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

La paraplégie est une condition pathologique qui hypothèque physiquement et mentalement toutes les personnes atteintes. Généralement, la blessure à la moelle épinière par compression, lacération ou section complète entraîne des pertes instantanées et quasi irréversibles des fonctions motrices, locomotrices et sensorielles sous le niveau de la lésion. Ces pertes fonctionnelles conduisent inévitablement à des changements morphologiques et physiologiques liés pour la plupart à l'inactivité physique chronique. Afin de contrer ces changements et leurs effets négatifs sur la santé, plusieurs équipes de recherche ont concentré leurs efforts sur le développement d'entraînements physiques spécialisés sur tapis roulant. Ces programmes d' entraînement, peu efficaces pour l'instant chez les blessés médullaires complets, permettraient le maintient d'une bonne forme physique dans l'espoir de retarder l' apparition des pertes musculaires, de l'ostéoporose ainsi que des troubles immunitaires, cardiovasculaires et hormonaux pour ne nommer que ceux-là. Nos recherches ont été orientées principalement sur 1) le discernement des mécanismes sousjacents au déclenchement de la locomotion chez la souris paraplégique ainsi que sur 2) l'identification d'une pharmacothérapie appliquée qui pourrait permettre l'induction de cette locomotion. Plusieurs pistes de solutions seront évaluées au cours de ce manuscrit. D'abord, il était primordial de caractériser le niveau basal de récupération spontanée de mouvements dans les membres paralysés de souris adulte afin de prendre cette notion en compte dans les expériences futures (article 1). Deuxièmement, nous avons étudié l'implication des récepteurs alpha₂-adrénergiques dans le déclenchement de mouvements de type locomoteur (mouvement de flexion-extension alterné bilatéralement) chez notre modèle de souris paraplégique avec et sans stimulation des afférentes sensorielles (articles 2 et 3). Par la suite, nous avons évalué le rôle des cinq (5) sous-types de · récepteurs dopaminergiques dans l' induction de mouvements de type locomoteur chez la souris paraplégique ainsi que leur localisation au niveau des segments L₁-L₅ (article .4). Finalement, nous avons étudié l'impact de l'actiyation simultanée de sous-types spécifiques de récepteurs dopaminergiques et sérotoninergiques afin de découvrir un moyen de faciliter un entraînement intensif sur tapis roulant chez la souris adulte paraplégique (article 5).

Une étude précédente au laboratoire a montré que l'augmentation progressive d'une ventilation nasale conduit à la fermeture active du larynx lors des insufflations mécaniques. En effet, cette ventilation nasale en pression positive intermittente (VPPIn) conduit à une diminution de l'activité électromyographique (EMG) d'un muscle dilatateur (cricothyroïdien, CT) et à une augmentation de l'activité EMG d'un muscle constricteur (thyroaryténoïdien, TA) de la glotte entraînant une diminution de la ventilation pulmonaire. Le but de ce projet est de déterminer si ce réflexe de fermeture est modulé par les récepteurs bronchopulmonaires ou par les récepteurs des voies aériennes supérieures (VAS). Deux modèles ovins nouveau-nés différents ont été mis au point pour étudier les récepteurs bronchopulmonaires ou les récepteurs des VAS. Chez les agneaux du premier groupe, une vagotomie bilatérale en 2 étapes a été réalisée par vidéothoracoscopie (groupe vagotomie bilatérale), tandis que les agneaux du second groupe ont subi une séparation chronique de la trachée et du larynx pour isoler les VAS (groupe VAS isolées). De plus, une instrumentation chirurgicale chronique a permis l'enregistrement polysomnographique des stades de conscience, de l'EMG des muscles constricteurs (TA) et dilatateurs (CT) de la glotte et des mouvements respiratoires lors de l'augmentation progressive de la VPPIn en mode volume contrôlé. Chez le groupe vagotomie bilatérale, l'augmentation de l'EMG des muscles constricteurs (TA) du larynx en inspiration observée lors de l'augmentation de la VPPIn avant vagotomie disparaît après vagotomie bilatérale. Par contre, la diminution de l'EMG des muscles dilatateurs (CT) du larynx n'est pas modifiée par la vagotomie. Chez le groupe VAS isolées, l'activité inspiratoire des constricteurs larynx augmente de façon significative lors de la ventilation par les VAI, mais cette augmentation est absente lors de la ventilation des VAS isolées. De plus, l'activité des dilatateurs diminue seulement lors de la ventilation des VAI, mais non lors de la ventilation des VAS. La fermeture active du larynx lors des insufflations mécaniques en VPPIn est donc un réflexe provenant des afférences bronchopulmonaires pour l'activité des constricteurs seulement, les récepteurs des VAS ne semblant pas impliqués.

