Le but de notre travail était d'étudier des nouveaux aspects de la physiopathologie et de la thérapeutique du choc anaphylactique chez le rat Brown Norway. La première partie de notre thèse étudie la physiopathologie systémique et régionale du choc anaphylactique. Le choc anaphylactique s'accompagne d'une diminution rapide du débit cardiaque, d'une altération brutale de l'autorégulation du débit sanguin cérébral et d'une atteinte respiratoire associant un oedème des voies respiratoires et un bronchospasme. La deuxième partie de notre travail s'intéresse à la prise en charge thérapeutique du choc anaphylactique. L'adrénaline s'avère supérieure à la vasopressine, pour inhiber le bronchospasme et diminuer la perméabilité microvasculaire, permettant une meilleure préservation de l'oxygénation cérébrale, en particulier dans la région de l'hippocampe, mais aussi une correction du bronchospsme et une diminution de l'hyperperméabilté bronchique à la phase précoce du choc anaphylactique. Nous avons également comparé les effets de trois types de solutés de remplissage administrés en association avec l'adrénaline au cours du choc anaphylactique, démontrant la supériorité de l'administration de soluté macromoléculaires tels que l'HES et l'échec des solutés salés hypertoniques. Enfin nous avons pu mettre en évidence l'intérêt de l'administration de bleu de méthylène (3mg/kg) en démontrant l'existence d'un effet synergique avec l'adrénaline au cours du choc anaphylactique / The aim of our work was to study new aspects of the pathophysiology and treatment of anaphylactic shock in the Brown Norway rat. The first part of this thesis focuses on the systemic and regional pathophysiology of anaphylactic shock which is accompanied by a rapid decrease in cardiac output, a sudden alteration of autoregulation of cerebral blood flow and a respiratory dysfunction involving swelling of the airways and bronchospasm. The second part of our work focuses on the therapeutic management of anaphylactic shock. Epinephrine was found to be superior to vasopressin, to inhibit bronchospasm and decrease microvascular permeability, allowing a better preservation of the cerebral oxygenation, in particular in the region of the hippocampus. Furthermore, it provided also an alleviation of bronchospasm and of bronchial hyperperméabilté in the early phase of anaphylactic shock. We also compared the effects of three types of fluid therapy administered in combination with adrenaline during anaphylactic shock, demonstrating the superiority of the administration of a macromolecular solution such as HES compared to hypertonic saline fluids. Finally we were able to highlight the usefulness of the administration of methylene blue (3mg/kg) demonstrating the existence of a synergistic effect with adrenaline during anaphylactic shock

La vasopressine (AVP) et la corticolibérine (CRF) agissent de manière synergique lors de la réponse aux stimuli stressants. Elles régulent de manière concertée la sécrétion d'adrénocorticotrophine hypophysaire et la libération de catécholamines surrénalienne. Dans ces deux structures, les isoformes de récepteurs présents sont les récepteurs V1B et CRF1. Nous avons démontré que deux mécanismes moléculaires sous-tendent la synergie fonctionnelle de l'AVP et du CRF : un croisement des voies de seconds messagers propres à chacun des récepteurs d'une part, et une modification de leurs propriétés pharmacologiques résultant de leur interaction (hétérodimérisation) d'autre part. Pour valider ce dernier mécanisme, nous avons recherché des formes naturelles ou mutées de récepteurs à l'AVP et au CRF conservant leurs propriétés de couplage aux protéines G, mais incapables d'hétérodimériser, et avons analysé les conséquences de cette rupture d'hétérodimérisation sur leur aptitude à agir en synergie. Grâce à une approche de mutagénèse dirigée, nous avons commencé à résoudre la question des portions de récepteurs engagées dans l'hétérodimérisation. Les résultats obtenus apportent les premières évidences permettant de comprendre la synergie AVP/CRF au niveau moléculaire, et particulièrement le rôle de l'hétérodimérisation. L'hétérodimère V1B/CRF1 pourrait être impliqué dans le stress et ses états pathologiques que sont l'anxiété et la dépression. Nous montrons que les récepteurs V1B et CRF1 sont co-exprimés dans les neurones de certaines structures cérébrales régulant ces phénomènes comportementaux. Démontrer l'existence de l'hétérodimère V1B/CRF1 dans des tissus natifs sera la prochaine étape de ce travail. Si elle est validée, le complexe V1B/CRF1 pourra être considéré comme une cible pharmacologique de première importance dans le traitement de l'anxiété et de la dépression. Travail soutenu par l'Institut de Recherches SERVIER et la Fondation pour la Recherche Médicale. / Vasopressin (AVP) and Corticotropin-Releasing Factor (CRF) are involved in the stress response, mainly by regulating ACTH secretion from the pituitary and by increasing catecholamine and corticosteroids secretion from the adrenal medulla. In these two structures, AVP and CRF have been shown to act in synergism via V1B and CRF1 receptors. Recently, our group demonstrated that such synergism operates via both second messenger crosstalk and putative mechanism involving receptors heterodimerization. To further validate this last original mechanism, we monitored the influence of receptor heterodimerization selectivity and of receptor heterodimerization disruption on functional synergism. We also deciphered receptor dimers interface by synthesizing receptor mutants that do not heterodimerize anymore.These results give clues to the comprehension of AVP/CRF synergism at the molecular level and trigger the potential role of receptors heterodimerization in stress-related behaviours. Indeed both V1B and CRF1 are also co-expressed in neurons of relevant brain area. Establishing the physical association of V1B/CRF1 as heterodimers in native tissue, the next step of our project, would be of considerable importance.Work supported by SERVIER (France) an d the FRM.

