yes / Brain function depends on co-ordinated transmission of signals from both excitatory and inhibitory neurotransmitters acting upon target neurons. NMDA, AMPA and mGluR receptors are the major subclasses of glutamate receptors that are involved in excitatory transmission at synapses, mechanisms of activity dependent synaptic plasticity, brain development and many neurological diseases. In addition to canonical role of regulating presynaptic release and activating postsynaptic potassium channels, GABAB receptors also regulate glutamate receptors. There is increasing evidence that metabotropic GABAB receptors are now known to play an important role in modulating the excitability of circuits throughout the brain by directly influencing different types of postsynaptic glutamate receptors. Specifically, GABAB receptors affect the expression, activity and signaling of glutamate receptors under physiological and pathological conditions. Conversely, NMDA receptor activity differentially regulates GABAB receptor subunit expression, signaling and function. In this review I will describe how GABAB receptor activity influence glutamate receptor function and vice versa. Such a modulation has widespread implications for the control of neurotransmission, calcium-dependent neuronal function, pain pathways and in various psychiatric and neurodegenerative diseases.

No description available.

The progesterone receptor membrane component 1 (PGRMC1) is a multifunctional protein with a heme-binding domain that promotes cellular signaling via receptor trafficking, and is essential for some elements of tumor growth and metastasis. PGRMC1 is upregulated in breast, colon, lung and thyroid tumors. We expanded the analysis of PGRMC1 in the clinical setting, and report the first analysis of PGRMC1 in human oral cavity and ovarian tumors and found PGRMC1 to correlate with lung and ovarian cancer patient survival. Furthermore, we discovered a specific role for PGRMC1 in cancer stem cell viability. PGRMC1 directly associates with the epidermal growth factor (EGFR) in cancer cells, and we reviewed multiple signaling-associated pathways that are important in trafficking wild-type and mutant EGFR. To better understand the potential of PGRMC1 in receptor tyrosine kinase trafficking, we extended our research to the insulin receptor (IR). Changes in insulin signaling have been linked to multiple diseases, because IR plays a key role in glucose metabolism, cellular survival and proliferation. We found PGRMC1 to co-precipitate with IR in cancer cells and in an adipose model system. PGRMC1 increased IR plasma membrane levels in multiple cancer cell lines, and was also found to increase plasma membrane levels of two glucose transporters. Treatment with a PGRMC1 ligand significantly increased IR levels in human adipocytes. Moreover, we demonstrate that both insulin binding and glucose uptake are dependent on PGRMC1.

Metastasis is characterized pathologically by uncontrolled cell invasion, proliferation, migration and angiogenesis. Steroid hormones, such as estrogen, and growth factors, which include insulin growth factor I/II (IGF-1/IGF-2) therapy has been associated with most if not all of the features of metastasis. It has been determined that IGF-1 increases cell survival of cancer cells and potentiate the effect of E2 and other ligand growth factors on breast cancer cells. However not much information is available that comprehensively expounds on the roles of insulin growth factor receptor (IGFR) and Rab GTPases may play in breast cancer. The latter, Rab GTPases, are small signaling molecules and critical in the regulation of many cellular processes including cell migration, growth via the endocytic pathway. This research involves the role of Rab GTPases, specifically Rab5 and its guanine exchange factors (GEFs), in the promotion of cancer cell migration and invasion. Two important questions abound: Are IGFR stimulation and downstream effect involved the endocytic pathway in carcinogenesis? What role does Rab5 play in cell migration and invasion of cancer cells? The hypothesis is that growth factor signaling is dependent on Rab5 activity in mediating the aggressiveness of cancer cells. The goal is to demonstrate that IGF-1 signaling is dependent on Rab5 function in breast cancer progression. Here, the results thus far, have shown that while activation of Rab5 may mediate increased cell proliferation, migration and invasion in breast cancer cells, the Rab5 GEF, RIN1 interacts with the IGFR thereby facilitating migration and invasion activities in breast cells. Furthermore, endocytosis of the IGFR in breast cancer cells seems to be caveolin dependent as the data has shown. This taken together, the data shows that IGF-1 signaling in breast cancer cells relies on IGF-1R phosphorylation, caveolae internalization and sequestration to the early endosome RIN1 function and Rab5 activation.

