La protéine kinase Ca2+ /calmoduline-dépendante II (CaMKII) est une enzyme impliquée dans le remodelage synaptique dépendant de l'activation des récepteurs NMDA. Une activation importante des récepteurs NMDA provoque, dans l'épine dendritique, une augmentation du calcium libre ainsi que le recrutement de la CaMKII. Une fois dans l'épine, la CaMKII peut interagir avec plusieurs protéines, affectant ainsi sa mobilité et son accessibilité à certains substrats. Mes travaux démontrent que l'interaction de la CaMKII avec la sous-unité NR2B du récepteur NMDA, ainsi que l'auto-association de plusieurs holoenzymes de CaMKII peuvent modifier la localisation de la CaMKII dans des cellules non-neuronales suite à l'activation de la kinase. À l'aide de la technique de fluorescence recovery after photobleaching (FRAP), j'ai montré que l'activation des récepteurs NMDA mène à la rétention de la CaMKII dans l'épine dendritique. Mes résultats suggèrent que le recrutement et la rétention de la CaMKII à la synapse pourraient jouer un rôle dans la plasticité synaptique.

La protéine kinase Ca²⁺/calmoduline-dépendante II (CaMKII) est une enzyme clé dans le processus de la mémoire. Elle est impliquée dans les mécanismes qui régissent la plasticité synaptique et le recrutement de protéines à la synapse. Certaines hypothèses suggèrent que pour y parvenir, la CaMKII se fixe à la densité post-synaptique de manière persistante. Cette localisation pourrait faciliter son rôle de kinase vis-à-vis de ses partenaires et faciliter la transmission synaptique, en permettant l'exocytose des récepteurs AMPA par exemple. L'enzyme peut également se lier aux microtubules de manière plus brève lors des entrées calciques. Cette liaison pourrait à son tour phosphoryler certaines protéines associées aux microtubules et permettre la libération de cargos aux endroits spécifiques. Plusieurs questions sont présentement posées par la communauté scientifique au sujet des rôles de l'enzyme face à la plasticité synaptique. De quelles manières est-elle retenue à la synapse, quelles sont ses mécanismes et ses modes de diffusion, est-elle impliquée dans certains processus d'étiquetage synaptique ? Ce sont là quelques questions auxquelles j'ai tenté de répondre au cours de mes travaux de maîtrise. J'ai donc étudié les dynamiques spatiales et temporelles de la CaMKII de façon à mieux comprendre comment elle intervient au niveau synaptique. J'ai utilisé des cultures d'hippocampe de rats, dans lesquelles j'ai surexprimé la GFP-aCaMKII. J'ai fait du FRAP (fluorescence recovery after photobleaching) et du FLAPA (Fluorescence loss after Photo Activation) ce qui m'a permis d'obtenir de l'information sur la mobilité et la rétention de la CaMKII. J'ai également adapté une méthode d'analyse de régression sur le profil d'intensité en utilisant la méthode des maxima d'entropie. Mes résultats démontrent que suite à une activation synaptique, une plus grande fraction de CaMKII est retenue à la synapse, pour une durée de temps prolongée. Cette rétention, observée sur une longue période, pourrait avoir un rôle important dans les changements plastiques à long terme. J'ai aussi démontré que l'enzyme doit d'être activée via le complexe Ca²⁺/CaM. D'autres résultats m'ont permis de constater que lors des entrées calciques, la CaMKII se fixe aux microtubules. Mes travaux proposent donc que plusieurs dynamiques spatiales et temporelles de la CaMKII sont mises à contribution pour le bon fonctionnement du système de transmission synaptique.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / La formation des connexions entre les neurones durant le développement et la plasticité des connexions synaptiques une fois établies nécessite une fine régulation au niveau du cytosquelette du neurone. Les interactions entre les microtubules et l'actine du cytosquelette sont à l'origine du déplacement et du guidage de l'extrémité de l'axone en croissance, et de récentes évidences suggèrent qu'elles pourraient être importantes dans la réorganisation synaptique. La protéine kinase Ca2+/calmoduline-dépendante II (CaMKII), une des protéines les plus abondantes du cerveau, pourrait être impliquée dans la régulation de ces interactions. Il a été montré que la sous-forme CaMKIIb, exprimée dans le développement et liant l'actine