L’exposition aux radiations laser infrarouge peut être utilisée afin de dépolariser des neurones et stimuler l’activité neuronale. Le mécanisme sous-jacent d’une telle stimulation est supposé résulter d’une interaction photothermique. En effet, l’absorption de la radiation infrarouge par le tissu biologique cible, et l’eau qu’il contient, induit une augmentation de température de manière localisée, qui soit influencerait directement les propriétés membranaires de la cellule soit agirait par le biais de l’activation de canaux ioniques thermo-sensibles. Dans la plupart des cas, l’activité électrique des neurones est mesurée électriquement à l’aide de microélectrodes, mais elle peut également être sondée par le biais de la microscopie de fluorescence faisant intervenir des indicateurs calciques. Dans ce travail, l’impact de l’exposition à la radiation infrarouge sur les signaux calciques de neurones a été étudié dans le but d’éclaircir et de préciser le mécanisme résultant de l’interaction photothermique. Des neurones HT22, issus d’hippocampe de souris, et des cellules U87, issues d’un glioblastome humain, ont été utilisés en tant qu’exemples de cellules électriquement excitables et non excitables respectivement. Afin de mesurer la température et les signaux calciques au niveau cellulaire, les fluorophores Rhodamine B et Fluo-4 ont été employés. Le montage, par conséquent tout optique, pour étudier l’influence de l’exposition infrarouge sur l’activité neurale est donc présenté, ainsi que la démarche scientifique menant à l’identification de l’implication de l’activité de la phospholipase C dans le mécanisme étudié. La possibilité de stimuler l’activité neurale in vivo, dans le cerveau d’une souris, avec une mesure simultanée des signaux calciques, est également démontrée à l’aide de souris transgéniques exprimant le GCaMP6S. / Infrared laser light radiation may be used to depolarize neurons and to stimulate neural activity. The underlying mechanism of such stimulation is believed to happen due to a photothermal interaction. The absorption of the infrared radiation by the targeted biological tissue inducing a local temperature increase which either directly influence membrane properties or act via temperature sensitive ion channels. Action potentials are typically measured electrically in neurons with microelectrodes, but they can also be observed using fluorescence microscopy techniques that use synthetic or genetically encoded calcium indicators. In this work, we studied the impact of infrared laser light on neuronal calcium signals to address the mechanism of these thermal effects. HT22 mouse hippocampal neurons and U87 human glioblastoma cells were used loaded with the fluorescent calcium dye Fluo-4 and with the temperature sensitive fluorophore Rhodamine B to measure calcium signals and temperature changes at the cellular level. Here we present our all-optical strategy for studying the influence of infrared laser light on neural activity, and the scientific approach leading to conclusion of the involvement of Phospholipase C activity during infrared neural stimulation. The ability of infrared exposure to trigger neural activity in mice brain in vivo is also investigated with the use of GCaMP6s transgenic mice.

Les activités électriques ectopiques à l’origine des épisodes de fibrillation atriale pourraient être dues à des échanges calciques anormaux dans les cardiomyocytes (CM) de veine pulmonaire (VP). Le cycle du calcium des CM de VP a donc été caractérisé et comparé à celui des CM d’oreillette gauche (OG) et de ventricule gauche (VG). Des outils ont été développés pour mesurer la régularité d’organisation des réseaux de tubules transverses et la contractilité des CM de VP. Contrairement aux CM d’OG et de VG, l’organisation hétérogène du réseau de tubules dans la population des CM de VP conduit à une grande variabilité de forme des transitoires calciques et d’amplitude de contraction. Au sein des VP, ces différents types de CM sont regroupés en îlots. La fréquence des libérations calciques spontanées est également plus grande dans les CM de VP que dans ceux d’OG et de VG. La population des CM de VP présente une dynamique calcique aux caractéristiques uniques pouvant être source d’arythmies. / Ectopic foci leading to atrial fibrillation episodes might be due to abnormal calcium handling by the pulmonary vein (PV) cardiomyocytes (CM). Therefore, the calcium cycle of PV CM was characterized and compared to those of left atria (LA) and left ventricle (LV) CM. Some tools have been developed to measure the organization of transverse tubular networks and contractility of PV CM. Unlike LA and LV CM, the heterogeneous organization of the tubular networks in the PV CM population leads to wide ranges of calcium transient shapes and contraction amplitudes. Within the whole PV, these different types of CM are gathered in islets. The frequency of spontaneous calcium release is also higher in PV CM than in LA and LV CM. The special features of the calcium handling properties of the PV CM population could be a source of arrhythmias.

