Les cellules ciliées internes (CCIs) de la cochlée encodent les signaux acoustiques en impulsions électriques au niveau des synapses à ruban formées avec les fibres afférentes du nerf auditif. L'exocytose des vésicules glutamatergiques par les CCIs est déclenchée par l'activation des canaux calciques Cav1.3 et par l'otoferline, le senseur calcique intracellulaire présumé. Les mécanismes moléculaires précis régulant cette exocytose restent encore mal compris, notamment ceux à l’origine de sa précision temporelle, sa vitesse élevée en phase avec le signal acoustique("phase-locking" jusqu'à 1-2 kHz) et son infatigabilité. Nous montrons que la spécificité des synapses à ruban auditive et vestibulaire passe par une organisation spatiale spécifique des canaux Cav1.3 dans les zones actives. Les CCIs utilisent différentes isoformes de canaux Cav1.3, notamment des isoformes courtes tronquées dans leur partie C-terminale. Ces isoformes courtes (Cav1.343S et Cav1.342A) sont essentiellement impliquées dans le déclenchement et dans l'adaptation rapide de l'exocytose. Cette adaptation se réalise au niveau des canaux Cav1.3 à la fois en intracellulaire par le Ca2+ et en extracellulaire parles protons secrétés lors de l'exocytose. Les isoformes longues (Cav1.342L et Cav1.3∆44),positionnées en périphérie du ruban, réguleraient le recrutement vésiculaire. Par ailleurs, nous montrons que l'organisation spatiale des canaux Cav1.3 est dépendante d'un cytosquelette d'actine-F au ruban synaptique. La clarine 1 (protéine Usher IIIA) interagirait avec l'actine-F, l'harmonine (protéine PDZ, Usher IC) et la sous-unité β2 des canaux calciques pour organiser les canaux Cav1.3 dans les zones actives. / Cochlear inner hair cells (IHCs) encode acoustic signals into nerve impulses at their ribbon synapses formed with the auditory afferent fibers. The exocytosis of glutamatergic vesicles is triggered by voltage activation of Cav1.3 channels and requires otoferlin, the putative intracellular Ca2+ sensor. The precise molecular mechanisms of exocytosis still remain elusive, notably the mechanisms allowing the temporal precision, the high rates of vesicular fusion (high frequency phase-locking with sound) and the indefatigability of the process. We show here that exocytosis in auditory and vestibular hair cells relies on a specific tight spatial organization of Cav1.3 channels at the active zones. Auditory IHCs use different Cav1.3isoforms, notably short C-terminal isoforms (Cav1.343S et Cav1.342A). These short Cav1.3isoforms essentially trigger the RRP exocytosis (Readily Releasable Pool of vesicles) and are at the origin of its fast adaptation. This fast exocytotic adaptation is based both on an intracellularCa2+ dependant inactivation of the Ca2+ current and on its extracellular block by exocytosed protons. Long Cav1.3 isoforms (Cav1.342L et Cav1.3∆44) regulate the vesicular recruitment at the active zones. Furthermore, our results show that a synaptic actin cytoskeleton is essential for the tight spatial organization of the Cav1.3 channels at the ribbons. Clarin 1 (Usher IIIA protein),through its interactions with the F-actin network, harmonin (PDZ protein, Usher IC) and the Ca2+channel β2 subunit, is required to maintain the tight organization of Cav1.3 channels at the ribbon synapses.

La douleur est une expérience désagréable qui fait partie de notre vie. Quand elle ne dure pas longtemps, elle est un signal d’alarme pour notre organisme. Cependant malheureusement, dans certaines conditions pathologiques, elle se prolonge dans le temps, elle devient alors chronique, intolérable, et nécessite un traitement qui ne suffit pas toujours à soulager le patient, un traitement qui dispose une efficacité limitée avec des effets secondaires indésirables non négligeables. Il est crucial alors d’améliorer nos connaissances sur les mécanismes enclenchés dans la transmission douloureuse pour développer des nouveaux outils thérapeutiques. Dans ce contexte, des études menées ces dernières années dans notre laboratoire ont indiqué que les neurones de la corne dorsale de la moelle épinière présentent des propriétés intrinsèques d’amplification des messages afférents douloureux qui reposent notamment sur des courants calciques via les canaux calciques de type L. Pour cela, le rôle de ces canaux L et plus particulièrement le rôle exact de chaque canal : Cav1.2 et Cav1.3, les deux seuls iso-formes des canaux L exprimés dans la corne dorsale de la moelle épinière, dans la sensibilisation douloureuse a été étudié dans la première partie de ce présent travail. Nous avons étudié chez le rat, in vivo, et en utilisant une approche computationnelle pour simuler l’activité neuronale, l’impact de ces courants Cav1.2 et Cav1.3, à la fois sur le phénomène de Wind-up, une forme de sensibilisation à court terme, et sur un modèle de neuropathie périphérie (SNL) caractérisé par une forme de sensibilisation à long terme. Nous avons pu montrer que la présence de Cav1.3 (mais pas de Cav1.2) est crucial pour l’expression du Wind-up quel que soit le contexte physiopathologique (contrôle/neuropathie), alors que la suppression de Cav1.2 (mais pas de Cav1.3) diminue significativement l’expression du comportement douloureux