Il est bien établi que la vasopressine (AVP) est élevée dans le diabète tant humain qu'expérimental. Chez l'homme, plusieurs études récentes ont montré une association entre la copeptine (biomarqueur de la sécrétion d'AVP), et la survenue d'un diabète ou d'une hyperglycémie, le syndrome métabolique et l'obésité. Dans l'équipe, nous avons montré une association inverse entre la consommation d'eau (diminue la sécrétion AVP) et le risque de survenue d'hyperglycémie dans la cohorte D.E.S.I.R. Le but de mon projet de thèse a été de déterminer le rôle de l'AVP et de la prise hydrique dans l'homéostasie glucidique chez le rat sain et dans un modèle de rat présentant un syndrome métabolique. L'administration aigüe ou chronique d'AVP augmente la glycémie et cet effet est réversé par un antagoniste des récepteurs V1a. L'activation des récepteurs V1b ne modifie pas l'insulino-sécrétion mais stimule en permanence et de façon modérée la glucagonémie. Ces effets ont été observés sur deux souches différentes de rats sains. Chez le rat Zucker obèse, l'AVP aggrave l'hyperinsulinémie à jeun et l'intolérance au glucose alors que le régime hydraté ne modifie pas la tolérance au glucose mais réduit très fortement la stéatose hépatique ainsi que le contenu hépatique en cholestérol et triglycérides et l'expression des gènes impliqués dans la lipogenèse. En conclusion, ces travaux montrent pour la première fois, que l'AVP dégrade à long terme la tolérance au glucose ; a contrario, un régime fortement hydraté est protecteur. Ces résultats, en accord avec nos données épidémiologiques, démontrent un lien de causalité entre vasopressine/hydratation et désordre du métabolisme glucidique. / It is well established that vasopressin (AVP) level is high in both human and experimental diabetes. In humans, several recent studies have shown an association between copeptin (biomarker of AVP secretion) and the occurrence of diabetes mellitus or hyperglycemia, metabolic syndrome and obesity. Our team has shown a reverse association between water consumption (decrease AVP secretion) and the risk of hyperglycemia in the general population (D.E.S.I.R cohort). The aim of my thesis was to determine the role of AVP and fluid intake in glucose homeostasis in healthy rats and in a rat model of metabolic syndrome. AVP, administered acutely or chronically in healthy rats, increases glycaemia and this effect is reversed by a V1a receptor antagonist. V1b receptor activation does not influence insulin secretion but stimulates moderately basal glucagon production by the pancreas. These effects were observed in two different healthy strains of rats. In obese Zucker rats, a high AVP level worsens fasting hyperinsulinaemia and glucose intolerance whereas hydration does not affect glucose tolerance but drastically reduces hepatic steatosis, the content of cholesterol and triglycerides in liver and expression of genes involved in hepatic lipogenesis. In conclusion, these studies show for the first time, that AVP aggravates glucose tolerance whereas a highly hydrated diet is protective. These results, in agreement with our epidemiological data, demonstrate a causal link between vasopressin and/or hydration and glucose metabolism disorders.