en situation de faible activité, détecte les oscillations calciques dans le cône de croissance et provoque son attraction. Le mécanisme par lequel la CaMKIIb entraîne le virage du cône est cependant inconnu. L'isoforme CaMKIIa, essentielle dans la potentialisation à long-terme de l'épine dendritique, a été observée s'accumulant sous l'épine dendritique lors d'une forte activité locale, où elle pourrait contrôler la livraison locale de cargos destinés à la synapse. Dans le laboratoire du Dr. De Koninck, nous avons observé ces deux formes se lier à des structures ressemblant à des microtubules pendant une forte stimulation. La liaison de la CaMKII aux microtubules pourrait expliquer le mécanisme d'action de la CaMKIIb dans le virage du cône de croissance ainsi que mettre en évidence un nouveau rôle de la CaMKIIa dans l'épine dendritique. Au cours de mes travaux de maîtrise, j'ai observé la CaMKII et le cytosquelette dans des cultures de neurones d'hippocampe de rats en marquant les protéines avec des anticorps ou en transfectant des protéines de fusion fluorescentes. Mes analyses de colocalisation m'ont permis de montrer que la dépolarisation du neurone provoque le déplacement de la CaMKIIb de l'actine vers les microtubules dans le cône de croissance et la localisation de la CaMKIIa aux microtubules, mais pas aux neurofilaments, dans le neurone plus mature. Les études d'inhibition de la CaMKIIb au cours du développement ainsi que l'étude du guidage du cône de croissance n'ont pas donné de résultats probants permettant d'expliquer le rôle du déplacement de la CaMKIIb. Finalement, il est possible que la liaison de la CaMKIIa aux microtubules sous l'épine puisse être impliquée dans les entrées de microtubules dans l'épine et dans la livraison de récepteurs AMPA.

Depuis quelques années, l'évolution des terminaux nomades et des réseaux mobiles et/ou sans fil favorise le développement de nouveaux services et de nouvelles applications dédiées aux usagers mobiles. Parmi ces applications, nous définissons le concept d'applications de proximité. Celles-ci permettent à différents usagers physiquement proches les uns des autres de partager certaines de leurs informations et de localiser les données disponibles. Ces applications s'inscrivent dans un contexte fortement distribué et dynamique où l'ensemble de l'information disponible est répartie sur les terminaux des différents participants et subit de fréquentes variations dûes à la mobilité des participants. Dans cet environnement, les services de localisation actuels présentent d'importantes limites. Nous avons donc proposé ISLANDS (Information and Services LocalizAtioN and Discovery Service), un service de localisation adapté à l'environnement des applications de proximité, en particulier à la distribution de l'information. Ce service ISLANDS repose sur notre modèle d'évaluation des requêtes dépendantes de la localisation. Un exemple de requêtes dépendantes de la localisation est « quel est l'arrêt de bus le plus proche de moi ? ». Le modèle d'évaluation proposé permet de considérer la mobilité des utilisateurs et en particulier leur localisation géographique dans l'évaluation des requêtes. Ce modèle d'évaluation a été optimisé afin de pouvoir être pleinement exploité dans un environnement contraint en terme de ressources. Le processus d'évaluation d'une requête dépendante de la localisation s'articule autour de différentes étapes dont l'évaluation de la localisation géographique du client qui émet la requête. Aujourd'hui, les techniques de localisation ne sont pas toujours exploitables : par exemple, le GPS qui est la solution la plus répandue , ne fonctionne généralement pas à l'intérieur d'un bâtiment, nous proposons donc une solution de localisation reposant sur les métadonnées de l'environnement. Notre solution permet de localiser un utilisateur de façon approximative mais avec une précision suffisante pour évaluer des requêtes dépendantes de la localisation. Cette solution a été optimisée de façon à minimiser la consommation des ressources sur les terminaux nomades et à réduire le nombre de communications entre les participants. Un prototype d'ISLANDS a été implémenté et démontré aux 19èmes journées de bases de données avancées (BDA'03) dans le but de valider nos propositions.