dans le contexte de neuropathie. D’autre part, il a été montré également dans notre laboratoire que les récepteurs métabotropiques de groupe I (mGluRs I), récepteurs du Glutamate, principal neurotransmetteur excitateur dans la transmission nociceptive, interagissent avec ces canaux L en modulant leur activité. Dans des conditions pathologiques telles que les conditions des douleurs inflammatoires le rôle de ces canaux L est controversé, et si l’interaction entre les mGluRs I et les canaux L est toujours présente dans ces conditions inflammatoires est mal connue. Nous avons décidé alors d’étudier dans la deuxième partie de ce travail le rôle de ces canaux L, et leur interaction avec les mGluRs I dans les conditions des douleurs inflammatoires. En utilisant des approches : l’électrophysiologie extracellulaire in vivo, pharmacologie, comportement, les injections intrathécales, et biologie moléculaire, nous avons montré que l’activation pharmacologique des mGluRs I augmente la transmission nociceptive et que cet effet nécessite l’activation des canaux calciques de type L dans les conditions contrôles. D'une façon inattendue, dans le contexte d’inflammation, nos résultats ont montré que l’activation des mGluRs I induit un effet totalement opposé anti-nociceptif et que cet effet est indépendant des canaux L. En plus, nous confirmons que le blocage des canaux L est sans effet dans le cas d’inflammation. D’autre part, nous avons montré que l’effet contradictoire dû à l’activation des mGluRs I passe par un renforcement de la transmission inhibitrice. En conclusion, nos résultats montrent l’intérêt de cibler les canaux calciques de type L et plus précisément le canal Cav1.2 dans le cadre des douleurs chroniques neuropathiques. De plus, nous montrons aussi que les mGluRs I pourraient être des bons candidats thérapeutiques dans le contexte inflammatoire. / Pain is an unpleasant experience which is part of our lives. When it does not last long time, it is often a warning sign for our organism. However unfortunately, in some pathological cases, it can last a long time, and become chronic, intolerable, and requires a treatment that is not always enough to relieve the patient, a treatment that has limited efficacy with significant undesirable side effects. It is important now to ameliorate our knowledge about the mechanisms implicated in pain transmission to develop new therapeutic tools. In this context, many studies conducted in recent years in our laboratory have indicated that the neurons in the dorsal horn of the spinal cord express intrinsic amplification properties of afferents input rely on calcium currents via the L type calcium channels. For that, the role of L type calcium channels and especially the role exact of each canal: Cav1.2 and Cav1.3, the two only iso-forms of L channels expressed in the dorsal horn of the spinal cord, in the painful sensitization has been studied in the first part of this present work. We studied in rat, in vivo, and by using a computational approach to simulate neuronal activity, the impact of these currents Cav1.2 and Cav1.3, both on the phenomenon of Wind-up, a form of short term sensitization, and in the model of a peripheral neuropathy model (SNL) characterized by a form of long-term sensitization. We showed that the presence of Cav1.3 (but not the Cav1.2) is important for Wind-up’s expression regardless of the physio-pathological context (control / neuropathy), whereas the removal of Cav1.2 (but not Cav1.3) decreases significantly the expression of the pain behavior in the context of neuropathy. In another side, it has been shown in our laboratory that group I metabotropic glutamatergic receptors (mGluRs I), receptors of Glutamate, the main excitatory neurotransmitter in nociceptive transmission, interact with L channels by modulating their activity. In pathological condition such in the condition of inflammatory pain the role of these channels L is controversial, and if the interaction between mGluRs I and L channels is always present in these inflammatory conditions is poorly known. We decided then to study in the second part of this work the role of these channels, and their interaction with mGluRs I in the condition of inflammatory pain. By using electrophysiological extracellular recording, pharmacology, behavior, intrathecal injections, and molecular biology, we showed that pharmacological activation of mGluRs I increase the nociceptive transmission and that this effect requires the activation of L type calcium channels in control conditions. Unexpectedly, in the context of the inflammation, our results show that activation of mGluRs I induce an anti-nociceptive effect and this effect is independent of L channels. Moreover, we confirmed that the blockade of L calcium channels is without effect in case of the inflammation. Furthermore, we showed that the contradictory effect due to the activation of mGluRs I pass through a strengthening of inhibitory transmission. In conclusion, our results show the interest to target L type calcium channels and more specifically the Cav1.2 channel in case of neuropathic chronic pain. We also show that mGluRs I could be good therapeutic candidates in the inflammatory context.

