Les neurones pyramidaux sont constamment bombardés par une activité GABAergique spontanée qui régule le comportement de la décharge neuronale. Des résultats récents ont montré que cette activité spontanée GABAergique pouvait moduler l'excitabilité mais aussi la fidélité temporelle de décharge d'un neurone définie comme sa capacité à reproduire à l'identique un patron de décharge lors de la présentation répétée d'un même stimulus. D'autre part, de nombreuses études ont caractérisé l'existence d'une plasticité à court-terme de l'activité GABAergique médiée par les endocannabinoïdes. Ce phénomène, connu sous le nom de DSI (Depolarization-induced Suppression of Inhibition) a été décrit dans de nombreuses structures comme le cervelet, le cortex ou encore l'hippocampe.Au cours de ma thèse, j'ai étudié quelles pouvaient être les conséquences fonctionnelles de la production d'endocannabinoïdes sur l'activité neuronale et en particulier sur la fidélité temporelle de la décharge. Dans un premier temps nous avons montré que le profil de décharge in vivo des cellules de lieu de l'hippocampe pouvait induire, quand il était rejoué in vitro, le phénomène de DSI. Nous avons observé ensuite que cette diminution transitoire de la transmission GABAergique était associée à une amélioration de la fidélité temporelle de la décharge.En conclusion, nos travaux suggèrent que l'activité des cellules de lieu de la région CA1 de l'hippocampe peut provoquer, par la synthèse et la libération rétrograde d'endocannabinoïdes, une diminution à court-terme de l'activité GABAergique reçue par ces cellules avec pour conséquence des modifications de la précision temporelle de la décharge neuronale. / Pyramidal neurons are constantly bombarded by spontaneous GABAergic activity that regulates their firing behaviour. Recent results have shown that this spontaneous GABAergic activity can modulate both the excitability and the temporal fidelity of action potential discharge (Caillard, 2011). Many studies have characterized the existence of short-term plasticity of GABAergic activity mediated by endocannabinoids. This phenomenon, known as DSI (Depolarization-induced Suppression of Inhibition) has been described in many brain structures such as the cerebellum, cortex or hippocampus (for review see Freund et al., 2003; Kano et al. 2009).During my PhD thesis, I have evaluated the functional consequences of the endocannabinoid production on neuronal activity and in particular on the spike-time precision of the CA1 pyramidal neurons. As a first step we have shown that the in vivo firing pattern of place cells could induce, when replayed in vitro, a decrease in spontaneous GABA release by the endocannabinoid signalling pathway. We then observed that this transient depression of GABAergic transmission improved spike-time precision of CA1 pyramidal neurons.In conclusion, our work suggests that, in the hippocampus, CA1 place cell firing can induce, following the synthesis and retrograde release of endocannabinoids, a short-term decrease in the GABAergic activity received by these cells that consequently affects their spike-time precision.

Plusieurs variables biologiques, psychologiques, ainsi que des différences culturelles, ont été mises en cause afin d'expliquer la différence de perception de la douleur existante entre les hommes et les femmes. Il est connu que les hormones gonadiques influencent la réponse nociceptive chez l’animal et chez l’humain. Le cerveau a aussi la capacité de synthétiser ses propres "hormones sexuelles", les neurostéroïdes. L'objectif de cette thèse était: 1) évaluer les facteurs physiologiques et psychologiques influençant de perception de la douleur chez les hommes et les femmes, 2) évaluer l'implication des androgènes et du cortisol sur les symptômes cliniques et la perception de la douleur chez des sujets atteints de fibromyalgie et sains, et 3) évaluer l'implication des hormones gonadiques et de leurs métabolites 3α5α-réduits dans la transmission et la modulation de la douleur chez animaux les mâles et les femelles par l'utilisation de modèles de douleur comportementaux. / Several biological, psychological, and cultural differences can explain the difference in pain perception between men and women. It is known that gonadal hormones influence the nociceptive response in animals and humans. The brain also has the ability to synthesize its own "sex hormones", also named neurosteroids. The aims of this thesis were: 1) to assess the physiological and psychological factors influencing the difference in pain perception between men and women, 2) to relate the levels of androgens and cortisol with clinical symptoms and pain perception in healthy volunteers and patients with fibromyalgia, and 3) to evaluate the involvement of gonadal hormones and of their 3α5α-reduced metabolites in the transmission of pain and the effectiveness of descending pain modulation systems (DPMS) in males and females using behavioral pain model in rats and mice.