La plasticité synaptique représente un mécanisme fondamental de l'apprentissage et de la mémoire au cours du développement et durant la vie adulte. Au niveau moléculaire, il est connu que la CaMKII joue un rôle important dans la plasticité et la maturation des synapses. L'objectif était de démontrer par mesure électrophysiologique que la translocalisation de la CaMKII à la synapse est nécessaire à la potentialisation à long terme (LTP) des courants synaptiques. Pour tester cette hypothèse, une étape critique devait d'abord être franchie, celle d'établir une méthode robuste pour induire de la LTP dans des neurones d'hippocampe de rat maintenus en culture, où on peut manipuler l'expression et la dynamique spatiale de la CaMKII. Ce mémoire montre que cette première étape n ' a pu être établie et qu'ainsi l'hypothèse de départ n'a pu être testée. Néanmoins, je présente une méthode candidate prometteuse, faisant appel à une lumière intense, pour augmenter la fréquence des événements synaptiques. De plus, j ' a i développé un outil qui permettra bientôt d'automatiser les mesures d'électrophysiologie et microscopie nécessaires pour tester l'hypothèse de départ. Il devrait entre autre accélérer notre capacité de trouver un protocole optimal pour induire de la LTP en culture en testant un plus grand nombre de conditions expérimentales de manière rapide et reproductible.

Le bulbe olfactif (BO) est un réseau neuronal complexe qui traite et transfert les informations olfactives aux structures corticales supérieures. Le réseau bulbaire est composé d’une large population de cellules granulaires (CGs) GABAergiques qui sont continuellement renouvelées tout au long de la vie de l’animal. Cette population peut exprimer différents marqueurs neuronaux comme la calretinine (CR+) et la CaMKIIα (CaMKIIα+), mais jusqu’à présent les études ayant eues pour but de comprendre le rôle des CGs dans le BO n’ont pas pris en considération cette hétérogénéité. Cependant, il est possible que différentes sous-populations de CGs présentent des propriétés morpho-fonctionnelles différentes et jouent un rôle spécifique dans le comportement olfactif. Ici nous comparons les caractéristiques morphologiques et eléctrophysiologiques des cellules CR+ générées chez l’adulte versus les cellules qui ne n’expriment pas la calretinine (CR−), ainsi que des cellules CaMKIIα+ générées chez l’adulte versus les cellules qui ne l’expriment pas (CaMKIIα−). Nous démontrons que les CGs CR+ et les CGs CaMKIIα+ présentent des morphologies similaires mais reçoivent moins de courants inhibiteurs que les cellules négatives. Nous révélons également qu’au sein d’une même souspopulation, des cellules générées pendant le développement ou bien générées chez l’adulte ont les mêmes propriétés morpho-fonctionnelles. De plus, nous démontrons par quantification de l’expression de gènes à expression précoce immédiate ainsi que par l’inhibition de sous-populations de CGs à l’aide d’outils pharmacogénétiques combiné à des tests de comportement l’implication spécifique des cellules CR+ et des cellules CaMKIIα+ dans la discrimination olfactive spontanée et suite à un apprentissage associatif. Dans le dernier chapitre de la section Résultat, nous révélons l’existence d’une nouvelle forme de plasticité structurelle présente uniquement sur les CGs générées chez l’adulte, permettant la formation de nouvelles synapses dans un lapse de temps très court. Nous montrons que les épines disposent de fins filopodes sur leurs têtes qui scrutent l’environnement et induisent une relocalisation des épines dépendamment de l’activité. Nous montrons également que ce phénomène dépend de l’activation des récepteurs AMPA et TrkB se trouvant sur les CGs par le glutamate et le BDNF libéré par les cellules mitrales. / The olfactory bulb (OB) is a complex neuronal network which processes and transfers olfactory information to higher cortical structures. The bulbar network is composed of a large population of GABAergic granule cells (GCs) which is continuously renewed throughout animal lifetime. This population can express diverse neurochemical markers such as calretinin (CR) and CaMKIIα, but so far most of the studies that aimed to unveil the role of GCs in the OB and odor behaviors didn’t take into consideration this heterogeneity. However, it is possible that different subpopulations of GCs display different morpho-functional properties and play specific roles in olfactory behaviors. Here we compared morphological and electrophysiological characteristics of adult-born CR-expressing cells versus CR-non expressing