Ce manuscrit décrit la synthèse et l'évaluation biologique d'analogues de l'ω-agatoxine IVB dans le but de trouver de nouveaux outils pour l'étude de l'activité des canaux calciques. L'ω-agatoxine IVB est une neurotoxine peptidique isolée du venin d'araignée Agelenopsis aperta qui à ce jour est l'inhibiteur spécifique et sélectif des canaux calciques voltage-dépendants de type P/Q. Ces canaux sont impliqués dans la neurotransmission dépendante du Glutamate dans le système nerveux central. La synthèse de structures peptidiques simplifiées, en comparaison avec celle de la toxine native est décrite. La méthodologie de synthèse de différents analogues cycliques de cette neurotoxine est présentée. Les composés sont synthétisés par synthèse peptidique sur phase solide en stratégie Fmoc, avec une étude particulière sur les conditions de cyclisation et le choix des groupements protecteurs appropriés. Les modifications d es peptides naturels pour obtenir de nouveaux composés biologiquement actifs incluent l'insertion d'aminoacides non naturels et de liaisons pseudopeptidiques. Les analogues synthétisés ont été testés par des méthodes d'électrophysiologie (patch clamp) et d'imagerie calcium ; les activités biologiques des peptides sont corrélées à l'aide d'analyses structurales par RMN et modélisation moléculaire. / This manuscript describes the synthesis and biological valuation of w-agatoxin IVB mimetics with the intention of finding new tools for the study of calcium channels activity. w-Agatoxin IVB is a peptide neurotoxin isolated from the venom of spider Agelenopsis aperta which is a specific and selective inhibitor of P/Q-type voltage-dependent calcium channels. These channels are involved in Glutamate-dependent neurotransmission in the central nervous system. The synthesis of structurally simplified peptides, in comparison with native toxin is described. The methodology of synthesis of different cyclic analogues of this neurotoxin is presented. The compounds were synthesized by solid phase peptide chemistry and Fmoc strategy, with particular consideration for cyclization conditions and an insight into selection of protecting groups. The modifications of the natural peptide to get new biologically active compounds included the insertion of unnatura l amino acids and pseudopeptides bonds. The synthesized analogues were tested by methods of electrophysiology (patch clamp) and calcium imagery; the biological activities of peptides are compared with the aid of structural analyses by RMN and molecular modeling.

Les canaux Ca2+ activés par le voltage (CaV) sont des protéines membranaires qui génèrent des courants Ca2+ dans les cellules excitables suite à une dépolarisation membranaire. Ces complexes oligomériques sont classifiés selon les propriétés structurelles de la sous-unité principale qui forme le pore du canal, soit la sous-unité CaVα1. La sous-unité auxiliaire CaVβ module l’expression membranaire et la dépendance au voltage du « gating » de la sous-unité CaVα1 des canaux HVA (« high-voltage-activated ») CaV1 et CaV2. La sous-unité CaVβ est formée par un domaine SH3 (« Src homology-3 ») connecté à un domaine GK (« guanylate kinase-like ») par le biais d’un domaine variable HOOK. Dans le but d’identifier les résidus dans la CaVβ3 qui sont responsables de la densité membranaire du CaV2.3, nous avons produit des mutants de la sous-unité auxiliaire le long de ses domaines fonctionnels. Cela dit, la délétion complète du domaine SH3 ainsi que la délétion du domaine HOOK n’ont pas modifié la densité membranaire de CaV2.3 ni ses propriétés d’activation. Cependant, la délétion de cinq résidus dans le domaine GK interrompt l’expression membranaire et l’expression fonctionnelle de CaV2.3. La mutation de résidus identifiés précédemment comme soutenant une affinité de liaison de l’ordre du nanomolaire dans le domaine GK de CaVβ n’a pas modifié de manière significative l’adressage membranaire de CaV2.3. Toutefois, les mutations de quatre résidus leucine dans les régions α3, α6, β10 et α9 du domaine GK ont grandement réduit l’adressage membranaire du canal CaV2.3. Nos résultats confirment que le domaine GK contient les déterminants moléculaires responsables de la fonction chaperone de CaVβ. Cela dit, l’adressage membranaire induit par CaVβ semble être déterminé par des éléments structuraux qui ne sont pas strictement dépendants d’une liaison à haute affinité de CaVβ sur CaVα1. / Voltage-activated Ca2+ channels (CaV) are membrane proteins that play a key role in promoting Ca2+ influx in response to membrane depolarization in excitable cells. They form oligomeric complexes that are classified according to the structural properties of the pore-forming CaVα1 subunit. Auxiliary CaVβ subunits modulate cell-surface expression and voltage-dependent gating of high-voltage-activated (HVA) CaV1 and CaV2 α1 subunits. CaVβ subunits are formed by a Src homology-3 (SH3) domain and a guanylate kinase-like (GK) domain connected through a variable HOOK-domain. In order to identify the residues responsible for the CaVβ3-induced membrane density of CaV2.3, we produced mutants along CaVβ3’s fonctionnal domains. Complete deletion of the SH3 domain as well as deletion of the HOOK domain did not alter plasma membrane targeting of CaV2.3 nor its typical activation gating. In contrast, 5-residue deletions in the GK domain disrupted cell surface trafficking and functional expression of CaV2.3. Mutations of residues known to carry nanomolar affinity binding in the GK domain of CaVβ did not significantly alter cell surface density. Mutations of a quartet of leucine residues in the α3, α6, β10, and α9 regions of the GK domain, each expected to curtail protein-protein interaction, were found to significantly impair cell surface targeting of CaV2.3 channels. Altogether, our results confirm that the GK domain includes the molecular determinants carrying the chaperone function of CaVβ. However, CaVβ-induced cell surface targeting appears to be determined by structural elements that are not strictly dominated by high-affinity binding of CaVβ onto CaVα1.

Dans le diabète de type 2 établi, l'hyperglycémie chronique, un taux élevé d'acides gras libres et l'inflammation induisent un stress oxydatif (SO) au niveau de la cellule beta. Le SO, qui apparaît dès le stade de pré-diabète, peut induire un dysfonctionnement précoce de cette cellule. Ainsi, la protection de la cellule β par des molécules anti-oxydantes pourrait ralentir la progression du pré-diabète au diabète.La quercétine, un flavonoïde, a présenté des propriétés antidiabétiques dans plusieurs études in vivo. Cependant, très peu de données traitent de son mécanisme d'action directement au niveau de la cellule beta. Dans ce contexte, nous avons étudié les effets de la quercétine au niveau de la cellule beta dans des conditions physiologiques et des conditions de SO.Nos résultats montrent qu'en présence de concentrations stimulantes de sécrétagogue, la quercétine potentialise la sécrétion d'insuline par un mécanisme impliquant l'augmentation de calcium intracellulaire et la potentialisation de ERK1/2 via l'activation des voies de la PKA et de la CaMK II. De plus, la quercétine protège la cellule beta du SO en sur-activant ERK1/2. Le resvératrol et la NAC, deux antioxydants de référence, sont inactifs dans ces conditions expérimentales.En absence de concentrations stimulantes de sécrétagogue, la quercétine induit une sécrétion d'insuline modérée en augmentant le calcium intracellulaire suite à une activation directe des CaV de type L. Dans ces conditions, l'activation de ERK1/2 induite par la quercétine, qui est indépendante de l'activation des voies de la PKA et de la CaMK II, ne serait pas impliquée dans le mécanisme sécrétoire. Nos résultats indiquent que le mécanisme d'action de la quercétine au niveau de la cellule β ne repose pas uniquement sur ses capacités anti-oxydantes mais fait intervenir des cibles pharmacologiques et la régulation de voies de signalisation intracellulaires. / In type 2 diabetes, chronic hyperglycaemia, elevated free fatty acids and inflammation induce oxidative stress (OS) in pancreatic β cell. SO, which appears at the stage of pre-diabetes, may induce early dysfunction of this cell. Thus, the β cell protection by antioxidant molecules could slow the progression of pre-diabetes to diabetes.Quercetin, a flavonoid, has shown antidiabetic properties in several in vivo studies. However, very few data address its mechanism of action directly at the β cell. In this context, we studied the effects of quercetin at the β cell under physiological conditions and conditions of OS.Our results show that in the presence of stimulating concentrations of secretagogue, quercetin potentiates insulin secretion by a mechanism involving increased intracellular calcium and potentiation of ERK1 / 2 via activation of the PKA and the CaMK II pathways. In addition, quercetin protects beta cell from OS via a suractivation of ERK1/2. Resveratrol and NAC, two antioxidants of reference are inactive under these experimental conditions.In the absence of stimulating concentration of secretagogue, quercetin induced moderate insulin secretion by increasing the intracellular calcium via a direct activation of L-type CaV Under these conditions, the activation of ERK1/2 induced by quercetin, which is independent of the activation pathways of PKA and CaMK II to, would not be involved in the secretory mechanism.Our results indicate that the mechanism of action of quercetin at the β cell not only based on its antioxidant capacity but involves pharmacological targets and the regulation of intracellular signaling pathways.