La mucoviscidose (Cystic Fibrosis, CF) est caractérisée par des mutations dans le gène CFTR codant pour un canal chlorure situé à la membrane apicale des cellules épithéliales. La mutation principalement retrouvée chez les patients (CF) est la mutation F508del qui entraine une rétention du canal dans le RE des cellules, et son absence à la membrane apicale. Cette mutation va avoir de nombreuses conséquences sur la signalisation cellulaire. Outre la perte d’activité de canal chlorure du CFTR, de nombreux canaux ioniques sont dérégulés entrainant notamment des défauts dans la sécrétion d’ions et d’eau par les épithéliums. Une forte dérégulation de l’homéostasie calcique des cellules exprimant la mutation F508del a également été montrée, et pourrait participer de manière importante aux différentes atteintes cellulaires observées dans ces cellules. L’objectif de cette thèse a été d’une part de poursuivre la description de la dérégulation de l’homéostasie calcique observée dans la mucoviscidose et d’autre part de caractériser l’implication d’une protéine du RE sensible au Ca2+, la caluménine, dans ces dérégulations et dans la biosynthèse du CFTR. Nous avons retrouvé dans notre modèle cellulaire de cellules épithéliales bronchiques CF un certain nombre des dérégulations de l’homéostasie calcique décrites précédemment et mis en évidence de nouvelles dérégulations. Ainsi une modulation de l’activité des pompes SERCA et PMCA due à la dérégulation de l’interaction entre le CFTR muté et ces protéines a été identifiée pour la première fois. Nous avons de plus démontré que la caluménine joue un rôle important de chaperonne du CFTR et que la modulation de son expression régule la biosynthèse du CFTR. Nos travaux ont de plus établi l’implication de la caluménine dans la régulation de l’activité des pompes SERCA dans les cellules épithéliales bronchiques. / Cystic Fibrosis (CF) is characterized by mutations in the CFTR gene that encodes for an apical plasma membrane chloride channel in epithelial cells. The most common mutation found in CF is the F508del mutation, which lead to the synthesis of a wrongly conformed CFTR protein sequestered in the endoplasmic reticulum (ER) and absent of the plasma membrane. CFTR ER retention has important consequences on cell signaling. Besides its Cl- channel activity, CFTR regulates many ionic channels, and its mutations lead to defects in epithelial ionic and water secretion. Moreover an important deregulation of Ca2+ homeostasis is observed in CF cells that impacts a large range of cellular functions. The aim of this work was firstly to pursue the description of Ca2+ homeostasis defects in CF cells, and secondly to characterize the implication of calumenin, an ER Ca2+-sensitive protein, in these deregulations and in CFTR biosynthesis. We observed in our CF epithelial cell models some of the previously described deregulations in Ca2+ homeostasis, and highlighted new deregulations. Indeed, we showed for the first time perturbations of SERCA and PMCA pumps activities in CF cells. These deregulations are mediated by a modified interaction of these pumps with CFTR. Moreover, we demonstrated that calumenin acts as a CFTR chaperone, and modulating calumenin expression modifies CFTR biosynthesis. Finally, we also characterized calumenin implication in epithelial cell Ca2+ homeostasis.

