Les épilepsies génétiques généralisées (ÉGGs) sont un groupe de syndromes épileptiques hétérogènes qui se manifestent habituellement durant les périodes de l’enfance et de l’adolescence. Les ÉGGs représentent 30% de toutes les épilepsies. Il n’existe présentement aucun remède à l’épilepsie génétique généralisée. Au sein de ce groupe d’épilepsies, les sujets sont le plus souvent dépourvus de lésions cérébrales, ce qui signifie que les facteurs génétiques jouent un rôle important dans l’étiologie de la maladie. Au cours des dernières années, plusieurs gènes impliqués dans des formes familiales d’ÉGG ont été identifiés. La majorité d'entre elles codent pour des canaux ioniques incluant le récepteur-ligand GABAA (RGABAA). De ce groupe, des mutations ont été identifiées dans quatre sous-unités du récepteur GABAA. Dans un premier temps, l’objectif général de cette thèse vise l’évaluation de la composante génétique de notre cohorte d’ÉGG expliquée par les gènes codant pour les sous-unités du récepteur GABAA. Puis, dans un second souffle, le rôle des variants identifiés est défini et analysé afin de mieux cerner leurs impacts dans la pathogénèse de ce phénotype. La première partie du projet consiste en une analyse exhaustive des mutations existantes dans la partie codante des 19 gènes GABRA pour des patients atteints d’ÉGG. En criblant des familles québécoises avec ÉGG, nous avons identifié 22 variants rares incluant 19 faux-sens et 3 non-sens dans 14 sous-unités du RGABAA. En séquençant ces gènes dans une grande cohorte de cas et de contrôles, nous avons établi le profil des variations rares pour ceux-ci. Ces données suggèrent qu’une proportion significative (8%) des patients atteints d’ÉGG ont des variants rares sur les gènes du RGABAA. La deuxième partie porte directement sur certains gènes identifiés lors de la première partie. De ce groupe, cinq nouvelles mutations ont été découvertes dans des gènes déjà associés à l’épilepsie (GABRA1 et GABRG2). Nous avons constaté l’impact de ces mutations dans les mécanismes génétiques de l’épilepsie, en mesurant les effets des variants sur la structure et la fonction du récepteur GABAA. La troisième partie se concentre sur notre hypothèse, voulant que les RGABAA mutants altèrent l’effet du GABA durant le développement du système nerveux central (SNC). L’objectif principal vise à déterminer la contribution relative de chacune des sous-unités mutées dans le développement du SNC. Ainsi, nous avons démontré qu’une telle perte de fonction a un impact significatif sur le développement des synapses GABAergiques et glutamatergiques ainsi que sur la plasticité des circuits corticaux. Nos résultats nous ont permis de préciser comment les mutations dans les gènes GABRA peuvent mener à l’ÉGG. Éventuellement, la caractérisation moléculaire de ces mutations contribuera à l’élaboration de nouveaux outils diagnostiques et facilitera la mise au point de traitements mieux ciblés pour les gens atteints de cette condition neurologique chronique. / Genetic generalized epilepsy (GGE) syndrome is a group of epilepsy disorders that occur early in childhood and adolescence. Genetics generalized epilepsies (GGE) account for approximately 30 % of all epilepsy syndromes. There is currently no cure for GGE. Although patients with GGE typically have no anatomical brain abnormalities, the root cause of these conditions is considered to be genetic in origin. An increasing number of genes predisposing to epilepsy have been identified over the past ten years. It has emerged in many cases that the causative genes for inherited epilepsies code for ion-channels such as the GABAA receptor (GABAAR). Among these genes, mutations in four subunits of the GABAA receptor appear to be an important cause of familial epilepsy. The main aim of the present thesis is to better characterize the genetic component of our GGE cohort explain by GABRA genes and evaluated the critical role of these variants in the pathogenesis of this phenotype. The first part of our project was to investigate the impact of rare variants of GABAAR in GGE, we screened the coding regions of 19 genes encoding for all the known subunits of the GABAAR in unrelated GGE patients, including familial cases. Overall, approximately 8% of our GGE individuals have novel GABRA mutations, including 19 missenses and 3 nonsenses including 1 frameshift mutation. By sequencing those genes in a large cohort of cases and controls, we were able to establish the profile of rare variants for these genes. Our data suggest that a significant proportion of GGE patients share rare variants in GABRA genes. The second part of the work builds on the genes bearing mutations identified in the sequencing analysis. Among this group, five novel mutations have been so far associated to this syndrome (GABRA1 and GABRG2). We characterized the gating properties of GABA-evoked currents and the subcellular localization of the mutated subunits by expressing recombinant GABAA receptors in vitro. The third part of the work aimed to characterize the impact of mutated GABAA receptors on synapse formation and development of neuronal networks. By knocking down these genes in cortical organotypic slices, we provided a better understanding of the specific and distinct neural circuit alterations caused by different GABRA1 mutations and help define the pathophysiology of genetic generalized epilepsy syndromes. We believe that these findings will allow a better understanding of the genetic mechanisms underlying the disease and involve mutations in GABAA receptors in critical mechanisms leading to epilepsy. Eventually, our results could lead to a better diagnosis and counteract the devastating effects of some GGEs early on before this complex condition has had the opportunity to be established.