CCR5 est un récepteur couplé aux protéines G répondant aux CC-chimiokines MIP-1, MIP-1, RANTES et MCP-1. Le récepteur structurellement le plus proche est CCR2b, qui répond à MCP-1. CCR5 est exprimé à la surface des lymphocytes T mémoire, les monocytes, macrophages et cellules dendritiques. Ce récepteur joue un rôle important dans l'établissement des réponses inflammatoires contre les agents pathogènes, mais aussi dans la pathogenèse de maladies inflammatoires chroniques. CCR5 constitue aussi avec CXCR4 un des co-récepteurs qui permettent l'entrée du virus de l'immunodéficience humaine dans ses cellules cibles. CCR5 présente donc un grand intérêt en thérapeutique, et tous les éléments susceptibles de mieux comprendre sa structure, ses mécanismes d'activation ou ses cascades de signalisation sont à même de contribuer au développement d'agents à usage thérapeutique. Deux nouveaux concepts sont apparus dans la littérature au cours des quelques années qui ont précédé le début de notre travail. D'une part, il est apparu que les récepteurs couplés aux protéines G pouvaient interagir directement avec un éventail de partenaires intracellulaires et réguler de cette façon des cascades de signalisation indépendamment des protéines G hétérotrimériques. D'autre part, un nombre croissant de récepteurs se sont révélés capables de former des homodimères et des hétérodimères. Nous avons dès lors appliqué ces deux concepts à l'étude de CCR5. Nous avons donc recherché de nouveaux partenaires de CCR5 par deux approches complémentaires, le double hybride et le « GST-pulldown ». Dans les deux cas, nous nous sommes focalisé sur le domaine C-terminal du récepteur CCR5, d'une part parce que la majorité des interactions mises en évidence pour d'autres récepteurs concernent ce domaine, d'autre part parce que l'extrémité C-terminale de CCR5 est conservée dans l'évolution et comporte différents motifs dont la relevance fonctionnelle a été démontrée. Par ailleurs, nous avons appliqués les techniques d’immunoprécipitation et de BRET pour étudier les phénomènes d’homodimérisation de CCR5, ainsi que son hétérodimérisation avec le récepteur apparenté CCR2b. Les conséquences fonctionnelles de ces interactions ont ensuite été étudiées. Par les techniques de double hybride et de pull-down, nous n’avons pas pu identifier de nouveaux partenaires de CCR5. Seules des interactions non-spécifiques ont pu être mises en évidence. Malgré une recherche intensive menée par d’autres groupes, un seul nouveau partenaire de CCR5 a été décrit entre-temps dans la littérature. Lors des études d'oligomérisation de récepteurs, nous avons mis en évidence la formation d'homodimères de CCR5 et CCR2b par des expériences d’immunoprécipitations et de BRET, ainsi que d'hétérodimères CCR5-CCR2b. Les conséquences fonctionnelles de ces observations sur la liaison de chimiokines, la signalisation et l'internalisation des récepteurs ont été étudiées. Contrairement aux données de la littérature, nous n'avons pas montré de coopérativité positive entre les récepteurs co-exprimés, quant à leur capacité à induire la libération de calcium intracellulaire. Par contre, nous avons mis en évidence une coopérativité négative en termes de liaison de chimiokines. Il apparaît ainsi que chaque dimère ne peut lier qu'une seule chimiokine, et qu'en conséquence, les ligands d'un récepteur peuvent entrer en compétition avec la liaison d'un traceur sur l'autre récepteur au sein d'un hétérodimère. Ces dimères de récepteurs apparaissent cependant comme dissociables, suite à la liaison d'agonistes ou de chimiokines induisant leur internalisation, car aucun phénomène de co-internalisation ne peut être mis en évidence. Ces observations, qui sont originales dans le domaine des récepteurs couplés aux protéines G, peuvent sans doute être généralisées à l'ensemble des récepteurs de chimiokines, voire à d'autres classes de récepteurs. Elles sont importantes pour l'interprétation de la pharmacologie des récepteurs dans leur environnement naturel, et sont susceptibles de développements importants permettant de mieux comprendre la structure des dimères, la dynamique de leur association, et les mécanismes d'activation des récepteurs en général au sein de leur structure dimérique.

