Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le cervelet, composé d'un cortex et de noyaux, est responsable du contrôle moteur fin des mouvements et de la posture. En combinant une approche génétique (basée sur l'utilisation de lignées de souris transgéniques) avec des traçages anatomiques, des marquages immunohistochimiques et des expériences d'électrophysiologie et d'optogénétique, nous établissons les caractères distinctifs des neurones inhibiteurs des noyaux cérébelleux et en détaillons la connectivité ainsi que les fonctions dans le circuit cérébelleux. Les neurones inhibiteurs glycinergiques des noyaux profonds constituent une population de neurones distincts des autres types cellulaires identifiables par leur phénotype inhibiteur mixte GABAergique/glycinergique. Ces neurones se distinguent également par leur plexus axonal qui comporte une arborisation locale dans les noyaux cérébelleux où ils contactent les neurones principaux et une projection vers le cortex cérébelleux où ils contactent les cellules de Golgi. Ces neurones inhibiteurs reçoivent également des afférences inhibitrices des cellules de Purkinje et pourraient être contactés par les fibres moussues ou les fibres grimpantes.Nous apportons ainsi la première étude d'une transmission mixte fonctionnelle par les neurones inhibiteurs des noyaux cérébelleux, projetant à la fois dans les noyaux et le cortex cérébelleux. L'ensemble de nos données établissent les neurones inhibiteurs mixtes des noyaux cérébelleux comme la troisième composante cellulaire des noyaux profonds. Leur importance dans l'organisation modulaire du cervelet, ainsi que leur impact sur l'intégration sensori-motrice, devront être confirmés par des études optogénétiques in vivo. / The cerebellum is composed of a three-layered cortex and of nuclei and is responsible for the learned fine control of posture and movements. I combined a genetic approach (based on the use of transgenic mouse lines) with anatomical tracings, immunohistochemical stainings, electrophysiological recordings and optogenetic stimulations to establish the distinctive characteristics of the inhibitory neurons of the cerebellar nuclei and to detail their connectivity and their role in the cerebellar circuitry.We showed that the glycinergic inhibitory neurons of the cerebellar nuclei constitute a distinct neuronal population and are characterized by their mixed inhibitory GABAergic/glycinergic phenotype. Those inhibitory neurons are also distinguished by their axonal plexus which includes a local arborization with the cerebellar nuclei where they contact principal output neurons and a projection to the granular layer of the cerebellar cortex where they end onto Golgi cells dendrites. Finally, the inhibitory neurons of the cerebellar nuclei receive inhibitory afferents from Purkinje cells and may be contacted by mossy fibers or climbing fibers.We provided the first evidence of functional mixed transmission in the cerebellar nuclei and the first demonstration of a mixed inhibitory nucleo-cortical projection. Overall, our data establish the inhibitory neurons as the third cellular component of the cerebellar nuclei. Their importance in the modular organization of the cerebellum and their impact on sensory-motor integration need to be confirmed by optogenetic experiments in vivo.

