Gliotransmitters dérivés de l'astrocyte glutamate et l'ATP modulent l'activité neuronale. Cependant, il reste à savoir comment les astrocytes contrôlent la libération et coordonnent les actions de ces gliotransmetteurs. Dans la première partie de ma thèse, en utilisant l'expression transgénique de la canalrhodopsine 2 (ChR2) sensible à la lumière dans les astrocytes, nous avons observé que la photostimulation augmentait de manière fiable le potentiel d'action des neurones pyramidaux de l'hippocampe. Cette excitation repose principalement sur une libération de glutamate dépendant du Ca2+ par les astrocytes qui active les NMDR neuronaux extrasynaptiques. Remarquablement, nos résultats montrent que l'augmentation de Ca2+ induite par ChR2 et la libération ultérieure de glutamate sont amplifiées par l'activation autocrine induite par l'ATP/ADP des récepteurs P2Y1 sur les astrocytes. Ainsi, l'excitation neuronale est favorisée par une action synergique de la signalisation glutamatergique et purinergique autocrine dans les astrocytes. Ce nouveau mécanisme peut être particulièrement pertinent pour les conditions pathologiques dans lesquelles la concentration extracellulaire d'ATP est augmentée et agit comme un signal de danger majeur. Dans la seconde partie de ma thèse, nous rapportons que la photostimulation sélective des astrocytes ChR2 dans le gyrus denté facilite la transmission synaptique excitatrice sur les cellules granulaires via l'activation des NMDR pré-synaptiques contenant GluN2B. De plus, nous avons découvert que l'élévation intracellulaire du Ca2+ induite par l'ATP et dérivée de l'ATP contrôlait étroitement la libération du glutamate par les astrocytes au cours de la photostimulation des astrocytes. Nos résultats fournissent des preuves d'une relation étroite entre l'ATP dérivé d'astrocyte et le glutamate. / Astrocyte-derived gliotransmitters glutamate and ATP modulate neuronal activity. It remains unclear, however, how astrocytes control the release and coordinate the actions of these gliotransmitters. In the first part of my thesis, using transgenic expression of the light-sensitive channelrhodopsin 2 (ChR2) in astrocytes, we observed that photostimulation reliably increases action potential firing of hippocampal pyramidal neurons. This excitation relies primarily on a Ca2+-dependent glutamate release by astrocytes that activates neuronal extra-synaptic NMDRs. Remarkably, our results show that ChR2-induced Ca2+ increase and subsequent glutamate release are amplified by ATP/ADP-mediated autocrine activation of P2Y1 receptors on astrocytes. Thus, neuronal excitation is promoted by a synergistic action of glutamatergic and autocrine purinergic signaling in astrocytes. This new mechanism may be particularly relevant for pathological conditions in which ATP extracellular concentration is increased and acts as a major danger signal. In the second part of my thesis, we report that selective photostimulation ChR2 positive astrocytes in dentate gyrus facilitates excitatory synaptic transmission onto granule cells via the activation of pre-synaptic GluN2B-containing NMDRs. Moreover, we discovered that astrocyte-derived ATP-mediated intracellular Ca2+ elevation tightly controls glutamate release from astrocytes during astrocyte photostimulation. Our results provide evidence for a close relationship between astrocytic-derived ATP and glutamate.

Les cellules ciliées internes (CCI) sont les cellules sensorielles de l'organe de l'audition, elles transforment les ondes sonores en messages nerveux. Avant l’entrée en fonction de la cochlée, les CCI émettent spontanément des potentiels d’action (PA) calciques, ce qui active la voie auditive ascendante et assure le développement de l’axe tonotopique, à savoir la représentation du codage en fréquence, dans chaque relais de la voie auditive. Le profil et les mécanismes à l’origine des PA des CCI sont fortement débattus. Nous nous sommes donc attachés à étudier l’empreinte développementale des cellules sensorielles, c'est à dire déterminer le profil et les mécanismes à l’origine de leur activité.Après avoir incubé l’épithélium neuro-sensoriel avec la sonde calcique Fura2-AM, nous avons observé des vagues calciques se propageant le long des cellules de soutien et des cellules sensorielles. Plus précisément, l’activité des cellules ciliées se caractérisait par des élévations transitoires de calcium (pics calciques) à intervalles de temps réguliers. Nous avons ensuite démontré que les pics calciques des CCI correspondaient bien à des bouffées de PA en mesurant simultanément les oscillations calciques et l’émission de PA en patch-clamp. La fréquence, la