Yes / Neuronal activity regulates the transcription and translation of the immediate-early gene Arc/Arg3.1, a key mediator of synaptic plasticity. Proteasomedependent degradation of Arc tightly limits its temporal expression, yet the significance of this regulation remains unknown. We disrupted the temporal control of Arc degradation by creating an Arc knockin mouse (ArcKR) where the predominant Arc ubiquitination sites were mutated. ArcKR mice had intact spatial learning but showed specific deficits in selecting an optimal strategy during reversal learning. This cognitive inflexibility was coupled to changes in Arc mRNA and protein expression resulting in a reduced threshold to induce mGluR-LTD and enhanced mGluR-LTD amplitude. These findings show that the abnormal persistence of Arc protein limits the dynamic range of Arc signaling pathways specifically during reversal learning. Our work illuminates how the precise temporal control of activity-dependent molecules, such as Arc, regulates synaptic plasticity and is crucial for cognition. / Open access funded by Biotechnology and Biological Sciences Research Council

In dieser Arbeit wird der Transport von Glutamatrezeptoren an der neuromuskulären Synapse von Drosophila-Larven untersucht. Dies geschieht anhand der Analyse von Mikroskopaufnahmen von mit Fluorophoren markierten Glutamatrezeptoren. Hierfür wurden statistische Parameter entwickelt oder angewendet, um die Verteilung der Glutamatrezeptoren quantitativ zu beschreiben. Die Ergebnisse zeigen, dass die Leitfähigkeit der Rezeptoren eine wichtige Rolle bei der Rezeptorlokalisation spielt. Glutamatrezeptoren mit verminderter Leitfähigkeit haben eine erheblich veränderte Lokalisation und akkumulieren verstärkt an jungen Synapsen. Außerdem ist die Anzahl der Rezeptoren nicht mehr an den Aufbau der prä-synaptischen Seite gekoppelt. Diese Arbeit zeigt auch, das Glutamatrezeptoren um synaptische Ankerplätze miteinander konkurrieren. Deshalb ist die Lokalisation eines Rezeptors nicht nur von seinem strukturellen Aufbau abhängig, sondern auch von den Eigenschaften anderer Rezeptoren. / In this thesis the neuromuscular junction of the Drosophila larva is used as a model system to study basic mechanisms of glutamate receptor trafficking. In particular confocal images of glutamate receptors, tagged to fluorophores, are analysed. For this, statistical parameters are developed and used to quantitatively describe the distributions of glutamate receptors. The results show that gating dynamics are an important variable in glutamate receptor trafficking. Glutamate receptors with reduced charge transfer have strong altered localisation and accumulate prematurely at young synapses. Furthermore, their abundance are uncoupled from presynaptic assembly. The thesis also shows that glutamate receptors compete for synaptic anchoring sites in postsynaptic densities. Therefore, the trafficking of one receptor is not only determined by its own structure but is also dependent on the properties of other receptors.

