Les cellules sensorielles auditives, les cellules ciliées internes (CCI), transforment les ondes sonores en message nerveux. Les synapses des CCI se distinguent de celles du système nerveux par leur anatomie. En effet, les synapses des CCI sont dotées d'un organite appelé ruban synaptique. Ce dernier a pour fonction de concentrer les vésicules synaptiques à proximité des zones actives. Il est important de souligner qu'un déficit de la libération synaptique à la première synapse auditive est à l'origine de surdités chez l'homme. Si la physiologie des synapses à rubans des cellules ciliées a été intensivement étudiée, la composition moléculaire des ces synapses reste en grande partie inconnue. L'objectif de cette thèse était donc d'isoler les protéines clefs de la machinerie synaptique. Pour ce faire, nous avons utilisé la technique du double hybride à partir d'une banque d'ADN complémentaire de cochlée et de la protéine Ribeye, composant majeur des rubans, comme appât. La difficulté majeure de notre étude provient de la structure de Ribeye, qui est constitué par deux domaines A et B. Tandis que le domaine A est dirigé vers le cœur du ruban synaptique et aurait une fonction structurale, le domaine B est fortement homologue au facteur de transcription Ctbp2. Ainsi, nous avons identifié plusieurs candidats comme étant des facteurs de transcription. Ces derniers interagissent probablement avec Ctbp2 dans le noyau. Nos résultats obtenus soulignent la difficulté d'identifier des protéines d'interactions, inhérente à l'utilisation de Ribeye comme appât. Parmi les autres candidats, nous avons isolés des composants du système de l'ubiquitine, suggérant une régulation ubiquitine-dépendante de l'activité ou de la structure des rubans synaptiques. / Inner hair cells (IHCs) are the sensory cells of the cochlea, the organ of hearing. IHCs transduce sound stimulation into the release of glutamate onto the afferent auditory nerve fibers. To achieve this task, IHCs harbor at their presynaptic side a large organelle, the so-called synaptic ribbon, surrounded by a monolayer of glutamate-filled synaptic vesicles. Exocytosis of glutamate at the hair cell ribbon synapse seems to be unconventional as the synaptic machinery, depicted so far, differs from most of the nervous system synapses. The goal of this work was to identify new members of the synaptic machinery of the hair cell ribbon synapse. To do so, we took advantage of the yeast two-hybrid system using a cochlea cDNA library as the prey and Ribeye (the major ribbon component) as the bait. Transcription factors were highly represented in our screening assay, most probably because Ribeye is highly homologous to the transcription factor Ctbp2. They probably interact with Ctbp2 in the nucleus. Our results underlined the difficulty to identify protein interactions because of the nature of Ribeye itself. However, we found ubiquitin system components among the other candidates, suggesting an ubiquitin-dependent regulation of the activity and/or structure of synaptic ribbons.

La glucotoxicité, ou exposition prolongée à de hautes teneurs en glucose, altère la fonction des cellules ß-pancréatiques et participe au développement du diabète. Il a été démontré que dans les cellules ß, la glucotoxicité engendre des modifications de l’expression génique, des altérations des voies de signalisation Ca2+-dépendantes et de l’exocytose ainsi qu’une augmentation de l’apoptose. Les mécanismes moléculaires responsables de ces altérations sont encore peu connus, mais ces observations suggèrent que des changements du profil d’expression génique des cellules ß-pancréatiques en sont à l’origine. Afin de mieux comprendre les conséquences de la glucotoxicité, une étude génomique a été menée dans la lignée de cellules ß-pancréatiques INS-1E. Cette étude a révélé l’existence de variations significatives des taux d’expression de plusieurs gènes importants pour la fonction des cellules ß, codant pour des protéines impliquées notamment dans le métabolisme glucidique et les différentes étapes de la voie de sécrétion d’insuline. D’autre part, cette approche a également révélé de profonds changements dans les voies de signalisation dépendantes de l’AMPc. Si le rôle prédominant du Ca2+ dans la régulation de la voie de sécrétion de l’insuline a été mis en évidence et bien caractérisé, l’implication et l’importance de l’AMPc dans ce processus restent mal définies. L’AMPc, au même titre que le Ca2+, module l’activité de nombreuses protéines de signalisation, régule l’expression génique et intervient également dans le trafic vésiculaire et la sécrétion d’insuline. De manière intéressante, l’expression de l’adénylate cyclase 8 (ADCY8) est