durée et la distribution temporelle des pics calciques des CCI étaient en grande partie invariantes le long de l’axe base-apex de la cochlée. Enfin, les cellules voisines montraient une activité fortement synchrone à l’inverse des cellules spatialement éloignées. Ces résultats indiquent donc que l’activité des CCI est majoritairement identique le long de l’axe tonotopique de la cochlée.Nous nous sommes ensuite intéressés au mécanisme responsable de l’activité spontanée, la dépendance à l’ATP. L’incubation d’apyrase, une ecto-nucléotidase, entraine une diminution de l’activité des cellules de soutien, à savoir une réduction de l’aire et de la vitesse de propagation des vagues calciques. En revanche, l'activité des CCI n'est pas altérée par la déplétion d’ATP. Ces résultats suggèrent 2 mécanismes distincts, le premier ATP-dépendant et le second ATP-indépendant dans les cellules de soutien et sensorielles, respectivement.L’ensemble de ces résultats indique que la maturation des centres supérieurs serait déterminée par l’activation synchrone d’un nombre limité de cellules sensorielles. / During development, the sensory cells of the cochlea, the inner hair cells (IHCs), fire spontaneous calcium action potentials. This spontaneous spiking activity at the pre-hearing stage allows the IHCs to automatically stimulate the auditory nerve fibers and hence, ensures the proper shaping of the tonotopic organization along the ascending auditory pathway. Spontaneous spiking patterns may depend on the IHCs position on the cochlea (the tonotopic axis). Those patterns may also rely on ATP secretion from neighboring supporting cells. In this study, we used calcium imaging in the immature neuro-sensory epithelium of the cochlea, the Kölliker´s organ, to gain insights in the IHCs spiking activity. After loading the Kölliker´s organ with the calcium dye fura-2 AM, propagation of spontaneous calcium waves was readily observed across supporting and sensory cells. Both basal and apical IHCs were characterized by similar spontaneous calcium transients interspaced with silent periods, reminiscent of bursts of action potential recorded in patch-clamp. In addition, neighboring cells show a strong degree of synchronous activity. Incubation with apyrase, which hydrolyzes ATP, prevents the spontaneous calcium increase that propagates across the supporting cells within the Kölliker's organ. However, it leaves the spontaneous calcium transients in IHCs mostly unaffected. All these results show that the tonotopic map refinement in higher auditory centers comes from a coordinated activity of neighboring sensory cells, whose activity seems to be independent of ATP

La mouche Drosophila melanogaster est un modèle de choix dans l’étude des grandes fonctions neurophysiologiques notamment en raison de la disponibilité d’une importante variété d’outils disponibles (approches génétiques, pharmacologiques et comportementales). Le cerveau de la mouche, malgré sa simplicité apparente, est capable de traiter des fonctions complexes d’intégration des différents paramètres environnementaux nécessaires à sa survie. Dans le cerveau drosophile, les corps pédonculés (CP) sont des structures impliquées dans de nombreuses fonctions neurophysiologiques de premier plan telles que l'apprentissage et la mémoire olfactive, la régulation de l’activité locomotrice, l'orientation spatiale, la régulation du sommeil ou encore la prise de décision. Il a été montré par des approches associant essentiellement observations comportementales et outils génétiques que la voie de signalisation de l'AMPc joue un rôle crucial dans la réalisation des fonctions diverses des CP. Les cellules de Kenyon (CK) qui sont les cellules intrinsèques des CP, reçoivent principalement des afférences du système olfactif par l’intermédiaire des neurones de projections (PN) en provenance des lobes antennaires et des afférences neuromodulatrices (dopaminergiques et octopaminergiques). Les synapses entres PN et CK se font sur un mode cholinergique grâce à des récepteurs canaux à l’acétylcholine de type nicotinique (nAchR). Nous avons utilisé une technique récente d’imagerie calcique par bioluminescence utilisant une protéine recombinante, la GFP-Aequorine. Cette technique nous a permis de suivre l’activité cellulaire calcique consécutive à l’application de nicotine, un agoniste des nAchR. Grâce à l’observation de ces réponses suite à une combinaison d’approches génétiques corroborée par des approches pharmacologiques, nous avons pu mettre en évidence une modulation complexe et régionalisée de la réponse calcique dans les CP par l’AMPc et d’autres différents partenaires