La plasticité synaptique est une propriété indispensable à l’acquisition de la mémoire chez toutes les espèces étudiées, des invertébrés aux primates. La formation d’une mémoire débute par une phase de plasticité qui inclut une restructuration synaptique ; ensuite elle se poursuit par la consolidation de ces modifications, contribuant à la mémoire à long terme. Certaines mémoires redeviennent malléables lorsqu’elles sont rappelées. La trace mnésique entre alors dans une nouvelle de phase de plasticité, au cours de laquelle certaines composantes de la mémoire peuvent être mises à jour, puis reconsolidées. L’objectif de la présente thèse est d’étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sont activés lors du rappel d’une mémoire. Nous avons utilisé un modèle de conditionnement Pavlovien, combiné à l’administration d’agents pharmacologiques et à l’analyse quantitative de marqueurs de plasticité synaptique, afin d’étudier la dynamique de la mémoire de peur auditive chez des rats Sprague Dawley. La circuiterie neuronale et les mécanismes associatifs impliqués dans la neurobiologie de cette mémoire sont bien caractérisés, en particulier le rôle des récepteurs glutamatergiques de type NMDA et AMPA dans la plasticité synaptique et la consolidation. Nos résultats démontrent que le retour de la trace mnésique à un état de labilité nécessite l’activation des récepteurs NMDA dans l’amygdale baso-latérale à l’instant même du rappel, alors que les récepteurs AMPA sont requis pour l’expression comportementale de la réponse de peur conditionnée. D’autre part, les résultats identifient le rappel comme une phase bien plus dynamique que présumée, et suggèrent que l’expression de la peur conditionnée mette en jeu la régulation du trafic des récepteurs AMPA par les récepteurs NMDA. Le présent travail espère contribuer à la compréhension de la neurobiologie fondamentale de la mémoire. De plus, il propose une intégration des résultats aux modèles animaux d’étude des troubles psychologiques conséquents aux mémoires traumatiques chez l’humain, tels que les phobies et les syndromes de stress post-traumatiques. / Synaptic plasticity is necessary for the acquisition of memory in all studied species, from invertebrates to primates. Memory formation starts with a phase of plasticity that entails synaptic remodeling ; then follows the consolidation of these modifications, which contributes to long-term memory. Some memories return to a malleable state upon retrieval. Consequently, the memory trace enters a new phase of plasticity, during which some memory components are eventually updated, then reconsolidated. The aim of the present thesis was to study the cellular and molecular mechanisms that are engaged during memory retrieval. We used a model of Pavlovian conditioning in Sprague Dawley rats, combined to pharmacological manipulations and quantitative analysis of synaptic plasticity markers, in order to study the dynamics of auditory fear memory. The neuronal circuitry and the associative mechanisms involved in the neurobiology of this memory are well characterized, in particular the role of NMDA and AMPA glutamatergic receptors in synaptic plasticity and consolidation. Our results show that the return of the memory trace to lability requires activation of NMDA receptors in the basolateral amygdala during retrieval, whereas AMPA receptors are necessary for the behavioral expression of the conditioned fear response. Furthermore, the data identify retrieval as being much more dynamic than recognized, and suggest that conditioned fear expression involves NMDA receptor-dependent regulation of AMPA receptors’ trafficking. The present work attempts to advance our understanding of the fundamental neurobiology of memory. In addition, it offers an integrative view of the data with regards to animal modeling of human clinical issues related to traumatic memories, like phobias and post-traumatic stress disorders.

La plasticité synaptique est une propriété indispensable à l’acquisition de la mémoire chez toutes les espèces étudiées, des invertébrés aux primates. La formation d’une mémoire débute par une phase de plasticité qui inclut une restructuration synaptique ; ensuite elle se poursuit par la consolidation de ces modifications, contribuant à la mémoire à long terme. Certaines mémoires redeviennent malléables lorsqu’elles sont rappelées. La trace mnésique entre alors dans une nouvelle de phase de plasticité, au cours de laquelle certaines composantes de la mémoire peuvent être mises à jour, puis reconsolidées. L’objectif de la présente thèse est d’étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sont activés lors du rappel d’une mémoire. Nous avons utilisé un modèle de conditionnement Pavlovien, combiné à l’administration d’agents pharmacologiques et à l’analyse quantitative de marqueurs de plasticité synaptique, afin d’étudier la dynamique de la mémoire de peur auditive chez des rats Sprague Dawley. La circuiterie neuronale et les mécanismes associatifs impliqués dans la neurobiologie de cette mémoire sont bien caractérisés, en particulier le rôle des récepteurs glutamatergiques de type NMDA et AMPA dans la plasticité synaptique et la consolidation. Nos résultats démontrent que le retour de la trace mnésique à un état de labilité nécessite l’activation des récepteurs NMDA dans l’amygdale baso-latérale à l’instant même du rappel, alors que les récepteurs AMPA sont requis pour l’expression comportementale de la réponse de peur conditionnée. D’autre part, les résultats identifient le rappel comme une phase bien plus dynamique que présumée, et suggèrent que l’expression de la peur conditionnée mette en jeu la régulation du trafic des récepteurs AMPA par les récepteurs NMDA. Le présent travail espère contribuer à la compréhension de la neurobiologie fondamentale de la mémoire. De plus, il propose une intégration des résultats aux modèles animaux d’étude des troubles psychologiques conséquents aux mémoires traumatiques chez l’humain, tels que les phobies et les syndromes de stress post-traumatiques. / Synaptic plasticity is necessary for the acquisition of memory in all studied species, from invertebrates to primates. Memory formation starts with a phase of plasticity that entails synaptic remodeling ; then follows the consolidation of these modifications, which contributes to long-term memory. Some memories return to a malleable state upon retrieval. Consequently, the memory trace enters a new phase of plasticity, during which some memory components are eventually updated, then reconsolidated. The aim of the present thesis was to study the cellular and molecular mechanisms that are engaged during memory retrieval. We used a model of Pavlovian conditioning in Sprague Dawley rats, combined to pharmacological manipulations and quantitative analysis of synaptic plasticity markers, in order to study the dynamics of auditory fear memory. The neuronal circuitry and the associative mechanisms involved in the neurobiology of this memory are well characterized, in particular the role of NMDA and AMPA glutamatergic receptors in synaptic plasticity and consolidation. Our results show that the return of the memory trace to lability requires activation of NMDA receptors in the basolateral amygdala during retrieval, whereas AMPA receptors are necessary for the behavioral expression of the conditioned fear response. Furthermore, the data identify retrieval as being much more dynamic than recognized, and suggest that conditioned fear expression involves NMDA receptor-dependent regulation of AMPA receptors’ trafficking. The present work attempts to advance our understanding of the fundamental neurobiology of memory. In addition, it offers an integrative view of the data with regards to animal modeling of human clinical issues related to traumatic memories, like phobias and post-traumatic stress disorders.