fortement diminuée en condition de glucotoxicité. Ceci suggère qu’un défaut de synthèse d’AMPc pourrait être à l’origine du remaniement des voies de signalisation impliquées dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Nous avons donc décidé d’étudier, plus en profondeur, les conséquences fonctionnelles de la diminution de l’expression de l’ADCY8 sur ces voies. Nos résultats suggèrent que l’ADCY8, une isoforme peu exprimée dans les cellules ß- pancréatiques? et stimulée par le Ca2+, se trouve au carrefour des voies de signalisation activées par le glucose et le GLP-1. La diminution de son expression est ainsi partiellement responsable des effets induits par la glucotoxicité sur la régulation de la sécrétion d’insuline. D’autre part, plusieurs résultats récents suggèrent l’implication des voies de signalisation AMPc-dépendantes dans la protection des cellules ß contre l’apoptose et dans ce contexte, le rôle de l’ADCY8 dans ces cellules a été abordé. / Glucotoxicity, or prolonged exposure to elevated levels of glucose, alters the function of pancreatic??-cells and is involved in diabetes pathogenesis. It has been demonstrated that glucotoxicity modifies gene expression and induces considerable changes in [Ca2+]i and in cAMP-dependent signalling (Dubois et al, Endocrinology, 148(4):1605-14 ; 2007) as well as a it decreases insulin exocytosis in response to glucose and increases apoptosis. The molecular mechanisms of these effects are not known but several observations suggest that changes in gene expression profiles are involved. To address that, a genomic study has been done in the clonal b-cell line INS-1E and revealed important modifications in the expression rates of many genes involved in glucose metabolism and vesicular traffic. This approach also revealed the alteration of cAMP-mediated signalling pathways and as the role of calcium and the importance of the correlation between cAMP and Ca2+-mediated signalling pathways had been shown, it was interesting to address the role of this second messenger in this process. Actually, cAMP regulates the activity of a large number of signalling proteins, it is also an important messenger involved in vesicular traffic, insulin secretion and gene expression. Interestingly, we also found that the expression of the adenylyl cyclase VIII (ADCY8) was largely diminished by glucotoxicity and this suggests that an alteration of cAMP synthesis could be involved in the decrease of insulin secretion in this condition. For this reason, we decided to address the functional consequences of altered ADCY8 expression on cAMP-mediated signalling pathways and on its correlation with the decrease of insulin secretion in glucotoxicity. Our results demonstrate a requirement for ADCY8 in glucose as well as in GLP-1 activated signalling pathways and strongly suggest a central role for ADCY8 in glucotoxicity. Moreover, recent publications suggest the implication of cAMP-mediated signalling pathways in the protection of b-cells against apoptosis induced by glucotoxicity, and the role of ADCY8 in this process was investigated.

La sécrétion d'insuline est un phénomène physiologique majeur déclenché par l'entrée du glucose dans la cellule β-pancréatique. Elle est naturellement modulée par de nombreux facteurs comme des métabolites, des neurotransmetteurs et des hormones. Parmi les modulateurs hormonaux, les incrétines, dont le chef de file est le Glucagon Like Peptide (GLP-1), sont des amplificateurs gluco-dépendants de la sécrétion d'insuline. Ils activent la voie AMPc-PKA et leurs effets sur la glycémie sont à la base de stratégies pharmacologiques antidiabétiques. Cependant, si les actions physiologiques des incrétines sont bien connues, la compréhension des mécanismes moléculaires mis en jeu demeure incomplète. Pour ce travail, nous sommes partis de l'hypothèse suivant laquelle la PKA pourrait potentialiser la sécrétion d'insuline, par phosphorylation de cibles moléculaires spécifiques, grâce à son adressage par les A Kinase Anchoring Proteins (AKAPs) au niveau de la machinerie de l'exocytose. Cette étude s'appuie sur des techniques moléculaires d'invalidation génique (RNAi), de peptides inhibiteurs et de fractionnement subcellulaire, ainsi que sur des analyses en microscopie électronique et confocale. Durant ce travail, nous avons mis en évidence la distribution de la sous-unité RIIα de la PKA à la surface des granules d'insuline matures. Nous avons également montré que la suppression de l'expression de la sous-unité RIIα de la PKA, comme la dissociation des complexes de type PKARII-AKAPs provoquent une réduction importante de l'effet amplificateur du GLP-1 sur la sécrétion d'insuline. Ainsi, cette étude nous