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Carvacrol (5-Isopropil-2-metilfenol) Ã um monoterpeno fenÃlico presente nos Ãleos essenciais de diversas plantas. Ã o principal constituinte dos Ãleos essenciais de orÃgano e thyme. Este trabalho apresenta as aÃÃes comportamentais do carvacrol em modelos animais de ansiedade, depressÃo, sedaÃÃo e convulsÃo, tais como labirinto em cruz elevado (LCE), campo aberto, rota rod, tempo de sono induzido por pentobarbital, convulsÃo induzida por pentilenotetrazol, nado forÃado e suspensÃo da cauda. Carvacrol (CVC) foi administrado oralmente, em camundongos machos, em doses Ãnicas de 12,5; 25 e 50 mg/kg. Os resultados mostraram que o CVC, nas trÃs doses estudadas, nÃo alterou a atividade motora no teste do rota rod nem o nÃmero de cruzamentos no teste do campo aberto. Entretanto, CVC diminuiu o nÃmero de grooming no teste do campo aberto. No LCE, CVC nas doses estudadas aumentou todos os parÃmetros observados, sugerindo um possÃvel efeito ansiolÃtico. O flumazenil, um antagonista dos receptores GABAA/BenzodiazepÃnico, foi capaz de reverter esse efeito. CVC nÃo alterou a latÃncia de sono e a duraÃÃo do sono no teste do tempo de sono induzido por pentobarbital. CVC tambÃm apresenta um efeito antidepressivo, pois o tratamento agudo desta substÃncia diminuiu o tempo de imobilidade nos testes do nado forÃado e da suspensÃo da cauda, sem apresentar mudanÃas da ambulaÃÃo no teste do campo aberto. Este efeito do CVC (25 mg/kg) nÃo foi revertido pelo prÃ-tratamento dos animais com p-clorofenilalanina (PCPA, um inibidor da sÃntese de serotonina), prasozina (um antagonista dos receptores α1-adrenÃrgicos) e ioimbina (um antagonista dos receptores α2-adrenÃrgicos). Em contrapartida, o prÃ-tratamento dos animais com SCH23390 (um antagonista dos receptors D1-dopaminÃrgicos) ou sulpirida (um antagonista dos receptors D2-dopaminÃrgicos) reverteu completamente o efeito antidepressivo do CVC (25 mg/kg) no teste do nado forÃado. No teste da convulsÃo induzida por pentilenotetrazol, CVC nÃo foi capaz de proteger os animais das convulsÃes ou diminuir a latÃncia de morte. Os dados obtidos sugerem que o CVC apresenta efeitos ansiolÃticos, provavelmente relacionados com o sistema GABAÃrgico e efeitos antidepressivos, que parecem depender da sua interaÃÃo com o sistema dopaminÃrgico, mas nÃo com os sistemas serotonÃrgico e noradrenÃrgico. / Carvacrol (5-Isopropyl-2-methylphenol) is a monoterpenic phenol present in the essencial oil of many plants. It is the major component of the essential oil fraction of oregano and thyme. This work presents the behavioral effects of carvacrol in animal models of anxiety, depression, sedation and convulsion, such as, elevated plus maze (EPM), open field, rota rod, barbiturate-induced sleeping time, pentilenetetrazole-induced seizures, forced swimming and tail suspension tests. Carvacrol (CVC) was administered orally, to male mice, at single doses of 12.5; 25 and 50 mg/kg. The results showed that CVC had no effect on the spontaneous motor activity in the rota rod test nor in the number of squares crossed in the open field test. However, CVC decreased the number of groomings in the open field test. In the plus maze test, CVC increased all the observed parameters in the EPM test, suggesting a possible anxiolytic effect. Flumazenil, an antagonist of GABAA/Benzodiazepinic receptors, was able to reverse these effects of CVC. Therefore, CVC did not alter the sleep latency and sleeping time in the barbiturate-induced sleeping time test. CVC also presented an antidepressant activity since that the acute treatment of this substance decreased the immobility time in the forced swimming and tail suspension tests without accompanying changes in ambulation in the open-field test. The anti-immobility effect of CVC (25 mg/kg) was not prevented by pre-treatment of mice with p-chlorophenylalanine (PCPA, an inhibitor of serotonin synthesis), prazosin (an α1-adrenoceptor antagonist) and yohimbine (α2-adrenoceptor antagonist). On the other hand, the pre-treatment of mice with SCH23390 (a dopamine D1 receptor antagonist) or sulpiride (a dopamine D2 receptor antagonist) completely blocked the antidepressant-like effect of CVC (25 mg/kg) in the forced swimming test. In the pentilenetetrazole induced seizures test CVC was not able to protect the animals from seizures nor increase the death time. The data suggest that CVC presents anxiolytic effects, probably related with GABAergic system and antidepressant effects that seems to be dependent on its interaction with the dopaminergic system, but not with the serotonergic and noradrenergic systems.