De nombreuses études expérimentales montrent que les canaux calciques activés par la dépolarisation membranaire, tout particulièrement les canaux calciques de type T (canaux T), jouent un rôle important dans la physiopathologie des épilepsies. Il existe trois isoformes des canaux T, Cav3.1, Cav3.2 et Cav3.3, toutes exprimées au niveau neuronal. De manière classique, c'est dans l'épilepsie absence où les canaux T ont été le plus étudiés. Les canaux T jouent également un rôle dans des modèles d'épilepsie partielle secondairement généralisée, comme le modèle pilocarpine qui mime l'épilepsie du lobe temporal (ELT). Jusqu'à présent ces canaux ne possédaient pas de pharmacologie spécifique, mais plusieurs molécules récemment synthétisées, en particulier le TTA-A2, apparaissent sélectives des canaux T. Le premier objectif de ma thèse était d'étudier l'implication des canaux T dans l'épileptogenèse. Pour cela nous avons traité des souris au TTA-A2 pendant la phase de latence du modèle pilocarpine (modèle ELT). Nos conditions expérimentales ne nous ont pas permis de conclure quant à une action protectrice du TTA-A2 dans ce modèle. Le deuxième objectif était d'étudier l'effet du TTA-A2 sur des modèles murins de convulsions généralisées : le modèle du Maximal Electroshock Seizure (MES) et le modèle pentylènetétrazole (PTZ). Deux lignées de souris inactivées pour les isoformes Cav3.1 ou Cav3.2 (KO Cav3.1 et KO Cav3.2) ont également été caractérisées dans cette étude. Nous montrons que le TTA-A2 réduit l'apparition des crises toniques dans le modèle MES et que les souris KO Cav3.1 sont également protégées, suggérant un rôle prépondérant des canaux Cav3.1 dans le développement des crises toniques. / Numerous experimental studies show that calcium channels activated by membrane depolarization, especially T-type calcium channels (T-channels), play an important role in the physiopathology of epilepsy. There are three T-channels isoforms, Cav3.1, Cav3.2 and Cav3.3, all expressed in neuronal level. Conventionally, T-channels were the most studied in absence epilepsy. T-channels are also involved in partial secondarily generalized epilepsy models, as the pilocarpine model that mimics temporal lobe epilepsy (TLE).Up to now, there was no specific pharmacology for this channels, but several molecules have recently been synthesized, particularly TTA-A2, appearing selective T-channels. The first goal of my thesis was to study the T-channels involvement in epileptogenesis. For this purpose we treated mice with TTA-A2 during the silent phase of the pilocarpine model (TLE model). Our experimental conditions do not allow us to conclude about a possible protective action of TTA-A2 on this model. The second goal was to study TTA-A2 effects on mice models of generalized seizures: the Maximal Electroshock model (MES) and the pentylenetetrazole model (PTZ). Two mice strains knock-out for Cav3.1 or Cav3.2 (KO Cav3.1 and KO Cav3.2) have also been characterized in this study. We show that the TTA-A2 reduces the appearance of tonic seizures in the MES model and the KO Cav3.1 mice are also protected, suggesting a preponderant role of Cav3.1 channels in the development of tonic seizures.

Les canaux de type T Cav3.2 sont des canaux calciques activés pour de faibles dépolarisations membranaires. Ils ont un rôle important dans la régulation de l’excitabilité neuronale, particulièrement dans les neurones des ganglions rachidiens dorsaux (DRG) où ils sont impliqués dans la transmission de la douleur. Il est établi que les canaux Cav3.2, natifs et recombinants, sont inhibés par de faibles concentrations de métaux divalents tels que le zinc et le nickel et qu’ils sont modulés par des agents oxydo-réducteurs. In vitro, la mutation ponctuelle de l’histidine 191 en glutamine (H191Q) diminue fortement la sensibilité du canal Cav3.2 pour ces différents composés et il est proposé que cette régulation joue un rôle physiologique. L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier l’impact physiologique de cette modulation sur l’excitabilité neuronale et dans la perception de la douleur. Pour ce faire, nous avons généré une souris knock-in (KI) portant la mutation H191Q sur Cav3.2. L’étude électrophysiologique a été réalisée sur une population de neurones de DRG particulière : les cellules D-hair qui sont des mécanorécepteurs exprimant de grands courants Cav3.2. Nous avons validé que la sensibilité des canaux Cav3.2 neuronaux des souris KI est diminuée pour le zinc, le nickel et l’ascorbate. Nous montrons que cette régulation modifiée favorise une augmentation de l’excitabilité de ces neurones. Pour étudier l’impact de cette modulation in vivo, nous avons effectué des études comportementales. Les souris KI ne présentent pas de différence dans la perception de la douleur mécanique et thermique, ni dans l’hyperalgésie induite par l’inflammation et la neuropathie. Toutefois, dans le test à la formaline les souris KI montrent une réponse exacerbée dans la phase tardive. En résumé, nous décrivons ici un modèle animal original pour l’étude de la régulation metal/redox du canal Cav3.2 et identifions un rôle de cette modulation dans l’excitabilité des neurones D-Hair. Nos résultats obtenus in vivo indiquent