a permis d'identifier la sous-unité RIIα de la PKA comme l'isoforme indispensable à la potentialisation AMPc-dépendante de la sécrétion d'insuline induite par le GLP-1, et surtout de placer le granule d'insuline mature au centre des mécanismes liés à l'effet « incrétine ». Ce travail constitue une première étape vers l'identification des différents partenaires du complexe protéique impliqué dans la potentialisation de l'exocytose d'insuline par la voie AMPc-PKA. / Insulin secretion is a major physiological function triggered in the body upon glucose entry into pancreatic β cells. This process is naturally subject to modulation by numerous metabolites, neurotransmitters or hormones. Among the modulatory hormones, incretins, mainly Glucagon Like Peptide (GLP1), act on β cells as physiological amplifiers of glucose-dependent insulin secretion. Incretins are known to recruit the cAMP signaling transduction pathway and their effects on glucose homeostasis represent a current basis for promising anti-diabetic approaches. However, while physiological actions of incretins are well known, the molecular mechanisms underlying these actions are not fully understood.In this thesis, we based our work on the hypothesis that the PKA (cAMP-dependent protein kinase) might potentiate glucose-induced insulin secretion via direct phosphorylation of PKA targets at the level of the exocytosis components, through specific anchoring of the kinase to this microdomain by A-Kinase Anchoring Proteins (AKAPs).The present work involving specific molecular approaches, such as siRNA, cell-permeable peptide competitors, subcellular fractionations as well as confocal and ultrastructural analysis of β cells, culminated to provide compelling evidence that the RIIα PKA isotype is physically associated to mature insulin granules. We demonstrate that in pancreatic β cells, either suppression of RIIαPKA expression or endogenous disruption of RIIαPKA from AKAPs results in almost complete loss of GLP1-induced amplification of insulin secretion.In conclusion, the present work allowed the identification of RIIα as a crucial effector of the cAMP/PKA axis for the amplification by incretins of insulin secretion. This finding represents a first and important step towards the identification of the molecular partners involved in the GLP1-induced PKA-dependent potentiation of insulin exocytosis.

La plasticité synaptique, qui permet l'apprentissage et la mémoire, s'exprime par des changements dans la force de transmission de signal passant par les neurotransmetteurs. La modulation de la quantité de récepteurs au glutamate de type « AMPA » disponibles dans le compartiment post-synaptique est un des moyens que possède le neurone pyramidal de modifier sa réponse à un stimulus. Les mécanismes régissant ce mécanisme de plasticité ne sont pas très bien compris, mais nous savons toutefois que l'enzyme CaMKII joue un rôle important à plusieurs niveaux dans le processus. Par exemple, la CaMKII joue un rôle dans l'immobilisation des récepteurs AMPA dans les synapses de neurones de l'hippocampe en culture, suite à un protocole (appelé « cLTP) qui mène à la Potentialisation à Long Terme de ces synapses et à l'augmentation de leur contenu en récepteurs AMPA. J'ai testé l'hypothèse que la CaMKII contribue également à augmenter le niveau d'expression membranaire des récepteurs AMPA dans les neurones. Pour ce faire, j'ai procédé à des mesures d'imagerie optique de la livraison des récepteurs AMPA à la membrane plasmique par un processus d'exocytose des réserves intracellulaires du récepteur. Cette mesure exploite la microscopie vidéo à fluorescence ainsi que le transfert de gène d'une protéine fluorescente couplée au récepteur, dont la fluorescence n'apparait que lorsque les récepteurs arrivent à la surface. En bloquant l'activité de la CaMKII avec des outils pharmacologiques ou génétiques, j'ai observé une diminution importante dans la fréquence d'exocytose des récepteurs AMPA, ce qui confirme l'hypothèse qu'elle joue un rôle important dans ce processus. Toutefois, lors d'une stimulation de type cLTP, je n'ai pas observé d'augmentation dans la fréquence d'apparition des événements d'exocytose des récepteurs. Ces résultats indiquent que malgré le rôle de la CaMKII dans l'augmentation de l'exocytose des récepteurs AMPA, ces derniers ne sont pas davantage livrés à la membrane durant un protocole de cLTP, suggérant que seule l'immobilisation des récepteurs joue un rôle prépondérant dans l'augmentation des récepteurs AMPA à la synapse durant la LTP. Il sera cependant important d'étudier davantage pourquoi la CaMKII promeut l'exocytose des récepteurs AMPA, sans que ce processus soit augmenté durant la LTP.