cells, as well as CaMKIIα-expressing cells versus CaMKIIαnon expressing cells. We showed that CR-expressing and CaMKIIα-expressing GCs display similar morphological properties but receive less inhibitory inputs than their respective negative counterparts. I also revealed that among the same subpopulation, cells generated during brain development or adulthood, display the same morpho-functional properties. In addition, we demonstrated by immunostaining for early-immediate gene markers as a proxy of neuronal activity and pharmacogenetic inhibition of GC subpopulations combined with behavioral tasks, the specific implication of CR- and CaMKIIα-expressing cells in spontaneous and odor-associative learning discrimination. In the last chapter in Result section, we revealed the existence of a new form of structural plasticity occurring in adult-born, but not early-born GCs, in a very short time. We showed that spines display thin filopodia on their heads which scrutinize the microenvironment and induce spine relocation in an activity-dependent manner. We also revealed that this phenomenon depends on activation of AMPA and TrkB receptors located on GCs by glutamate and BDNF released by active mitral cells.

L'ozone (O3), polluant atmosphérique et gaz à effet de serre, est responsable des pertes de production pour plusieurs espèces végétales. Actuellement, les seuils de risques ne prennent pas en considération la capacité de détoxication intrinsèque des cellules, qui dépend en partie de la régénération du NADPH. Dans cette dernière perspective, l'étude des différentes NADP-déshydrogénases cytosoliques dans les feuilles de deux génotypes de peuplier euraméricain (Populus deltoides x Populus nigra), montre que les activités de la cG6PDH (glucose-6-phosphate déshydrogénase) et de la ME (enzyme malique) sont plus élevées chez le génotype tolérant Carpaccio en réponse à un traitement O3 (120 ppb pendant 17 jours). Dans ces conditions, le maintien des teneurs en NADPH chez Carpaccio, nous a permis de conclure que la capacité des cellules à régénérer ce nucléotide, contribue à améliorer la tolérance face à l'O3. Par une approche de génétique inverse chez Arabidospis, nous avons étudié l'importance de l'activité isocitrate déshydrogénase (ICDH) et de la glutathion réductase 1 (GR1) sous O3, dans un contexte de modulation de la durée du jour. Nous montrons ainsi pour les différents génotypes une plus grande sensibilité à l'O3 lorsque les plantes croissent sous un régime de jours longs, nous soulignons l'interconnexion entre déshydrogénases NADPdépendantes chez le mutant icdh et nous mettons en évidence un possible rôle du glutathion dans le contrôle des interactions entre les fonctions de signalisation oxydante et antioxydante chez le mutant gr1. Enfin, nous avons montré que le monoxyde d'azote (NO) pouvait être en partie impliqué dans la régulation post-traductionnelle de la PEPC sous O3. En effet, nous avons montré que le SNP (donneur de NO) mime les effets de l'O3 alors que le prétraitement de rcd1, mutant surproducteur de NO sous O3, avec du cPTIO + LNNA prévient partiellement ces effets. De plus, l'incubation in vitro d'extraits protéiques foliaires avec du GSNO stimule fortement l'activité PEPC. Tous ces résultats corroborent l'hypothèse que sous O3, l'activité PEPC pourrait être modulée via S-nitrosylation. Cette hypothèse est confortée par la prédiction dans la séquence d'acides aminés de la PEPC de trois cystéines S-nitrosylées, très conservées chez les plantes / Ozone (O3), both an air pollutant and a greenhouse gas, is responsible for yield production losses. Current flux based threshold indices do not take in consideration intrinsic cell capacity for detoxification, which partly depends on NADPH regeneration. In this optic, the study of the NADP-dehydrogenases within leaves of two hybrid poplar (Populus deltoides x Populus nigra) genotypes showed that the activation of cG6PDH (glucose-6-phosphate dehydrogenase) and of ME (malic enzyme) was higher in the tolerant genotype (Carpaccio) in response to O3 treatment (120 ppb for 17 days). The maintenance of NADPH levels in Carpaccio, supported the hypothesis that the capacity for cells to regenerate this nucleotide, contributes to improve tolerance to O3.To investigate the importance of a specific cytosolic NADP?dehydrogenase, we used a reverse genetic approach to test isocitrate dehydrogenase (icdh) and glutathione reductase 1 (gr1) mutants to O3 in a context of day?length modulation. Our study reveals an important role for day length conditions in influencing O3 responses