tels que des canaux K+ et Ca2+. Dans un premier temps, nous avons démonté l’existence d’une modulation directe de l’intensité de la réponse par l’AMPc. Nous avons également montré, pour la première fois, que des réponses Ca2+ « spontanées » peuvent être directement inductibles par augmentation de l’AMPc. Nous avons mis en évidence l’existence d’un nouveau partenaire de la modulation de la réponse des CP indépendant de la PKA : les CNG (Cyclic Nucleotides Gated Channels) dont le rôle n’avait jusqu’ici jamais été démontré dans les corps pédonculés. Enfin nous avons pu observer une régionalisation de la régulation de l’activité Ca2+ des CP par l’AMPc. Dans un deuxième temps nous nous somme intéressé aux principales conductances calciques et potassiques. Nous avons mis en évidence que différents canaux calciques voltages dépendants (VGCC) sont impliqués de façon régionalisée et séquentielle dans la formation de la réponse calcique. Il a pu également être démontré que le signal est modulé de façon différentielle dans les calices et les lobes par l’AMPc à travers différents canaux potassiques. Enfin des protocoles originaux ont été développés, tels que la micro application de drogue ou l’électrostimulation permettant d’étudier la neuromodulation dans les CP, à réutiliser pour des travaux ultérieurs du laboratoire. Ce travail est une première étape dans la compréhension des voies de signalisations et des mécanismes intracellulaires impliqués dans l’apprentissage et la mémoire olfactive. / In Drosophila, the Mushroom-Bodies (MBs) are implicated in multiple functions, as olfactory learning and memory, locomotor activity, spatial orientation, sleep, decision making, and up to now but indirectly, in various addiction. Notably, the MBs, which express the nAchR, receive their main inputs from the cholinergic olfactory pathways, through the Projections Neurons (PNs). In this thesis we characterized, at the cellular and molecular levels, the nicotine effect on the Kenyon cells (KCs: the intrinsic neurons) of the Mushroom-Bodies. We used the in-Vivo brain imaging approach, based on the Ca2+-Sensitive bioluminescent probe (GFP-Aequorin), to characterize the nicotinic induced Ca2+-Response on the KCs of the MBs. More specifically we searched the role of different partners involved in the cAMP pathway, in order to understand their roles in the different components of the response and in its modulation. First using both genetics and pharmacological approaches to interfere with different components of the cAMP signaling pathway, we first show that the Ca2+-Response is proportional to the levels of cAMP. Second, we reveal that an acute change in cAMP levels is sufficient to trigger a Ca2+-Response. Third, genetic manipulation of protein kinase A (PKA), a direct effector of cAMP, suggests that cAMP also has a PKA-Independent effect through the cyclic nucleotide-Gated Ca2+-Channel (CNG). Finally, the disruption of calmodulin, one of the main regulators of the rutabaga adenylate cyclase (AC), yields different effects between the calyx/cell-Bodies and the lobes, suggesting a differential and regionalized regulation of ACSecond we exploited both genetic approaches to interfere with different types of Ca2+- and K+-Channels, first we show that the disruption of the VGCC, as cacophony, Dmcα1d and Dmcα1g lead to a striking decrease of the Ca2+-Response both in the CCB and the lobes. Moreover, for two of them, cacophony and Dmcα1d, the duration of the response is importantly increased. Second, the disruption of the fast inactivating K+-Currents, as shaker (sh), shaker-Like (shal) and slowpoke (slo) reveal that the knocked-Down of shal and slo lead to a striking decrease of the Ca2+-Response, while the knocked-Down of sh has only a mild effect. Interestingly, the stimulation of the adenylate cyclase (AC) by the forskolin with the various K+-Channels disruption show an antagonist effect of the cAMP in the CCB between sh (inhibitory) and slow (excitatory) while AC simulation mediate excitatory effects in the ML though both shal and sh. Finally, the knock-Down of the two slow inactivating K+-Currents as shaker w (shaw) and shaker b (shab) also yields to a strong decrease of the Ca2+-Response In conclusion, our results provide new insights into the complexity of the Ca2+-Response in the MBs and are a first step toward deciphering the roles of the VGCC and K+-Channels in the multiples roles of the MBs. Finaly we developed several original protocols to explore the role of the neuromodulation on the KC.This work constitutes an important step toward a better understanding of the pathway required in learning and memory.