L’augmentation transitoire de la concentration calcique intracellulaire constitue l’élément déclencheur de nombreux processus physiologiques tels que la fertilisation de l’ovocyte, la contraction ou la mort cellulaire. L’influx de calcium à la suite de l’activation des récepteurs de l’acétylcholine (RACh) dans les muscles ou les neurones est un événement bref et localisé. Le recrutement, direct ou indirect, des canaux calciques voltage-dépendants permet de convertir cette stimulation aigue en un événement prolongé dans l’espace et le temps, menant à la contraction musculaire, à l’exocytose des neurotransmetteurs ou à la régulation de l’expression des gènes. Les RACh et les canaux de type L étant conservés au cours de l’évolution, nous utilisons la cellule musculaire du nématode Caenorhabditis elegans comme modèle d’étude afin de mieux caractériser la biologie et les mécanismes de régulation de ces protéines. Au cours de ma thèse, j’ai travaillé sur deux situations indépendantes de suractivation de l’homéostasie calcique impliquant ces acteurs, i) l’hyperactivation des canaux calciques voltage-dépendants par des mutations gain-de-fonction, ii) la suractivation pharmacologique des RACh à l’aide d’un agoniste cholinergique, le lévamisole. La première étude a consisté en la caractérisation de trois mutations gain-de-fonction dans le gène codant la sous-unité a1 du canal calcique de type L. Ce travail s’inscrivait dans un projet visant à isoler des mutants supprimant les défauts d’excitabilité engendrés par l’hyperactivité des canaux de type L, afin d’identifier de nouveaux partenaires fonctionnels de ces canaux. Ce projet a été interrompu par la mise en place de la deuxième étude, dans laquelle j’ai utilisé l’exposition au lévamisole pour explorer la réponse cellulaire face à une suractivation cholinergique. J’ai montré que la signalisation cholinergique était contrôlée par un inhibiteur associé aux récepteurs, et que les RACh subissaient des modifications quantitatives à court ou long terme. Enfin, j'ai exploité le phénotype de résistance partielle au lévamisole pour réaliser un crible génétique à grande échelle visant à identifier de nouveaux régulateurs des récepteurs / Calcium transients trigger various physiological processes, including oocyte fertilization, contraction or cell death. In neurons or muscles, calcium influx following acetylcholine receptor (AChR) opening is a brief and confined event. By recruiting, directly or not, voltage-dependent calcium channels, this calcium entry is amplified through space and time and leads to muscle contraction, neurotransmitter exocytosis or gene regulation.As AChRs and L-type voltage-gated calcium channels are evolutionarily conserved, we use Caenorhabditis elegans striated muscle cells as a model to characterize the biology and regulation mechanisms of these proteins. During my PhD I worked on two independent situations involving overactivation of calcium homeostasis, i) hyperactivation of L-type calcium channels by gain-of-function mutations within the main subunit, ii) pharmacological overactivation of AChRs using the cholinergic agonist levamisole. The functional characterization of three gain-of-function mutations was the first step of a project aiming to identify new molecular partners of L-type channels, by isolating mutants suppressing excitability troubles introduced by these gain-of-function mutations. This work was interrupted when I started the second study: I used levamisole exposure as an experimental paradigm to investigate how muscle cells are coping with cholinergic overstimulation. I showed that cholinergic signaling is regulated by an inhibitor associated with the receptors, and that AChRs undergo quantitative changes at short or long term. Finally I took advantage of partial levamisole resistance phenotype to undertake a genetic screen in order to identify new regulators of AChRs

Ce travail porte sur la mise au point, le développement et l’étude de la dégradation et de la biocompatibilité d’un nouveau ciment phosphocalcique modifié par ajout de strontium. Un ciment composite formé par l’insertion de microsphère de PLAGA a aussi été développé. Ces ciments ont un intérêt thérapeutique en orthopédie et en chirurgie maxillo-faciale pour le comblement ou le renforcement osseux. Les caractéristiques mécaniques, rhéologiques et radiologiques du ciment et du composite ont été évaluées et optimisées pour rendre leurs formulations à la fois résistantes, injectables et radio-opaque. Un travail de développement à été mené pour répondre au mieux au cahier des charges clinique de ce type de substitut osseux. La chimie de la réaction au sein du ciment à été étudiée pour connaître les mécanismes réactionnels, l’évolution et le produit final de la réaction de prise. Des tests in vitro sur la dégradation par dissolution passive des constituants du ciment et du composite ont été réalisés ainsi que l’étude de la biocompatibilité sur des cultures cellulaires. Des expérimentations animales sur la peau de souris et sur le tibia de lapin ont permis de confirmer la biocompatibilité du ciment et du composite et de donner une première évaluation de sa résorption et de son remplacement par du tissu osseux néo formé. / The aim of this thesis is to design and develop a new calcium phosphate cement modified by addition of strontium and a composite cement formed by the insertion of PLAGA microspheres.These cements have a therapeutic interest in orthopaedic and maxillofacial surgery for bone filling or reinforcement.The mechanical, rheological and radiological properties of cement and composite were evaluated and optimized to improve their mechanical strength, injectability and radio-opacity. Development works were conducted to meet clinical specifications required for this type of bone substitute.The cement chemistry was studied to determine the reaction mechanisms, evolution and the final product of the setting reaction. In vitro tests on the degradation of cement components and composites were performed and the biocompatibility was studied by cell cultures.Animal experiments on mouse skin and rabbit tibia have confirmed the biocompatibility of these cements and provide a preliminary assessment of its resorption and replacement by newly formed bone tissue.

