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La cascade d’évènements permettant la contraction de la fibre musculaire striée squelettique en réponse à l’activité électrique de sa membrane plasmique est regroupée sous le terme de couplage excitation-contraction (EC). Le couplage EC a lieu au niveau des triades, domaines nanoscopiques au niveau desquels les invaginations transversales de la membrane plasmique (tubules-T) sont en contact étroit avec deux citernes terminales adjacentes de réticulum sarcoplasmique (RS). Plus précisément, lors de l’excitation d’une fibre musculaire, un potentiel d’action se propage dans toute la surface de la membrane plasmique et en profondeur de la cellule via les tubules-T. Cette dépolarisation y est détectée par les protéines membranaires sensibles au potentiel Cav1.1 qui en retour, par couplage mécanique, déclenchent l’ouverture des canaux calciques du RS que sont les récepteurs de la ryanodine de type 1 (RYR1s). Ceci est à l’origine de l’augmentation massive de Ca2+ intracellulaire qui déclenche l’activation des myofilaments et donc la contraction. La compréhension des mécanismes de contrôle et de régulation des canaux RYR1s reste encore aujourd’hui limitée. En particulier, la mesure de l’activité physiologique de ces canaux dans la fibre musculaire intacte est toujours réalisée de manière très indirecte. Par ailleurs le rôle éventuel de variations de potentiel de la membrane du RS pendant l’activité musculaire n’a jamais été révélé. Une connaissance approfondie de ces phénomènes est pourtant essentielle à la compréhension de la fonction musculaire squelettique normale et pathologique. Dans ce contexte, l’objectif général de mon projet de thèse a été de mettre au point et utiliser des biosenseurs fluorescents localisés spécifiquement à la membrane des citernes terminales du RS de fibres musculaires différenciées – par leur fusion à une séquence d’adressage appropriée. Grâce à la combinaison des techniques d’électrophysiologie et d’imagerie de la fluorescence des biosenseurs sur fibres musculaires isolées, nous avons pu étudier l’activité du RS au cours de la fonction musculaire. Plus particulièrement, mon travail de thèse aborde deux problèmes biologiques principaux : le potentiel de membrane du RS et la signalisation calcique du RS au cours du couplage EC. Le premier objectif a visé à caractériser les changements de potentiel de la membrane du RS pendant l’activation du couplage EC. Pour cela, nous avons utilisé des biosenseurs de FRET de la famille Mermaid. Nos résultats montrent qu’il n’y a pas de changement substantiel du potentiel transmembranaire du RS pendant l’activation du couplage EC. Ces données confirment – pour la première fois en condition physiologique – que le flux de Ca2+ à travers les canaux RYR1s est équilibré par des contre-flux ioniques compensatoires qui permettent le maintien du potentiel de membrane du RS. Ceci assure la pérennité du flux de Ca2+ et contribue à l’efficacité du couplage EC. Le deuxième objectif a visé à détecter les variations de concentration en Ca2+ à proximité immédiate des canaux RYR1s. Pour cela, nous avons utilisé le biosenseur fluorescent sensible au Ca2+ GCamP6f. Le biosenseur adressé à la membrane du RS fournit un accès unique à l’activité individuelle de populations distinctes de canaux RYR1s au sein de différentes triades d’une même fibre musculaire. Au-delà de la caractérisation détaillée des propriétés des sondes GCaMP6f dans cette préparation, nos résultats montrent la stupéfiante synchronisation de l’activité de libération de Ca2+ des triades d’une même fibre musculaire au cours du couplage EC. Les résultats ouvrent des perspectives particulièrement intéressantes pour les études de situations pathologiques d’altération de l’activité des canaux RYR1s / Excitation-contraction (EC) coupling in skeletal muscle corresponds to the sequence of events through which muscle fiber contraction is triggered in response to plasma membrane electrical activity. EC coupling takes place at the triads; these are nanoscopic domains in which the transverse invaginations (t-tubules) of the surface membrane are in closed apposition with two adjacent terminal cisternae of the sarcoplasmic reticulum membrane (SR). More precisely, EC coupling starts with action potentials fired at the endplate, propagating throughout the surface membrane and in depth into the muscle fiber through the t-tubules network. When reaching the triadic region, action potentials activate the voltage-sensing protein Cav1.1. In turns, Cav1.1 directly open up the type 1 ryanodine receptor (RYR1) in the immediately adjacent SR membrane, through intermolecular conformational coupling. This triggers RYR1-mediated SR Ca2+ release which produces an increase in cytosolic Ca2+ triggering contraction. Current understanding of the mechanisms involved in the control and