Le cancer de prostate (CaP) est le plus fréquent chez l’homme de plus de 50 ans. La généralisation du PSA et du dépistage du CaP a permis son diagnostic à des formes localisées (80% des formes diagnostiquées), accessibles à un traitement curatif. De plus, un certain nombre de ces formes localisées sont indolentes, de très faible risque, éligibles à une surveillance active (SA).Cependant, 15 à 25% des patients vont présenter une récidive 10 ans après un traitement curatif, et environ 30% des patients inclus en SA seraient en fait sous-évalués (cancer significatif). Il est donc nécessaire d’identifier de nouveaux biomarqueurs pronostiques capables de distinguer les tumeurs indolentes des tumeurs à haut risque, et capables d’améliorer la prédiction du risque de récidive après traitement curatif. Objectifs : Evaluer la valeur pronostique potentielle du remodelage de la signalisation calcique dans le cancer de prostate : 1) Evaluer le lien entre remodelage de la signalisation calcique et agressivité tumorale 2) Evaluer l’impact pronostique du remodelage de la signalisation calcique sur la récidive systémique après prostatectomie radicale(PR). 3) Evaluer l’apport du remodelage de la signalisation calcique dans la sélection des patients éligibles à la surveillance active. Méthodologie 1) Evaluation de l’expression (immunohistochimie) de TRPC1, TRPC4, Orai1 et STIM1 à différents stades de progression du CaP, et évaluation de l’impact pronostique de cette expression sur la récidive dans le CaP localisé à partir d’une cohorte de 238 patients. 2) Etude cas-témoin à partir d’une cohorte de 112 patients opérés d’un CaP localisé. Evaluation de l’impact pronostique de l’expression (immunohistochimie) de 10 acteurs de la signalisation calcique (Orai1, Orai2, Orai3, STIM1, STIM2, TRPV5 et V6, TRPC1 et C4, TRPM8) sur la récidive systémique après PR. 3). A partir d’une cohorte de patients ayant été opérés pour des cancers de faible risque, ont été inclus les patients potentiellement éligibles à une SA au moment du diagnostic (n=71). Etude de l’apport de la signalisation calcique dans la sélection des patients éligibles à la SA (marquage immunohistochimie sur biopsies et pièce opératoire : TRPC1 et C4, TRPV5 et V6, Orai1, STIM1) Résultats 1) Dans le Cap localisé, une surexpression de TRPC1 était associée à une prolifération plus faible et une meilleure survie sans récidive (indépendant des marqueurs pronostiques usuels). 2) Une surexpression de TRPC4, TRPV5 et TRPV6 est associée à un plus faible risque de récidive systémique après prostatectomie, et ce indépendamment des 5 facteurs pronostiques usuels. 3) Un marquage plus intense de TRPV6 sur les biopsies prostatiques semble associé à un CaP significatif, éligible à un traitement curatif d’emblée chez les patients présentant un CaP de faible risque. Conclusion : Sur pièce de PR, TRPC1, TRPC4, TRPV5 et TRPV6 possèdent une valeur pronostique indépendante et sont associés à un plus faible risque de récidive après PR. Sur biopsie prostatique, TRPV6 permet de distinguer les CaP indolents des significatifs chez les patients présentant un CaP de faible risque. / Prostate cancer (PCa) is the most common malignancy in men 50 years and older and the second leading cause of cancerrelated death in men in developed countries. Widespread PSA screening has allowed an increase rate of localised PCa at diagnosis, managed by curative treatment such as radical prostatectomy (RP), or active surveillance (AS) in case of indolent disease. However, 30% of patients experience biochemical relapse during the 10 years following RP. Moreover, 30% of patients in AS are undervalued and present a significant disease. It is therefore necessary to identify new prognostic biomarkers capable of distinguishing indolent from significant tumours, and capable to accurately predict the risk of recurrence after curative treatment. Objectives: To evaluate the potential prognostic value of calcium signalling remodeling in PCa: 1) To assess the impact of calcium signalling remodelling on tumour aggressiveness 2) To assess the prognostic value of calcium signalling remodelling on systemic recurrence after RP. 3) To assess the contribution of calcium signaling remodelling in the selection of patients for active surveillance (AS). Methods 1) Study of the expression (immunohistochemistry) of TRPC1, TRPC4, Orai1 and STIM1 at different stages of PCa, and assessment of the prognostic value of this expression on recurrence in clinically localised PCa (CLC) in a cohort of 238 patients. 2) Case-control study on a cohort of 112 patients who underwent RP for CLC. Evaluation of the prognostic impact of the expression (immunohistochemistry) of 10 actors of calcium signalling (Orai1, Orai2, Orai3, STIM1, STIM2, TRPV5 and V6, TRPC1 and C4, TRPM8) on systemic recurrence after RP. 3) From a cohort of patients who underwent RP for low-risk PCa, were enrolled patients potentially eligible for AS at the time of diagnosis (n = 71). We evaluated the impact of calcium signalling remodelling in patients selection for AS (immunohistochemical staining on biopsies and prostate specimens: TRPC1 and C4, TRPV5 and V6, Orai1, STIM1).Results 1) In CLC, an overexpression of TRPC1 was associated with a decreased proliferation, and with a higher rate of biochemical progression-free survival (independent of usual prognostic markers). 2) Overexpression of TRPC4, TRPV5 and TRPV6 was associated with a lower risk of systemic recurrence after RP, independently of the prognostic factors currently used. 3) More intense staining of TRPV6 on biopsies was associated with a significant PCa, for which a curative treatment is required. Conclusion: On RP specimens, overexpression of TRPC1, TRPC4, TRPV5 and TRPV6 has an independent prognostic value and is associated with a lower risk of recurrence after RP. On prostate biopsies, TRPV6 allows to distinguish indolent from significant disease in patients with low-risk PCa.