Les odeurs résultent la plupart du temps de la perception de mélanges de molécules odorantes. De nombreuses études ont montré que les caractéristiques perceptives des mélanges d’odorants sont souvent différentes de celles de leurs constituants. Ainsi l’intensité odorante d’un mélange peut être supérieure (synergie ou hyper-addition) ou inférieure (hypo-addition) à la simple somme arithmétique des intensités des constituants du mélange. Les mélanges d’odorants peuvent également donner lieu à de nouvelles qualités d’odeurs (perception synthétique) ou laisser apparaître celles des constituants (perception analytique). Cependant, les mécanismes biologiques impliqués dans la perception des mélanges restent méconnus. Quelques études montrent que des interactions à l’entrée du système olfactif pourraient jouer un rôle important dans le traitement de l’information olfactive. En effet, des interactions compétitives et non compétitives ont été observées au niveau des récepteurs olfactifs (RO) et des neurones sensoriels olfactifs (NSO). Dans cette thèse, nous avons étudié en parallèle les réponses des RO et des NSO ainsi que les réponses comportementales à trois mélanges binaires: Octanal (Oct) + Citronnellal (Cit), Oct + Méthional (Méth) et acétate d’isoamyle (ISO) + whisky lactone (WL). Trois approches ont été mises en œuvre: i) des études in vitro des RO par imagerie calcique sur des cellules HEK293; ii) des mesures ex-vivo d’électro-olfactogrammes au niveau des NSO de rat ; iii) des études psychophysiques chez l’Homme. Les résultats ont montré de fortes similitudes entre les réponses des RO/NSO et les réponses perceptives chez l’Homme pour les mélanges Oct + Méth et WL + ISO. Les liens sont moins importants pour le mélange Oct + Cit pour lequel les RO étudiés génèrent des réponses différentes de celles observées aux niveaux plus intégrés. Globalement, ces résultats soutiennent l'hypothèse que les interactions qui se produisent au niveau périphérique contribuent de manière significative au codage olfactif des mélanges odorants / Odours result from the perception of odorant mixtures. Several studies reported that perceptual characteristics of these mixtures are often different from those of their individual components. It has been shown that odour intensity for mixtures can be higher (synergy/hyper-addition) or lower (hypo-addition) than the simple arithmetic sum of each component’s intensity. Besides, mixtures can also give rise to novel odour qualities (configural perception) or conversely are perceived as the juxtaposition of individual components’ odour quality (elemental perception). However, the biological mechanisms that govern odour mixture perception remain unclear, even if there is increasing evidence that peripheral phenomena could play an important role in mixture processing. Indeed, competitive and non-competitive interactions have been observed at the olfactory receptor (OR) and olfactory sensory neuron (OSN) levels. In this PhD work, we investigated in parallel the responses of OR, ON and human behavioural responses for three binary mixtures of odorants: Octanal (Oct) + Citronellal (Cit), Oct + Methional (Meth) and isoamyl acetate (ISO) + whiskey lactone (WL). Three types of experiments were performed: (i) in vitro OR calcium imaging of HEK293 cells; (ii) ex vivo electro-olfactogram measurement on rat OSN; (iii) psychophysical measurements in human. Our results showed clear similarities between the responses of OR/OSN and perceptual responses in human for the two mixtures Oct + Meth and ISO + WL, whereas for the Oct + Cit mixture, OR responses are hardly reconcilable with more integrated responses. Taken together, these findings support the hypothesis that interactions occurring at the peripheral level of the olfactory system contribute significantly to the olfactory coding of odour mixture