regulation of RYR1 channels function is still limited. One reason is related to the fact that detection of RYR1 channel activity in intact muscle fibers is only achieved with indirect methods. Also, whether SR the membrane voltage experiences changes during muscle activity has so far never been experimentally assessed. Yet, deeper knowledge of these processes is essential for our understanding of muscle function in normal and disease conditions. In this context, the general aim of my PhD project was to design and use fluorescent protein biosensors specifically localized at the SR membrane of differentiated muscle fibers, by fusing them to an appropriate targeting sequence. Thanks to a combination of single cell physiology and biophysics techniques based on electrophysiology and biosensor fluorescence detection, we were able to study the SR activity during muscle fiber function. Specifically, my PhD work focused on two major issues: SR membrane voltage and SR calcium signaling during EC coupling. The first aim of my work was to characterize SR membrane voltage changes during muscle fiber activity. For this, we used voltage sensitive FRET-biosensors of the Mermaid family. Results show that the SR trans-membrane voltage experiences no substantial change during EC coupling. This provides the first experimental evidence, in physiological conditions, for the existence of ion counter-fluxes that balance the charge deficit associated with RYR1-mediated SR Ca2+ release. Indeed, this process is essential for maintaining the SR Ca2+ flux upon RYR1 channels opening and thus critically important for EC coupling efficiency. The second objective of my work aimed at detecting the changes in Ca2+ concentration occurring in the immediate vicinity of the RYR1 Ca2+ release channels during muscle fiber activation. For this, we took advantage of one member of the recent generation of genetically encoded Ca2+ biosensor: GCaMP6f. The SR-targeted biosensor provides a unique access to the individual activity of RYR1 channels populations within distinct triads of a same muscle fiber. Beyond allowing a detailed characterization of the biosensor properties in this preparation, results highlight the remarkable uniformity of SR Ca2+ release activation from one triad to another, during EC coupling. These results open up stimulating perspectives for the investigation of disease conditions associated with defective behavior of RYR1 channels.

La castration représente le traitement de référence du cancer de la prostate à un stade avancé. Cependant, la plupart des patients rechute du fait notamment de l’émergence de variants tronqués constitutivement actifs du récepteur des androgènes (RA). Le microenvironnement tumoral, en particulier les fibroblastes associés au cancer (CAFs), favorisent largement la progression tumorale. Ils sont très hétérogènes et dérivent de plusieurs types cellulaires dont les cellules souches mésenchymateuses (MSCs). Afin de mettre à jour l’impact des variants du RA sur le microenvironnement tumoral, mon projet de thèse a porté sur l’étude des effets de ces variants du RA sur la différenciation des MSCs en CAFs. Les résultats obtenus m’ont permis de démontrer un impact positif du variant RA Q641X sur l’expression du facteur de différenciation VEGF par les cellules tumorales, ainsi que sur l’expression des marqueurs de différenciation en CAFs FSP-1, CXCL12, PDGFR-β, ainsi que VEGF, au niveau des MSCs. Ces données suggèrent que le variant RA Q641X est capable d’induire la différenciation des MSCs en CAFs, soulignant ainsi l’importance de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant ces variants du RA. / Androgen ablation therapy remains the most common treatment for patients with advanced prostate cancer. However, most patients will relapse due to the emergence of truncated constitutively active androgen receptor (AR) variants. The tumor microenvironment is another necessary feature driving prostate cancer progression. Cancer associated fibroblasts (CAFs) are the major specialized stromal cells that favor tumor progression. These cells are very heterogeneous and derive from several other cell types as mesenchymal stem cells (MSCs). In order to highlight the impact of AR variants on surrounding tumor stroma, the aim of my project was to investigate the effects of these AR variants on MSCs differentiation into CAFs. I noticed that the expression of VEGF, a CAF differentiation factor, was upregulated in tumor cells expressing AR Q641X variant. Similarly, the expression of CAF differentiation markers FSP-1, CXCL12, PDGFR-β, and VEGF was enhanced in MSCs in presence of AR Q641X variant. These data highlight an unknown property of AR Q641X variant in prostate tumor cells that is its ability to induce MSCs differentiation into CAFs, underlining the urgent need to develop novel strategies targeting these AR variants.