Abiotic and biotic stresses affect tree growth and play a major role in determining the geographic distribution of species. The objective of this study is to elucidate the following questions: (1) are GABA aminoacid and stomatal control good indicators of tolerance to water stress in Eucalyptus clones? In addition, what are the anatomical differences between drought-tolerant and drought-sensitive clones of Eucalyptus? (2) Are there differences of xylem vulnerability to cavitation in Pinus flexilis families susceptible and resistant to white pine blister rust (WPBR) and with different origins (high and low altitudes)? Two studies were carried out to elucidate the issues above. On chapters 1, eight Eucalyptus clones from different geographical and climatological conditions, three drought-sensitive (CNB, FIB and JAR), three drought-tolerant (GG, SUZ and VM), and two plastics (VER and COP), were studied in normal water supply (control treatment) and in water stress conditions (stress treatment). The first chapter concluded that GABA is an aminoacid very sensitive to water stress, but there was no relation between GABA concentration and tolerance to water stress of the clones. In addition, all clones decreased stomatal conductance with increasing vapor pressure deficit, and plastics and drought-tolerant clones (except GG) presented lower stomatal sensitivity to vapor pressure deficit under stress conditions than drought-sensitive clones. Besides, all clones showed differences on the anatomical parameters between, and only COP (plastic) and SUZ (drought-tolerant) showed homogeneous mesophyll and amphi-hipostomatic leaves. All clones increased the number of stomata and reduced leaf thickness of the leaves formed after water stress period. On the chapter 2, we studied 12 families of Pinus flexilis originating from high and lower altitudes, in which six families previously shown to contain the dominant C4 allele (resistant to WPBR) and six families without C4 allele (susceptible to WPBR). This study showed that the mean cavitation pressure (MCP) of Pinus flexilis varying between 3.63 a -4.84 Mpa, although there was a significant difference in vulnerability to cavitation comparing all families, this variable was not related to WPBR and origin region. These studies highlight that the physiological responses of plants under water stress conditions are important tools that can be used to complement the strategies of genotype selection in forest breeding programs. / Estresses abióticos e bióticos podem afetar o crescimento das árvores e desempenham um papel importante na determinação da distribuição geográfica das espécies. O objetivo deste estudo, foi elucidar as seguintes questões: (1) o aminoácido GABA e o controle estomático são bons indicadores da tolerância ao estresse hídrico em clones de Eucalyptus? E quais são as diferenças anatômicas entre clones de Eucalyptus tolerantes e sensíveis ao estresse hídrico? (2) existem diferenças de vulnerabilidade a cavitação do xilema entre famílias de Pinus flexilis suscetíveis e resistentes à ferrugem do pinho branco (WPBR) e com diferentes procedências (elevada e baixa altitudes)? Dois estudos foram desenvolvidos para elucidar as questões acima descritas. No capítulo 1, oito clones de Eucalyptus de diferentes procedências e condições climáticas, sendo três clones sensíveis ao estresse hídrico (CNB, FIB e JAR), três clones tolerantes ao estresse hídrico (GG, SUZ e VM) e dois clones plásticos (VER e COP), foram estudados sob duas condições distintas: sob adequado suprimento de água (tratamento controle) e sob condições de estresse hídrico (tratamento estresse). Do primeiro capítulo concluiu-se que o GABA é um aminoácido que possui alta sensibilidade ao estresse hídrico, no entanto, não houve relação entre a concentração de GABA e os níveis de tolerância ao estresse hídrico dos clones. Além disso, todos os clones reduziram a condutância estomática em relação ao aumento do déficit de pressão de vapor (DPV), sendo que, sob condições de estresse hídrico, os clones plásticos e tolerantes à seca (exceto o clone GG) apresentaram menor sensibilidade estomática ao DPV do que os clones sensíveis ao estresse hídrico. Além disso, todos os clones apresentaram diferenças anatômicas, sendo que, diferentemente dos demais, os clones COP (plástico) e SUZ (tolerante) apresentaram mesofilo homogêneo e folhas anfi-hipoestomáticas. Todos os clones aumentaram a quantidade de estômatos e reduziram a espessura foliar das folhas formadas após períodos de estresse hídrico. No segundo capítulo foram avaliadas 12 famílias de Pinus flexilis procedentes de regiões de baixa e alta altitudes, sendo seis famílias contendo um alelo dominante C4 (resistente à WPBR) e seis famílias sem o alelo C4 (suscetíveis à WPBR). Este estudo apresentou uma variação da pressão média da cavitação (MCP) para Pinus flexilis de -3,63 a -4,84 Mpa, e embora tenha havido uma diferença significativa da susceptibilidade a cavitação entre todas as famílias estudadas, esta variável não relacionou-se com a susceptibilidade a doença WPBR e com a região de procedência das famílias. Estes estudos comprovam que a avaliação das respostas fisiológicas das plantas sob condições de estresse hídrico são importantes ferramentas que podem ser utilizadas para complementar as estratégias da seleção de genótipos em programas de melhoramento florestal.