with extended damage for all the genotypes in long days, we pointed to overlapping functions of NADP-dependent dehydrogenases in icdh mutants, and highlights novel roles for the glutathione system in controlling the interactions between antioxidative and oxidative signaling functions in gr1 mutant. Finally, we showed that nitric oxide (NO) could be partly implied in the posttranslational regulation of PEPC under ozone. Treatment of the wild ecotype Col?0 with the NO donor SNP mimicked the O3 effects concerning development of visible injuries and the stimulation of PEPC activity. The pre-treatment of the NO-overproducer mutant rcd1, with cPTIO+L-NNA partially prevented both of these O3 effects. Additionally, in vitro incubation of a protein extract with GSNO strongly enhanced PEPC activity. All together, these results corroborated the hypothesis of the modulation of PEPC activity via Snitrosylation under O3, which is reinforced by the presence of three predicted and highly preserved Snitrosylated cysteines in the protein sequence

Cette thèse est dédiée à l'étude du problème de la stabilisation des systèmes affines à commutations. L'objectif est de concevoir des lois de commutation dépendantes de l'état qui stabilisent le système en boucle fermée. Premièrement, un aperçu de quelque résultat existant dans la littérature est présenté. Ensuite, un résultat général permettant la synthèse de lois de commutations pour la stabilisation des systèmes nonlinéaires affines en l'entré est proposé. La particularisation de ce résultat aux cas des systèmes affines à commutations et des systèmes linéaires à temps invariant avec une commande à relais a permis de synthétiser des lois de commutations garantissant leur stabilité asymptotique locale ou globale en boucle fermée. Grace à l'utilisation des fonctions de Lyapunov commutées une méthode numérique basée sur des LMIs permettant la conception de surfaces de commutations nonlinéaires est proposée. Une méthode permettant la synthèse de lois de commutations robustes vis-à-vis des perturbations sur les mesures est également développée pour assurer la stabilisation des systèmes affines à commutations. Le résultat est ensuite particularisé au cas des systèmes linéaires temps invariant avec commande à relais robuste. Enfin, le problème de la synthèse de lois de commutations basée-observateur est considéré. Des surfaces de commutations linéaires et nonlinéaires sont proposées en utilisant des fonctions de Lyapunov quadratiques et non-quadratiques. Des conditions de stabilisation asymptotique locale et globale sont développées. Les lois de commutations conçues dépendent de l'état reconstruit en utilisant un observateur de type Luenberger. De plus, le principe de séparation est démontré pour les systèmes affines à commutations ainsi que pour les systèmes linéaires temps invariant avec une commande à relais. / This thesis is dedicated to the study of the stabilization problem of switched affine systems with state-dependent switching laws. First, an overview of some existing results is proposed. In order to define the closed-loop system's solutions and to analyze its behavior over the switching surfaces the Filippov formalism is used. The stabilization problem is addressed using a Lyapunov approach which allows to derive numerical approaches based on LMIs. Throughout this thesis both switched affine systems and LTI systems with relay controllers are considered. Using a general framework for the class of nonlinear input-affine systems, a full state-dependent switching controller is designed in order to ensure both local and global asymptotic stability of the closed-loop system. Thanks to switching (Lur'e type) Lyapunov functions, a numerical approach based on LMIs that allows to derive a nonlinear stabilizing switching law is proposed. Moreover, a design approach of robust state-dependent switching laws for switched affine systems stabilization are proposed. The robustness property is studied with respect to bounded exogenous disturbances that affect the state measurements which are used for the design of the switching laws. Finally, observer-based switching controllers are designed to guarantee both local and global asymptotic stability of the closed-loop system. Using both quadratic and non-quadratic Lyapunov functions, linear and nonlinear switching surfaces are designed. The derived switching surfaces depend on the estimated state which is computed by a Luenberger observer. For both switched affine systems and LTI systems with relay controller the separation principle is proved.