La vasopressine (AVP), ou hormone antidiurétique, a deux effets majeurs : 1°) des effets sur la perméabilité à l'eau du canal collecteur rénal, médiés par les récepteurs V2, qui permettent la formation d'urine hyperosmotique et donc une économie d'eau ; 2°) des effets vasoconstricteurs sur le muscle lisse vasculaire, médiés par les récepteurs V1a, qui peuvent induire un effet presseur. L'idée que l'AVP puisse jouer un rôle dans l'hypertension artérielle par ses effets vasculaires est souvent avancée, mais les travaux explorant cette hypothèse n'ont pas été concluants. Par contre, peu de travaux ont été consacrés au fait que l'AVP puisse contribuer à l'hypertension de façon indirecte, par son action sur le rein. Pourtant, on sait que l'AVP stimule la réabsorption de sodium dans le canal collecteur en augmentant l'activité du canal sodium épithélial. Il est donc concevable que, dans certains cas, les effets de l'AVP puissent produire une rétention hydrosodée susceptible d'augmenter la pression artérielle. Le but de nos travaux a été d'étudier les relations entre l'excrétion d'eau et de sodium et la pression artérielle, en tenant compte notamment du débit urinaire, de la concentration de l'urine, de l'AVP et du rythme nycthéméral d'excrétion d'eau et de sodium en relation avec celui de la pression artérielle. Nous avons réalisé des travaux expérimentaux chez le rat normal, conscient, et chez des sujets participant à diverses investigations cliniques. Les principaux résultats obtenus sont les suivants. (1) En utilisant des agonistes et des antagonistes sélectifs des récepteurs V1a et V2 in vivo chez le rat, nous avons pu montrer que l'influence de l'AVP sur l'excrétion du sodium était biphasique, du fait d'effets opposés médiés par les récepteurs V1a et V2 et de leurs seuils de réponse différents. (2) Chez l'Homme, nous avons montré que des changements d'apport sodé entraînent des changements correspondants de la concentration urinaire de sodium (qui ne sont pas immédiats), sans modification du débit urinaire, contrairement à l'idée généralement acceptée. (3) Nous avons également montré que le niveau de concentration de l'urine est très variable d'un individu à l'autre mais qu'en moyenne, les hommes ont une osmolalité urinaire plus élevée que les femmes. D'autre part, les afro-américains ont une urine significativement plus concentrée et un volume urinaire plus faible que les caucasiens et un rythme nycthéméral atténué. Chez les hommes jeunes normotendus, la pression pulsée est positivement corrélée à la concentration de l'urine. Ceci suggère que l'AVP a une action plus intense chez certains sujets et pourrait jouer un rôle dans le contrôle de la pression artérielle par ses effets V2. (4) Parmi des sujets présentant des caractéristiques du syndrome métabolique, ceux qui ont un rythme nycthéméral d'excrétion d'eau et de sodium perturbé ont une chute nocturne de pression artérielle plus faible (or, on sait que c'est d'un mauvais pronostic). Ce travail a permis pour la première fois de mettre en évidence des relations entre l'excrétion d'eau et de sodium et la pression artérielle, relations qui sont variables selon la période du nycthémère considérée et dans lesquelles l'AVP est probablement impliquée. Nos études ouvrent ainsi de nouvelles pistes de recherche sur le rôle potentiel de cette hormone dans certaines pathologies cardiovasculaires et rénales qui pourraient, à terme, conduire à l'utilisation d'antagonistes des récepteurs V2 de l'AVP dans le traitement de ces pathologies.

En dépit de nombreux essais thérapeutiques, les syndromes septiques sont la première cause de mortalité en service de soins intensifs. La population septique étant très hétérogène, une meilleure caractérisation des patients serait essentielle afin de mieux individualiser et cibler les thérapeutiques potentiellement bénéfiques. Une approche multiparamétrique de l'utilisation des biomarqueurs est une alternative qui viserait à appréhender la situation de manière plus globale. Notre travail s'inscrit dans ce contexte au travers de l'étude plus spécifique de la défaillance des systèmes cardio-vasculaire et immunitaire. Au-delà de la confirmation de l'intérêt des biomarqueurs présentement étudiés (prohormones cardio-vasculaires et PD-1) dans la prédiction de la mortalité et du risque d'infections nosocomiales, nos résultats apportent des éléments nouveaux. Nous avons montré que (1) la sur-expression des molécules PD-1 est associée à l'énergie leucocytaire, (2) un même biomarqueur peut apporter une information différente au cours du temps, (3) l'information apportée par l'analyse simultanée de deux biomarqueurs est supérieure à celle de la somme de leurs valeurs individuelles, et (4) l'expression dynamique d'un biomarqueur est meilleure que son expression à un temps donné. Au total, notre travail illustre l'intérêt potentiel d'un panel de biomarqueurs pour mieux appréhender la complexité des états septiques et leur rapide évolution. Il reste néanmoins à développer des outils biostatistiques capables de donner au clinicien une vision globale en temps réel des processus en cours. Cela constituera une étape clé pour mieux stratifier et cibler les prochains essais cliniques dans le domaine.