Les récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) sont formés de sept domaines transmembranaires. Cette famille de récepteur fait l'objet d'études qui visent à comprendre leurs fonctions, leurs interactions avec leurs ligands, les changements de conformations produits suite à cette liaison ainsi que leur mécanisme d'activation. Notre hypothèse est que le récepteur humain de l'angiotensine II de type 1 (hAT1 ) possède des déterminants moléculaires responsables de sa liaison à l'angiotensine II (AngII). Nos objectifs sont d'identifier des déterminants moléculaires responsables de sa liaison à AngII, ainsi que d'identifier des changements de conformations générés suite à cette liaison. Dans un premier temps, les déterminants de la liaison de la position C-terminale de l'AngII ont été identifiés directement grâce à des études de photomarquage par affinité sur le récepteur hAT 1. Ces études nous ont permis d'observer que l'acide aminé photoactivable utilisé, le para -benzoyl- L -phénylalanine (Bpa), présentait une sélectivité prononcée pour la méthionine. Nous avons exploité cette sélectivité du Bpa pour mettre au point une nouvelle approche : l'essai de proximité aux méthionines (MPA). Afin de déterminer l'environnement tridimensionnel de la position C-terminale de l'AngII dans le récepteur hATI, nous avons dans un premier temps étudié les domaines transmembranaires (TMD) III, VI et VII en mutant individuellement chacune des positions par une méthionine. Cette étude a permis de déterminer l'orientation relative des résidus identifiés de chaque TMD formant la pochette de liaison. Nous avons fait une étude MPA comparative avec le mutant constitutivement actif N111G-hAT 1 , afin de pouvoir déterminer des changements de hAT1 qui surviennent lors de l'activation, sur les TMD III, VI et VII et avons trouvé qu'une seule différence. La conclusion de l'étude impliquait un mouvement du TMD VI lors de l'activation. Dans une autre étude, les 4 derniers TMD (I, II, IV, V) ont été étudiés à la fois à l'état basal et actif. Cette étude permit d'identifier que les TMD II et V participent à la formation de la pochette de liaison de l'AngII dans la forme active uniquement, impliquant des mouvements dans ces 2 TMD aussi. Suite à l'identification des résidus des TMD participant à la structure de la pochette de liaison, dans la forme active ou inactive, nous avons construit des modèles du récepteur hATI ligandé dans la forme inactive et de la forme constitutivement active et les avons comparés. L'ultime but de ce projet est de présenter un modèle d'activation général des GPCR mais plus concrètement une meilleure compréhension des bases moléculaires de la liaison, de l'activation et des changements conformationnels d'un GPCR.