La queue de l'aire tegmentale ventrale (tVTA) est une région cérébrale GABAergique localisée en arrière de la VTA. Elle projette de façon massive aux neurones dopaminergiques des groupes A9 et A10 du mésencéphale à l'origine des systèmes nigrostrié et mésolimbique. Ces systèmes sont impliqués dans de nombreuses fonctions comme la motricité et les comportements associés aux drogues. L'objectif de ma thèse est d'étudier le rôle de la tVTA via ses projections sur ces systèmes. Pour cela, nous avons utilisé des approches variées comprenant l'immunohistochimie, la pharmacologie in vivo,l'électrophysiologie in vivo et l'étude du comportement moteur. Parmi un ensemble de drogues appartenant à différentes classes, l'activation moléculaire de la tVTA sous forme de l'induction de FosB/ΔFosB est spécifique des psychostimulants et dépend de la dopamine. D'un point de vue physiologique, la tVTA exerce un tonus inhibiteur sur les neurones dopaminergiques de la VTA et joue un rôle crucial dans leur désinhibition par la morphine. Enfin, des lésions de la tVTA influencent des comportements dépendant du système nigrostrié comme le comportement de rotation provoqué par l'amphétamine, les performances motrices et l'apprentissage moteur. / The tail of the ventral tegmenta area (tVTA) is a GABAergic brain region located behind the VTA. It projects massively to dopaminergic neurons in mesencephalic A9 and A10 groups leading to nigrostriatal and mesolimbic systems that play a role in fonctions like motricity and drug-related behaviours. The objective of my thesis is to study the tVTA role through its projections to these systems. For that, we used various approaches including immunohistochemistry, in vivo pharmacology, in vivo electrophysiology, and motor behaviour. Between various drugs belonging to different classes, molecular activation of the tVTA by FosB/ΔFosB induction is only observed following psychostimulant treatment and is mediated by dopamine. From a physiological point of view, the tVTA exerts an inhibitory tone onto VTA dopamine neurons and plays a crucial role in morphine-induced desinhibition. Finally, tVTA lesions modulate nigrostriatal system mediated behaviour like amphetamine-induced rotational behaviour, motor coordination and motor skill learning.

Ce doctorat a permis la conception de nouvelles molécules destinées aux développements de futurs produits phytosanitaires. Tout d’abord, la synthèse d’alpha,alpha-difluoro-beta-hydroxy cétones a été réalisée. Motif déjà reconnu dans le domaine pharmaceutique, nous voulions étendre son champ d’application à l’agrochimie. Une série de composés possédant une activité biologique en tant qu’agonistes des récepteurs GABA a été synthétisée. Ils ont été obtenus à l’issu d’une synthèse convergente nécessitant une réaction de couplage entre un aldéhyde aromatique et un intermédiaire alpha,alpha-difluoro-beta-trifluoromethyldihydroxy cétone. L’analyse biologique de nos produits a fait ressortir un type de famille spécifique. Une approche prodrug a débuté afin d’en affiner la structure et d’en faire ressortir un hit. Dans un second temps, le développement d’une série de quinoléines substituées par des groupements fluorés en position 2 et 4 a été conduit. Ces molécules peu décrites dans la littérature fûrent synthétisées dans des conditions douces avec de bons rendements et une complète régiosélectivité, inspirée par les réactions de Combes et de Meth-Cohn utilisant un Réactif Fluoroalkyl Amine (FARs). La post-fonctionnalisation en position 3 et 8 a permis l’exemplification de ces composés. Une étude physico-chimique réalisée sur une série homogène a apporté des informations complémentaires sur leurs propriétés électroniques. Bien qu’aucune molécule n’ait montré d’activité biologique, nous avons pu lors de ce projet réaliser la synthèse de nouvelles quinoléines et évaluer des FARs dans la synthèse de molécules inconnues de la littérature jusqu’à ce jour. / This PhD thesis allowed the conception of new molecules for the development of novel phytosanitary ingredients. First, the synthesis of alpha,alpha-difluoro-betahydroxy ketones was performed. Since this motif is already known in the pharmaceutical field, we decided to extend their application to the agrochemical field. A series of compounds with biological activities as GABA agonist receptors was synthesized. They were obtained by a convergent method after a coupling reaction between benzaldehydes and alpha,alpha-difluoro-beta-trifluoromethyldihydroxy ketone intermediates. Biological analysis highlighted a specific family of compounds. A prodrug approach was applied to tune the structure and allowed the discovery of a hit. Second, the development of a series of 2,4-(fluoroalkyl)-substituted quinoline derivatives was conducted. Scarcely described in literature, these molecules were obtained under smooth conditions, with good yields and a complete regioselectivity, inspired by Combes and Meth- Cohn reactions using Fluoroalkyl Amino Reagents (FARs). Post-functionalization in position 3 and 8 allowed us to increase the scope of the reaction. A physico-chemical study gave complementary informations on their electronical properties. Although none of these molecules have shown biological activity, we have during this project realized the synthesis of new quinolines and evaluated the use of FARs in the synthesis of unknown fluorinated molecules.