Contexte : L’ocytocine (OT) et la vasopressine (VP) modulent les comportements sociaux. Leurs rôles ont été étudiés indépendamment l’un de l’autre mais des effets combinatoires de ces deux peptides sont à envisager puisqu’ils sont tous les deux libérés au cours des comportements sociaux. Dans le septum latéral (SL), une structure cérébrale intégrant des informations sociales, l’ocytocine et la vasopressine sont libérées au cours des interactions sociales et modulent la reconnaissance ainsi que la discrimination sociale.Objectif : Comprendre la fonction duale de l’ocytocine et de la vasopressine mise en jeu lors des interactions sociales dans un cadre physiologique et pathologique. Méthode : Chez la souris mâle, nous avons utilisé l’activité électroencéphalographique (EEG) comme marqueur et avons caractérisé des traces EEG dépendantes de l’OT et de la VP. Nous avons manipulé le système OT et le système VP au sein du septum au cours d’un protocole de reconnaissance/discrimination sociale en utilisant des outils pharmacologiques ou optogénétiques. Des expériences d’électrophysiologie sur tranche ont permis de caractériser la réponse électrophysiologique des neurones du septum latéral à l’application de chacun de ces peptides.Résultats : L’étude de l’activité EEG nous a permis de discriminer des effets induits par l’action septale de l’OT et la VP dans la bande de fréquence theta. Ces résultats suggèrent que la VP serait libérée dans le septum au cours de la première rencontre avec un juvénile alors que l’OT serait libérée au cours du processus d’habituation. La modulation de l’action de l’OT et de la VP sur le SL démontre que l’activation des récepteurs V1a au cours de la première rencontre est essentielle à la discrimination sociale tandis que l’activation des récepteurs à l’OT au cours du processus d’habituation permet de regain d’intérêt lorsqu’un nouveau juvénile sera présenté. Nous montrons aussi que l’OT et la VP modulent l’activité électrique de la quasi-totalité des neurones septaux. La nature de ces modulations définit 3 catégories de neurones qui communiquent entre eux via des signaux GABAergiques. Chez la souris Magel2KO, un modèle murin de troubles des comportements sociaux, la balance des effets septaux de l’OT et de la VP est altérée. Ceci suggère que cette régulation pourrait être impliquée dans certaines conditions pathologiques.Conclusion : Ces résultats mettent en évidence qu’il est essentiel, lorsque l’on étudie l’ocytocine, d’étudier le système vasopressinergique. Avec cette approche, nous avons montré que l’activation séquentielle du SL par l’OT et la VP est importante pour la régulation des interactions sociales. De plus, cette séquence d’évènements est altérée dans un modèle animal présentant des troubles sociaux. / Context : Oxytocin (OT) and vasopressin (VP) modulate social behaviors. The roles of OT and VP have been interrogated so far in isolation whereas combinatorial effects are anticipated as both hormones are secreted during social behavior. In the lateral septum (LS), a brain area processing behavioral social cues, OT and VP are released during social interaction and modulate social recognition or discrimination. Aim : To understand the dual function of OT and VP during social behavior in physiological and pathological conditions. Methods : In male mice, we used electroencephalographic (EEG) activity as a readout to characterize OT and VP dependent electrophysiological signatures and their sequence. We manipulated OT and VP systems to LS during social recognition/discrimination paradigm using pharmacology and optogenetic tools. Using slice electrophysiology, we characterized electrophysiological responses of LS neurons to both of these hormons.Results : Measurement of EEG theta activity allowed us to discriminate between OT and VP dependent LS modulation and indicated that VP would be released in the LS during 1st encounter with a juvenile while OT would be released during the habituation process. Modulation of OT and VP actions on the LS demonstrate that V1a activation during 1st encounter is essential for social discrimination and OT receptor activation during the habituation process allows the regain of interest for a new juvenile. We also demonstrated that OT and VP modulate electrical activity of almost all LS neurons. The nature of this modulation define 3 neuronal categories that communicate with each other through GABAergic signalling. Magel2KO mouse, which features social deficits, presents an altered balance of LS regulation by OT and VP. It suggests that this regulation could be involved in some pathological symptomatology.Conclusions : These results shed a light on the necessity to study vasopressin along with oxytocin. Doing this, we showed that vasopressinergic and oxytocinergic activation of the LS are sequentially important during the social recognition paradigm. Futhermore, this sequence of events is impaired in a mouse model featuring deficits of OT and social disabilities.