La formation des métastases est un processus en plusieurs étapes à travers lequel les cellules néoplasiques se détachent de la tumeur primaire pour constituer des tumeurs secondaires à distance. Les capacités à migrer et à envahir, des cellules tumorales sont cruciales dans la cascade métastatique. Selon le type cellulaire et les stimuli présents dans le microenvironnement tumoral, les cellules peuvent se déplacer collectivement ou individuellement selon un programme de migration mésenchymateuse ou amiboïde. Différentes voies de signalisation sont liées à la régulation de la motilité cellulaire. Les GTPases Rho (Rac1, Cdc42 et RhoA) contrôlent la migration en régulant la dynamique du cytosquelette d’actine, la contraction acto-myosine et les microtubules. Rac1 régule la motilité mésenchymateuse en favorisant la formation des lamellipodes via un complexe multiprotéique, le « Wave Regulatory Complex (WRC) » et RhoA contrôle la motilité amiboïde en favorisant la contraction du cytosquelette d'acto-myosine. Les protéines Ral (RalA et RalB) appartenant à une autre famille de petites G, ont été récemment impliquées dans la régulation de la migration cellulaire. RalB, à travers le complexe « Exocyst » joue un rôle essentiel dans la motilité. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié les mécanismes moléculaires par lesquels la voie RalB/Exocyste contrôle la motilité et l'invasion cellulaire. La première partie de ce travail démontre que l’Exocyste interagit avec SH3BP1, une protéine GAP (GTPase Activating Protein) (projet 1). Nous montrons que l’interaction entre SH3BP1 et Rac1 est nécessaire à l’activité de Rac1 au front de migration. Dans le projet 2, nous montrons que l’Exocyste interagit directement avec WRC, ce qui est un élément clé de la polymérisation de l'actine. Cette interaction est nécessaire à la localisation du complexe WRC au front de migration où il contrôle la formation de protrusions membranaires. Dans de nombreux carcinomes, la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) joue un rôle important dans la promotion de la migration, l’invasion et la formation des métastases. Le projet 3 a permis de mieux caractériser la plasticité de migration et l’invasion des cellules cancéreuses post-EMT et d’étudier la contribution de Ral dans l'invasion des cellules post-EMT. Nous montrons qu’après l’EMT les cellules envahissent la matrice individuellement ? en utilisant la contraction du cytosquelette d'acto-myosine. Nous montrons que RalB est nécessaire à l’invasion des cellules post-EMT, et à la contractilité cellulaire. Nous proposons que le rôle de RalB dans l'invasion passe par GEF-H1 qui est une protéine GEF (Guanine Nucleotide Exchange Factor) de Rho associée à l’Exocyste. Dans la dernière partie de ce manuscrit, nous présentons le logiciel « AVeMap » que nous avons développé afin d’automatiser la quantification des paramètres de la migration cellulaire.En résumé, dans ce travail de thèse nous montrons que la voie Ral/Exocyste est un organisateur moléculaire nécessaire à l’exécution à la fois de la motilité cellulaire contrôlée par Rac1 et à la motilité contrôlée par Rho. / Metastasis is a multistep process by which cancer cells migrate away from the primary neoplastic mass to give rise to secondary tumors at distant sites. Thus, the acquisition of motility and invasive traits by tumor cells is a crucial step for metastasis to occur. Depending on the cell type and the environment, cells can move collectively keeping stable cell-cell contacts or as individual cells, which translocate by exploiting either mesenchymal or amoeboid motility programs.Different molecules and pathways have been linked to the regulation of cell motility. Rho small GTPases (Rac1, Cdc42 and RhoA) control cell migration through their actions on actin assembly, actomyosin contractility and microtubules. Rac1 drives mesenchymal-type motility by promoting lamellipodia formation via the Wave Regulator Complex (WRC). On the contrary, amoeboid motility is governed by RhoA which promotes cell movement via the generation of actomyosin contractile force. Another family of small GTPases, the Ral proteins, was recently involved in the regulation of cell migration. RalB, through the mobilization of its main effector the Exocyst complex, was shown to play an essential role in cell motility. In this work of thesis we investigated the molecular mechanisms through which RalB/Exocyst pathway controls cell motility and invasion.In the first part of this manuscript we show that Exocyst interacts with the RacGAP SH3BP1 (project 1). In mesenchymal moving cells Exocyst/SH3BP1 interaction is required to organize membrane protrusion formation by spatially regulating the activity of Rac1 at the cellular front. In addition, in project 2, we show that the Exocyst binds to the wave regulator complex (WRC), a key promoter of