cependant que cette modulation des canaux Cav3.2 aurait un impact limité dans les voies de la douleur. / Cav3.2 T-type channels are low-voltage activated calcium channels. They have an important role in the regulation of neuronal excitability, particularly in neurons of the dorsal root ganglia (DRG) where they are involved in pain transmission. It is established that Cav3.2 channels are inhibited by low concentrations of divalent metals such as zinc and nickel, and are modulated by redox agents. In vitro, the histidine191-to-glutamine mutation (H191Q) greatly reduces the Cav3.2 channel sensitivity to these compounds and it is proposed that this regulation plays a physiological role. The objective of this thesis was to study the physiological impact of this modulation on neuronal excitability and pain perception. To do this, we generated a knock-in (KI) mouse carrying the H191Q mutation on Cav3.2. Electrophysiological study was carried out on a particular population of DRG neurons, the D-hair cells, which are mechanoreceptors that express large Cav3.2 currents. We show that the sensitivity to zinc, nickel and ascorbate of the neuronal Cav3.2 channels is significantly reduced in the KI mouse. We also show that this modified regulation promotes an increase in the excitability of these neurons. To study the impact of this modulation in vivo, we performed behavioral studies. KI mice show no difference in the perception of mechanical and thermal pain, nor in hyperalgesia induced by inflammation and neuropathy. However, KI mice show an exaggerated response in the late phase in the formalin test. In summary, we describe here an original animal model to study the metal/redox regulation of Cav3.2 channel and identify a role of this modulation in the excitability of D-Hair neurons. Our results indicate, however, that this modulation of Cav3.2 channel may have a limited impact in the pain pathways.

La conductivité hydraulique foliaire (KF) est une composante majeure du transport d’eau dans toute la plante. Dans les feuilles de noyer, la KF est stimulée à la lumière et est étroitement liée à l’accroissement du taux des transcrits d’aquaporines JrPIP2s. Par ailleurs, la corrélation entre la stimulation de la KF et des transcrits d’aquaporines à la lumière, n’est pas générale et dépend de l’espèce. Ici, nous étudions cette corrélation chez cinq espèces forestières (Juglans regia, Fagus sylvitica, Quercus robur, Salix alba et Populus tremula) différant par leur réponse à la lumière. Nous démontrons seulement chez le noyer (Juglans regia), la contribution des deux familles d’aquaporines PIP1s et PIP2s. Afin de mieux comprendre le rôle des JrPIP1s et JrPIP2 dans la réponse à la lumière, nous avons isolé 8 nouvelles isoformes dans les feuilles de noyer et nous avons étudié leurs profils d’expression sur une cinétique lumière. Toutes les isoformes étudiées sont accumulées à la lumière et réprimées à l’obscurité. De plus, la KF est dépendante de la qualité de lumière. Elle est réduite de 65% en absence de lumière bleue. Cette diminution serait liée à l’inhibition des transcrits d’aquaporines. Afin de caractériser les mécanismes moléculaires précoces impliqués dans la modulation de KF par la lumière, l’approche globale cDNA-AFLP a été menée sur des feuilles de noyer sous différentes conditions d’éclairement. Nous obtenons 12000 transcrits différentiels dérivés (TDFs) générés par les 128 couples d’amorces. Parmi les 187 séquences obtenues, 93 d’entre elles ont une fonction putative. Leur classification fonctionnelle montre que les gènes relatifs à la régulation cellulaire représentent environ 58% des TDFs identifiés. Les feuilles exposées à la lumière, montrent des changements dans les voies de : signalisation calcique, protéolyse, trafic vésiculaire et l’expression de divers facteurs de transcription et protéines de régulation. Pour mieux comprendre le rôle potentiel de la signalisation calcique dans la modulation de la KF par la lumière, nous avons étudié l’effet d’un inhibiteur des canaux calciques [LaCl3] et d’un antagoniste de calmoduline [W7] sur la KF et les transcrits des 10 JrPIPs. Comparées aux feuilles témoins, les inhibiteurs calciques provoquent une réduction de la KF et de la majorité des JrPIPs étudiées à la lumière. Nos résultats confirment l’implication du complexe Ca2+ /calmoduline dans la transduction du signal lumineux responsable de la stimulation de la KF et des transcrits d’aquaporines chez le noyer. / Leaf hydraulic conductance (Kleaf) takes a significant part in plant water relations. In walnut leaves, Kleaf was stimulated by light and tightly related to accumulation of JrPIP2s aquaporin transcripts. However, the light effect on Kleaf value is not systematically related to aquaporin regulation. Here we investigated the relationship between light, Kleaf and transcript levels of aquaporin in five species (Juglans regia, Fagus sylvitica, Quercus robur, Salix alba and Populus tremula) differing by the response of their Kleaf to light. Only for walnut leaves, we showed that light-increased Kleaf value is closely related to higher stimulation of both PIP1s and PIP2s aquaporins. To further investigate the involvement of aquporins (JrPIP1s and JrPIP2) in the light