Une réduction de l'inhibition segmentaire contribue vraisemblablement à l'hypersensibilité douloureuse persistante – qui se manifeste par l'hyperalgie, l'allodynie, et la douleur spontanée – au cours d'états douloureux chroniques. L'association fréquente d'une allodynie avec la migraine – une céphalée épisodique – suggère qu'une perte de l'inhibition synaptique contribue aussi à la manifestation de la douleur migraineuse. Cependant, la grande prévalence de la migraine – plus de 10% de la population générale – soulève la question de savoir si le traitement des informations méningées par le réseau neuronal – associant interneurones excitateurs et inhibiteurs – dans le complexe trigéminal, premier relais sur les voies nociceptives de la face et des méninges, est le même que celui des autres informations, par exemple cutanées. Nous avons caractérisé l'effet du blocage pharmacologique des récepteurs à la glycine (GlyR) et des récepteurs GABAA (GABAAR) sur la transmission synaptique entre fibres afférentes primaires, cutanées ou méningées, et neurones de second ordre en enregistrant des potentiels de champ dans le sous-noyau caudal superficiel (Sp5C). Une stimulation électrique transcutanée évoque trois potentiels de champ négatifs dus à l'activation, du plus précoce au plus tardif, de fibres afférentes primaires de type Aβ, Aδ et C. Bloquer les GlyRs et/ou GABAARs segmentaires facilite les potentiels de champ polysynaptiques excitateurs évoqués par l'activation des fibres afférentes primaires de type A et, au contraire, inhibe, ou même abolit, les potentiels de champ C. Bloquer les récepteurs GABAB (GABABR) segmentaires prévient cette suppression. Il est intéressant de noter que bloquer les GABABRs, potentialise aussi les potentiels de champ C en condition controle. Une stimulation électrique méningée évoque deux potentiels de champ négatifs dus à l'activation, du plus précoce au plus tardif, des fibres afférentes primaires de type Aδ et C. Au contraire du potentiel de champ C cutané, le potentiel de champ C méningé est potentialisé après blocage des GlyRs et/ou GABAARs segmentaires. Ces résultats démontrent que le traitement des informations cutanées et méningées par le Sp5C est différent. Seule l'activation des fibres afférentes primaires cutanées de type A inhibe les inputs cutanés de type C vers le Sp5C par l'intermédiaire d'un circuit polysynaptique excitateur, d'interneurones GABAergiques de dernier ordre et de GABABRs présynaptiques. La théorie du "gate control" postule que l'activité des afférences non-nociceptives ferme la porte à la transmission des inputs nociceptifs vers les centres supérieurs. Nos résultats suggèrent que l'état de la porte dépend de l'activité non seulement dans les fibres afférentes primaires de type A mais aussi dans les circuits polysynaptiques excitateurs de la corne dorsale. / Pathological disruption of segmental inhibition is thought to contribute to persistent pain hypersensitivity – including hyperalgesia, allodynia and spontaneous pain – that occurs during chronic pain states. That allodynia is also often associated with migraine – an episodic headache – suggests that a loss of synaptic inhibition is also involved in the manifestation of headache pain. However, the very high prevalence of migraine – more than 10% of the general population – raises the question as to whether processing of meningeous inputs by local neuronal network – consisting of excitatory and inhibitory interneurons – within the trigeminal nucleus, the first relay station for incoming nociceptive signals of the face and meninges, is the same as that of others, for instance cutaneous. We sought to characterize how pharmacological blockade of glycine and GABAA receptors modifies synaptic transmission between either cutaneous or meningeous primary afferent fibers and second order neurons by recording field potentials in the rat superficial medullary dorsal horn (MDH). Transcutaneous electrical stimulation evokes three negative field potentials elicited by, from the earliest to the latest, Aβ-, Aδ- and C-fiber primary afferents. Blocking segmental glycine and/or GABAA receptors strongly facilitates A-fiber-activated polysynaptic excitatory field potentials but, conversely, inhibits, or even abolishes, C-fiber field potentials. Blocking segmental GABAB receptors reverses such suppression. Interestingly, it also potentiates C-fiber field potentials under control conditions. Meningeous electrical stimulation evokes two negative field potentials elicited by, from the earliest to the latest, Aδ- and C-fiber primary afferents. Unlike cutaneous C-fiber field potentials, meningeous ones are facilitated by blocking segmental glycine and/or GABAA receptors. These results demonstrate that MDH processing of cutaneous and meningeous inputs are different. Only activation of cutaneous A-fiber primary afferents inhibits cutaneous C-fiber inputs to the MDH by the way of polysynaptic excitatory pathways, last-order GABAergic interneurons and presynaptic GABAB receptors. In view of the gate control theory postulating that afferent volleys in non-nociceptive afferents close the gate to central transmission of nociceptive inputs, our results suggest that the state of the gate depends on firing activities of both A-fiber primary afferents and polysynaptic excitatory circuits, i.e. the inhibitory tone, within the dorsal horn.