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

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) peuvent activer des voies de signalisation indépendantes des protéines G. Cependant, la régulation de ces voies, et en particulier leur désensibilisation, est peu connue. Le récepteur de la sérotonine de type 4 (R-5-HT4) est un RCPG exprimé dans le cerveau et les organes périphériques. Il est impliqué dans des fonctions physiologiques importantes comme la mémoire, l'apprentissage, la prise de nourriture, le contrôle respiratoire et la mobilité gastro-intestinale. Le R-5-HT4 est couplé à la protéine Gs. De plus, il active la voie Src/ERK1/2, indépendamment des protéines G et des β-arrestines.Nous avons montré que GRK5, physiquement associé à la région C-terminale (C-ter) du R-5-HT4 inhibait la voie Src/ERK1/2 couplée au récepteur, mais pas la voie Gs. Ce résultat a été observé dans la lignée de cellules HEK-293 mais aussi dans des neurones de collicules en culture. Cette inhibition nécessite deux séquences d'évènements : l'association de la β-arrestine1 à une région riche en sérines et thréonines, localisée dans le domaine C-ter du récepteur et la phosphorylation par GRK5, de la β-arrestine1 (en sérine 412) liée au récepteur. La β-arrestine1 phosphorylée empêche l'activation de Src, constitutivement liée au récepteur, nécessaire à l'activation d'ERK1/2. Ceci constitue la première démonstration que la phosphorylation d'une β-arrestine par une GRK régule la signalisation indépendante des protéines G. En plus de ces résultats, nous avons démontré que l'activation d'ERK1/2 par le R-5-HT4, indépendante des β-arrestines, implique la libération d'un ligand induite par une métalloprotéase, conduisant à la transactivation d'un autre récepteur. Par une approche protéomique, nous avons également identifiés plusieurs partenaires potentiels du R-5-HT4. L'étude de ces partenaires pourrait apporter un éclairage supplémentaire sur les voies de signalisation du récepteur et leur régulation. / G protein-coupled receptors (GPCRs) have been found to trigger G protein-independent signalling. However, the regulation of G protein-independent pathways, especially their desensitization, is poorly characterized.The 5-Hydroxytryptamine 4 receptor (5-HT4R) is a GPCR widely expressed in the brain and at the periphery. It is implicated in important physiological functions such as memory, cognition, feeding, respiratory control and gastrointestinal motility. 5-HT4R couples to the Gs/cAMP/PKA pathway. Moreover, this receptor can activate a Src/ERK pathway independently of both G proteins and β-arrestins.Here, we show that the G protein-independent 5-HT4R-operated Src/ERK pathway, but not the Gs pathway, is inhibited by GPCR kinase 5 (GRK5), physically associated with the proximal region of receptor C-terminus, in both HEK-293 cells and colliculi neurons. This inhibition requires two sequences of events: the association of β-arrestin1 to a phosphorylated serine/threonine cluster located within the receptor C-terminal domain and the phosphorylation by GRK5 of β-arrestin1 (at Ser 412) bound to the receptor. Phosphorylated β-arrestin1 prevents in turn activation of Src constitutively bound to 5-HT4R, a necessary step in receptor-stimulated ERK signalling. This is the first demonstration that β-arrestin phosphorylation by a GRK regulates G protein-independent signalling.In addition to these results, we also demonstrated that the β-arrestin-independent activation of ERK1/2 by the 5-HT4R involves a metalloprotease-dependant ectodomain shedding and transactivation of another receptor. By a proteomic approach, we also identified several potential partners of the 5-HT4R. Study of these proteins may provide a better understanding of 5-HT4R signalling and his regulation.