Le traitement et la gestion de la douleur sont depuis toujours une priorité pour le corps médical. Malgré leur importance pour la qualité de vie, les analgésiques couramment utilisés possèdent un ratio bénéfice/risque faible. La recherche de nouveaux concepts thérapeutiques pour lutter contre la douleur est donc une priorité. Afin de répondre à ce besoin, il faut d'abord comprendre les mécanismes de la perception de la douleur ainsi que, plus globalement, ceux permettant de percevoir son environnement. Dans ce contexte, de nombreuses études ont mis en évidence l'implication du canal calcique à bas seuil Cav3.2 dans les voies de la transmission de l'information douloureuse. Il représente donc une cible de choix pour le traitement de la douleur mais l'identité des neurones exprimant ces canaux ainsi que la fonction de Cav3.2 dans la physiologie des neurones sensoriels étaient jusqu'à présent inconnues. Au cours de cette thèse nous avons dans un premier temps décrit un nouvel inhibiteur des canaux calciques à bas seuil : le TTA-A2. Nous avons ainsi démontré que le TTA-A2 est un inhibiteur spécifique des canaux Cav3.1, Cav3.2, et Cav3.3. Il permet de diminuer l'excitabilité des neurones sensoriels exprimant Cav3.2, ce qui provoque une analgésie sur des animaux sains et pathologiques. Dans un deuxième temps nous nous sommes servis de ce nouvel outil en parallèle d'un nouveau modèle murin possédant une étiquette fluorescente (Knock in GFP) sur le canal Cav3.2 pour explorer la localisation et la fonction de Cav3.2 dans les neurones sensoriels. Nous avons ainsi découvert que Cav3.2 est exprimé dans des mécanorécepteurs à bas seuil impliqués dans la perception des stimuli mécaniques et thermiques nocifs ou non-nocifs. Le canal en lui-même se trouve aux endroits clés de la genèse et de la propagation du message nerveux périphérique, et module le seuil et la vitesse de conduction des potentiels d'action. Replacé dans le contexte de la bibliographie, l'ensemble de nos résultats montre que Cav3.2 permet de donner la modalité à bas seuil aux neurones l'exprimant. / Pain management and treatment have always been a priority for life quality. Despite this fact, analgesics commonly used present a bad benefice/risk ratio. Discovery of new therapeutic concepts to fight pain is highly required. To complete this task, we first need to better understand pain perception mechanisms, and more globally, mechanisms involved in the perception of our environment. In this context, numerous studies have shown that low threshold calcium channels Cav3.2 are involved in pain information transmission. Thus, it represents a good target for the treatment of pain. However, neuronal identity of Cav3.2-expressing sensory neurons and Cav3.2 functions in neuronal physiology are unknown. During this PhD we first described a new low voltage activated channel antagonist named TTA-A2. We demonstrated that TTA-A2 is a powerful nanomolar specific agonist of Cav3.1, Cav3.2 and Cav3.3. This molecule is able to reduce excitability in sensory neurons expressing Cav3.2, and is able to generate a strong analgesic effect on naive and pathologic animals. In the other part of this PhD, we used this new tool combined to a new transgenic mouse that expressed Cav3.2 tagged with a fluorescent protein (Knock-in GFP). With these new tools we discovered that Cav3.2 is expressed in low threshold mechanoreceptors involved in detection of painful and non painful mechanical and thermal stimuli. Cav3.2 itself is expressed at key localisations that allow action potential generation and propagation, and modulate threshold and speed conduction of action potential. Taken together, these results show that Cav3.2 gives the “low threshold” modality to neurons.