L’acide γ-aminobutyrique (GABA) est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central et est impliqué dans diverses pathologies incluant l’épilepsie, l’anxiété, la dépression et la dépendance aux drogues. Le GABA agit sur l’activité neuronale par l’activation de deux types de récepteurs; le canal chlorique pentamérique GABAA et l’hétérodimère obligatoire de récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) GABAB. Chacun des récepteurs est responsable de phases distinctes de la réponse cellulaire au GABA. Lors d’une stimulation par le GABA, il est essentiel pour la cellule de pouvoir contrôler le niveau d’activité des récepteurs et au besoin, de limiter leur activation par des mécanismes de désensibilisation et de régulation négative. La désensibilisation nécessite le découplage du récepteur de ses effecteurs, ainsi que sa compartimentation hors de la membrane plasmique dans le but de diminuer la réponse cellulaire à l’agoniste. Les mécanismes de contrôle de l’activité de GABAB semblent anormaux pour un RCPG et sont encore mal moléculairement caractérisés. L’objet de cette thèse est d’étudier la régulation du récepteur GABAB et de sa signalisation par la caractérisation de nouvelles protéines d’interactions étant impliquées dans la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation du récepteur. Une première étude nous a permis d’identifier la protéine NSF (N-ethylmaleimide sensitive factor) comme interagissant avec le récepteur hétérodimérique. Nous avons caractérisé le site d’interaction au niveau du domaine coiled-coil de chacune des deux sous-unités de GABAB et constaté la dépendance de cette interaction au statut de l’activité ATPasique de NSF. Nous avons observé que cette interaction pouvait être dissociée par l’activation de GABAB, induisant la phosphorylation du récepteur par la protéine kinase C (PKC) parallèlement à la désensibilisation du récepteur. L’activation de PKC par le récepteur est dépendante de l’interaction NSF-GABAB, ce qui suggère une boucle de rétroaction entre NSF et PKC. Nous proposons donc un modèle où, à l’état basal, le récepteur interagit avec NSF, lui permettant d’activer PKC en réponse à la stimulation par un agoniste, et où cette activation permet à PKC de phosphoryler le récepteur, induisant sa dissociation de NSF et sa désensibilisation. Nous avons par la suite étudié la dégradation et l’ubiquitination constitutive de GABAB et la régulation de celles-ci par PKC et l’enzyme de déubiquitination USP14 (ubiquitin-specific protease 14). Au niveau basal, le récepteur est ubiquitiné, et présente une internalisation et une dégradation rapide. L’activation de PKC augmente l’ubiquitination à la surface cellulaire et l’internalisation, et accélère la dégradation du récepteur. USP14 est en mesure de déubiquitiner le récepteur suite à l’internalisation, mais accélère aussi la dégradation par un mécanisme indépendant de son activité enzymatique. Nos résultats suggèrent un mécanisme où l’ubiquitination promeut l’internalisation et où USP14 cible le récepteur ubiquitiné vers un processus de dégradation lysosomale. La troisième étude porte sur la régulation de la densité de récepteurs à la membrane plasmique par la protéine Grb2 (growth factor receptor-bound protein 2). Nous avons déterminé que Grb2 interagit avec GABAB1 au niveau de la séquence PEST (riche en proline, glutamate, sérine et thréonine) du domaine carboxyl-terminal, et que cette interaction module l’expression à la surface du récepteur hétérodimérique en diminuant l’internalisation constitutive par un mécanisme encore inconnu. Cette inhibition de l’internalisation pourrait provenir d’une compétition pour le site de liaison de Grb2 à GABAB1, ce site étant dans une région interagissant avec plusieurs protéines impliquées dans le trafic du récepteur, tels le complexe COPI et la sous-unité γ2S du récepteur GABAA (1, 2). En proposant de nouveaux mécanismes moléculaires contrôlant l’activité et l’expression à la membrane du récepteur GABAB par les protéines NSF, PKC, USP14 et Grb2, les études présentées dans cette thèse permettent de mieux comprendre les processus d’internalisation et de dégradation, ainsi que du contrôle de l’activité de GABAB par la désensibilisation, ouvrant la porte à une meilleure compréhension de la signalisation GABAergique. / γ-aminobutyric acid (GABA) is the principal inhibitory neurotransmitter of the central nervous system and is involved in diverse pathologies such as epilepsy, anxiety, depression and drug addiction. GABAergic modulation of neuronal activity involves two different subsets of receptors: the GABAA receptor chlorine channel and the heterodimer of G protein coupled receptors (GPCR) GABAB. Each of these receptors is responsible for mediating distinct parts of the GABA-induced signaling. Upon stimulation, it is vital for the cell to control the signaling input and prevent overstimulation, using mechanisms such as functional desensitization and down-regulation to achieve this. The processes controlling GABAB receptor activity are atypical for a GPCR and have yet to be fully characterized. The aim of this thesis is to elucidate the mechanisms