Cette étude est consacrée à la caractérisation de la migration de l'uranium dans une zone restreinte du site du Bouchet, ancienne usine de traitement de minerai d'uranium, aujourd'hui démantelé et en cours de réhabilitation. Certains déchets de cette usine ont été stockés dans une déposante réhabilitée à proximité, appelée le site d'Itteville. Dans le cadre de la surveillance de l'environnement autour de la déposante (air, eau, sédiment) imposée par arrêtés préfectoraux, un piézomètre (PZPK) situé à l'aval hydraulique de cette dernière, présente des pics d'uranium dissous total chaque hiver depuis les années 1990. Le PZPK collecte à la fois les eaux d'une formation tourbeuse calcique, saturée en eau, située entre la surface et 3 m, ainsi que l'eau d'une nappe alluviale vers 6 m de profondeur. Dans un premier temps, une caractérisation hydrogéochimique du site a mis en évidence le terme source d'uranium, qui se trouve dans la tourbe vers 0,8 m, écartant ainsi toute fuite provenant de la déposante. En effet, quelques microparticules d'oxyde d'uranium et d'oxyde mixte d'uranium-thorium ont été détectées, mais ne constituent pas la partie majeure du terme source. Dans un second temps, la chimie des eaux de tourbe et du PZPK a fait l'objet d'un suivi bimestriel de 2004 à 2007 permettant de comprendre les raisons des fluctuations saisonnières de [U]tot.diss.. Complétées par des modélisations géochimiques et une identification bactérienne par analyse de l'ADN 16S, les chroniques de chimie de l'eau ont mis en évidence une activité bactérienne sulfato-réductrice importante en été, entraînant des conditions plus réductrices et donc, une teneur en uranium dissous total limitée par la faible solubilité de l'uraninite UIVO2(s). En hiver, cette activité bactérienne étant minime et la pluviométrie efficace plus importante, les conditions sont plus oxydantes favorisant la forme U(VI), plus soluble, notamment sous la forme du complexe Ca2UO2(CO3)3(aq) mis en évidence par SLRT. Enfin, l'activité bactérienne sulfato-réductrice a été reproduite en laboratoire afin de mieux caractériser son impact sur la solubilité de l'uranium dans la tourbe. Divers paramètres ont été étudiés (sources de C, température, nutriments) afin de recréer des conditions à la fois proches et aussi éloignées de celles in situ. Les identifications bactériennes par analyse de l'ADN 16S, en fonction du temps d'incubation, ont confirmé une augmentation de la proportion des bactéries sulfato-réductrices. Parallèlement, la chimie de l'eau, ainsi que des calculs géochimiques et des observations MEB et analyses XANES, ont mis en évidence une diminution de [U]tot.diss., due à sa réduction en UO2(s) (certainement sous forme de nanoparticules). Bien que le mécanisme réactionnel n'ait pu être déterminé, à savoir biotique (réduction directe de U par les bactéries) ou abiotique (réduction indirecte), ces expériences ont montré que les bactéries sulfato-réductrices peuvent prévaloir au sein d'une population autochtone variée dans des conditions proches de celles in situ. De plus, la tourbe calcique étudiée contient un stock important de weddellite (CaC2O4.2H2O(s)), constituant un apport permanent d'ions oxalate C2O42- qui peuvent être utilisés comme source de C lors de la réduction des ions sulfate et/ou uranium en été.

Comme la plupart des Crustacés, Orchestia cavimana possède un exosquelette minéralisé qu'il renouvelle cycliquement. Du fait des mœurs terrestres de cet animal, ces cycles de mue sont associés à des processus de stockage et de résorption de calcium. Le stockage a lieu sous forme de concrétions calcaires au niveau de diverticules de l'intestin moyen appelés cæcums postérieurs. Les concrétions calcaires sont essentiellement constituées de carbonate de calcium amorphe précipité au sein d'une matrice organique comprenant une fraction protéique soluble et une autre insoluble dans un tampon contenant de l'EDTA. Des résultats précédents ont permis de mettre en évidence, parmi les constituants de la fraction soluble, une protéine acide de masse apparente en SDS-PAGE de 23 kDa qui a été appelée Orchestine. Cette protéine, dont le gène a été cloné et séquencé, n'est pas glycosylée et fixe le calcium. Le but de ce travail a été de poursuivre la caractérisation de ce marqueur protéique. Pour ce faire, nous avons montré qu'Orchestine est phosphorylée sur des résidus sérine et tyrosine. Afin d'étudier les relations entre ces phosphorylations et l'aptitude de la protéine à fixer le calcium, nous avons produit une protéine recombinante dépourvue de toute modification post-traductionnelle. La comparaison de l'aptitude à fixer le calcium des protéines native, native déphosphorylée par diverses phosphatases spécifiques, et recombinante nous a permis de conclure à l'importance fondamentale des sérines dans cette aptitude. De plus, Orchestine interfère dans la croissance in vitro de cristaux de carbonate de calcium. D'autre part, la protéine recombinante nous a permis de lever l'ambiguïté de la divergence de masse moléculaire de la protéine observée en SDS-PAGE (de 23 kDa) et de celle déduite de la séquence (de 12,4 kDa) et de conclure à la correspondance gène orchestine-protéine Orchestine. Enfin la protéine recombinante a été utilisée pour la production d'un anticorps polyclonal afin de localiser Orchestine dans les structures biominéralisées élaborées par O. cavimana lors de son cycle de mue. Orchestine semble non seulement localisée dans les couches non minéralisées des concrétions calcaires (structures de réserve du calcium) mais aussi dans celles des sphérules calciques (structures permettant la remobilisation du calcium). Les propriétés ainsi mises en évidence nous conduisent à envisager qu'Orchestine est une molécule-clé dans la formation des structures de stockage et déstockage élaborées de manière cyclique par O. cavimana.