Certains neuropeptides, comme les orexines, pourraient être impliqués dans les mécanismes neurobiologiques qui sous-tendent la dépression majeure. Nous avons utilisé un modèle murin de dépression, le stress chronique imprédictible modéré, pour étudier précisément le rôle du système orexinergique dans la dépression. Les souris stressées présentaient une augmentation de l’activation des neurones orexinergiques dans la partie dorsomédiale et périfornicale de l’hypothalamus, ainsi que des changements de l’expression des récepteurs orexine-2, contrecarrés par un traitement chronique avec un antidépresseur. De plus, le blocage pharmacologique du système orexinergique chez des souris stressées a engendré des effets antidépresseurs sous-tendus par le rétablissement du rétrocontrôle négatif de l’axe HPA indépendamment d’une augmentation de la neurogenèse hippocampique. Ces résultats montrent que le système orexinergique pourrait être impliqué dans la physiopathogenèse des troubles dépressifs. / Neuropeptides, especially orexins, could be involved in the neurobiological mechanisms underlying maj or depression. We used a mouse mode! of depression, the unpredictable chronic mild stress, to specifically study the role ofthe orexinergic system in depression. Stressed mice showed an increase of orexinergic neuronal activation in the dorsomedial and perifornical hypothalamus, as well as change in orexin receptor-2 expression, reversed by chronic treatment with an antidepressant. In addition, pharmacological blockade ofthe orexinergic system in stressed mice induced antidepressant-like effects, underpinned by the restoration ofthe HPA axis negative feedback, independently of an increase of hippocampal neurogenesis. These results show that the orexinergic system could be involved in the pathophysiology of depressive disorders.

La famille des Venus Kinase Receptors (VKR) est une nouvelle famille de Récepteurs Tyrosine Kinase découverte au laboratoire chez le ver parasite Schistosoma mansoni (SmVKR1), puis chez 14 autres organismes invertébrés, principalement des insectes. Les études réalisées au laboratoire ont montré la présence des transcrits vkr dans les organes reproducteurs des organismes adultes mais aussi dans les stades larvaires suggérant un rôle dans le développement et/ou la reproduction de ces organismes. Ma thèse concerne la caractérisation structurale, biochimique et fonctionnelle des VKRs de deux organismes d’intérêt sanitaire majeur : le schistosome, parasite responsable de la bilharziose qui représente la seconde endémie parasitaire mondiale et l’anophèle, vecteur principal du paludisme en Afrique. Dans une première partie nous avons mis en évidence la présence d’un second VKR chez le schistosome, nommé SmVKR2. Nous avons montré que ses transcrits sont exprimés à tous les stades du cycle parasitaire et principalement dans les organes génitaux de la femelle au niveau des ovocytes immatures et de l’ootype. Nous avons exprimé SmVKR1 et SmVKR2 et montré qu’ils sont tous deux des récepteurs à activité tyrosine kinase, activables respectivement par la L-Arginine et par le calcium. Des expériences complémentaires semblent indiquer qu’un ligand naturel de SmVKR1 pourrait se trouver dans le canal gynécophore des vers appariés. Parallèlement, nous avons entrepris l’identification des partenaires cytosoliques de SmVKR1 et SmVKR2 grâce au criblage d’une banque d’ADNc de vers adultes par la technique de double hybride en levure en utilisant les domaines intracellulaires (DIC) des récepteurs comme appâts. L’analyse partielle des résultats obtenus montre que les DIC de SmVKR1 et SmVKR2 interagissent en autres avec des protéines du cytosquelette et avec des protéines cytoplasmiques pourvues de domaines d’interaction protéine-protéine SH2, acteurs de voies de signalisation classique des RTKs. Nous avons montré par ARNi que la diminution des transcrits SmVKR1 et SmVKR2 a un impact majeur sur la morphologie des organes génitaux de la femelle. Les sporocystes interférés pour les deux récepteurs présentent une diminution significative de leur taille comparée aux témoins.La deuxième partie de mes travaux de thèse a été centrée sur l’étude d’AgVKR, le récepteur d’Anopheles gambiae. En utilisant deux systèmes d’expression hétérologue, nous avons pu établir que ce récepteur était lui aussi catalytiquement actif et activable par la L-arg comme SmVKR1. L’étude de la fonction d’AgVKR a été abordée grâce à la découverte récente de son expression constitutive dans une lignée de cellules d’A. gambiae nommées SuA5B et de type hémocytaire. Des expériences d’ARNi ont été mises au point dans le but de visualiser l’impact d’une diminution de transcrits sur la physiologie des cellules. Dans leur ensemble, les résultats de ces travaux participent à la compréhension des mécanismes de régulation et de la fonction des VKRs, des récepteurs qui semblent d’une grande importance pour le développement et la reproduction des organismes. / Venus Kinase Receptors (VKRs) form a new family of Receptor Tyrosine Kinases discovered for the first time in the parasite Schistosoma mansoni (SmVKR1), then in fourteen other invertebrate organisms and mainly in insects. In our laboratory, previous studies have shown that vkr transcripts are present in reproductive organs of adult organisms but also in larval stages, suggesting a role of VKRs in reproductive and development mechanisms. My thesis was concerned with the structural, biochemical, and functional characterization of the VKRs of two invertebrate organisms causing serious public health concerns: the worm S. mansoni responsible for the second human parasitic disease, and the principal malaria vector in Africa, Anopheles gambiae. At first, we have shown the existence of SmVKR2, a second VKR in the worm. Its transcripts are expressed in all the parasitic stages and localized in the immature oocytes and the ootype of the female worm. Recombinant SmVKR1 and SmVKR2 proteins showed a tyrosine kinase activity in vitro. Their catalytic activity could be induced by small molecules such as L-Arginine for SmVKR1 and calcium ions for SmVKR2. Preliminary experiments showed the presence of a potential natural ligand inside of the gynaecophoral duct of paired worms, able to activate SmVKR1 but not SmVKR2. To identify cytoplasmic partners of SmVKR1 and SmVKR2, we used intracellular domains (ICD) of each receptor as baits to screen an adult worm cDNA yeast library. We could show that SmVKR1 and SmVKR2 ICDs interact with various proteins, including cytoskeleton components and proteins containing SH2 protein-protein interaction domains, known to participate in classical signalling pathways of RTKs. We have also shown by RNAi that the diminution of smvkr1 and smvkr2 transcripts results in major changes in the morphology of genital organs of female worms. In the sporocyst larvae, RNAi of both SmVKR1 and SmVKR2 led to a significant decrease of the size of the parasites, as compared to the controls.The second part of my thesis work concerned the study of AgVKR from A. gambiae. Using two different expression systems, we have established that AgVKR was also catalytically active and activable by L-Arg as was SmVKR1. Functional studies of AgVKR could be facilitated by the recent discovery that the hemocyte-like SuA5B cell line of A. gambiae are constitutively expressing AgVKR. RNAi procedures have been designed to analyse the impact of a diminution of agvkr transcripts on the physiology of SuA5B cells.Taken together, these results already participate in a better knowledge of the mechanisms of VKR regulation and of their function, confirming their potential importance in growth and reproduction of invertebrate organisms.