L'encodage du signal acoustique en impulsions nerveuses se réalise au niveau des synapses à ruban des cellules ciliées internes (CCI) de la cochlée. Une dépolarisation déclenche l'exocytose des vésicules synaptiques suite à l'activation des canaux calciques CaV1.3 et à l'action d'un senseur calcique particulier, l'otoferline, une grande protéine se composant d'un domaine transmembranaire en C-terminal et de six domaines C2 (A-F) pouvant lier le Ca2+ et les phospholipides. Afin de caractériser le rôle de ces différents domaines C2, nous avons utilisé des vecteurs viraux (AAV) permettant l'expression de formes raccourcies de l'otoferline (mini-Otof) in vivo dans les CCI de souris dépourvues d'otoferline (Otof -/-). Nous montrons que les mini-Otof contenant les domaines C2-EF, C2-DEF ou C2-ACEF sont suffisantes pour restaurer l'exocytose rapide des CCI Otof -/-, sans toutefois restaurer l'audition car le recrutement des vésicules synaptiques reste altéré. Nous révélons pour la première fois la présence d'une endocytose ultra-rapide (t < 20 ms) dynamine- et otoferline-dépendante, une fonction certainement essentielle à l'homéostasie membranaire des CCI. L'expression des mini-Otof C2-EF et C2-DEF a également permis de restaurer partiellement la composante rapide de l'inactivation du courant calcique des CCI, celle-ci étant absente chez les souris Otof -/-. Cette inactivation rapide est réalisée par les isoformes courtes Cav1.3S qui ont leur partie C-terminale régulatrice tronquée, contrairement aux isoformes longues Cav1.3L dépourvues d'inactivation. Afin de différencier les rôles spécifiques de ces isoformes dans le cycle des vésicules synaptiques, nous avons utilisé la technologie CRISPR-Cas9, nous permettant d'éditer spécifiquement la partie C-terminale régulatrice des canaux Cav1.3L. Nos résultats montrent que les souris CRISPR-Cav1.3L présentent une surdité sévère expliquée au niveau des CCI par un défaut de recrutement vésiculaire aux zones actives, alors que les Cav1.3S inaltérés contrôlent la fusion rapide des vésicules synaptiques. / The precise encoding of acoustic signals into nerve impulses is achieved at the ribbon synapses of inner hair cells (IHC) of the cochlea. Exocytosis of synaptic vesicles by IHC is triggered by voltage-activation of Cav1.3 calcium channels and the action of a specific calcium sensor, otoferlin, a large protein with a single C-terminal transmembrane domain and six C2 (A-F) domains which binds Ca2+ and interacts with phospholipids. In order to characterize the function of the various otoferlin C2 domains, we used viral vectors (AAV) allowing the expression of shortened forms of otoferlin (mini-Otof), in vivo, in IHC from mice lacking otoferlin (Otof -/-). We show that mini-Otof containing C2-EF, C2-DEF or C2-ACEF domains are sufficient to restore fast synaptic vesicle exocytosis in Otof -/- IHC, but without restoring hearing because vesicular replenishment remains impaired. For the first time, we also uncover an ultra-fast endocytosis (t < 20 ms) dynamin- and otoferlin-dependant, a function that is certainly essential for a fast regulation of IHC membrane homeostasis. Furthermore, the expression of the mini-Otof C2-EF and C2-DEF also partially restored the fast component of the Ca2+ current inactivation in Otof -/- IHC. This rapid inactivation is carried out by Cav1.3S short isoforms which have a truncated C-terminal regulatory domain, unlike Cav1.3L long isoforms which display no inactivation. To characterize the specific role of these Cav1.3 isoforms, we used CRISPR-Cas9 technology, allowing a specific removal of the C-terminal regulatory part of the Cav1.3L channels in IHC. Our results show that CRSIPR- Cav1.3L mice display severe deafness explained at the IHC level by a defect in vesicular replenishment of the active zones, while Cav1.3S are sufficient to ensure fast and transient exocytosis of docked synaptic vesicles.