Les récepteurs de l’ocytocine (OTR) et de la vasopressine (AVPR) sont connus pour être impliqués dans la modulation d’effets centraux complexes. Récemment l’OTR a été proposé comme une cible thérapeutique pour le traitement des troubles du spectre autistique (TSA).Afin de mieux comprendre le rôle de l’OTR et des AVPR dans les TSA, d’éclaircir des nouveaux traits de sa pharmacologie et d’établir des méthodes du criblage sur les récepteurs sauvages, nous avons développé des traceurs pour la tomographie par émission des positons ainsi que des sondes fluorescentes pour la famille OT/AVP des RCPG. Les ligands fluorescents ont été utilisés pour établir un test de liaison TR-FRET pour l’OTR et pour initier le développement du test alternatif sur les récepteurs sauvages. Les radiotraceurs TEP seront bientôt testés chez la souris et chez le singe pour évaluer leurs performances pour la détection des récepteurs de l’ocytocine centraux avant d’envisager des études chez l’Homme. / In order to better understand the role of OTR and AVPR in ASD, to reveal new features in its pharmacology and signaling and to establish high-throughput screening method on wild-type G protein-coupled receptors, we developed imaging probes for the oxytocin-vasopressin receptors family, namely radiotracers for positron emission tomography and optical probes for fluorescence detection and imaging. The fluorescent ligands have been used to establish TR-FRET binding assay for OTR and to initiate the development the screening assay for the wild-type oxytocin receptor. The PET radiotracers will be shortly tested in mice and monkeys to evaluate their potency in detecting the central oxytocin receptors.

Le récepteur de la vasopressine de type 2 (V2R) joue un rôle crucial dans l’homéostasie hydrique. Exprimé principalement au niveau du rein, son activation par l’hormone antidiurétique arginine-vasopressine (AVP) favorise la réabsorption d’eau, participant ainsi à diminuer la diurèse. Plus de 200 mutations dans le gène du V2R ont été associées au diabète néphrogénique insipide congénital (DINc), une maladie causée par une perte de fonction du récepteur. À l’opposé, trois mutations découvertes récemment induisent un gain de fonction du V2R, et sont la cause du syndrome néphrogénique de l’anti-diurèse inappropriée (NSIAD). Les travaux de cette thèse visent à mieux comprendre les bases moléculaires responsables de la perte ou du gain de fonction des récepteurs mutants associés à ces deux maladies. Dans plus de 50% des cas, les mutations faux-sens affectent négativement l’adoption d’une conformation native par le V2R, provoquant la reconnaissance et la rétention intracellulaire des mutants par le système de contrôle de qualité du réticulum endoplasmique. Nos résultats ont démontré que l’interaction entre les récepteurs mutants et le chaperon moléculaire calnexine est dépendante de N-glycosylation et que sa durée varie en fonction de la mutation. De plus, l’importance de cette modification co-traductionnelle et des interactions lectines-sucres dans le processus de maturation d’un mutant donné s’est avérée une caractéristique intrinsèque, puisque l’absence de N-glycosylation n’a pas affecté le mutant Y128S (phénotype léger) tandis que la maturation du mutant W164S (phénotype sévère) a été totalement abolie. Nos résultats suggèrent aussi que l’action des chaperons pharmacologiques (CP), molécules favorisant la maturation des mutants du V2R, peut survenir à différentes étapes au cours du processus de maturation, selon le mutant réchappé. Ces différences entre muta nts suggèrent des processus biosynthétiques ‘personnalisés’ dictés par la nature de la mutation impliquée et pourraient expliquer la différence de sévérité des manifestations cliniques chez les patients porteurs de ces mutations. Bien qu’une récupération de fonction ait été obtenue pour les mutants Y128S et W164S par un traitement au CP, il n’en est pas de même pour toutes les mutations occasionnant un défaut conformationnel. C’est ce que nous avons démontré pour le mutant V88M, affligé de deux défauts, soit une faible efficacité de maturation combinée à une basse affinité pour l’AVP. Dans ce cas, et malgré une augmentation du nombre de récepteurs mutants la surface cellulaire, la diminution de l’affinité apparente du récepteur mutant pour l’AVP a été exacerbée par la présence résiduelle de CP à son site de liaison, rendant impossible l’activation du récepteur aux concentrations physiologiques d’AVP. Les mutants R137C et R137L ont une activité constitutive élevée et mènent au NSIAD tandis que la substitution de cette même arginine par une histidine (R137H) mène au DINc. Ces trois mutants se sont avéré partager plusieurs caractéristiques, dont une efficacité de maturation réduite et une désensibilisation spontanée élevée. La seule différence iden tifiée entre ces mutants est leur niveau d’activité constitutive. Le CP utilisé dans nos études possède aussi la propriété d’agoniste inverse, mais n’a pourtant pas diminué l’activité constitutive des mutants R137C/L, suggérant une conformation active ‘figée’. Seul l’effet chaperon a été observé, entraînant la hausse de récepteurs à la surface cellulaire, qui se traduit par une augmentation de la production de second messager. Nous avons par contre suggéré l’utilisation d’AVP puisqu’il favorise l’endocytose des récepteurs R137/L sans promouvoir leur