaviour for subordinates has long been an evolutionary challenge and our results imply that this costly metabolic behaviour may have been selected by enhancing future fitness via territory and rank inheritance. Furthermore, helping effort could be a signal of quality detected by both competitors and collaborators.

Malgré le fait que le statut social soit reconnu comme ayant une forte influence sur l’aptitude, les facteurs affectant le statut social et les changements de ce statut demeurent peu connus. De plus, les études sur la dominance ayant un lien avec l’agressivité portent rarement sur des femelles. Nous étudierons ces aspects en utilisant Neolamprologus pulcher, un poisson à reproduction coopérative du lac Tanganyika. La probabilité d’ascension sociale était manipulée sur le terrain et les changements physiologiques et comportementaux, ainsi que le niveau plasmatique de testostérone, associé avec l’ascension à la dominance de femelles subordonnées étaient caractérisés. Le degré de coopération et la masse étaient supérieurs chez les femelles ascendantes par rapport aux femelles non-ascendantes d’un même groupe social. Après une semaine d’ascension sociale, les femelles ascendantes ne différaient pas comportementalement, mais différaient physiologiquement des femelles dominantes. Les femelles dominantes, ascendantes et subordonnées ne différaient pas quant au niveau de testostérone plasmatique. Comprendre les bénéfices des comportements coopératifs pour les subordonnés a longtemps posé un problème évolutif. Nos résultats impliquent que les comportements coûteux métaboliquement peuvent avoir été sélectionnés en améliorant l’aptitude future via l’héritage du territoire et du statut social. De plus, le degré de coopération pourrait être un signal de qualité détecté par les compétiteurs et les collaborateurs. / Although social rank is known to have a strong influence on fitness, factors affecting rank and changes in rank remain poorly understood. In addition, studies of dominance and its relation to aggression rarely focus on females. We address these issues in this study using Neolamprologus pulcher, a cooperatively breeding fish species from Lake Tanganyika. The probability of social ascension was manipulated in the field and the physiological and behavioural changes as well as plasma testosterone level associated with subordinate female ascension were characterized. Both helping effort (degree of cooperation) and body size were greater in ascending versus paired same social group non-ascending females. After one week of social ascension, ascending females did not differ behaviourally but were physiologically different (higher body condition, smaller, lighter) from dominant females. Dominant, ascending females and subordinate females did not differ in plasma testosterone levels. Understanding the benefits of helping behaviour for subordinates has long been an evolutionary challenge and our results imply that this costly metabolic behaviour may have been selected by enhancing future fitness via territory and rank inheritance. Furthermore, helping effort could be a signal of quality detected by both competitors and collaborators.

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.