L'un des principaux objectifs des neurosciences est de comprendre comment les fonctions cognitives sont codées par la dynamique des grands réseaux neuronaux. L'étude de la perception sensorielle a principalement été axée sur l'enregistrement de l'activité neuronale induites par des stimulations sensorielles. Une approche alternative réside dans l'utilisation des illusions sensorielles. Ainsi, la perception sensorielle peut avoir lieu en l'absence de stimulation physique externe. Nous avons utilisé une approche multidisciplinaire combinant l'imagerie calcique à deux photons, le comportement moteur et l'optogénétique. Nous avons pu montrerque la larve de poisson zèbre est capable de percevoir " l'effet après mouvement " (EAM). En utilisant l'optogenetique (halorhodopsine) nous avons été capables d'inhiber les mouvementes oculaires pendant la présentation du stimulus conditionné (SC). Nous avons montré que les mouvements des yeux lors du SC ne sont pas impératifs pour l'induction de l'EAM, ce qui suggère que l'EAM n'est probablement pas d'origine musculaire. En utilisant la microscopie à deux photons nous avons montré une habituation de neurones tectales au cours de l'EAM. Cette habituation se dégrade selon une échelle de temps qui correspond au comportement oculo-moteur, lors de l'EAM. En revanche, les cellules ganglionnaires de la rétine ne sont pas habitués. Ceci indique que le toit optique, mais pas la rétine, joue un rôle prépondérant dans l'induction du EAM. Cette approche multidisciplinaire permet de comprendre de façon plus approfondie les mécanismes neuronaux sous-jacents au EAM, et de spéculer sur le corrélat neuronal de la perception du mouvement. / One of the main goals in neuroscience is to understand how cognitive functions are encoded by the dynamics of large neuronal networks. The main stream to study sensory perception has mainly focused on sensory stimulation and neuronal recordings of the induced neural responses. An alternative approach is the use of sensory illusions, in which sensory perception take place in the absence of physical external stimulation. For this purpose, we have used a multidisciplinary approach combining the zebrafish larva as the experimental model, two-photon calcium imaging, motor behavior and optogenetics. We showed that the zebrafish larva is capable of perceiving motion after-effect (MAE). Using optogenetics (halorhodopsin) to prevent eye movements during the presentation of the conditioning stimulus (CS), we showed that pursuit eye movements during CS are not imperative for the induction of MAE, suggesting that neither muscular fatigue nor eye-muscle proprioception feedback play a role in the generation of MAE. Furthermore, we used two-photon microscopy in combination with transgenic fish expressing GcaMP3 . We first observed that during MAE, neurons in the optic tectum (the largest and highest visual brain center of the larva) were strongly habituated. This habituation later decayed with a temporal scale that matched that of the optomotor MAE-like behavior. In contrast, no significant habituation was observed in the retina, Thus, we suggested that the optic tectum but not the retina plays a role in generation of MAE. Our approach contributed to a more comprehensive view of the neuronal mechanisms underlying MAE, and shed light on the neuronal correlate of motion perception