Le canal cationique TRPV1 (Transient Receptor Potential Vanilloid 1) est activé par la capsaïcine, une acidose, de fortes températures ainsi que par les anesthésiques volatils (AV) dans les neurones sensoriels. Dans le muscle squelettique, TRPV1 est impliqué dans le métabolisme énergétique et l'exercice d'endurance. Grâce à des techniques d'immunomarquage et d'imagerie calcique, la première partie de la thèse vise à caractériser TRPV1 en tant que canal de fuite fonctionnel du réticulum sarcoplasmique (RS) dans les cellules musculaires squelettiques isolées de FDB (Flexor Digitorum Brevis) de souris. Par la suite, nous nous sommes intéressés à son rôle physiopathologique dans le muscle strié squelettique. Ainsi, dans une seconde partie nous supposons une implication de TRPV1 dans les crises d'hyperthermie maligne (HM) chez l'homme. Cette pathologie musculaire correspond à une crise de métabolisme exacerbé du muscle strié squelettique menant à une brusque montée en température chez le patient (>42°C) endormi au moyen d'AV. Dans cette deuxième étude nous démontrons, à travers une approche combinant imagerie calcique et outils pharmacologiques spécifiques du canal, que TRPV1 est activé lors de l'exposition des cellules musculaires à l'isoflurane. TRPV1 est donc une cible des AV dans la cellule musculaire. Puis, des variants de TRPV1 (T612M et N394del) de patients susceptibles à l'HM ont été découvertes. Nous avons pu montrer, suite à la transfection in vivo de ces variants dans des souris déficientes en TRPV1 et grâce à la mesure de flux calciques intracellulaires, que les variants humains de TRPV1 rendent ces canaux plus sensibles aux anesthésiques volatils que le canal TRPV1 humain sauvage. La troisième partie de la thèse a pour but de déterminer le rôle de TRPV1 dans le muscle squelettique en conditions physiologiques par des études fonctionnelles (fonction locomotrice, consommation d'oxygène) sur animal entier. Les résultats préliminaires de cette étude tendent à montrer que l'entraînement physique est moins efficace sur la fonction musculaire des souris déficientes en TRPV1. En conclusion, l'ensemble de ces résultats révèlent pour la première fois que TRPV1 est un canal calcique de fuite fonctionnel du RS pouvant faire le lien entre le déclenchement de l'HM au cours des anesthésies et la présence des RyR1 mutés dans le muscle squelettique / TRPV1 (Transient Receptor Potential Vanilloid 1) cation channel is activated by capsaicine, acidosis, high temperature and by volatile anaesthetics (VA) in sensory neurons. In skeletal muscle, TRPV1 appears to be implied in exercice endurance and energy metabolism. The present work aims first to characterize the functionality of this channel using immnostaining and calcium imaging. We report that TRPV1 is functionally expressed in isolated mouse skeletal muscle cells of FDB (Flexor Digitorum Brevis). These experiments point out that TRPV1 acts as a SR calcium leak channel. In contrast to earlier reports, our analysis shows that TRPV1 is only located to the sarcoplasmic reticulum (SR) membrane. Subsequently, we have studied its physiological role in skeletal muscle. Thus, in a second part, we suppose that TRPV1 could be involved in malignant hyperthermia (MH) crisis in human. MH is a muscular pathology linked to an abrupt increase in body temperature (> 42°C) in patients. MH crisis is a severe and feared complication of anesthesia. Nevertheless, any studies have demonstrated that RyR1 mutants are activated by VA. If the triggering agents of MH are known, their targets remain to be determined. By combining calcium imaging and pharmacological agents, our data first demonstrate that TRPV1 is activated by isoflurane in skeletal muscle cells. TRPV1 is so a target of volatile anaesthetics in skeletal muscle. Afterwards, TRPV1 mutants (T612M and N394del), obtained from susceptibles MH patients, were discovered. In the second part of the work, using in vivo transfection of TRPV1 mutants in TRPV1-/- mice and intracellular calcium measurements we have been able to demonstrate that human TRPV1 mutants are more sensitive to VA than human wild type TRPV1. The last part of the work investigates the physiological role of TRPV1 in skeletal muscle, using a functional exploration (locomotor function, oxygen consumption) in TRPV1-/- mice. Preliminary data point out that training seems to be less effective on skeletal muscle function of TRPV1-/- mice. To conclude, these results indicate for the first time that TRPV1 is a functional SR calcium leak channel and that TRPV1 may be the missing link between MH induction and RyR1 mutants in skeletal muscle during anesthesia

Les canaux calciques dépendants du voltage (CCVD) sont impliqués dans de nombreux processus cellulaires tels que la libération de neurotransmetteurs, la contraction musculaire ou encore la régulation de l'expression génique. Les CCVD sont constitués d'une sous-unité canalaire (alpha1 ou Cav) par laquelle les ions Ca2+ entrent dans le milieu intracellulaire, associée à différentes sous-unités auxiliaires, alpha2delta, beta et gammaqui régulent leur fonction. Ma thèse a contribué à la mise en évidence d'une nouvelle voie de régulation du couplage excitation-transcription impliquant la sous-unité beta4 des CCVD. Dans ce cadre, nous nous sommes intéressés à la compréhension des déterminants de l'entrée de beta4 dans le noyau et aux mécanismes de régulation de l'expression génique par cette sous-unité des CCVD. Un modèle animal nous a été particulièrement utile, la souris léthargique (lh), déficiente pour la sous-unité beta4 et considérée comme un modèle d'étude de l'épilepsie-absences. Une translocation de beta4 du cytoplasme vers le noyau est observée au cours de la différenciation neuronale. Cette translocation est dépendante de l'intégrité structurale de beta4 et plus précisément de l'interaction de ses domaines SH3 (Src Homology 3) et GK (Guanylate Kinase). La translocation de beta4 au noyau nécessite son association avec un partenaire : la sous-unité régulatrice de la protéine phosphatase 2A (PP2A), B56delta. La dépolarisation membranaire permet un décrochage de beta4 du canal et son association à B56delta. beta4 migre donc vers le noyau sous forme de complexe avec B56delta/PP2A. Une étude transcriptomique réalisée pour comparer le profil d'expression dans le cervelet de souris lh par rapport aux souris wild-type a montré l'implication de beta4 dans la répression et l'activation d'un certain nombre de gènes. Particulièrement beta4 réprime fortement l'expression du gène qui code pour la tyrosine hydroxylase (TH). Dans le noyau, beta4 interagit avec un facteur de transcription, le récepteur aux hormones thyroïdiennes alpha(TRalpha). Cette association permet au complexe beta4/B56delta/PP2A de cibler la région promotrice du gène TH comme cela a été montré par des expériences d'immunoprécipitation de la chromatine (ChIP). Le complexe beta4/B56delta/PP2A est capable de s'associer aux histones et de déphosphoryler spécifiquement les histones H3 en Ser10 au niveau de la région promotrice du gène TH. Cette modification de la chromatine est corrélée avec le recrutement de Heterochromatin Protein 1 gamma (HP1gamma au niveau du promoteur du gène TH. HP1gamma est impliquée dans la formation d'hétérochromatine et pourrait expliquer la répression de l'expression du gène TH. Ainsi dans le cervelet de souris lh, l'absence de beta4 déclenche un dérèglement de cette voie de signalisation qui entraîne la sur-expression du géne TH. La mutation humaine R482X à l'origine de la délétion d'une partie du domaine C-terminal de beta4 et responsable d'une forme d'épilepsie juvénile myoclonique, perturbe la localisation nucléaire de beta4. En effet, le mutant beta1-481 incapable de s'associer à B56delta/PP2A et de migrer au noyau n'interagit pas avec les histones. La voie de signalisation permettant la régulation de l'expression génique par beta4 n'est donc plus assurée par le mutant. Ainsi, la fonction debeta4 ne se limite pas à son action cytoplasmique en tant que sous-unité auxiliaire des CCVD. En effet, ce travail montre combien dans le noyau,beta4, joue un rôle important dans la régulation de l'expression génique. / Voltage dependent calcium channels (VDCC) participate to various cellular processes such as neurotransmitters release, muscular contraction or gene expression regulation. VDCC are composed of a pore-forming subunit (alpha1 or Cav), that allows Ca2+ to enter the cells associated with auxiliary subunits, alpha2delta, beta and gamma. My thesis studies on a new signaling pathway in which the beta4 subunit of VDCC couples neuronal excitability to transcription. In particular it focuses on the understanding of the beta4 nuclear translocation determinants and the mechanisms of gene expression regulation by this VDCC subunit. beta4 translocation from the cytoplasm to the nucleus is observed during neuronal differentiation. This translocation depends on beta4 structural integrity and more precisely on interaction between the beta4 SH3 (Src Homology 3) and GK (Guanylate Kinase) domains. beta4 nuclear translocation is conditioned by its association with a partner: the regulatory subunit of phosphatase protein 2A (PP2A), B56delta. Membrane depolarization induces beta4 channel uncoupling and association with B56delta. Thus, beta4 migrates to the nucleus in complex with B56delta/PP2A. A study on gene expression generated by microarray was carried on to compare profiles of gene expression in lethargic (lh) mice, considered as spontaneous beta4 KO with wild-type (WT) mice cerebellum. This study proved the influence ofbeta4 on the repression and the activation of certain genes. Particularly, beta4 strongly represses tyrosine hydroxylase (TH) gene expression. In the nucleus, beta4 interacts with a transcription factor: the thyroid hormone receptor alpha (TR alpha). This association allows beta4/B56delta/PP2A complex to target the TH gene promoter as shown by chromatin immunoprecipitation (ChIP) experiments. This complex is also able to associate itself with histones and dephosphorylate Ser10 histone H3 in the TH gene promoter. This chromatin modification is correlated with HP1 gamma (Heterochromatin Protein 1 gamma) recruitment in the TH gene promoter. HP1 gamma is known to promote heterochromatin formation that could explain the TH gene repression by beta4. Thus, in lh mice cerebellum, the absence of beta4 triggers a complete disorganization of this signaling pathway that results in the up-regulation of the TH gene. R482X, the human mutation inducing the C-terminus domain deletion of beta4 and responsible for a form of juvenile myoclonic epilepsy prevents beta4 nuclear localization. In fact, the mutant beta1-481 unable to associate with B56delta/PP2A and to migrate to the nucleus does not interact with HP1gamma and histones. The signaling pathway allowing gene regulation by beta4 is prevented by the mutant. Thus, beta4 does not play a confined role in the cytoplasm as CCVD auxiliary subunit but also functions in the nucleus as a gene expression regulator.