Abstract Venous malformations (VMs) are localized defects in vascular morphogenesis which can seriously impede or even threaten the patient’s life. VMs are characterized by enlarged, torturous vein-like channels lined by unevenly distributed smooth muscle cells. A large number of mutations in the endothelial TIE2 receptor tyrosine kinase have been found from more than half of the lesions screened, thus providing a common genetic cause. TIE2 has a crucial role in vascular development, remodeling and quiescence. However, the molecular and cellular abnormalities caused by TIE2-mutations in endothelial cells and how they relate to VM formation have been unknown. The aim of this study was to examine how VM-specific mutations affect the molecular characteristics of TIE2-receptor downstream signaling and cellular functions. Because no effective treatment has been available for VMs, a better understanding of the molecular basis of their pathology should enable the development of more potent and non-invasive treatments as well as provide a better understanding of vascular morphogenesis in general. The results demonstrate that the TIE2-VM forms have both common and specific effects on TIE2 and the endothelial cells (ECs) expressing them. Mutation-induced TIE2 autoactivation leading to loss of normal EC monolayer organization due to extracellular matrix (ECM) fibronectin deficiency was found to be a common change. This was shown to occur through chronic activation of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway, which also caused activation of the proteolytic plasminogen system. Also, most mutations altered TIE2 trafficking and angiopoietin ligand regulated TIE2 functions, albeit through different mechanisms. Using RNA-screening we showed that the most common sporadic TIE2-VM mutation dysregulates genes affecting vascular development, cell migration and ECM remodeling. PDGFB, a major attractant of vascular mural cells, was found to be strongly attenuated due to chronic activation of Akt, which also increases EC survival, by the TIE2 mutant receptors. To conclude, the results in this thesis reveal genetic, molecular and cellular alterations which may potentiate VM formation. This data provides new information on the pathological mechanisms behind abnormal vascular morphogenesis and should assist the development of new molecular treatment strategies for VM patients. / Tiivistelmä Laskimoepämuodostumat ovat paikallisia verisuoniston kehityksen häiriöitä. Riippuen niiden koosta ja anatomisesta sijainnista ne voivat aiheuttaa merkittävää haittaa. Epämuodostumat koostuvat laajentuneista, laskimonkaltaisista verisuonista, joissa sileiden lihassolujen kerros on puutteellisesti järjestäytynyt. Yli puolessa tutkituista laskimoepämuodostumista havaitaan mutaatioita verisuonten sisäpinnan endoteelisoluissa ilmenevässä TIE2 reseptorityrosiinikinaasissa, joka säätelee verisuonten kehitystä, muokkausta ja fysiologista toimintaa. TIE2-mutaatioiden aiheuttamia molekyyli- ja solutason muutoksia tai niiden yhteyttä epämuodostumien syntyyn ei ole aikaisemmin tunnettu. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, miten laskimoepämuodostumista löydetyt mutaatiot vaikuttavat TIE2-reseptorin toimintaan molekyyli- ja solutasolla sekä TIE2-reseptorista alkavaan solunsisäiseen viestintään. Koska pysyvää hoitomuotoa laskimoepämuodostumille ei tunneta, voisi tieto niiden taustalla olevista patologisista mekanismeista edesauttaa parempien, ei-kajoavien hoitomuotojen kehittämisessä ja antaa myös yleisesti uutta tietoa verisuoniston kehityksestä. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että mutaatiot vaikuttavat TIE2-reseptoriin ja sitä ilmentäviin endoteelisoluihin mutaatioille yhteisillä sekä mutaatiokohtaisilla tavoilla. Mutaatioille tyypillinen TIE2-reseptorin ligandista riippumaton aktivaatio aiheutti aktivaation nousun myös TIE2:sta alavirtaan olevissa viestinvälittäjissä. Tämä puolestaan johti fibronektiini-proteiinin häviämiseen soluväliaineesta, sileitä lihassoluja säätelevän PDGFB-kasvutekijän ilmenemisen laskuun ja solujen ohjelmoidun solukuoleman vähenemiseen. Useimmat tutkitut mutaatiot muuttivat myös TIE2-reseptorin sijaintia soluissa häiriten TIE2:n angiopoietiini-ligandien säätelemiä toimintoja usean eri mekanismin kautta. Transkriptomin laajuiset RNA-tutkimukset osoittivat monien verisuonten kehitykseen, solujen liikkumiseen ja soluväliaineen muokkaukseen liittyvien geenien ilmentymisen muuttuneen. Lopputuloksena tutkimus paljasti geeni-, molekyyli-, ja solutason muutoksia, jotka saattavat vaikuttaa laskimoepämuodostumien syntyyn. Tulokset antavat lisätietoa sairautta aiheuttavista mekanismeista verisuoniston kehityksen häiriöiden taustalla ja ovat hyödyksi kehitettäessä uusia lääkkeitä laskimoepämuodostumien molekulaarisia hoitoja varten.