L’hypertension pulmonaire (HTP) est la principale pathologie de la circulation pulmonaire et a un très mauvais pronostic. Elle se caractérise par une hyperréactivité et un remodelage des petites artères pulmonaires (AP) entraînant une augmentation progressive des résistances vasculaires pulmonaires, qui, ultimement, aboutit à une insuffisance cardiaque droite et au décès du patient. Il est admit que le calcium joue un rôle très important aussi bien dans les mécanismes de remodelage que dans l’hyperréactivité des AP observés dans l’HTP. Dans le présent travail, nous avons étudié l’expression et le rôle d’une famille particulière de canaux calciques, les TRPV, dans les AP de rats contrôles (normoxiques) et souffrant d’hypertension pulmonaire (rats hypoxiques chroniques et traités à la monocrotaline). Nous montrons que (1) les canaux TRPV1, V2 et V4 sont exprimés dans les AP et que cette expression est augmentée au cours de l’HTP ; (2) la stimulation de ces canaux par des agonistes spécifiques induit une augmentation de la concentration calcique intracellulaire dans les cellules musculaires lisses (CML) ; (3) le récepteur à la ryanodine de type 2 (RRy 2) du réticulum sarcoplasmique est impliqué dans la voie de signalisation dépendante de TRPV4 et que son expression est également augmentée au cours de l’HTP ; (4) les canaux TRPV1 et TRPV4 sont impliqués dans la migration des CML, processus fondamental du remodelage ; (5) les contractions induites par l’activation de TRPV2 et TRPV4 dans les AP de rats hypertendus sont significativement diminuées par la streptomycine, un inhibiteur des canaux SAC (stretch activated channels). Ce travail démontre donc l’implication des canaux TRPV à la fois dans l’hyperréactivté et le remodelage des AP. De nouveaux traitements ciblant les canaux TRPV pourraient constituer une approche thérapeutique innovante de l’hypertension pulmonaire. / Pulmonary hypertension (PH)) is the primary pathology of the pulmonary circulation and has a very bad prognostic. This disease is characterized by a hyperreactivity and remodelling of small pulmonary arteries (PA) leading to a progressive increase in pulmonary vascular resistance which ultimately leads to right heart failure and death of the patient. It is admitted that calcium plays an important role both in the mechanisms of remodelling and in the hyperresponsiveness of PA observed in PH. In the present work, we studied the expression and the role of a particular family of calcium channels, TRPV channels, in PA from control rats (normoxic) and pulmonary hypertensive rats (chronically hypoxic and monocrotaline-treated rats). We show that (1) TRPV1, V2 and V4 channels are expressed in the PA and that their expression are increased in PH; (2) stimulation of these channels by specific agonists induces an increase in the intracellular calcium concentration in smooth muscle cells (SMC), (3) the ryanodine receptor type 2 (RRy2) of the sarcoplasmic reticulum is involved in the TRPV4-dependent signaling pathway and its expression is also increased in PH, (4) TRPV1 and TRPV4 channels are involved in the migration of SMC, the fundamental process of remodelling, (5) contractions induced by activation of TRPV2 and TRPV4 in the PA from hypertensive rats are significantly decreased by streptomycine, an inhibitor of stretch activated channels (SAC). This work thus demonstrates the involvement of TRPV channels in both the hyperreactivity and remodelling of PA. New treatments targeting TRPV channels could be an innovative therapeutic approach for pulmonary hypertension.