activation, diminuant ainsi le nombre de récepteurs actifs à la surface cellulaire. Nous avons identifié la première mutation occasionnant un gain de fonction du V2R qui n’implique pas l’arginine 137. Le mutant F229V a une activité constitutive élevée et, contrairement aux R137C et R137L, il n’est pas sujet à une désensibilisation spontanée accrue. L’observation que des agonistes inverses sont aptes à inhiber l’activité constitutive de ce nouveau mutant est une découverte importante puisque l’insuccès obtenu avec les mutations précédentes suggérait que ces molécules n’étaient pas utiles pour le traitement du NSIAD. Considérés globalement, ces travaux illustrent le caractère particulier des formes mutantes du V2R et l’importance de bien cerner les conséquences fonctionnelles des mutations afin d’apporter aux patients atteints de DINc ou NSIAD une thérapie personnalisée, et de développer de nouveaux agents thérapeutiques adaptés aux besoins. / The vasopressin type 2 receptor (V2R) plays an important role in water homeostasis. Mainly expressed in the collecting ducts of the kidney, V2R activation by the antidiuretic hormone arginine-vasopressin (AVP) leads to water reabsorption, resulting in a decrease urine output. More than 200 mutations in the V2R gene have been link to the aetiology of the congenital form of nephrogenic diabetes insipidus (cNDI), resulting from a receptor loss-of-function. In contrast, three recently identified mutations have been shown to cause a gain-of-function of the V2R leading to the nephrogenic syndrome of inappropriate antidiuresis (NSIAD). The work presented herein is focussed on a better understanding of the molecular determinants leading to the loss- or gain -of-function of V2R mutants. More than 50% of missense mutations affecting the V2R were shown to hamper the receptor’s ability to adopt its native conformation and to cause its intracellular retention by the endoplasmic reticulum quality control system. We thus looked at the role of N-glycosylation and calnexin (Cnx) in the maturation process of mutant V2R, and their importance for receptor rescue by pharmacological chaperones (PC). Our results have shown that N-glycosylation is required for Cnx binding to the receptors and that the duration of this interaction is correlated to the severity of the misfolded state of the mutant. The importance of N-glycosylation and to sugar-mediated interactions in the maturation process of a given V2R mutant was found to be an intrinsic property, as it had no significant repercussion on the mild phenotype-associated Y128S mutant, while it completely abolished maturation of the W164S mutant, associated with a severe phenotype. Moreover, we have shown that pharmacological chaperoning can occur at different steps during the maturation process, according to the mutant studied. These mutant-specific differences indicate that the biosynthetic processing of mutant V2R is highly influenced by the nature of the mutation itself and could partially explain the variations in the clinical outcome severity among NDI-causing mutant V2Rs. Although a functionality rescue of W164S and Y128S mutants was obtained upon exposure to PC, it is not the case for all V2R mutants with a maturation defect. The V88M-V2R was found affected both in its maturation and its affinity toward AVP. In this case, and despite a significant increase in maturation and cell surface expression, the PC treatment led to a further loss in the receptor’s affinity for AVP, preventing its activation at physiological AVP concentrations. The R137C and R137L mutants are endowed with a high constitutive activity leading to NSIAD. Stunningly, substitution of this arginine by histidine (R137H) was associated with cNDI. These three mutant V2R were found to share many characteristics, of which a compromised maturation and elevated spontaneous desensitization. The only difference between these mutants relies on their constitutive activity levels. The PC used in our studies is also an inverse agonist, but failed to reduce the constitutive activity of the R137C/L mutants, entailing a ‘locked’ active conformation. Instead, the chaperoning property of the compound led to an increase in the number of constitutively active receptor at the cell surface. We have thus proposed the use of AVP as a treatment, as it was shown to cause receptor’s endocytosis without promoting their activation, leading to a reduced active receptor number at the cell surface. We have identified a new gain-of-function mutation affecting the V2R, the first not involving arginine 137. The F229V substitution was shown to confer high constitutive activity to the receptor, but unlike the two other NSIAD-causing mutants, it does not undergo elevated spontaneous desensitization. The observation that inverse agonists are efficient at inhibiting the constitutive activity of the F229V mutant is an important discovery since the unfruitful attempts obtained with the other constitutively active mutants led some investigators to the erroneous conclusion that inverse agonists were not useful for the treatment of NSIAD. Taken together, these findings underline the ‘individuality’ of V2R mutants and the importance of their functional characterization in order to bring personalized therapeutic strategies for patients with cNDI or NSIAD, and to develop new therapeutics adapted to the patients’ needs.