Les canaux TREK sont des canaux mécano- et thermosensibles appartenant à la famille des canaux potassiques de fond à deux domaines pore, qui jouent un rôle majeur dans l’excitabilité cellulaire. Notre équipe a précédemment montré que les canaux TREK-1 et TRAAK sont des senseurs moléculaires essentiels dans la perception polymodale de la douleur et qu’ils interviennent dans l’excitabilité des nocicepteurs, modulant ainsi le message douloureux.Dans la première partie de ma thèse, j’ai étudié l’implication du canal TREK-1 dans l’activité antalgique de la morphine. Nous avons mis en évidence un couplage fonctionnel entre les canaux TREK-1 et TREK-2 et les récepteurs opioïdes µ et δ. Nous avons également montré que le canal TREK-1 est impliqué dans les effets périphériques et centraux de la morphine. Ces travaux ont permis d’impliquer le canal TREK-1 comme un médiateur de l’analgésie induite par la morphine agissant en aval des récepteurs aux opioïdes. La seconde partie de ma thèse a porté sur l‘étude du rôle du canal TREK-2 dans la perception de la douleur. En étudiant l’impact des canaux TREK-2 sur l’activité des nocicepteurs, j’ai pu montrer que le canal TREK-2 module la perception thermique des nocicepteurs cutanés. Toutefois, l’activité de TREK-2 dans la thermo perception est complémentaire de celle déjà rapportée pour les canaux TREK car, contrairement à TREK-1 et TRAAK, TREK-2 intervient dans la perception de températures non nocives. En conclusion, ces travaux montrent que les canaux potassiques de fond TREK jouent un rôle essentiel dans la perception et la modulation du message douloureux et pourraient être des cibles intéressantes pour le traitement de la douleur. / TREK channels are mechano- and thermo-activated channels belonging to the two-pore domains potassium channels family, which play a major role in neuronal excitability and cell firing. Our group previously demonstrated that TREK-1 and TRAAK channels are essential molecular sensors in polymodal pain perception and that they are involved in the excitability of nociceptors, thus modulating the nociceptive message. In the first part of this work, I investigated the implication of TREK-1 channel in the analgesic action of morphine, one of the most used analgesic. We reveal a functional coupling between TREK-1 and TREK-2 channels and opioid receptors µ and δ. We also show that TREK-1 channel is involved in peripheral and central effects of morphine. This work demonstrate that TREK-1 channel, downstream of the µOR, is an important mediator of morphine induced analgesia. During the second part of my work, I investigated the role of TREK-2 channel in pain perception. I assessed the impact of this channel on nociceptors and we reveal that TREK-2 channel modulates thermal perception of cutaneous nociceptors. However, we show that TREK-2 activity in thermal perception complements the one already reported for TREK-1 and TRAAK channels. Whilst TREK-1 and TRAAK are involved in noxious temperatures perception, TREK-2 intervene in non-aversive temperatures detection. Taken together, these results show that background potassium channels TREK are major contributors to pain message perception and transmission and that they might be interesting targets for the treatment of pain.