Le calcium (Ca2+) joue un rôle prépondérant dans la fonction de nos neurones et du système nerveux central. Différents travaux ont rapporté que la dérégulation de l’homéostasie calcique, est associée au développement de la Maladie d’Alzheimer (MA). Durant ma thèse, j’ai étudié l’implication de deux acteurs importants de l’homéostasie calcique du Réticulum Endoplasmique (RE) : 1) le Récepteur de la Ryanodine (RyR) faisant sortir le Ca2+ vers le cytosol et 2) l’isoforme tronquée de la Sarco-Endoplasmic Reticulum Ca2+ ATPase 1 (S1T), ayant perdu la fonction de pompe calcique et jouant un rôle dans la fuite passive du Ca2+ du RE. Au cours de ma thèse j’ai démontré le mécanisme moléculaire impliqué dans la dérégulation de l’activité de l’isoforme RyR2 dans des modèles d’étude in vitro et in vivo de la MA. Nous avons montré que le RyR2 subit des modifications post-traductionnelles (MPTs) (phosphorylation, oxydation, nitrosylation) dans le cerveau de patients atteints de la MA et dans des modèles murins de la maladie. Nous avons identifié une cascade dans laquelle l’Amyloïde β (Aβ) active les récepteurs β2-Adrénergiques, conduisant aux MPTs du RyR2 aboutissant à la dissociation de la protéine régulatrice Calstabine2 du macrocomplexe du RyR2 et à l’augmentation de la fuite de Ca2+ du RE. Nous avons aussi mis en évidence la possibilité de réduire les MPTs du RyR2 et de stabiliser la Calstabine2 sur le macrocomplexe RyR2 en inhibant pharmacologiquement la cascade β2-Adrénergique. Par ailleurs, nous avons également stabilisé la Calstabine2 par des moyens pharmacologiques (in vitro et in vivo) ou génétiques (in vivo). Nos résultats montrent que cela permet non seulement de limiter la fuite de Ca2+ mais également de réduire le métabolisme du Précurseur du Peptide Amyloïde (APP) et les dépôts d’Aβ in vitro et in vivo et le déficit cognitif et les défauts de plasticité synaptique dans deux modèles murins d’étude de la MA. Nos résultats ont également montré l’existence d’une boucle d’amplification de la pathologie dans laquelle la dérégulation calcique liée au RyR accroit la production de l’Aβ qui va en retour induire les modifications du RyR. Par ailleurs, je me suis également intéressé à l’implication potentielle de S1T dans la MA. Nos résultats révèlent : 1) l’expression de S1T dans les cerveaux de patients Alzheimer et dans un modèle in vitro de la MA ; 2) l’induction de S1T par l’Aβ, 3) l’impact de l’expression de S1T sur le métabolisme de l’APP et 4) l’impact de l’expression de S1T sur la neuroinflammation dans des modèles in vitro et in vivo. L’article issu de cette seconde étude est en cours de soumission. Ainsi l’augmentation de la fuite du Ca2+ du RE vers le cytosol semble être particulièrement impliquée dans la physiopathologie de la MA. Le canal RyR2 se révèlerait être un candidat intéressant à cibler pour des approches thérapeutiques visant à réguler son activité dans le but de prévenir ou guérir la MA. / Calcium (Ca2+) plays a major role in the function of our neurones and central nervous system. Various studies reported that the deregulation of Ca2+ homeostasis is associated with the development of Alzheimer’s Disease (AD). During my PhD, I studied the implication in two important actors of the Endoplasmic (ER) Ca2+ homeostasis. 1) The Ryanodine Receptor (RyR) which leads Ca2+ from the ER towards the cytosol and 2) the truncated isoform of the Sarco-Endoplasmic Reticulum Ca2+ ATPase 1 (S1T), which loses its Ca2+ pump function and plays a role in the ER passive Ca2+ leak. During my thesis I demonstrated the molecular mechanism involved in the deregulation of RyR2 isoform activity in in vitro and in vivo AD models. We have shown that RyR2 undergoes post-translational modifications (PTMs) (phosphorylation, oxidation, nitrosylation) in the brains of patients with AD and in murine models of the disease. We have identified a cascade in which Amyloid β (Aβ) activates β2-adrenergic receptors, leading to RyR2 PTMs resulting in dissociation of Calstabine2 regulatory protein from RyR2 macrocomplex and increased ER Ca2+ leakage. We have also demonstrated the possibility of reducing RyR2 PTMs and stabilizing Calstabine2 on the RyR2 macrocomplex by pharmacologically inhibiting the β2-adrenergic cascade. In addition, we have also stabilized Calstabine2 by pharmacological (in vitro and in vivo) or genetic (in vivo) means. Our results show that this is not only limiting Ca2+ leakage but also reducing the Amyloid Peptide Precursor (APP) metabolism and Aβ deposits in vitro and in vivo, and cognitive deficit and synaptic plasticity defects. two murine models of AD. Our results also showed the existence of a loop amplificating the pathology in which RyR-related calcium deregulation increases the production of Aβ, which in turn induces RyR modifications. In addition, I was also interested in the potential involvement of S1T in AD. Our results reveal: 1) the expression of S1T in the brains of Alzheimer patients and in an in vitro model of AD; 2) the induction of S1T by Aβ, 3) the impact of S1T expression on the metabolism of APP and 4) the impact of S1T expression on neuroinflammation in in vitro and in vivo models. The article from this second study is being submitted. Thus, the increase of the ER Ca2+ leakage towards the cytosol appears to be particularly involved in the pathophysiology of AD. The RyR2 channel would prove to be an interesting candidate to target for therapeutic approaches aimed at regulating its activity in order to prevent or cure AD.