controlling GABAB activity by discovering novel proteins interactions mediating receptor desensitization, internalization and ubiquitination. In the first study, we identified the N-ethylmaleimide sensitive factor (NSF) as a GABAB interacting protein and characterized its interaction site as the coiled-coil structure on both GABAB sub-units. We also showed that this interaction is sensitive to the ATPase state of NSF and that agonist treatment of GABAB led to dissociation of NSF from the receptor in a protein kinase C (PKC) dependent manner. Interestingly, GABA-induced PKC activation was dependent on the NSF-GABAB interaction, suggesting a feedback mechanism for PKC. Both PKC and NSF were involved in mediating receptor desensitization, suggesting a novel role of NSF in receptor signaling regulation. In the proposed model, NSF interacts with GABAB at the basal state, and upon agonist stimulation, PKC is activated and can phosphorylate the receptor, promoting NSF dissociation and GABAB desensitization. We then studied constitutive GABAB ubiquitination and degradation and its regulation by PKC and the deubiquitinating enzyme USP14 (Ubiquitin-specific protease 14). GABAB shows a high constitutive ubiquitination and internalization level. Activation of PKC promotes both phenomena and accelerates the rate of lysosomal receptor degradation. In contrast, USP14 promotes post-endocytic deubiquitination of the receptor, but also accelerates receptor degradation in a catalytically-independent manner. Our results suggest a mechanism where PKC-induced cell surface ubiquitination promotes GABAB endocytosis and USP14 interaction promotes endosomal sorting toward lysosomal degradation. In the third study, we identified the growth factor receptor-bound protein 2 (Grb2) as a protein interacting with the PEST (proline, glutamate, serine, threonine rich) sequence of GABAB1 through a SH3-domain interaction and forming a ternary complex with the functional GABAB heterodimer. We showed that Grb2 can regulate cell surface density of GABAB by decreasing constitutive endocytosis, suggesting that this interaction can compete for binding of the PEST sequence with proteins such as the GABAA γ2S sub-unit or the COPI complex (1, 2), promoting higher cell surface stability. In proposing novel molecular mechanisms controlling GABAB signaling and cell surface expression through NSF, PKC, USP14 and Grb2, this thesis highlights the complex regulation of GABAB activity by its functional desensitization, ubiquitination, endocytosis and degradation.

L’acide γ-aminobutyrique (GABA) est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central et est impliqué dans diverses pathologies incluant l’épilepsie, l’anxiété, la dépression et la dépendance aux drogues. Le GABA agit sur l’activité neuronale par l’activation de deux types de récepteurs; le canal chlorique pentamérique GABAA et l’hétérodimère obligatoire de récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) GABAB. Chacun des récepteurs est responsable de phases distinctes de la réponse cellulaire au GABA. Lors d’une stimulation par le GABA, il est essentiel pour la cellule de pouvoir contrôler le niveau d’activité des récepteurs et au besoin, de limiter leur activation par des mécanismes de désensibilisation et de régulation négative. La désensibilisation nécessite le découplage du récepteur de ses effecteurs, ainsi que sa compartimentation hors de la membrane plasmique dans le but de diminuer la réponse cellulaire à l’agoniste. Les mécanismes de contrôle de l’activité de GABAB semblent anormaux pour un RCPG et sont encore mal moléculairement caractérisés. L’objet de cette thèse est d’étudier la régulation du récepteur GABAB et de sa signalisation par la caractérisation de nouvelles protéines d’interactions étant impliquées dans la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation du récepteur. Une première étude nous a permis d’identifier la protéine NSF (N-ethylmaleimide sensitive factor) comme interagissant avec le récepteur hétérodimérique. Nous avons caractérisé le site d’interaction au niveau du domaine coiled-coil de chacune des deux sous-unités de GABAB et constaté la dépendance de cette interaction au statut de l’activité ATPasique de NSF. Nous avons observé que cette interaction pouvait être dissociée par l’activation de GABAB, induisant la phosphorylation du récepteur par la protéine kinase C (PKC) parallèlement à la désensibilisation du récepteur. L’activation de PKC par le récepteur est dépendante de l’interaction NSF-GABAB, ce qui suggère une boucle de rétroaction entre NSF et PKC. Nous proposons donc un modèle où, à l’état basal, le récepteur interagit avec NSF, lui permettant d’activer PKC en réponse à la stimulation par un agoniste, et où cette activation permet à PKC de phosphoryler le récepteur, induisant sa dissociation de NSF et sa désensibilisation. Nous avons par la suite étudié la dégradation et l’ubiquitination constitutive de GABAB et la régulation de celles-ci par PKC et l’enzyme de déubiquitination USP14 (ubiquitin-specific protease 14). Au niveau basal, le récepteur est ubiquitiné, et présente une internalisation