La ligne latérale postérieure embryonnaire du poisson-zèbre est composée d'un ensemble d'organes sensoriels, appelés neuromastes, qui permet au poisson de détecter les mouvements de l'eau. Le primordium qui génère la ligne latérale postérieure embryonnaire migre de la tête vers l'extrémité de la queue le long d'une piste de cellules sécrétrices de SDF-1, et dépose des groupes de cellules précurseurs des neuromastes. Cette migration dépend de la présence de CXCR4, le récepteur de SDF-1, dans la région en tête du primordium et de la présence du second récepteur de SDF-1, CXCR7, dans la région en queue du primordium. L'objectif de ma thèse est d'identifier des régulateurs de l'expression de cxcr4b au sein du primordium. Nous avons montré que l'inactivation du récepteur des strogènes ESR1 induit l'expression ectopique de cxcr4b dans les cellules de queue du primordium alors que sa surexpression induit une réduction du domaine d'expression de cxcr4b, suggérant que ESR1 agit comme un répresseur de cxcr4b. Cette découverte expliquerait pourquoi les strogènes diminuent la capacité métastatique des cellules du cancer du sein strogéno-dépendants. L'inactivation de ESR1 conduit aussi à l'extinction de l'expression de cxcr7b dans les cellules de queue du primordium, cet effet étant toutefois indirect et induit par la signalisation ectopique SDF-1/CXCR4 dans ces cellules. L'inactivation et la surexpression de ESR1 provoquent toutes deux une migration défectueuse du primordium, confirmant l'importance de ce récepteur dans le contrôle de la migration dépendante de SDF-1. Nous avons aussi montré qu'un effecteur majeur de la signalisation Wnt canonique, LEF-1, contribue au contrôle de l'expression de cxcr4b et de cxcr7b dans les cellules en tête du primordium. Nous montrons que la prolifération cellulaire, qui assure une taille constante du primordium en dépit des dépositions successives de cellules, est réduite en absence de LEF-1, et que cela conduit à une ligne latérale postérieure incomplète. / The zebrafish embryonic posterior lateral line is componed by a set sense organs, called neuromasts, allowing the fish to detect the water movements. The primordium that generates the embryonic posterior lateral line of zebrafish migrates from the head to the tip of the tail along a trail of SDF-1-producing cells, and deposits cell groups that will become the neuromasts. This migration critically depends on the presence of the SDF-1 receptor CXCR4 in the leading region of the primordium and on the presence of a second SDF1 receptor, CXCR7, in the trailing region of the primordium. The aim of my thesis is to identify regulators of the cxcr4b expression within the primordium. Here we show that inactivation of the estrogen receptor ESR1 results in ectopic expression of cxcr4b throughout the primordium, whereas ESR1 overexpression results in a reciprocal reduction in the domain of cxcr4b expression, suggesting that ESR1 acts as a repressor of cxcr4b. This finding could explain why estrogens significantly decrease the metastatic ability of ESR-positive breast cancer cells. ESR1 inactivation alsoleads to extinction of cxcr7b expression in the trailing cells of the migrating primordium; this effect is indirect, however, and due to the down-regulation of cxcr7b by ectopic SDF-1/CXCR4 signaling in the trailing region. Both ESR1 inactivation and overexpression result in aborted migration, confirming the importance of this receptor in the control of SDF-1-dependent migration. We also showed that a major effector of the canonical Wnt signaling, LEF-1, contributes to the control of both cxcr4b and cxcr7b expression in the leading cells of the primordium. We show that cell proliferation, which ensures constant primordium size in spite of sucessive rounds of cell deposition, is reduced upon lef1 inactivation, leading in a truncated posterior lateral line.

Les récepteurs Toll-like (TLRs) détectent des structures conservées exprimées par différentes classes de microorganismes, jouant ainsi un rôle majeur dans la réponse immunitaire. Les TLRs localisés dans les endosomes (TLR3, 7, 8 et 9) reconnaissent principalement des acides nucléiques dérivés de microbes. Cependant, ils peuvent également être responsables de la reconnaissance d’acides nucléiques endogènes et contribuer au développement d’auto immunité. A la différence du TLR8humain, le TLR8 murin n’induit pas de réponse à l’ARN simple brin et a ainsi été considéré comme non fonctionnel. Le but de cette étude est d’étudier le rôle du TLR8 murin dans l’immunité. Nous avons montré que les cellules dendritiques déficientes en TLR8 surexpriment le TLR7 et présentent une réponse accrue à une stimulation de TLR7. Chez la souris, la déficience en TLR8 entraine une augmentation des taux d’anticorps circulant (IgM, IgG, IgG2a), des autoanticorps, et au niveau rénal la présence de dépôts de complexes immuns. A l’inverse des souris TLR8-/-, les souris TLR7/8-/- sont protégées de tout symptôme. Nos résultats indiquent donc que chez la souris le TLR8 joue un rôle primordial dans la modulation de l’expression de TLR7, et cette régulation est cruciale dans le contrôle du développement d’autoimmunité spontanée. / Toll-like receptors (TLRs) detect conserved molecular products of microorganisms and play anessential role in the induction of immune responses. Endosomal TLRs (TLR3, 7, 8 and 9) sensenucleic acids derived from microbes. However they can also recognize self nucleic acids and thus beinvolved in the development of autoimmunity. Unlike human TLR8, murin TLR8 does not respond tosingle-stranded RNA suggesting that it could be not functional. In the current study, we investigatedthe role of murine TLR8 signaling in immunity. We found that TLR8-/- dendritic cells overexpressTLR7 and are hyperesponsive to various TLR7 ligands. In mice, TLR8 deficiency leads to increasedlevels of IgM, IgG, IgG2a circulating antibodies, autoantibodies and in the kidney to higher depositionof immunocomplexes while double TLR7/8-/- mice are protected from autoimmune features. Thesedata provide evidence for a pivotal role of murine TLR8 in the regulation of murine TLR7 expressionand this control is critical for the prevention of spontaneous autoimmunity development.

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

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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