actin polymerization. We provide evidences for Exocyst to be involved in driving the WRC to the leading edge of motile cells, where it can stimulate actin polymerization and membrane protrusions. Reactivation of a developmental program termed epithelial-mesenchymal transition (EMT) was recently shown to promote motility, invasion and metastasis of neoplastic cells. Tumor cells undergoing EMT loose cell-cell contacts acquire a fibroblastoid phenotype and invade the surrounding tissues as individual cells. In project 3 we characterized the invasion plasticity of cancer cells after EMT and we investigated the molecular contribution of Ral to post-EMT invasion. We showed that upon EMT cells disseminate individually in a Rho-driven fashion exploiting the generation of actomyosin force to deform the extracellular matrix. We document that RalB silencing severely impairs actomyosin contractility and dissemination of post-EMT cells. We hypothesize that RalB regulates invasion by controlling the dynamics of the Rho pathway via the Exocyst-associated RhoGEF GEF-H1 in post-EMT cells. Finally, in the last part of this thesis manuscript, we present the PIV-based “AVeMap” software which has been developed to quantify in a fully automated way cell migration and its parameters (Project 4).Taken together the results presented in this thesis manuscript point out the Ral/Exocyst pathway as a key molecular organizer of the execution of both Rac1- and Rho-driven motility programs.

En els últims anys, diversos treballs han demostrat que els astròcits participen activament en el desenvolupament i la plasticitat del sistema nerviós central, així com en la modulació de la neurotransmissió. Característicament, la majoria de les accions descrites dels astròcits sobre la fisiologia i la patologia neuronal són mitjançades per secreció vesicular. En el aquest treball s’han identificat les molècules implicades en l’exocitosi de cèl•lules astroglials. Malgrat que alguns components són comuns amb les neurones, altres com sintaxina 4, VAMP3 i SNAP23 s’expressen de forma específica en les cèl•lules astroglials. Tractaments activadors o de maduració diferencialment regulen l’expressió de diferents isoformes de proteïnes exocítiques en cèl•lules glials in vitro. Així, l’activació amb citocines proinflamatòries augmenta l’expressió d’algunes SNAREs i els seus reguladors en glia, com sintaxina4 i munc18b. La correlació entre els nivells d’expressió d’aquestes proteïnes exocítiques i l’augment de la secreció de mediadors d’activació i inflamació suggereix un important paper d’aquestes molècules en la secreció de cèl•lules activades. Amb l’objectiu d’estudiar la secreció regulada per calci en astròcits madurs s’ha obtingut un fenotip madur glial in vitro mitjançant l’activació de la via del AMPc. L’anàlisi global amb "gene set enrichment analysis" del transcriptoma astrocitari ha demostrat que l’increment en els nivells intracel•lulars d’AMPc reprimeix la immaduresa i activació dels astròcits i promou la seva maduració. Aquesta maduració dependent de la via del AMPc augmenta l’expressió de proteïnes exocítiques, com per exemple VAMP2, així com la via de secreció regulada per calci dels pèptids ANP i SgII. Finalment, mitjançant assajos de pèrdua de funció, es demostra un paper d’aquestes proteïnes en la secreció de pèptids glials. Aquests resultats suggereixen que diferents molècules d’exocitosi mitjancen diferents processos de secreció glials. Per altra banda, en aquesta tesi s’ha identificat un nou component de la via de secreció astroglial, tant in vitro com in vivo, la SgIII. En cèl•lules neuroendocrines SgIII actua com un receptor de direccionament a grànuls secretors. En cèl•lules astroglials SgIII presenta una forma molecular i una dinàmica de secreció diferencial a cèl•lules neuroendocrines. A més, hem demostrat una notable sobreexpressió d’aquesta proteïna en astròcits reactius en lesions traumàtiques, la qual cosa suggereix una participació de SgIII en els mecanismes de protecció o dany cerebral en lesions del sistema nerviós central. / In recent years, several studies have demonstrated that astrocytes influences neuronal development, function and plasticity through vesicular transmitter release. However, secretory pathways and the involved molecular mechanisms in astroglial cells are poorly known. In this study, we showed that a variety of SNARE and Munc18 isoforms were expressed by cultured astrocytes, with syntaxin-4, Munc18c, SNAP-23 and VAMP-3 being the most abundant variants. Exocytotic protein expression was differentially regulated by activating and differentiating agents. Specifically, proteins controlling Ca2+-dependent secretion in neuroendocrine cells were up-regulated after long-term 8Br-cAMP administration in astrocytes, but not by proinflammatory cytokines. We also analyzed the global transcriptome of cultured astroglial