Les plantes médicinales constituent un réservoir important de substances naturelles pour la découverte de nouvelles molécules thérapeutiques. L’intérêt de ce travail est d'explorer le potentiel thérapeutique des plantes médicinales connues pour leurs vertus neuromodulatrices et potentiellement d’intérêt pour le traitement de maladies neurologiques, y compris l’épilepsie, en étudiant leur capacité à cibler l’activité des canaux calciques de type T qui jouent un rôle important dans l’hyperexcitabilité neuronale et la physiopathologie des épilepsies. Le premier objectif de ma thèse était d’étudier l’effet des extraits de plantes méditerranéennes ; Lavandula stoechas, Rosmarinus officinalis et Peganum harmala, ainsi que leurs principes actifs ; le linalol, l’acide rosmarinique et l’harmaline, respectivement, sur des courants calciques de type T en utilisant la technique patch-clamp en configuration cellule-entière. Les enregistrements électrophysiologiques à partir de cellules HEK-293 exprimant les canaux T montrent que la lavande, le romarin et l’harmal réduisent significativement les courants de type T sur la gamme de potentiel membranaire testée. Les produits naturels arrivent à déplacer l'état stable d’inactivation vers des potentiels de membrane plus négatifs et certains (Peganum harmala) accélèrent significativement la cinétique d'inactivation des canaux T. Le deuxième objectif était d’étudier l’effet anticonvulsivant et/ou antiépileptique de ces plantes et du TTA-A2 ; un bloqueur sélectif des canaux T, sur un modèle animal d’épilepsie. Nos résultats valident le PTZ et la 4-AP comme inducteurs de crises chez le poisson zèbre, ces deux modèles permettant le criblage pour des molécules anticonvulsivantes et/ou antiépileptiques. Nos résultats montrent que le romarin, la lavande ainsi que le TTA-A2 inhibent les crises pseudo-épileptiques chez ces deux modèles. Dans l’ensemble, ce projet suggère que les canaux T seraient impliqués dans les propriétés neuroprotectrices et anticonvulsivantes des plantes médicinales étudiées et valide le rôle des plantes médicinales comme source intéressante de produits thérapeutiques. / Medicinal plants represent an interesting reservoir of natural substances for the discovery of new therapeutic molecules. The interest of this work is to explore the therapeutic potential of medicinal plants, which are known for their neuromodulation effects, by studying their ability to target the activity of T-type calcium channels which play a major role in neuronal hyperexcitability and the pathophysiology of epilepsy and other neurological diseases.The first objective of my thesis was to study the effect of Mediterranean plant extracts; Lavandula stoechas, Rosmarinus officinalis and Peganum harmala and their active ingredients; linalool, rosmarinic acid and harmaline, respectively, on T-type calcium currents using the patch clamp technique in whole-cell configuration. Electrophysiological recordings from HEK-293 cells expressing T-type channels show that lavender, rosemary and Harmal significantly reduce T-type currents over the potential range tested. The natural products shifted steady-state inactivation towards more negative membrane potentials and some plants (Peganum harmala) significantly accelerate the inactivation kinetics of T-type channels. The second objective was to study the anticonvulsant / antiepileptic activity of these plants as well as TTA-A2, a selective T-type channel blocker, in an epilepsy model in zebrafish. Our results validate the PTZ and 4-AP as inducers of convulsions in zebrafish and both models could be used to screen for anticonvulsant and/or antiepileptic molecules. Our results show that rosemary, lavender and TTA-A2 inhibit seizures-like activity in these two models. Overall, this project suggests that T-type channels are involved in the neuroprotective and anticonvulsant properties of the studied medicinal plants and validates the role of medicinal plants as a valuable source of therapeutic products.