Le récepteur de la vasopressine de type 2 (V2R) joue un rôle crucial dans l’homéostasie hydrique. Exprimé principalement au niveau du rein, son activation par l’hormone antidiurétique arginine-vasopressine (AVP) favorise la réabsorption d’eau, participant ainsi à diminuer la diurèse. Plus de 200 mutations dans le gène du V2R ont été associées au diabète néphrogénique insipide congénital (DINc), une maladie causée par une perte de fonction du récepteur. À l’opposé, trois mutations découvertes récemment induisent un gain de fonction du V2R, et sont la cause du syndrome néphrogénique de l’anti-diurèse inappropriée (NSIAD). Les travaux de cette thèse visent à mieux comprendre les bases moléculaires responsables de la perte ou du gain de fonction des récepteurs mutants associés à ces deux maladies. Dans plus de 50% des cas, les mutations faux-sens affectent négativement l’adoption d’une conformation native par le V2R, provoquant la reconnaissance et la rétention intracellulaire des mutants par le système de contrôle de qualité du réticulum endoplasmique. Nos résultats ont démontré que l’interaction entre les récepteurs mutants et le chaperon moléculaire calnexine est dépendante de N-glycosylation et que sa durée varie en fonction de la mutation. De plus, l’importance de cette modification co-traductionnelle et des interactions lectines-sucres dans le processus de maturation d’un mutant donné s’est avérée une caractéristique intrinsèque, puisque l’absence de N-glycosylation n’a pas affecté le mutant Y128S (phénotype léger) tandis que la maturation du mutant W164S (phénotype sévère) a été totalement abolie. Nos résultats suggèrent aussi que l’action des chaperons pharmacologiques (CP), molécules favorisant la maturation des mutants du V2R, peut survenir à différentes étapes au cours du processus de maturation, selon le mutant réchappé. Ces différences entre muta nts suggèrent des processus biosynthétiques ‘personnalisés’ dictés par la nature de la mutation impliquée et pourraient expliquer la différence de sévérité des manifestations cliniques chez les patients porteurs de ces mutations. Bien qu’une récupération de fonction ait été obtenue pour les mutants Y128S et W164S par un traitement au CP, il n’en est pas de même pour toutes les mutations occasionnant un défaut conformationnel. C’est ce que nous avons démontré pour le mutant V88M, affligé de deux défauts, soit une faible efficacité de maturation combinée à une basse affinité pour l’AVP. Dans ce cas, et malgré une augmentation du nombre de récepteurs mutants la surface cellulaire, la diminution de l’affinité apparente du récepteur mutant pour l’AVP a été exacerbée par la présence résiduelle de CP à son site de liaison, rendant impossible l’activation du récepteur aux concentrations physiologiques d’AVP. Les mutants R137C et R137L ont une activité constitutive élevée et mènent au NSIAD tandis que la substitution de cette même arginine par une histidine (R137H) mène au DINc. Ces trois mutants se sont avéré partager plusieurs caractéristiques, dont une efficacité de maturation réduite et une désensibilisation spontanée élevée. La seule différence iden tifiée entre ces mutants est leur niveau d’activité constitutive. Le CP utilisé dans nos études possède aussi la propriété d’agoniste inverse, mais n’a pourtant pas diminué l’activité constitutive des mutants R137C/L, suggérant une conformation active ‘figée’. Seul l’effet chaperon a été observé, entraînant la hausse de récepteurs à la surface cellulaire, qui se traduit par une augmentation de la production de second messager. Nous avons par contre suggéré l’utilisation d’AVP puisqu’il favorise l’endocytose des récepteurs R137/L sans promouvoir leur activation, diminuant ainsi le nombre de récepteurs actifs à la surface cellulaire. Nous avons identifié la première mutation occasionnant un gain de fonction du V2R qui n’implique pas l’arginine 137. Le mutant F229V a une activité constitutive élevée et, contrairement aux R137C et R137L, il n’est pas sujet à une désensibilisation spontanée accrue. L’observation que des agonistes inverses sont aptes à inhiber l’activité constitutive de ce nouveau mutant est une découverte importante puisque l’insuccès obtenu avec les mutations précédentes suggérait que ces molécules n’étaient pas utiles pour le traitement du NSIAD. Considérés globalement, ces travaux illustrent le caractère particulier des formes mutantes du V2R et l’importance de bien cerner les conséquences fonctionnelles des mutations afin d’apporter aux patients atteints de DINc ou NSIAD une thérapie