Les différences sexuelles ne se limitent pas uniquement aux organes de reproduction, elles sont aussi très marquées dans plusieurs pathologies humaines. De ce fait, les études impliquant un seul sexe ne pourraient jamais permettre d’élucider les mécanismes qui sous-tendent ces pathologies. De plus, l’exclusion des femelles/filles/femmes des protocoles de recherche a des impacts négatifs sur la qualité de vie des patients, plus spécifiquement celle des filles et femmes. Des études récentes ont suggéré que la testostérone et ses métabolites affectent le développement de l’hippocampe aux niveaux biochimique, morphologique et fonctionnel. En revanche, les données ne sont pas aussi extensives que celles de leurs rôles chez les adultes. Ainsi, une meilleure compréhension des mécanismes par lesquels l’hormone stéroïdienne influence le développement du cerveau facilitera l’identification des cibles thérapeutiques de plusieurs maladies neurodéveloppementales qui affectent le fonctionnement de l’hippocampe. Afin de se développer adéquatement, le cerveau mâle requiert une exposition aux hormones sexuelles mâles pendant une période de temps donnée. En revanche, le cerveau femelle possède une phase critique peu après la naissance au cours de laquelle une exposition aux hormones sexuelles mâles le masculinise en produisant des caractéristiques comparables à celles rencontrées chez des mâles biologiques. Ainsi, la capacité de manipuler les cerveaux femelles dans le but de les masculiniser représente un outil expérimental important pour investiguer les différences sexuelles. Du fait que les hormones sexuelles telles que la testostérone et l’estradiol représentent respectivement l’élément caractéristique de chacun des sexes, cette thèse a pour objectif de disséquer l’implication de la testostérone dans le développement et le fonctionnement du cerveau en étudiant en plus des rats mâles et femelles, des femelles traitées avec la testostérone ainsi que des mâles rendus insensibles à la testostérone. En premier lieu, nous avons investigué sur un système de neurotransmission spécifique, à savoir le système GABAergique, qui est important pour le contrôle des convulsions communément observées dans l’épilepsie. Ce système possède des particularités notables en fonction du sexe, particularités qui pourraient être l’une des causes de la prédisposition des mâles à l’épilepsie. En effet, notre étude révèle qu’au niveau basal, les femelles ainsi que les mâles insensibles à la testostérone montrent très tôt au cours de leur développement une localisation à la membrane du co-transporteur KCC2 qui régule la force de la neurotransmission inhibitrice. Par ailleurs, nous avons aussi détecté des niveaux élevés du neurotrophine BDNF qui est un puissant modulateur du fonctionnement des cellules GABAergiques, ceci, au cours de la première semaine postnatale. Par ailleurs, chez les adultes, nous avons trouvé que les femelles ainsi que les mâles insensibles à la testostérone montrent une augmentation de la transmission GABergique spontanée comparativement aux mâles et aux femelles qui ont été exposées à la testostérone. En somme, ces données démontrent que le fonctionnement de la circuiterie GABAergique est modulé par le niveau de testostérone périnatal, ce qui suggère d’un rôle des hormones sexuelles dans la régulation de l’excitabilité cellulaire. De plus, les différences sexuelles dans le cerveau sont largement déterminées par des facteurs extrinsèques. Parmi ces derniers, le stress du début de la vie est un facteur extrinsèque puissant qui altère l’habileté à contrôler la rétroaction négative des glucocorticoïdes sur l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HHS). Le stress est également connu pour affecter différentiellement les rats mâles comparativement aux femelles. Nous démontrons alors que la corticostérone rend l’hippocampe vulnérable à une seconde insulte, telle que les épilepsies induites par l’hyperthermie. En effet, chez les rats traités à la corticostérone, la latence d’induction des épilepsies par hyperthermie est réduite, le temps de récupération plus long et le nombre d’évènements épileptiques plus nombreux. En outre, nous avons trouvé que tous ces effets sont plus proéminents chez les mâles que chez les femelles. Ces données confirment l’existence d’un lien entre le stress du début de la vie et la susceptibilité aux convulsions hyperthermiques chez les rats mâles et femelles. Une meilleure compréhension des conséquences des convulsions fébriles pourrait aider dans le pronostic et le traitement des patients souffrant d’épilepsie. Somme toute, cette thèse met en lumière le rôle complexe des hormones sexuelles dans la régulation des circuits GABAergiques, des réponses au stress et de l’hyperexcitabilité du cerveau en développement. Une meilleure compréhension des mécanismes pathologiques propres aux modèles animaux mâles et femelles résulterait en de meilleures interventions et thérapies aussi bien chez les hommes que les chez les femmes. / Sex differences extend far beyond reproductive health — there is a widespread prevalence of sex differences in many human diseases and conditions. Therefore, studies limited to a single-sex cannot fully give a comprehensive picture of the underlying disease mechanisms, and the neglect of females/girls/women in biological research negatively impacts patients' quality of life, especially women. Recent data suggest that testosterone and its metabolites affect the hippocampus during development at the biochemical, morphological, and functional levels, although the data are not nearly as extensive as what is known in adults. Therefore, a better understanding of these effects will elucidate steroid hormone-dependent mechanisms of brain development and, possibly, help identifying ways to mitigate the burden of the many neurodevelopmental disorders that involve hippocampal function. The male brain is unique in that it must be exposed to male sex hormones for a fixed period of time, which is so-called critical period. This is deemed a critical period because if androgens levels do not rise at this time in males, the brain will fail to be masculinized. The female brain, on the other hand, has a sensitive period shortly after birth, during which exposure to male sex hormones may masculinize the brain and produce features comparable to those seen in biological males. This capacity to manipulate females toward more masculinized brains represent an important experimental tool to investigate sex differences. Because sexual hormones, such as testosterone and estradiol, are a distinct point of divergence between sexes, my thesis proposes to study the implication of testosterone by using, in addition to male and female animals, females treated with testosterone as well as testosterone-insensitive male rats. First, we investigated a specific neurotransmitter system, the GABAergic system, which contributes to the control of seizures commonly observed in epilepsies. This system shows robust differences between males and females, which may be involved with the predisposition to epilepsy observed in males. Our study revealed that at baseline conditions female and testosterone-insensitive male rats show an earlier localization at the membrane of the chloride co-transporter KCC2, which regulates the strengths of inhibitory neurotransmission, and higher levels of the neurotrophin BDNF, which is a powerful modulator of GABAergic cell function, during the first postnatal week. In addition, we found that female and testosterone-insensitive male rats show enhanced spontaneous GABA synaptic transmission when compared to males and testosterone-exposed females in adults. Overall, these data show that perinatal testosterone levels modulate GABAergic circuit function, suggesting a role of sex hormones in regulating cell excitability. Second, sex differences in the brain are largely determined by extrinsic factors. Early-life stress is one such powerful extrinsic factor that impairs the ability to control glucocorticoid negative feedback on the HPA axis. Stress is also known to differentially affect male and female rats. Here, we show that corticosterone alone renders the hippocampus vulnerable to a second insult, namely hyperthermia-induced seizures, in fact in corticosterone-treated rats the latency to hyperthermia-induced seizures was shorter, the recovery time longer, and a larger number of hyperthermia-induced seizures. Further, these effects were a lot more prominent in males than in females. These findings support a link between early-life stress and hyperthermic seizure susceptibility in both male and female rats. A better understanding of the consequences of febrile seizures could help improve the prognosis and treatment of patients with epilepsy. Altogether, these findings shed light on the complex roles of sex hormones in regulating GABAergic circuits, stress responses and circuit hyper-excitability in the developing brain. A better understanding of disease-mechanisms underlying male and female animal models could lead to better interventions and therapeutics in both men and women.