Le Nord de l'Amérique Centrale est une zone complexe d'interaction entre trois grandes plaques tectoniques majeures : La plaque Caraïbe (CA) la plaque Amérique du Nord (AN) et la plaque Cocos (CO). Alors que la plaque Cocos subducte sous les plaques Caraïbe et Amérique du Nord, le mouvement relatif entre ces deux dernières plaques, en domaine continental, est principalement accommodé par le système de failles décrochantes sénestres Est-Ouest Polochic-Motagua. Nous avons installé, début 2005 et pour une période de 6 mois, un réseau de 30 stations sismologiques afin d'analyser l'activité sismique actuelle du système de failles Polochic Motagua ainsi que d'imager la structure de la lithosphere en profondeur. Nous montrons que l'activité sismique enregistrée est principalement concentrée au-dessus de 15 km de profondeur et distribuée le long des deux failles de Polochic et de Motagua qui montre une activité comparable. Aucun événement enregistré n'est associé à la faille de Jocotan. Nous observons également l'activité d'un des grabens Nord-Sud situé au sud de la faille de Motagua ainsi que probablement des plis Est-Ouest situés au Nord de la faille de Polochic. A l'aide de la méthode de fonctions récepteur nous avons localisé la discontinuité de Mohorovic à une profondeur moyenne de 35 kilomètres. L'image du Moho le long d'un profil perpendiculaire au système de faille semble suggérer qu'il existe un amincissement de la croûte entre les failles de Polochic et de Motagua bien que ce résultat reste à confirmer. Dans le but de caractériser la déformation à la jonction triple CA-CO-AN, en terme d'interactions et de contribution relative des différentes structures (les failles de Polo- chic, de Motagua, la série de grabens Nord-Sud, l'arc volcanique...) et l'interface de subduction, nous avons utilisé des données GPS provenant de différents réseaux géodésiques localisés au Guatemala (24 sites mesurés en 1999, 2003 et 2006), au Chiapas, Mexique méridional (8 sites mesurés tout les ans entre 2002 et 2005) et au Salvador (3 sites mesurés en 2003 et 2006). Les données ont été traitées et combinées avec les logiciels GAMIT et GLOBK. Le champ de vitesse obtenu fut dans un premier temps ajusté à l'aide d'un simple modèle élastique. La faille de Motagua semble accommoder la majorité du mouvement sénestre entre les plaques CA et AN, dont seulement 15% est accommodé par la faille de Polochic malgré sa morphologie, son histoire sismique récente et sa sis- micité actuelle comparables à celles de la faille de Motagua. Ceci semble suggérer des interactions mécaniques complexes entre les deux failles décrochantes à l'échelle de plu- sieurs cycles sismique ou une rhéologie complexe de la lithosphère sous le système de failles Polochic-Motagua. Un modèle à une seule faille centrée sur la faille de Motagua bloquée sur 15 km de profondeur suggère une vitesse de glissement décroissante d'Est (20 mm/an) vers le centre du Guatemala (15 mm/an) vers la jonction triple CA-CO-AN (∼ 0 mm/an). Cette décroissance semble être cohérente avec le taux d'extension Est-Ouest observé à travers les grabens d'Ipala et de Guatemala-City. Nous observons également un mouvement dextre à travers l'arc volcanique d'Amérique Centrale d'environ 15mm/an au salvador et 10mm/an au Guatemala. Ce mouvement est cohérent avec celui observé plus au Sud au Nicaragua et au Costa-Rica. Afin de prendre en compte les rotations de blocs et la déformation élastique localisée sur des failles situées aux frontières de ces blocs, nous avons utilisé un modèle élastique inverse 3D (DEFNODE, McCaffrey, 2002) pour ajuster notre champ de vitesse. Un modèle à 4 blocs (CO, CA, AN et une micro plaque côtière située entre l'arc volcanique d'Amérique Centrale et l'interface de subduction CO/CA) suggère un couplage décroissant à l'interface de subduction du Chiapas vers le Guatemala bien que ce résultat ne soit pas entièrement résolu par la densité actuelle de nos données.

