Les vaisseaux sanguins sont tapissés d'une monocouche de cellules endothéliales qui est principalement responsable du maintien de la pression artérielle et des fonctions cardiaques via la relâche de médiateurs, en particulier le monoxyde d'azote (NO) et l'endothéline (ET). Le NO est un puissant vasodilatateur des cellules musculaires lisses suite à sa liaison à la guanylate cyclase tandis que l'ET-1, un vasopresseur très puissant, agit via deux récepteurs: ETA et ETB. La littérature traitant de la réactivité croisée entre l'ET-1 et le NO ne cesse d'augmenter. Brièvement, il a été rapporté que l'ET-1, via ses récepteurs ETB entraîne la libération d'une faible quantité de NO et que ce dernier, régule à la baisse la production d'ET-1 des cellules endothéliales. Dans ces conditions, le NO semble être un répresseur du système des endothélines. À l'inverse, plusieurs pathologies vasculaires et cardiaques sont associées avec une augmentation de l'ET-1 par exemple l'infarctus du myocarde et le choc endotoxique. Des études indépendantes rapportent, dans ces mêmes conditions, une production accrue de NO pouvant aller jusqu'à 100 fois. L'aspect contradictoire de ces effets est très intrigant et pourrait être explicable en partie par le fait qu'il existe deux familles d'isoenzymes responsable de la synthèse du NO appelés monoxyde d'azote synthase (NOS). Nous avons formulé l'hypothèse que la iNOS et la eNOS ont des effets opposés sur la régulation du système des endothélines. Les interactions entre l'ET-1 et les différentes NOS sont complexes et encore mal comprises dû au manque d'inhibiteurs vraiment sélectifs. Lors de notre étude nous utilisons des souris ayant une répression homozygote chronique pour le gène codant pour la iNOS ou eNOS en comparaison avec des souris de type sauvage. Ceci nous permet d'étudier l'influence des NOS et/ou de leur NO sur la régulation de la réponse pressive à l'endothéline et de l'expression de ces récepteurs. Les souris iNOS (-/-) ont des paramètres hémodynamiques de base semblables à celle de type sauvage. Cependant, notre étude a révélé que le contenu protéique cardiaque en récepteur ETA est réduit tandis que ETB est inchangé comparé au souris sans modification génique. En ce sens, nous observons une réduction de réponse pressive à l'endothéline-1 chez ces souris anesthésiées sans changement de la réponse pressive à l'IRL-1620, un agoniste sélectif des récepteurs ETB. D'un autre côté, l'inactivation du gène codant pour la eNOS entraîne chez ces souris un état hypertensif. Nos études moléculaires démontrent chez ces animaux, des niveaux de récepteurs ETA augmentés, et ETB réduits dans les tissus cardiaques des souris eNOS (-/-). De plus, leur réponse pressive suite à l'administration intraveineuse d'endothéline-1 ou d'IRL-1620 est augmentée ou réduite, respectivement. Chez les animaux conscients, les deux modèles murins ont répondu avec la même amplitude à l'effet hypotensif d'un traitement à l'antagoniste ETA, l'ABT-627. La pression des souris eNOS (-/-) est toutefois normalisée suite à trois jours de traitement. D'un autre côté, l'administration d'un antagoniste ETB, l'A-192621, augmente la pression artérielle moyenne dans une plus grande mesure chez les eNOS (-/-) comparé aux souris iNOS (-/-) ou de type sauvage. En outre, nous avons notés une augmentation significative de l'endothéline immunoreactive dans les artères mésentériques chez les souris eNOS (-/-) comparés aux souris iNOS (-/-), ces dernières ont des niveaux semblables à leur consoeurs non manipulées génétiquement. Notre étude montre que la répression de la iNOS ou de la eNOS a des impacts distincts sur l'endothéline-1 et ses récepteurs. Nous avons aussi montré que le coeur est le principal organe atteint; subissant ces modulations importantes des récepteurs de l'endothéline dans les conditions d'inactivation de la iNOS ou la répression de la eNOS chez des souris adultes. [Symboles non conformes]