Les lymphocytes Th17 représentent une sous-population lymphocytaire hautement inflammatoire, due à leur particularité à produire des cytokines pro-inflammatoires dont notamment l'IL-17 qui représente leur cytokine signature. Les Th17 jouent un rôle central dans le développement de plusieurs maladies inflammatoires auto-immunes, cependant les mécanismes intervenant dans la régulation de leur fonction effectrice, notamment dans le contexte de ces maladies, demeurent peu connus. Des études récentes ont montré que la signalisation purinergique joue un rôle dans la régulation de la réponse immune et inflammatoire notamment dans l'activation des lymphocytes T CD4⁺ naïfs. Dans cette maitrise, j'ai porté mon intérêt sur le rôle des nucléotides extracellulaires et leurs récepteurs dans l'activation et la différenciation des lymphocytes Th17 humains. Nous avons démontré par RT-PCRq que les Th17 expriment les récepteurs à nucléotides P2X4,5,7 et P2Y₁₁. En utilisant des antagonistes spécifiques pour chacun des récepteurs P2, sauf pour le P2X5 qui n'est pas fonctionnel chez l'humain, nous avons démontré que l'inhibition du P2X4, contrairement à celle des autres récepteurs à nucléotides, bloque la polarisation des lymphocytes T CD4⁺ vers la voie Th17 et diminue la production d'IL-17 suite de l'activation des Th17 polarisés par des anticorps anti-CD3 et anti-CD28. Par contre, la voie de polarisation des Th1 n'est pas affectée par l'antagonisme du P2X4. De plus, l'inhibition de P2X4 a diminué également la prolifération des lymphocytes T, alors qu'un antagoniste des récepteurs P2X7 et P2Y₁₁ n'a eu aucun effet. Ces résultats montrent que le récepteur P2X4 joue un rôle majeur dans la différenciation et l'activation des Th17 et pourrait réguler le développement des maladies inflammatoires.