cells incubated with activators of cAMP pathways. cAMP analogs strongly upregulated genes involved in typical functions of mature astrocytes, whereas they downregulated a considerable number of proliferating and immaturity-related transcripts. Gene Set Enrichment Analysis and evaluation in situ of gene expression in astrocytes in different states showed that cAMP signaling conferred a mature and in vivo–like transcriptional profile to cultured astrocytes. Moreover, 8Br-cAMP treatment greatly increased the cellular content of exocytotic proteins such as VAMP-2 and stimulated Ca2+-dependent secretion of secretogranin-2 and ANP. Regulation of both exocytotic protein expression and Ca2+-dependent peptide secretion in astrocytes by differentiating and activating agents suggested that glial secretory pathways were adjusted in different physiological states. In this thesis, we showed the expression, transcriptional regulation, trafficking and release of the secretory pathway component SgIII in astroglial cells. In endocrine cells, SgIII is a key sorting receptor for peptide hormones while astrocytes produced and released a non-processed form. Moreover, SgIII expression was specifically upregulated in reactive astrocytes after perforating brain injury. These results showed that SgIII is a reliable component of the astrocyte secretory pathway and suggest important roles for glial SgIII in the glia–neuron communication.

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Le trafic membranaire est un processus universel qui est essentiel pour la fonction neuronale dans un large spectre de fonctions. De la croissance neuronale et le développement morphologique à la libération des neurotransmetteurs et la plasticité synaptique, il prend en charge l'activité neuronale et donne d'innombrables questions qui animent la recherche sur la neurobiologie d'aujourd'hui. Notamment, l’exocytose des endosomes de recyclage (ER) dans les compartiments somatodendritiques participe à la transmission synaptique et à la potentialisation synaptique à long terme (PLT). Cependant la machine moléculaire sous-tendant l’exocytose des ER reste encore méconnue. Afin d’identifier les protéines SNAREs vésiculaires (v-SNARE) impliquées dans les différentes formes d’exocytose des ER postsynaptiques, nous avons d'abord imagé les protéines VAMP neuronales fusionnées avec la pHluorine, une GFP mutée sensible au pH dans les neurones de l’hippocampe en culture. Nous avons constaté que seulement VAMP2 et VAMP4, mais pas VAMP7, rapportaient des événements d’exocytose somatodendritique dans les neurones matures. Après avoir identifié ces deux protéines candidates, nous avons utilisé la combinaison de différentes techniques de régulation négative chronique ou aiguë pour désactiver leur fonction et observer les conséquences sur l’exocytose des ER, la transmission synaptique basale ou la PLT. Nos résultats suggèrent que VAMP2 est impliqué dans une forme d’exocytose régulée importante pour la PLT, mais pas l’exocytose constitutive des récepteurs AMPA, qui stabilise la transmission basale. VAMP4 est nécessaire pour l'exocytose constitutive d'une grande partie des endosomes, mais l'implication fonctionnelle de ces endosomes doit encore être explorée, car la régulation négative de VAMP4 ne modifie pas la transmission basale. / Membrane trafficking is a universal process that is essential for neuronal function in a wide spectrum of applications. From neuronal growth and morphological development to neurotransmitter release and synaptic plasticity, it supports neuronal activity and gives countless questions that drive today’s neurobiology research. Notably, the trafficking of recycling endosomes (REs) in somatodendritic compartments participates in synaptic transmission and plasticity, such as long-term synaptic potentiation (LTP). However, the fusion machinery mediating RE exocytosis is still unclear. To identify the vesicular SNAREs (v-SNAREs) involved in different forms of postsynaptic RE exocytosis, we first imaged neuronal VAMP proteins fused with pH-sensitive pHluorin in cultured hippocampal neurons, and found that only VAMP2 and VAMP4, but not VAMP7, underwent somatodendritic exocytosis in mature neurons. After identifying these two candidate proteins, we used a combination of different downregulation techniques to chronically or acutely deactivate their function and observe consequences on REs exocytosis, basal synaptic transmission and LTP. Our results suggest that VAMP2 is involved in activity-regulated exocytosis important for LTP, but not constitutive postsynaptic AMPARs exocytosis, supporting basal transmission. VAMP4 is required for constitutive exocytosis of at least a large proportion of REs, but the functional implication of these endosomes still need to be explored, as VAMP4 downregulation did not alter basal synaptic transmission.