L'UWB (Ultra Wide Band) consiste à transmettre des signaux entre 3.1 et 10.6 GHz avec une puissance limitée à -41.3 dBm/MHz. Pour les communications hauts débits (100 à 500 Mbit/s) et courtes portées (1 à 10 m), les solutions de l'état de l'art reposent sur des traitements numériques complexes. Mitsubishi ITE propose une solution alternative multi-bandes (MB) impulsionnelle basée sur un récepteur non-cohérent. La démodulation OOK est effectuée par une détection d'énergie originale avec un seuillage adapté dynamiquement suivant les conditions de propagation. La parallélisation complète de ce système MB-OOK permet à la fois d'éviter les interférences inter-symboles et de récupérer la quasi totalité de l'énergie disponible. En outre, l'approche impulsionnelle limite les évanouissements du signal sur canal multi-trajets. La comparaison des systèmes MB-OOK et MB-OFDM démontre la pertinence de la solution proposée pour des applications très hauts débits, courte portée et faible consommation.

Cette thèse présente une nouvelle vision de la structure interne de la Lune, au travers des données sismologiques Apollo, et des résultats récents de Clementine et Lunar Prospector. Après une revue de l'exploration et de la science lunaires, nous présentons la première utilisation des fonctions récepteur sur les données sismologiques lunaires, qui a permis d'identifier des phases Sp, converties à la base de la croûte. Nous décrivons ensuite notre ré-investigation complète des données sismologiques Apollo, et l'inversion des temps d'arrivée qui nous conduit à proposer un nouveau modèle de l'intérieur de la Lune. La principale caractéristique en est une croûte d'environ 30 km d'épaisseur, deux fois plus fine que les précédentes estimations. La dernière partie de la thèse envisage pour la première fois les données sismologiques en termes de variations latérales de profondeur du Moho, via une inversion de Monte-Carlo, dont les résultats sont directement comparables aux modèles gravimétriques.

La motivation première de mes travaux de recherche est de combiner des approches expérimentales et théoriques dans le domaine de la chimie physique pour atteindre une meilleure compréhension des phénomènes à l'échelle atomique. Mes travaux en cours traitent de systèmes d'intérêt biologique concernant les processus membranaires et des phénomènes accessibles par des méthodes de nanomanipulation. Les problèmes de la biophysique et biochimie sont au c?ur de mes recherches. J'ai effectué des simulations complexes de protéines membranaires dans une bicouche lipidique qui se sont montrées tout à fait complémentaires et révélatrices par rapport aux études expérimentales de biologie structurale. Une récente collaboration exploitant cette complémentarité a donné lieu à une publication dans la revue Nature en début 2009. [[i]] Les travaux récents visent à développer des approches combinant la réalité virtuelle avec les simulations moléculaires. [[ii]] Les systèmes biologiques étudiés présentent à la fois un intérêt physico-chimique, biologique et médical et peuvent atteindre un grand nombre d'atomes. En parallèle, je mène un travail de fond sur les méthodes de simulation et des approches novatrices. ----------------------- [[i]] N. Bocquet, H. Nury, M. Baaden, C. Le Poupon, J.P. Changeux, M. Delarue et P.J. Corringer: "X-ray structure of a pentameric ligand-gated ion channel in an apparently open conformation", 2009, Nature, 457, 111-114. [[ii]] O. Delalande, N. Férey, G. Grasseau et M. Baaden : "Complex Molecular Assemblies at hand via Interactive Simulations", 2009, J. Comput. Chem., 30, 2009, 2375-2387.