Les techniques optogénétiques ont laissé entrevoir un potentiel exceptionnel dans l’étude des mécanismes gouvernant l’intégration de l’information dans le système nerveux. Afin d’établir les relations existant entre des séquences d’activité neuronale définies et le comportement, les techniques optiques doivent permettre d’appréhender des groupes de neurones avec une résolution cellulaire chez l’animal éveillé et mobile. Jusqu’alors, l’activité neuronale chez l’animal vigile non contraint n’a été contrôlée que via l’illumination en champs large. Dans ce travail, nous démontrons une résolution proche de la cellule unique pour la photoactivation, chez l’animal éveillé et mobile, à l’aide d’un fibroscope. Les motifs de photoactivation, produits par holographie, sont transmis jusqu’à la souris par un guide d’image couplé à un micro-objectif. Une imagerie de fluorescence permet de localiser les cellules d’intérêt et d’enregistrer l’activité neuronale, par épifluorescence, illumination structurée, ou encore microscopie confocale multi-point sans balayage. Le fibroscope est testé chez l’animal anesthésié et chez l’animal éveillé et mobile, dont les interneurones de la couche moléculaire du cervelet expriment les protéines ChR2-tdTomato et GCaMP. Nous avons généré des signaux calciques somatiques en ciblant les corps cellulaires avec des spots de photoactivation de 5µm de diamètre. Chez l’animal anesthésié, nous avons démontré que la photoactivation pouvait être réalisée avec une résolution latérale de 10µm et une résolution axiale de 40µm, en considérant la demi-largeur à mi-hauteur de la courbe de résolution. Nous avons montré qu’un ou plusieurs soma pouvaient être ciblés sélectivement. Chez l’animal éveillé et mobile, le champs de vue est resté stable au cours des acquisitions. Nous avons trouvé une résolution latérale pour la photoactivation égale à 10µm, démontrant une résolution de photoactivation proche de la cellule unique chez l’animal vigile non contraint. / Optogenetics has shown great potential to study the mechanisms governing information integration in the brain. To link specific spatiotemporal activity patterns and behaviours, optical methods should provide simultaneous access to a group of neurons with single cell resolution in freely behaving animals. So far, however, optogenetic control of neural activity in freely behaving rodents has been performed with widefield illumination only. Here, we demonstrate photoactivation with near-cellular resolution in freely behaving mice using a fiberscope. Photoactivation patterns, produced with computer-generated holography, were transmitted to the mouse using a fiber bundle coupled to a micro-objective. Fluorescence imaging allowed locating cells and recording neuronal activity, via either epifluorescence, structured illumination, or scanless multi-point confocal microscopy. The fiberscope was tested both in anesthetized and freely-behaving mice co-expressing ChR2-tdTomato and GCaMP proteins in cerebellar molecular layer interneurons. By targeting an interneuron soma with a 5µm diameter photoactivation spot, we could elicit a calcium transient. In anesthetized animals, we demonstrated that photoactivation could be performed with 10µm and 40µm lateral and axial resolution, half-width at half maximum, respectively. We showed that either a single or multiple somata could be selectively targeted. In awake unrestrained animals, the field of view remained stable during our acquisitions. We found that photoactivation lateral resolution remained equal to 10µm, demonstrating photoactivation with near-cellular resolution in freely behaving mice.