La première partie de cette thèse présente une revue historique sur les méthodes d'enregistrements d'activité neuronale, suivie par une étude sur une nouvelle technique d'imagerie pour le poisson zèbre : la microscopie par nappe laser 2 photon. En combinant, les avantages de la microscopie 2 photon et l'imagerie par nappe de lumière, le microscope par nappe laser 2 photon garantie des enregistrements à haute vitesse avec un faible taux de lésions photoniques et permet d'éviter l'une des principales limitations du microscope à nappe laser 1 photon: la perturbation du système visuel. La deuxième partie de cette thèse traite de la navigation dirigée. Après une revue exhaustive sur la chemotaxis, la phototaxis et la thermotaxis, nous présentons des résultats qui révèlent les bases neuronales de la phototaxis chez le poisson zèbre. Grace à des expériences de comportement en réalité-virtuelle, des enregistrements d'activité neuronale, des méthodes optogénétiques et des approches théoriques, ce travail montre qu'une population auto-oscillante située dans le rhombencéphale appelée l'oscillateur du cerveau postérieur (HBO) fonctionne comme un pacemaker des saccades oculaires et contrôle l'orientation des mouvements de nage du poisson zèbre. Ce HBO répond à la lumière en fonction du contexte moteur, biaisant ainsi la trajectoire du poisson zèbre vers les zones les plus lumineuses de son environnement (phototaxis). La troisième partie propose une discussion sur les bases neuronales des saccades oculaires chez les vertébrés. Nous concluons ce manuscrit avec des résultats préliminaires suggérant que chez le poisson zèbre, le même HBO est impliqué dans les processus de thermotaxis. / The first part of this thesis presents an historical overview of neural recording techniques, followed by a study on the development of a new imaging method for zebrafish neural recording: two-photon light sheet microscopy. Combining the advantages of two-photon point scanning microscopy and light sheet techniques, the two-photon light sheet microscope warrants a high acquisition speed with low photodamage and allows to circumvent the main limitation of one-photon light sheet microscopy: the disturbance of the visual system. The second part of the thesis is focused on goal-directed navigation in zebrafish larvae. After an exhaustive review on chemotaxis, phototaxis and thermotaxis in various animal models, we report a study that reveals the neural computation underlying phototaxis in zebrafish. Combining virtual-reality behavioral assays, volumetric calcium recordings, optogenetic stimulation, and circuit modeling, this work shows that a self-oscillating hindbrain population called the hindbrain oscillator (HBO) acts as a pacemaker for ocular saccades, controls the orientation of successive swim-bouts during zebrafish larva navigation, and is responsive to light in a state-dependent manner such that its response to visual inputs varies with the motor context. This peculiar response to visual inputs biases the fish trajectory towards brighter regions (phototaxis). The third part provides a discussion on the neural basis of ocular saccades in vertebrates. We conclude with some recent preliminary results on heat perception in zebrafish suggesting that the same hindbrain circuit may be at play in thermotaxis as well.

La leucémie lymphoïde chronique (LLC) constitue l'hémopathie maligne la plus fréquente dans les pays occidentaux et résulte d’une accumulation de lymphocytes B (LB) monoclonaux matures porteurs de la glycoprotéine CD5. Les LB de LLC sont également caractérisées par une altération de l'homéostasie du calcium avec, d'une part, la mise en évidence de facteurs de survie contrôlés par le calcium tels que phospho-ERK, NFAT-2 et IL-10, et d'autre part par une progression de la maladie qui est associée à la réponse au calcium. Tout d'abord, afin de mieux comprendre l'impact de la molécule CD5 sur les dérégulations du calcium, il a été montré que l'introduction d'un plasmide d'expression pour CD5 dans les lignées de cellules B humaines s'accompagnait d'une entrée calcique à l’état basale. Ensuite, cette entrée, appelée entrée constitutive, a été recherchée dans les LB de LLC pour montrer qu'elle caractérisait les patients non traités en phase d'évolution. Comme pour les lignées de cellules B CD5, cette nouvelle voie d'entrée du calcium est autonome et indépendante de la voie classique de signalisation du LB de LLC : BCR-IP3R. L'étude des protéines responsables de cet influx a permis de mettre en évidence, premièrement trois partenaires STIM1, Orai1 et TRPC1, et deuxièmement l'importance de la fraction membranaire de STIM1 (STIMPM) puisque l'utilisation d'un anticorps monoclonal anti-STIM1 (Acm) est capable d’inhiber l'entrée constitutive du calcium qui à son tour agit sur la survie des LB, pour les patients STIMPM positifs, lorsque l'Acm anti-STIM1 est utilisé en association avec le rituximab, un Acm thérapeutique anti-CD20. Enfin, la modélisation de la partie Cterminale de STIM1 permet d'envisager plusieurs cibles potentielles pour le développement de nouveaux Acm anti-STIM1. En conclusion, la mise en place, par le clone malin de LLC, d'une entrée constitutive du calcium favorise