Initialement, les cancers du sein sont majoritairement hormonodépendants, c’est-à-dire qu'ils sont stimulés par les hormones estrogéniques endogènes. Une première approche pour traiter ce type de cancer consiste à utiliser un antiestrogène pour bloquer l’activation du récepteur des estrogènes dans le tissu mammaire. Une seconde approche consiste à inhiber la synthèse des estrogènes par l’utilisation d’inhibiteurs spécifiques pour certaines enzymes clés de la stéroïdogénèse. La stéroïde sulfatase (STS), une enzyme impliquée dans la biosynthèse des estrogènes, constituerait une importante cible thérapeutique. Dans le cadre de ce mémoire, je discuterai d’un nouveau projet de recherche qui consiste à développer des composés à double-action combinant les deux types d’approches nommées précédemment. Nous cherchons à développer une molécule non-stéroïdienne qui serait en mesure d’inhiber la STS mais également de bloquer le récepteur des estrogènes dans le tissu mammaire. Notre composé doit donc posséder un effet SERM (Selective Estrogen Receptor Modulator), c’est-à-dire de jouer le rôle d’un antagoniste dans le tissu mammaire tout en jouant le rôle d’un agoniste dans d’autres tissus (i.e. tissu osseux) où l’action des estrogènes est importante. Dans ce mémoire, j’aborderai rapidement la synthèse chimique des deux générations de composés pour m’attarder davantage sur les tests biologiques in vitro nécessaires à l’évaluation de leur potentiel à double-action. Les composés ont d’abord été testés sur la STS pour évaluer leur potentiel d’inhibition de l’enzyme. Ensuite, les composés ont été testés sur des cellules cancéreuses du sein sensibles aux estrogènes pour s’assurer qu’ils ne stimulent pas leur prolifération. Afin de vérifier l’effet SERM désiré, les composés furent testés sur des ostéoblastes pour déterminer s’ils sont en mesure d’induire leur prolifération et leur différentiation. Finalement, l’affinité pour le récepteur des estrogènes de type alpha (REα) fut également évaluée. La 2e génération de composés a produit de bons résultats car certains composés inhibent bien la STS et possèdent l’effet SERM désiré. Ce projet a donc permis de développer des composés à double-action qui pourraient être utilisés lors de futures études in vivo.

L’expression synaptique de la sous-unité α5 des récepteurs GABAA (α5-RGABAA) a été montrée dans les interneurones (INs) inhibiteurs de la zone CA1 de l’hippocampe. Cependant, les types de synapses qui expriment cette α5-RGABAA et son rôle fonctionnel n’ont pas encore été déterminés. En utilisant une association d’enregistrements de "patch-clamp" en configuration cellule entière, d’optogénétique et de la technique d’immunohistochimie, nous avons étudié l’expression synaptique de la α5-RGABAA et ses modifications dans un modèle animal d’épilepsie du lobe temporal (ELT). Nos données montrent que la α5-RGABAA est exprimée aux synapses inhibitrices formées par le réseau de cellules qui expriment la calrétinine (CR+) sur différents types d’INs du stratum oriens-alveus (O/A) de l’hippocampe. De plus, nous avons observé un déclin précoce de la α5-RGABAA dans les INs de l’O/A pendant l’ELT ce qui pourrait contribuer à la désinhibition et à l’hyperexcitabilité de ces INs et aurait donc des conséquences sur l’activité du réseau entier.

La migration des lymphocytes T dans les tissus interstitiels est régulée par la matrice extracellulaire dont le collagène type l est la composante majeure. Nous avons caractérisé l'expression chez les lymphocytes T d'un récepteur du collagène de la famille des récepteurs à domaine discoïdine (DDRl) et investigué son implication dans la migration. Nous avons démontré que l'activation des lymphocytes T primaires provenant du sang périphérique (PBL) par le récepteur des lymphocytes T induit l'expression de DDRl. Cette induction dépend de la voie des MAPK-Erk. L'activation des PBL augmente leur migration dans une matrice tridimensionnelle de collagène type l et cette augmentation est inhibée par l'addition de récepteurs bloquants DDRI-FC. Nous avons également observé que l'adhésion des PBL au collagène type l augmente en présence de DDRI-FC. Le récepteur DDRI serait donc impliqué dans la migration des PBL activés possiblement grâce à sa capacité de modérer l'adhésion au collagène type 1.