et une dégradation rapide. L’activation de PKC augmente l’ubiquitination à la surface cellulaire et l’internalisation, et accélère la dégradation du récepteur. USP14 est en mesure de déubiquitiner le récepteur suite à l’internalisation, mais accélère aussi la dégradation par un mécanisme indépendant de son activité enzymatique. Nos résultats suggèrent un mécanisme où l’ubiquitination promeut l’internalisation et où USP14 cible le récepteur ubiquitiné vers un processus de dégradation lysosomale. La troisième étude porte sur la régulation de la densité de récepteurs à la membrane plasmique par la protéine Grb2 (growth factor receptor-bound protein 2). Nous avons déterminé que Grb2 interagit avec GABAB1 au niveau de la séquence PEST (riche en proline, glutamate, sérine et thréonine) du domaine carboxyl-terminal, et que cette interaction module l’expression à la surface du récepteur hétérodimérique en diminuant l’internalisation constitutive par un mécanisme encore inconnu. Cette inhibition de l’internalisation pourrait provenir d’une compétition pour le site de liaison de Grb2 à GABAB1, ce site étant dans une région interagissant avec plusieurs protéines impliquées dans le trafic du récepteur, tels le complexe COPI et la sous-unité γ2S du récepteur GABAA (1, 2). En proposant de nouveaux mécanismes moléculaires contrôlant l’activité et l’expression à la membrane du récepteur GABAB par les protéines NSF, PKC, USP14 et Grb2, les études présentées dans cette thèse permettent de mieux comprendre les processus d’internalisation et de dégradation, ainsi que du contrôle de l’activité de GABAB par la désensibilisation, ouvrant la porte à une meilleure compréhension de la signalisation GABAergique. / γ-aminobutyric acid (GABA) is the principal inhibitory neurotransmitter of the central nervous system and is involved in diverse pathologies such as epilepsy, anxiety, depression and drug addiction. GABAergic modulation of neuronal activity involves two different subsets of receptors: the GABAA receptor chlorine channel and the heterodimer of G protein coupled receptors (GPCR) GABAB. Each of these receptors is responsible for mediating distinct parts of the GABA-induced signaling. Upon stimulation, it is vital for the cell to control the signaling input and prevent overstimulation, using mechanisms such as functional desensitization and down-regulation to achieve this. The processes controlling GABAB receptor activity are atypical for a GPCR and have yet to be fully characterized. The aim of this thesis is to elucidate the mechanisms controlling GABAB activity by discovering novel proteins interactions mediating receptor desensitization, internalization and ubiquitination. In the first study, we identified the N-ethylmaleimide sensitive factor (NSF) as a GABAB interacting protein and characterized its interaction site as the coiled-coil structure on both GABAB sub-units. We also showed that this interaction is sensitive to the ATPase state of NSF and that agonist treatment of GABAB led to dissociation of NSF from the receptor in a protein kinase C (PKC) dependent manner. Interestingly, GABA-induced PKC activation was dependent on the NSF-GABAB interaction, suggesting a feedback mechanism for PKC. Both PKC and NSF were involved in mediating receptor desensitization, suggesting a novel role of NSF in receptor signaling regulation. In the proposed model, NSF interacts with GABAB at the basal state, and upon agonist stimulation, PKC is activated and can phosphorylate the receptor, promoting NSF dissociation and GABAB desensitization. We then studied constitutive GABAB ubiquitination and degradation and its regulation by PKC and the deubiquitinating enzyme USP14 (Ubiquitin-specific protease 14). GABAB shows a high constitutive ubiquitination and internalization level. Activation of PKC promotes both phenomena and accelerates the rate of lysosomal receptor degradation. In contrast, USP14 promotes post-endocytic deubiquitination of the receptor, but also accelerates receptor degradation in a catalytically-independent manner. Our results suggest a mechanism where PKC-induced cell surface ubiquitination promotes GABAB endocytosis and USP14 interaction promotes endosomal sorting toward lysosomal degradation. In the third study, we identified the growth factor receptor-bound protein 2 (Grb2) as a protein interacting with the PEST (proline, glutamate, serine, threonine rich) sequence of GABAB1 through a SH3-domain interaction and forming a ternary complex with the functional GABAB heterodimer. We showed that Grb2 can regulate cell surface density of GABAB by decreasing constitutive endocytosis, suggesting that this interaction can compete for binding of the PEST sequence with proteins such as the GABAA γ2S sub-unit or the COPI complex (1, 2), promoting higher cell surface stability. In proposing novel molecular mechanisms controlling GABAB signaling and cell surface expression through NSF, PKC, USP14 and Grb2, this thesis highlights the complex regulation of GABAB activity by its functional desensitization, ubiquitination, endocytosis and degradation.

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