Kleaf modulation, 8 new full length aquaporins have been identified in walnut leaves and their expression pattern was monitored. All the aquaporin tested was turned up to be upregulated under light condition and downregulated under darkness. Moreover, we showed that the Kleaf response to light is quality-dependant, since it was reduced of 65% in the absence of blue light. Interstingly, this Kleaf reduction was correlated with a high downregulation of almost all aquaporins tested. To give an insight into the early molecular events involved in the light-induced Kleaf regulation, a large-scale transcriptomic analysis consisting of the cDNA-AFLP procedure was carried out on walnut leaves, kept at different light conditions. We obtained a total of 12,000 transcript-derived fragments (TDFs) by cDNA-AFLP with 128 primer pairs. Reliable sequences were obtained for 187 of these TDFs, and functions were attributed to 93 TDFs through BLAST searches in GenBank databases. Most of the 93 TDFs corresponded to genes encoding proteins involved in cellular regulation (58%). Leaves exposed to light showed changes in the Ca2+-signaling pathway, the ubiquitin-proteasome pathway, vesicle trafficking process and the expression of multiple transcription factors and protein regulators. To progress in understanding of a potential role for calcium signalling in light-modulated Kleaf, Kleaf values and transcript accumulation of 10 JrPIPs were monitored in leaves perfused with either a blocker of calcium channels [LaCl3] or a CaM antagonist [W7]. Compared to control, these Ca2+ -effectors led to a significant reduction in Kleaf and transcripts accumulation of almost all JrPIPs under light conditions. Our results indicate that Ca2+ /calmodulin complex may transduce the light signal required for stimulation of Kleaf and its correlated aquaporin expression.

Agelanthus dodoneifolius est une plante de la pharmacopée africaine utilisée en médecine traditionnelle pour le traitement de pathologies cardiovasculaires. Un fractionnement bioguidé a permis d'isoler une nouvelle dihydropyranone : baptisée Dodonéine (Ddn), elle possède des propriétés hypotensives et vasorelaxantes chez le rat.L'objectif de la thèse est de caractériser la ou les cible(s) moléculaire(s) de la Ddn dans le système cardiovasculaire et d'identifier un dérivé plus sélectif.Nos résultats montrent que la Ddn bloque le courant calcique de type L des cardiomyocytes ventriculaires de rat et des cellules musculaires lisses vasculaires, d'environ 30% avec une IC50 de l'ordre du µM. La Ddn apparaît comme un nouveau bloqueur des canaux calciques de type L avec des propriétés électrophysiologiques qui lui sont propres. Une étude biochimique a montré que l'anhydrase carbonique (CA) est également inhibée par la Ddn, et nous avons caractérisé l'expression de plusieurs isoformes au sein de muscle lisse vasculaire : CA II, III, XIII et XIV. Nos travaux précisent que leur inhibition augmente le pH intracellulaire, pouvant conduire à l'activation des canaux KCa. Ainsi, la Ddn induit un effet vasorelaxant en inhibant deux protéines: les canaux calciques et l'anhydrase carbonique. Nous avons ensuite démontré que les dérivés de la Ddn nouvellement synthétisés sont aussi vasorelaxants ; toutefois, le plus efficace, la Ddn-Bicyclique-OH, ne concurrence pas les bloqueurs calciques utilisés en clinique. Cependant, l'effet vasorelaxant de la Ddn et Ddn-Bc-OH caractérisé sur des artères systémiques humaines est en accord avec l'utilisation de la plante en médecine traditionnelle. / Agelanthus dodoneifolius is one of the medicinal plants used in African pharmacopeia and traditional medicine for the treatment of cardiovascular diseases. Bioguided fractionation has allowed isolating one of its main active principles named Dodoneine (Ddn). It is a new dihydropyranone which exerts hypotensive and vasorelaxant effects on rat.The aim of this work is to characterize the molecular(s) target(s) of Ddn on cardiovascular system and identify the most selective and effective Ddn's derivative.Electrophysiological studies revealed that Ddn blocks L-type calcium current density of about 30% with an IC50 value of about 2 µM on cardiac myocytes and on vascular smooth muscle cells. Ddn appears as a new natural calcium channel blocker which has its own electrophysiological properties. As it has been shown, by biochemical study, that carbonic anhydrase is a potential target for Ddn, we have demonstrated that isozymes II, III, XIII are present on vascular smooth muscle cells and inhibited by Ddn. This inhibition resulted in a rise in pHi of about 0.31, leading to KCa channel activation. Interestingly, Ddn induced vasorelaxation by targeting two proteins: calcium channel and carbonic anhydrase. Then, we demonstrated that Ddn's derivatives newly synthetized have also vasorelaxant properties via the inhibition of L-type calcium current. Among them, Ddn-Bicyclique-OH is the most effective but appears not to be a better pharmacological tool compared to the calcium channel blockers already use in clinical. However, in accordance to the use of the plant in traditional medicine, our results clearly show that Ddn and Ddn-Bc-OH induce a vasorelaxant effect on human systemic artery.