L’acide phosphatidique (PA) est un lipide simple qui peut exister sous différentes formes. A partir des sondes que j’ai préparé en se basant sur des domaines de liaison au PA : PDE4A1, Spo20p, et OpiQ2, j’ai pu étudier la localisation subcellulaire du PA dans les cellules PC12 et les macrophages RAW264.7. Ces sondes lient différents formes de PA dans les membranes de différents compartiments subcellulaires. De plus, j’ai pu montrer qu’il y a une néosynthèse de PA et de certaines espèces de PA mono- ou bi-insaturé à la membrane plasmique lors de la stimulation de l’exocytose. Nous avons ainsi observé que la PLD1 semble être la source principale de PA dans les glandes surrénales. D’autre part, mes travaux indiquent une augmentation du niveau global de PA à la membrane plasmique et une diminution importante du PA au niveau du RE dans les macrophages après stimulation de la phagocytose frustrée. Ce qui pourrait ainsi valider le concept d’une fusion d’une partie de la membrane du RE avec la membrane plasmique lors de la phagocytose. / The phosphatidic acid (PA) is a simple lipid which may exist in various forms. I have generated probes based on PA binding domains: PDE4A1, Spo20p and OpiQ2 to study the subcellular localization of PA in PC12 cells and RAW264.7 macrophages. These probes bind different form of PA in different subcellular compartments. In addition, I show that PA and certain species mono- or bi-unsaturated of PA are synthesized at the plasma membrane upon stimulation of exocytosis. We observed that the PLD1 seems to be the main source of PA in the adrenal glands. On the other hand, my research indicates an increase in the level of PA at the plasma membrane and a significant decrease in the ER in macrophages after stimulation of phagocytosis frustrated. Thus these results could validate the concept of a fusion of a portion of the ER membrane with the plasma membrane during phagocytosis.

L’exocytose est un mécanisme biologique fondamental qui permet la libération du contenu des granules de sécrétion dans le milieu extracellulaire. C’est un processus finement régulé par le calcium qui nécessite entre autre, la réorganisation de la membrane plasmique et la formation de domaines lipidiques. Dans les cellules chromaffines, l’annexine A2, protéine capable de lier les phospholipides et l’actine de manière calcium-dépendante, est responsable de la formation et de la stabilisation de ces plateformes lipidiques. Le résultat majeur de ma thèse concerne l’organisation tridimensionnelle et le rôle de l’actine au niveau des sites d’exocytose. Sachant que la phosphorylation de la tyrosine 23 de l’annexine A2 affecte sa liaison à l’actine et aux membranes, deux acteurs majeurs de l’exocytose, j’ai mis en évidence l’importance fonctionnelle de cette phosphorylation. Une autre conséquence de cette phosphorylation est le passage de l’annexine A2 de la face interne à la face externe de la membrane plasmique. Le mécanisme de sortie et le rôle de l’annexine A2 extracellulaire dans les cellules chromaffines ont également été étudiés. / Exocytosis is a fundamental biological mechanism which allows liberation of the contents of secretory granules into the extracellular medium. This calcium-regulated process requires the formation of lipid domains for the structural and spatial organisation of exocytotic sites. In the chromaffin cell, annexine A2, a calcium-, actin- and lipid-binding protein participates in the formation and stabilization of lipid microdomains. The major advance resulting from my thesis is the elucidation of the three-dimensional organization and the role of actin at the exocytotic site. Phosphorylation of the tyrosine 23 is known to affect the binding of annexin A2 to actin filaments and plasma membrane, two major actors of the exocytotic process and my results highlight the functional importance of this phosphorylation on exocytosis. Furthermore, tyrosine 23 phosphorylation also triggers a translocation of annexin A2 to the external face of the plasma membrane. The role and functional signification of this externalization was also examined.