son agressivité et constitue donc une nouvelle voie thérapeutique contrôlable par l'utilisation d’Acm anti-STIM1 ce qui ouvre de nouvelles perspectives comme outils diagnostiques et thérapeutiques. / Chronic lymphocytic leukemia (CLL) is the most common hematological malignancy in Western countries and is a result of the accumulation of mature monoclonal B lymphocytes (B-CLL) carrying the CD5 glycoprotein. The B-CLL are also characterized by an alteration of calcium homeostasis with, on the one hand, the demonstration of calcium-controlled survival factors such as phospho-ERK, NFAT- 2 and IL-10, and on the other hand by a progression of the disease which is associated with the response to calcium. Initially, in order to better understand the impact of the CD5 molecule on calcium deregulations, it has been shown that the introduction of an expression plasmid for CD5 into human B cell lines was accompanied by a calcium entry in the basal state. Then, this entry, called constitutive entry, was sought in the B-CLL to show that it characterized untreated patients in the evolution phase.As with CD5 B cell lines, this new calcium entry pathway is autonomous and independent of the classical B-CLL signaling pathway: BCR-IP3R. The study of the proteins responsible for this influx made it possible to highlight, firstly three partners (STIM1, Orai1 and TRPC1), and secondly the importance of the membrane fraction of STIM1 (STIMPM) since the use of a human monoclonal antibody (mAb) anti-STIM1 is able to inhibit the constitutive entry of calcium which in turn acts on the survival of B-CLL, for STIMPM positive patients, when the anti-STIM1 mAb was used in combination with rituximab, a therapeutic anti-CD20 mAb. Finally, the modeling of the C-terminal part of STIM1 makes it possible to envisage several potential targets for the development of new anti-STIM1 mAbs. In conclusion, the introduction by the CLL malignant clone of a constitutive entry of calcium favors its aggressiveness and thus constitutes a new therapeutic pathway controllable by the use of anti-STIM1 mAb, which opens new perspectives like diagnostic and therapeutic tools.

En dépit de l'abondance de données scientifiques, les mécanismes cellulaires régulant la sécrétion du pic pré-ovulatoire de LH lors du proestrus, restent encore mal compris.Afin de pouvoir étudier les mécanismes sous-jacents à cette sécrétion, j’ai tout d’abord adapté des techniques innovantes d’imagerie fonctionnelle en microscopie de fluorescence in vivo, d’injections de vecteurs viraux dans l’hypophyse, d’optogénétique sur animal éveillé et d’immunohistofluorescence sur organe entier.J’ai ensuite montré la plasticité structurelle des cellules gonadotropes et des péricytes (cellules « murales » péri-vasculaires) lors du proestrus sur des hypophyses transparisées. Ce remodelage a permis de proposer l’existence d’une unité Gonadotrope-Vasculaire (GVU) composée des cellules gonadotropes, des capillaires fenêtrés et des péricytes dans laquelle ces derniers moduleraient le pic pré-ovulatoire de LH.La contraction des péricytes via l’activation de la Channelrhodopsine-2 a permis de mettre en évidence leur rôle dans la potentialisation de la sécrétion de LH chez des animaux libres de leurs mouvements et implantés d’une fibre optique.Des expériences de microscopie à l’aide d’une lentille GRIN implantée au-dessus de l’hypophyse ont permis, chez l’animal éveillé en configuration « tête-fixée », d’étudier le flux sanguin et l’activité calcique de cellules de la GVU exprimant GCaMP6. Cette étude a également été menée sur la face ventrale de l’hypophyse sur souris anesthésiée. Les résultats montrent une activité calcique in vivo augmentée dans les cellules endocrines hypophysaires et diminuée dans les péricytes lors d’une sécrétion de la LH induite par la GnRH. / In spite of abundance of scientific data, cellular mechanisms regulating the secretion of the pre-ovulatory LH surge during proestrus are still poorly understood.In order to study the mechanisms underlying this secretion, I adapted innovative tech-niques for in vivo fluorescence functional imaging, injection of viral vectors in the pitui-tary gland, optogenetics in awake animals and immunohistofluorescence in the whole organ.I then showed structural plasticity of gonadotroph cells and pericytes (perivascular "mural" cells) during proestrus in cleared hypophyses. This suggested the existence of a Gonadotroph-Vascular Unit (GVU) composed of gonadotroph cells, fenestrated capil-laries and pericytes, in which the latter would modulate the pre-ovulatory LH surge.Pericytes contraction via Channelrhodopsine-2 activation permitted to demonstrate their role in the sensitization of LH secretion in freely moving animals implanted with an optical fiber.Finally, blood flow and calcium activity in GVU cells expressing GCaMP6 were performed in awake « head-fixed » animals in which visualization of the pituitary gland was achievable through an implanted GRIN lens. These experiments were also conduct-ed at the ventral side of the pituitary gland in anesthetized mice. Analysis showed that in vivo calcium activity increases in endocrine cells and decreases in pericytes during GnRH-induced LH secretion.