Le succès de la réponse immunitaire repose en grande partie sur la capacité des leucocytes à se déplacer et à accomplir leur fonction au sein de structures anatomiques précises. Le fait qu’il puisse exister des mécanismes intrinsèques de coordination entre ces fonctions spécifiques et la migration de ces cellules n’a jamais été étudié auparavant. Nos travaux mettent en évidence, pour la première fois, l’existence d’un couplage entre la migration et la macropinocytose dans les cellules dendritiques qui explorent leur environnement en internalisant une grande quantité de matériel extra-cellulaire. C’est la Chaîne Invariante, protéine chaperon impliquée dans l’apprêtement des antigènes, qui est responsable de ce couplage en détournant le moteur Myosine II de l’arrière de la cellule, où elle promeut la migration, vers l’avant de la cellule. Ce recrutement transitoire de Myosin II autour des macropinosomes à l’avant favorise la macropinocytose et la délivrance de l’antigène dans les lysosomes, mais ralentit la cellule. L’implication de la Myosine II à la fois dans la migration et la capture d’antigène permet donc le couplage moléculaire entre ces deux processus et leur coordination spatio-temporelle. Cependant, les voies de signalisation impliquées dans le couplage avant/arrière dans les cellules dendritiques immatures restent encore méconnues. L’ensemble de mes travaux de thèse montrent que la libération de calcium du réticulum endoplasmique à travers les récepteurs IP3 (IP3Rs) est nécessaire pour maintenir le niveau de phosphorylation de la chaîne légère de Myosin (MLC) et la polarisation avant/arrière de Myosine II au cours de la migration des cellules dendritiques immatures. Nous montrons que les récepteurs IP3R1, 2 et 3 sont requis pour atteindre une vitesse maximale en 2- et 3-Dimension, et que le récepteur IP3R3, et dans une moindre mesure IP3R1, favorisent la persistance des cellules. En revanche, l’inhibition de l’expression du récepteur IP3R3 augmente la capacité des cellules dendritiques immatures à capturer l’antigène, ce qui est en accord avec notre résultat montrant que la capture de l'antigène est inversement reliée à la locomotion de cellules dendritiques. Nous proposons que le relargage du calcium par le réticulum endoplasmique favorise l’activité de la myosine II ce qui permet aux cellules dendritiques de ralentir de façon transitoire. Ce relargage calcique permet aux cellules dendritiques du optimiser l'internalisation des antigènes extracellulaires en maintenant leur polarité ce qui leur permet d’optimiser ainsi leur capacité d'échantillonnage de l’environnement. / The immune response heavily relies on the migration capacity of leukocytes. These cells must stop in precise anatomical locations to fulfill a particular task. But whether and how specific functions are coordinated with migration by cell-intrinsic mechanisms is not known. We here show that in dendritic cells, which patrol their environment for the presence of antigens by internalizing extracellular material, macropinocytosis is coupled to cell migration. Coupling relies on the diversion of the Myosin II motor from its migratory function at the cell rear to macropinosomes at the cell front by the Invariant Chain, a cell-specific regulator of antigen presentation. Transient Myosin II recruitment at the cell front promotes antigen macropinocytosis and antigen delivery to endolysosomes but antagonizes cell migration. Thus, the requirement for Myosin II for both migration and antigen capture provides a molecular mechanism to couple these two processes and allow their coordination in time and space. However, the signaling pathways involved in back/front coupling in migrating immature DCs remain unknown. Here we show that calcium released from the endoplasmic reticulum through IP3 Receptors (IP3Rs) is required to maintain Myosin regulatory light Chain (MLC) phosphorylation and Myosin II back/front polarization during DC locomotion. We found that while IP3R1, 2 and 3 are required for immature DCs to reach maximal speed in 2-Dimensional and 3-Dimensional environments, IP3R3 and to a lesser extent IP3R1 positively regulate their persistency. On the contrary, silencing of IP3R3 increases antigen uptake by immature DCs, consistent with our finding showing that antigen capture is inversely coupled to DC locomotion (Appendix, manuscript #1). We propose that by promoting myosin II activity, calcium released from the ER help DCs to transiently slow-down to uptake extracellular antigens without losing their polarity and thereby optimizes their environment sampling capacity.