Les établissements pour personnes âgées, les centres pénitentiaires et les monastères, trois univers à priori très différents. Et pourtant, nous y avons constaté des similarités qui nous ont amenés à réfléchir sur la problématique suivante : Quelles dynamiques psychiques interagissent dans une institution totale (Goffman, 1968) qui accueille des personnes sur le long terme, d’une part selon que le mode d’entrée principal y soit choisi, contraint ou forcé, et d’autre part selon que le sujet ait la capacité de quitter librement l’institution ou non ? Cette question nous permet de penser les liens mouvants et interdépendants entre le sujet, l’institution et la société. Dans cette étude, c’est à la rencontre de l’humain que nous allons, qu’il soit âgé et dépendant, prisonnier, soignant, surveillant ou moine. Leurs témoignages nous amènent à repenser lesquestions de l’ego, de la paix, de la liberté et de l’amou / Retirement homes, detention centers and monasteries : at first sight, these three institutions seem to be very different. Nevertheless, we noticed similarities which led us to ask ourselves the following question: What are the psychic dynamics involved in a total institution (GOFFMAN, 1968) which receives persons on a long-term basis, depending on whether the main admission mode is chosen, constrained or forced, or whether the subject has the ability to leave the institution freely or not ? This question allow us to think about the shifting and independent links between people, institution and society. This study is about meeting differents humans whether they are old and dependant, prisoner, nurse, prison warder or monks. Their testimonies invite us to reconsider the question of ego, peace, freedom and love.

Dans un modèle qui peut s'avérer complexe et fortement non linéaire, les paramètres d'entrée, parfois en très grand nombre, peuvent être à l'origine d'une importante variabilité de la sortie. L'analyse de sensibilité globale est une approche stochastique permettant de repérer les principales sources d'incertitude du modèle, c'est-à-dire d'identifier et de hiérarchiser les variables d'entrée les plus influentes. De cette manière, il est possible de réduire la dimension d'un problème, et de diminuer l'incertitude des entrées. Les indices de Sobol, dont la construction repose sur une décomposition de la variance globale du modèle, sont des mesures très fréquemment utilisées pour atteindre de tels objectifs. Néanmoins, ces indices se basent sur la décomposition fonctionnelle de la sortie, aussi connue sous le nom de décomposition de Hoeffding. Mais cette décomposition n'est unique que si les variables d'entrée sont supposées indépendantes. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'extension des indices de Sobol pour des modèles à variables d'entrée dépendantes. Dans un premier temps, nous proposons une généralisation de la décomposition de Hoeffding au cas où la forme de la distribution des entrées est plus générale qu'une distribution produit. De cette décomposition généralisée aux contraintes d'orthogonalité spécifiques, il en découle la construction d'indices de sensibilité généralisés capable de mesurer la variabilité d'un ou plusieurs facteurs corrélés dans le modèle. Dans un second temps, nous proposons deux méthodes d'estimation de ces indices. La première est adaptée à des modèles à entrées dépendantes par paires. Elle repose sur la résolution numérique d'un système linéaire fonctionnel qui met en jeu des opérateurs de projection. La seconde méthode, qui peut s'appliquer à des modèles beaucoup plus généraux, repose sur la construction récursive d'un système de fonctions qui satisfont les contraintes d'orthogonalité liées à la décomposition généralisée. En parallèle, nous mettons en pratique ces méthodes sur différents cas tests.