La transmission de l’information au niveau des synapses chimiques requiert la concentration de récepteurs appropriés face aux sites de libération des neurotransmetteurs. Afin d'identifier de nouveaux gènes impliqués dans la localisation synaptique des récepteurs de l’acétylcholine (RAChs), un crible génétique basé sur l'observation in vivo de ces récepteurs à la jonction neuromusculaire (JNM) de C. elegans a été conduit et a permis d’isoler 29 mutants. J’ai identifié des gènes candidats dans cinq lignées et la mutation causale dans trois autres en caractérisant 9 de ces mutants par séquençage de leur génome. Par ailleurs, l’analyse fonctionnelle de 2 autres des mutants nous a permis de mettre en évidence deux activités mobilisatrices des récepteurs très différentes. D’une part, nous avons mis en évidence le rôle déterminant d’isoformes de Ce-Punctine/MADD-4, sécrétées spécifiquement par les motoneurones cholinergiques et GABAergiques, dans le recrutement local des récepteurs appropriés à la membrane de la cellule musculaire. Chef d’orchestre de la transmission neuronale, la Punctine définit ainsi l’identité excitatrice ou inhibitrice des JNMs. D’autre part, nous avons montré que les RAChs extrasynaptiques normalement diffus à la membrane de la cellule musculaire s’agrègent en amas ectopiques dans un mutant du gène suppresseur de tumeurs rsu-1 (ras suppresseur 1). L’absence de RSU-1, protéine localisée aux sites d’adhésion focale en aval des intégrines, engendre une diminution des récepteurs synaptiques, ce qui met à jour un mécanisme actif prévenant l’agrégation illégitime des récepteurs extrasynaptiques et permettant d’assurer leur recrutement effectif à la synapse. / Chemical neurotransmission relies on the concentration of receptors in front of neurotransmitter release sites. To identify new genes involved in the synaptic localization of receptors, a genetic screen based on the in vivo visualization of acetylcholine receptors (AChRs) at the C. elegans neuromuscular junction (NMJ) was performed and twenty-nine mutants were retrieved. By whole genome sequencing of nine mutated lines, I identified candidate genes for five mutants and the causal mutation for three others. The functional analysis performed in parallel of two other mutants from the same screen revealed two novel and distinct activities that are required for the synaptic localization of AChRs. We evidenced the fundamental role of Ce Punctin/MADD-4 isoforms, which are specifically secreted by cholinergic and GABAergic motoneurons, in recruiting locally appropriate receptors at the muscle cell membrane. This showed that Punctin is a key factor specifying the excitatory or the inhibitory identity of NMJs and defined a new paradigm with isoforms from the same gene that promote specific post-synaptic domains assembly. The tumor suppressor gene rsu-1 (ras suppressor 1) is evolutionary conserved and encodes a protein localized at focal adhesion sites. In the absence of RSU-1, normally diffused extrasynaptic AChRs are found aggregated and the synaptic receptor content is diminished. This reveals that an RSU-1 dependent mechanism is required to maintain receptors dispersed in the extrasynaptic membrane, allowing for their proper recruitment at the synapse.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La synapse est une structure macromoléculaire dont les composants sont renouvelés en permanence alors que l’assemblage est quasi-stable. A l’échelle mésoscopique, les récepteurs aux neurotransmetteurs (RN) sont accumulés dans le compartiment post-synaptique (PSD). Cette accumulation résulte de la diffusion latérale des RNs dans la membrane neuronale et de leurs immobilisations transitoires dans la PSD. Les protéines d’échafaudage (PE) localisées sous la membrane post-synaptique constituent des sites de capture en interagissant avec les RNs. Mon travail de thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration avec des chimistes et des physiciens afin de comprendre les paramètres impliqués dans le processus de diffusion-capture. Nous nous sommes intéressés au cas de la capture du récepteur de la glycine (RGly) par les agrégats de PEs des synapses inhibitrices, les géphyrines. Nous avons étudié l’impact de la liaison RGly-géphyrine sur le processus de diffusion-capture sous deux aspects. Le premier est lié à la nature bimodale de liaison du RGly. Le second aborde l’impact des phosphorylations de la boucle M3-M4 de la sous-unité β du RGly sur la liaison avec la géphyrine.Mon travail de thèse montre qu’il est maintenant possible, en utilisant des approches de microscopie super-résolutive, de quantifier les aspects thermodynamiques des interactions moléculaires dans les cellules vivantes. / The synapse is a macromolecular structure whose components are constantly renewed while the assembly remains quasi-stable. At the mesoscopic level, neurotransmitter receptors (RNs) accumulate in the post-synaptic compartment (PSD). This accumulation is the result of the lateral diffusion of RNs in the neuronal membrane and transient immobilization within the PSD. This mechanism, called diffusion-trapping has been highlighted by single-molecule-tracking techniques. Scaffold proteins (PE) are localized under the post-synaptic membrane. These proteins form trapping-sites by interacting with RNs. Through an interdisciplinary approach in collaboration with chemists and physicists, the aim of my doctoral research was to understand the parameters that are involved in diffusion-trapping mechanisms. We especially focused on glycine receptor (RGly) trapping by PE clusters at inhibitory synapses, namely the scaffold protein gephyrin. The gephyrin- interaction motif of the GlyR is located within the cytoplasmic domain of the β-subunit of the receptor, the so-called β-loop. Two aspects of the impact of RGly-gephyrin binding on diffusion-trapping were studied. The first was to identify the source of the RGly-gephyrin bimodal binding. The second one addressed the regulation of gephyrin binding by phosphorylation of the GlyR βLoop.My research thus shows that it is now possible to quantify thermodynamic aspects of molecular interactions in living cells using high-density single-molecule-tracking.