Dans les synapses chimiques, des canaux calciques voltage-dépendants (VDCC) provoquent la fusion des vésicules synaptiques (SV) au niveau de la zone active. L’efficacité et la rapidité de la transmission synaptique dépendent de la distribution relative entre les VDCCs et les SVs prêtes à fusion. Cependant, les modalités d’interaction entre les VDCCs et les SVs ne sont pas connues. Afin de localiser les VDCCs à l’échelle nanométrique j’ai developpé une nouvelle approche chez Caenorhabditis elegans combinant le marquage in vivo des VDCCs, grâce à l’expression d’un épitope extracellulaire, et la microscopie électronique (EM). J’ai généré un transgene GFP::unc-36 qui code la seule sous-unité α2-δ qui s’associe à fois avec les sous-unités formant le pore α1 neuronal (UNC-2) et musculaire (EGL-19) chez C.elegans. J'ai ensuite utilisé des quantum dots conjugués avec l’anticorps anti-GFP, fluorescents et denses au électrons, pour localiser des VDCCs à haute résolution au niveau de la jonction neuromusculaire (NMJ) par EM. En parallèle, j'ai utilisé la technique de CALM (complementation activated light microscopy) pour étudier la dynamique des VDCC dans des vers vivants. Nos résultats montrent que les VDCCs diffusent à l’échelle de nanodomaines sur la membrane musculaire. De plus leur diffusion est modulée en réponse à la tension musculaire. La dystrophine participe au couplage électro-mécanique au niveau du sarcolemme en modulant la taille du domaine de confinement des VDCCs. Enfin, nous avons mis en evidence le rôle de RIM/UNC-10 dans la régulation de la mobilité latérale des VDCCs dans les neurones, probablement via son interaction avec les VDCCs et les SVs. / At chemical synapse voltage-dependent calcium channels (VDCC) trigger synaptic vesicles (SV) fusion at the active zone in response to depolarization stimuli. Intracellular Ca2+ influx forms a nanodomain around individual VDCC. Fast and efficient synaptic transmissions appear to be tightly coupled with the relative distribution between the VDCCs and SVs fusion sites. However, the connection between VDCCs and docked SVs at a few nanometer scales remain enigmatic. To localize VDCCs in nanometer resolution I developed a novel approach combining in vivo labeling of VDCCs via genetically-encoded extracellular epitope tags and electron microscopy (EM). I engineered a GFP/split-GFP tag fused at the extracellular N-terminal of UNC-36, the only C. elegans VDCC α2δ subunit associating with both neuronal (UNC-2) and muscular (EGL-19) VDCC pore-forming α1 subunit. I then used quantum dot (QD) conjugated antibodies as both fluorescent and electron dense probes to localize VDCCs at C. elegans neuromuscular junction (NMJ) by in vivo QD-antibodies labeling and EM. In parallel, I applied in vivo complementation activated light microscopy to study VDCC dynamics in live worms. I discovered that VDCCs diffuse within nanodomains at sarcomeric membrane and their nanoscale diffusion behavior is modulated in response to muscle tension. In addition, we found that dystrophin participates in electro-mechanical coupling at the sarcolemma by modulating the confinement size of VDCCs. Meanwhile, we discovered lateral mobility of N-type VDCC at NMJs, and that RIM/UNC-10 seems involved in regulation of VDCC dynamics via its interaction with VDCC and SVs.

Les champs électriques pulsés sont largement utilisés dans la recherche, la médecine, l'industrie alimentaire et d'autres procédés biotechnologiques. L'interaction d'une impulsion de 100 µs avec la membrane plasmique et la membrane du réticulum endoplasmique a été évaluée dans deux types cellulaires différents. La perméabilisation des organites cellulaires avec ce type d'impulsions est démontrée expérimentalement pour la première fois. L'utilisation d'une telle impulsion afin de contrôler les oscillations calciques spontanées dans les cellules souches mésenchymateuses humaines issues du tissu adipeux a été évaluée. En créant des pics calciques électro-induits d’amplitudes différentes, l'impulsion peut ou bien induire un pic calcique supplémentaire ou bien inhiber les oscillations spontanées pour quelques dizaines de minutes. Cette inhibition rend possible d’imposer à la cellule des pics d’amplitude et de fréquence désirés. Un essai d’application de l'impulsion 100 µs à des cellules souches subissant une différenciation osseuse a aussi été réalisé. Une impulsion électrique semble retarder la différenciation. Lors d'une différenciation osseuse, plusieurs couches cellulaires ont été observées. La caractérisation de ces couches a donné des résultats qui pourraient aider à obtenir des ostéoblastes matures dans un temps moindre que la normale. L'utilisation des champs électriques pulsés microsecondes, pour perméabiliser la membrane plasmique et les membranes internes des cellules, ainsi que pour moduler les concentrations du calcium intracellulaire, semble donc très intéressante pour étudier le rôle du calcium dans de nombreux processus physiologiques et pour manipuler les dynamiques calciques (oscillations, vagues, pics) dans différents types de cellules. Ainsi, cette technologie simple, facile à appliquer et disponible dans beaucoup de laboratoires serait envisageable pour la modulation et le contrôle de fonctions cellulaires basiques telles que la prolifération, la différenciation et l'apoptose. / Pulsed electric fields are widely used in