Les applications de télécommunications mobiles et de multimédia, notamment dans le domaine de l'embarqué, deviennent de plus en plus complexes au niveau calculatoire et consomment de plus en plus d'énergie. Afin de palier aux besoins calculatoires et énergétiques de ces applications, les concepteurs se sont orientés vers les architectures hybrides, associant des systèmes de nature et paradigme différents. Ces architectures ont retenu l'attention des concepteurs parce qu'elles présentent un bon compromis coût/performances calculatoires d'autant plus qu'elles possèdent des propriétés énergétiques intéressantes. En outre, l'émergence dans la dernière décade des architectures reconfigurables dynamiquement associant haute performance et encore plus de flexibilité, a fait que les dernières générations des architectures hybrides associent un ou plusieurs processeurs à une ou plusieurs architectures reconfigurables dynamiquement (ARD). Cette thèse s'inscrit dans cette thématique et a ainsi pour objectif d'apporter une modélisation précise de ces architectures ainsi que des méthodologies permettant d'exploiter leurs potentiels de performances. Une modélisation des mécanismes d'échange d'informations entre un processeur couplé à une ressource reconfigurable est d'abord proposée ce qui a permis une identification précise de modèles de performances. En utilisant ces modèles de performances, une méthodologie d'adéquation algorithme architecture permettant suivant les paramètres de l'application de déterminer le couplage CPU/ARD adéquat est présentée. Nous introduisons ces modèles de performances dans le flot de développement logiciel de ces architectures afin de permettre un partitionnement temporel automatique basé sur la détermination de la surface (en nombre d'unités fonctionnelles) de l'ARD nécessaire pour avoir des performances optimales et ce en trouvant le facteur de déroulage de boucle qui assure le maximum de performances pour l'architecture hybride. Le dernier aspect de ce travail concerne la validation de ces méthodologies et leur mise en oeuvre. Nous présentons pour cela les mécanismes d'implémentation d'un démodulateur multimode DVB-T/H et d'un récepteur WCDMA dynamique sur une architecture hybride reconfigurable dynamiquement.

Les mucines sont les molécules structurales de base du gel de mucus qui assure la protection et la lubrification de la muqueuse gastro-intestinale. Notre but était de déterminer l'effet de la leptine sur la sécrétion et l'expression des mucines gastro-intestinales. Cette étude a été réalisée in vivo chez le rat et in vitro à l'aide des lignées cellulaires de rat DHE et humaine HT29-MTX. Nous avons trouvé que ces 2 lignées expriment les récepteurs (Ob-R) de la leptine. La perfusion luminale de la leptine dans le côlon de rat ainsi que la stimulation des cellules DHE par la leptine a entraîné une augmentation de la sécrétion de mucines et du niveau des ARNm codant pour rMuc2, rMuc3 et rMuc4. Cet effet de la leptine était dose dépendant. Testée dans les HT29-MTX, la leptine a provoqué une augmentation de la sécrétion de mucines ainsi qu'une augmentation des transcrits de MUC2, MUC4 et MUC5AC via la voie de la PKC, la PI3K et les MAPK. Ces résultats montrent que la leptine pourrait jouer un rôle essentiel dans la protection de la muqueuse colique.

Dans le but d'évaluer l'impact d'une exposition postnatale sur une population spécifique de neurones olfactifs, nous avons exposé au Lyral des souris transgéniques dont les neurones récepteurs olfactifs MOR23 expriment la protéine fluorescente, GFP. Nous avons évalué l'impact d'une exposition précoce sur la population des neurones MOR23, en utilisant plusieurs méthodes. Par des observations anatomiques, nous montrons que le nombre de neurones olfactifs exprimant MOR23 diminue chez les sujets traités. Cette baisse concerne principalement les neurones matures. Ensuite, des analyses en qPCR quantitatives sur de petits échantillons de cellules isolées indiquent que les neurones MOR23 des souris exposées expriment davantage de récepteurs, de canaux couplés aux nucléotides cycliques (CNGA2) et de phosphodiestérase (PDE1C). La surexpression du récepteur MOR23 par neurone est transitoire. Enfin, cette surexpression est corrélée avec les propriétés électriques des neurones en réponse au ligand du récepteur MOR23 étudiées en patch-clamp. Afin d'écarter tout effet aspécifique inhérent à une éventuelle toxicité du Lyral, nous avons réalisé des enregistrements d'électroolfactogramme (EOG), une étude " transcriptomique " (41 gènes) et une étude d'immunohistochimie sur la muqueuse olfactive montrant que l'EO reste intact après exposition de trois semaines au Lyral. Nous montrons également que l'effet est dépendant du couple ligand-récepteur. Enfin, par des observations comportementales, nous montrons que les souris exposées développent une préférence pour le Lyral et passent plus de temps à l'explorer.Ensemble, ces résultats suggèrent que les neurones olfactifs font preuve d'une certaine plasticité et sont capables de s'adapter à l'environnement