L’automatisme cardiaque est généré par un mécanisme fondamental partiellement compris et controversé, initié par des cardiomyocytes spécialisés dans le nœud sino-atrial (NSA). Ces cellules pacemaker (cNSA) présentent une phase spontanée de dépolarisation diastolique (DD), qui mène le potentiel de membrane de la fin de la repolarisation du potentiel d’action (PA) au seuil de déclenchement du PA suivant. Cette activité spontanée implique plusieurs canaux ioniques à la surface de la membrane plasmique et la dynamique calcique intracellulaire. Les cardiomyocytes contractiles du myocarde expriment majoritairement le canal calcique Cav1.2 tandis que les cNSA en expriment d’autres isoformes. Ce sont les canaux calciques de type L (LTCC) Cav1.3 et de type T (TTCC) Cav3.1, qui sont impliqués dans la DD. Les souris génétiquement modifiées pour Cav1.3 et/ou Cav3.1 ont des caractéristiques physiopathologiques et sont utilisées comme modèle d’étude des dysfonctions sinusales de l’homme. La cartographie optique du NSA isolé a permis de révéler une activité électrophysiologique intrinsèque altérée par les mutations. L’expérimentation en patch clamp et en imagerie calcique des cNSA isolées montrent que les mutations altèrent la mécanistique cellulaire du pacemaker. Le couplage de ces approches à l’utilisation d’outils pharmacologiques spécifiques a permis d’évaluer la contribution des différents éléments à cette mécanistique cellulaire et de préciser les controverses sur les fondements de l’automatisme cardiaque. Cette thématique de recherche présente des enjeux majeurs dans le domaine de la santé puisque les perspectives thérapeutiques et les stratégies pharmacologiques pour traiter les dysfonctions sinusales nécessitent une connaissance intégrale du mécanisme. / Heart automaticity is generated by a basic pacemaker mechanism not fully understood and still controversial. Pacemaker activity is initiated by specialized cardiomyocytes in the Sino-atrial node (SAN). The spontaneous phase of diastolic depolarization (DDP) characterizes SAN cells (SANc). This phase drives the membrane potential of SANc from the end of the repolarization to the threshold of the next action potential (AP). This spontaneous activity involves several ion channels on the plasma membrane and the intracellular dynamic of calcium. In terms of calcium channels, atrial and ventricular cardiomyocytes express mostly Cav1.2 whereas SANc express two additional isoforms. Specifically, in SANc are expressed Cav1.3 LTCC (L type Calcium channels) and the Cav3.1 TTCC (T type Calcium channels), which are activated during the DD. Genetically modified mice inactivated for Cav1.3, Cav3.1 and Cav1.3/Cav3.1 we generated and used as a models of study of human SAN dysfunctions. In particular, we highlighted the impairment of the pacemaker activity in these mice by optical mapping of the intact SAN, and by patch clamping and calcium imaging of isolated SANc. Coupling this approaches with pharmacological tools allowed us to evaluating the contribution of the various elements constituting to the pacemaker mechanism. This thematic of research presents major issues in terms of public health. Indeed, we need a better understanding of the pacemaker mechanism to develop pharmacological strategies against SAN dysfunction.

Le couplage excitation-contraction (EC) du muscle squelettique s'articule sur les interactions entre le détecteur de potentiel membranaire (récepteur des dihydropyridines, DHPR), et le canal calcique du réticulum (récepteur de la ryanodine, RyR). Le DHPR est localisé dans les tubules transverses et les cavéoles, deux structures sarcolemmales enrichies en cholestérol. De plus, les cavéoles contiennent la synthase de l'oxyde nitrique (NO). Le travail présenté apporte des éléments nouveaux concernant la modulation fonctionnelle du couplage EC par le cholestérol et le NO, à l'aide d'une approche d'électrophysiologie cellulaire combinée à des mesures de fluorescence. La teneur membranaire en cholestérol régule les fonctions de canal calcique et de détecteur de potentiel du DHPR. Le NO cible spécifiquement le RyR. À des niveaux physiologiques, il module l'activation du canal lors d'une dépolarisation ; en excès, il maintient certains RyR en configuration activée