research, medicine, food industry and other biotechnological processes. The interaction of one 100 µs pulse with the plasma membrane and the endoplasmic reticulum membrane was evaluated in two different cell types. Pulse amplitude ranged between 100 and 3 000 V/cm. Organelles membrane permeabilization using this kind of pulses was experimentally demonstrated for the first time. The use of such a pulse to control the spontaneous calcium oscillations in human-adipose mesenchymal stem cells was also assessed. By creating electro-induced calcium spikes of different amplitudes, the pulse can either add a supplementary spike, or, on the contrary, inhibit the spontaneous oscillations for some tens of minutes. During this inhibition period, the electric pulse-mediated addition of calcium spikes of desired amplitude and frequency is still possible. The delivery of 100 µs pulses to stem cells undergoing osteodifferentiation was also performed. The electric pulse seemed to delay the differentiation. Moreover, during osteogenic differentiation, cells cultures displayed an organization in a few cell layers. The characterization of these layers gave results that may help to obtain mature osteoblast in less time than usual one. The use of the microsecond electric pulses technology to permeabilize the plasma and the internal cell membranes as well as to modulate internal calcium concentrations is therefore interesting to study the role of calcium in many physiological processes and to manipulate the cell calcium dynamics (oscillations, waves, spikes) in different cell types. Doing so, this available, simple and easy to apply technology could be used for the modulation and the control of basic cellular functions such as proliferation, differentiation and apoptosis.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Objectifs : Identifier le rôle des récepteurs de l'angiotensine II (AT1 et AT2) et des canaux calciques de type-L dans la sécrétion des catécholamines par les médullo-surrénales in vivo. Théories et hypothèses : Selon plusieurs études réalisées en laboratoire, la sécrétion basale des catécholamines médullaires, en réponse à l'angiotensine II, est principalement contrôlée par la stimulation des récepteurs AT1. Cette sécrétion des catécholamines n'est pas complètement inhibée en présence d'un antagoniste des récepteurs AT1, ce qui suggère l'implication de d'autres voies d'activation, soit les récepteurs AT2, soit les canaux calciques de type-L. De telles études n'ont jamais été réalisées à partir d'un modèle animal in vivo. Nous avons donc tenté de vérifier ces hypothèses dans les trois études présentées ici, dans lesquelles nous avons utilisé un antagoniste sélectif des récepteurs AT1 (BMS 186295), deux antagonistes sélectifs des récepteurs AT2, [le PD 123319 et le CGP 42112], et un bloqueur des canaux calciques de type-L, [la nifédipine]. Méthodes : Nous avons travaillé chez le chien anesthésié, ce qui nous a permis d'administrer les différents agents pharmacologiques directement dans la glande surrénale tout en minimisant les effets systémiques. Les concentrations plasmatiques des catécholamines étaient mesurées à partir d'échantillons prélevés de la veine surrénale et l'aorte. Le dosage des catécholamines a été réalisé par la technique de chromatographie liquide à haute performance (CLHP) couplé à un détecteur électrochimique. Résultats : Nos résultats confirment que la sécrétion des catécholamines par les médullo-surrénales, en réponse à l'angiotensine II, est principalement contrôlée par la stimulation des récepteurs AT1. En effet, le BMS 186295 a inhibé significativement la sécrétion de catécholamines induite par l'administration de l'angiotensine II. Le PD 123319 et le CGP 42112 ont également inhibé, la libération des catécholamines en réponse à l'angiotensine II, suggérant cette fois-ci une participation des récepteurs AT2 dans la sécrétion des catécholamines. Enfin, nous avons observé que la nifédipine inhibe que partiellement la réponse médullaire à l'angiotensine II. Cependant, celle-ci a inhibé complètement la libération des catécholamines induite par l'administration de Bay K 8644, un activateur sélectif du canal calcique de type-L. Nos résultats ont indiqué que la combinaison du BMS 186295 et du PD 123319 n'a pas davantage inhibé cette sécrétion lorsque compare aux réponses obtenues avec le BMS 186295 ou le PD 123319 administré en monothérapie. De plus, nous avons démontré que la nifédipine combinée à ces deux antagonistes, diminuent significativement la sécrétion des catécholamines lorsque comparée à celle obtenue avec la combinaison des deux antagonistes des récepteurs à l'angiotensine II. Conclusions : Nos résultats suggèrent que les récepteurs à l'angiotensine II (AT1 et AT2) peuvent moduler la sécrétion des catécholamines par les médullo-surrénales chez le chien anesthésié. Les canaux calciques de type-L, sensibles à la dihydropyridine, semblent également impliqués de façon directe et indirecte dans la sécrétion des catécholamines médullaires induite par l'angiotensine II. Puisque les deux mécanismes contrôlés par le récepteur AT1 et le récepteur AT2 sont fonctionnellement impliqués de façon similaire dans la sécrétion des catécholamines induite par l'angiotensine II, il semblerait que la stimulation simultanée de ces récepteurs soit nécessaire pour permettre cette sécrétion chez le chien anesthésié.