La résistance bactérienne aux antibiotiques est un problème majeur de santé publique. L'émergence et la propagation de bactéries multi-résistantes, associées au nombre limité d'antibiotiques en cours de développement, ont conduit à une impasse thérapeutique. La découverte de molécules antibactériennes innovantes, capables d'agir par de nouveaux modes d'action, est donc devenue indispensable. Dans cette étude, nous avons recherché dans les plantes et, plus précisément, dans leurs huiles essentielles des molécules susceptibles d'inhiber la croissance de bactéries pathogènes. Pour cela, nous avons criblé 11 huiles essentielles par la méthode de diffusion par disque, en vue d'évaluer leur activité contre Staphylococcus aureus. Les huiles essentielles d'Inula graveolens et de Santolina corsica, qui se sont révélées particulièrement efficaces contre cette bactérie Gram positive, ont été sélectionnées afin de caractériser leur mode d'action. Leurs effets sur la croissance et l'ultrastructure bactériennes ont été déterminés par mesure de la concentration minimale inhibitrice, expérience de mort cellulaire, bactériolyse et microscopie électronique à transmission. Ces deux huiles bactéricides n'entraînent pas de lyse bactérienne et semblent agir simultanément sur la paroi cellulaire et la membrane plasmique. L'huile essentielle de Cistus ladaniferus inhibe également la croissance de S. aureus mais son spectre d'action est plus large car il s'étend à plusieurs pathogènes, incluant des bactéries Gram positives (Bacillus cereus, Enterococcus faecalis, Listeria monocytogenes) et des bactéries Gram négatives (Enterobacter aerogenes, Campylobacter jejuni), ainsi qu'à une bactérie Gram négative multi-résistante (Enterobacter aerogenes EA289). Dans le but d'identifier les molécules responsables de cette activité, l'huile de C. ladaniferus a été séparée chimiquement en une fraction hydrocarbonée et trois fractions oxygénées. La fraction oxygénée qui concentre les alcools terpéniques, démontre la plus haute activité contre toutes les bactéries testées. La souche multi-résistante est particulièrement sensible à l'action de cette classe de molécules, qui semble s'exercer sur la paroi bactérienne

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les ressources marines constituent un réservoir considérable de substances actives, en particulier, de peptides bioactifs appelés cryptides. Les cryptides, qui sont initialement dissimulés au cœur des protéines, sont libérés lors de la digestion ou lors de procédés protéolytiques industriels. Ces cryptides pourraient procurer des bienfaits physiologiques ou assurer une protection contre des pathologies telles que celles du syndrome métabolique. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à l’action de certains cryptides marins sur des cibles impliquées dans l’hypertension, le diabète et l’obésité. Nous avons pu mettre en évidence que certains cryptides pouvaient cibler in vitro plusieurs facteurs de risques associés au développement des anomalies du syndrome métabolique. / Marine products represent an important source of active substances, in particular bioactive peptides called cryptides. Cryptides are hidden within the sequence of a parent protein and are released during digestion or industrial proteolytic processes. These cryptides could provide physiological benefit or protection against diseases such as those of metabolic syndrome. In this context, we investigated the action of some marine cryptides on hypertension, diabetes and obesity. We demonstrated that some cryptides can target in vitro several factors associated with the development of metabolic syndrome.