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

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

La cellule de Purkinje (CP) est la seule sortie anatomique du cortex cérébelleux. Des études récentes ont montré que les récepteurs NMDA (NMDA-R) jouaient un rôle essentiel dans le Depression à long terme (DLT) à la synapse entre les fibres parallèles (FP) et les CPs. Les NMDA-Rs pourraient jouer un rôle prépondérant dans l’intégration des informations somato-sensorielles des FPs et ainsi contribuer au rôle du cervelet dans l'apprentissage moteur. Nous montrons que les NMDA-Rs sont fonctionnels et recrutés uniquement lors de patrons de décharges des FPs haute fréquences. Ces résultats étant potentiellement liés aux propriétés biophysiques des NMDA-Rs, nous avons démontré que la PLT dépend des NMDA-Rs comportant les sous unité GluN2A et que l'expression post synaptique de la plasticité s'effectuait à travers une diffusion anterograde du monoxyde d'azote (MA). De plus, nous avons confirmé et disséqué les propriétés de filtre passe haut des NMDA-Rs in vivo et in vitro.Nous avons montré que la PLT nécessitait des trains d'activité des FPs plus long que dans le cadre de la DLT, nous postulons que la quantité de MA produite est plus importante lors de l'induction de PLT. Utilisant nos données, nous avons implémenté un model mathématique de plasticité à la synapses FP-CP pouvant prédire le signe de plasticité synaptique selon les patrons d'activité rencontrés par cette synapse. / Synaptic plasticity is thought to be the cellular mechanism underlying learning and memory and has been the subject of intense experimental and theoretical research. The experimental work has led to detailed knowledge of the receptors and signalling pathways involved in the induction of different types of synaptic plasticity. In parallel, theoretical studies have built ’plasticity rules’, formal descriptions linking spike timings to changes in synaptic efficacy, such as the spike-timing-dependent plasticity (STDP) rule [Gerstner et al., 1996, Song et al., 2000]. However, these plasticity rules are generally quite abstract and their link to the underlying biophysical mechanisms is often unclear. The best known mechanisms in synaptic plasticity are linked to N-methyl-D-aspartate receptor (NMDA-R) function. NMDA-Rs are biophysical coincidence detectors of glutamate and membrane depolarization [Mayer et al., 1984, Nowak et al., 1984]. The activation of postsynaptic NMDA-Rs defines learning rules where the relative timing of pre- and post-synaptic activity is a key parameter [Debanne et al., 1994, Nevian and Sakmann, 2006, Sjostrom et al., 2003]. In the few cases where the participation of presynaptic NMDA-Rs has been proposed, these have invariably been involved in presynaptically-expressed LTD [Rodríguez-Moreno and Paulsen, 2008b, Sjostrom et al., 2003]. Cerebellar parallel fibre-Purkinje cell (PF–PC) synaptic plasticity follows non-Hebbian plasticity rules. We have previously reported that PF-PC LTD induction needs PF bursting activity (at least pairs of spikes) [Bidoret et al., 2009] and is linked to the presence of presynaptic NMDA-Rs [Casado et al., 2002b]. In this thesis, we set out to characterise the activity requirements for bidirectional synaptic plasticity in young and adult animals, and to investigate the signalling pathways involved. Surprisingly, we found that LTP induction shares many properties with LTD induction, including a similar frequency-dependence for presynaptic activity and an absolute requirement for NMDA-R activation and NO production. However, LTP requires a different source of post-synaptic calcium increase [Ly et al., 2013a]. In contrast with other synapses [Bender et al., 2006, Fino, 2010], our data indicate that both LTP and LTD share signalling mechanisms. These involve presynaptically produced NO and postsynaptic Ca rises. Supporting the notion that the frequency dependence of plasticity arises from the involvement of presynaptic NMDA-Rs, we provide the first direct evidence for Ca influx through presynaptic NMDA-Rs in PFs in young and adult animals, settling a long-lasting controversy [Bidoret et al., 2009, Casado et al., 2002a, Shin and Linden, 2005a, Wang et al., 2014a]. Based on our data, we propose a novel mechanistic plasticity rule. This deliberately parsimonious rule can be used to interpret and predict the plasticity arising from arbitrary patterns of PF and climbing fibre (CF) activity. Our results support the notion that bidirectional synaptic plasticity depends on multi-spike activity patterns in an intricate fashion [Bidoret et al., 2009, Froemke and Dan, 2002, Pfister and Gerstner, 2006, Sjöström et al., 2001].