personnalisée, et de développer de nouveaux agents thérapeutiques adaptés aux besoins. / The vasopressin type 2 receptor (V2R) plays an important role in water homeostasis. Mainly expressed in the collecting ducts of the kidney, V2R activation by the antidiuretic hormone arginine-vasopressin (AVP) leads to water reabsorption, resulting in a decrease urine output. More than 200 mutations in the V2R gene have been link to the aetiology of the congenital form of nephrogenic diabetes insipidus (cNDI), resulting from a receptor loss-of-function. In contrast, three recently identified mutations have been shown to cause a gain-of-function of the V2R leading to the nephrogenic syndrome of inappropriate antidiuresis (NSIAD). The work presented herein is focussed on a better understanding of the molecular determinants leading to the loss- or gain -of-function of V2R mutants. More than 50% of missense mutations affecting the V2R were shown to hamper the receptor’s ability to adopt its native conformation and to cause its intracellular retention by the endoplasmic reticulum quality control system. We thus looked at the role of N-glycosylation and calnexin (Cnx) in the maturation process of mutant V2R, and their importance for receptor rescue by pharmacological chaperones (PC). Our results have shown that N-glycosylation is required for Cnx binding to the receptors and that the duration of this interaction is correlated to the severity of the misfolded state of the mutant. The importance of N-glycosylation and to sugar-mediated interactions in the maturation process of a given V2R mutant was found to be an intrinsic property, as it had no significant repercussion on the mild phenotype-associated Y128S mutant, while it completely abolished maturation of the W164S mutant, associated with a severe phenotype. Moreover, we have shown that pharmacological chaperoning can occur at different steps during the maturation process, according to the mutant studied. These mutant-specific differences indicate that the biosynthetic processing of mutant V2R is highly influenced by the nature of the mutation itself and could partially explain the variations in the clinical outcome severity among NDI-causing mutant V2Rs. Although a functionality rescue of W164S and Y128S mutants was obtained upon exposure to PC, it is not the case for all V2R mutants with a maturation defect. The V88M-V2R was found affected both in its maturation and its affinity toward AVP. In this case, and despite a significant increase in maturation and cell surface expression, the PC treatment led to a further loss in the receptor’s affinity for AVP, preventing its activation at physiological AVP concentrations. The R137C and R137L mutants are endowed with a high constitutive activity leading to NSIAD. Stunningly, substitution of this arginine by histidine (R137H) was associated with cNDI. These three mutant V2R were found to share many characteristics, of which a compromised maturation and elevated spontaneous desensitization. The only difference between these mutants relies on their constitutive activity levels. The PC used in our studies is also an inverse agonist, but failed to reduce the constitutive activity of the R137C/L mutants, entailing a ‘locked’ active conformation. Instead, the chaperoning property of the compound led to an increase in the number of constitutively active receptor at the cell surface. We have thus proposed the use of AVP as a treatment, as it was shown to cause receptor’s endocytosis without promoting their activation, leading to a reduced active receptor number at the cell surface. We have identified a new gain-of-function mutation affecting the V2R, the first not involving arginine 137. The F229V substitution was shown to confer high constitutive activity to the receptor, but unlike the two other NSIAD-causing mutants, it does not undergo elevated spontaneous desensitization. The observation that inverse agonists are efficient at inhibiting the constitutive activity of the F229V mutant is an important discovery since the unfruitful attempts obtained with the other constitutively active mutants led some investigators to the erroneous conclusion that inverse agonists were not useful for the treatment of NSIAD. Taken together, these findings underline the ‘individuality’ of V2R mutants and the importance of their functional characterization in order to bring personalized therapeutic strategies for patients with cNDI or NSIAD, and to develop new therapeutics adapted to the patients’ needs.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.