Les cellules béta pancréatiques synthétisent et sécrètent l’insuline, unique hormone hypoglycémiante de l’organisme. Ces cellules jouent un rôle central dans l’apparition du diabète, préserver leurs masses fonctionnelles est donc essentiel. Le récepteur GLP-1, appartenant à la classe B de la super famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs), est considéré comme une cible thérapeutique majeure dans le traitement du diabète de type 2. Via son récepteur, le GLP-1 potentialise la sécrétion d’insuline en réponse au glucose et favorise la survie des cellules beta. Les glucocorticoïdes sont des hormones du stress impliquées dans la régulation énergétique, largement utilisés en thérapeutique pour leur propriétés anti-inflammatoire, immunosuppresseur et antiallergique. Néanmoins, les glucocorticoïdes administrés en chronique sont diabétogènes en exerçant notamment des effets délétères sur les cellules beta. Nous avons caractérisé l’impact d’une exposition prolongée des cellules beta à un glucocorticoïde de synthèse (la dexaméthasone) sur les actions biologiques du glucose et du GLP-1.Nous montrons qu’une exposition prolongée des cellules beta à la dexaméthasone exerce des effets délétères en inhibant la sécrétion d’insuline en réponse au glucose et l’activation des kinases de survie ERK1/2 (Extracellular Regulated Kinases 1/2). A l’inverse, nous démontrons que l’exposition prolongée des cellules bêta à la dexaméthasone favorise le maintien du récepteur GLP-1 à la membrane plasmique, augmente le couplage du récepteur à la protéine Galpha s, ce qui se traduit par une production de second messager (AMPc) intracellulaire doublée. Malgré une diminution des effets du glucose, la sécrétion d’insuline et l’activation des kinases ERK1/2 en réponse au GLP-1 ne sont pas affectées. Cette étude révèle qu’une exposition chronique des cellules beta aux glucocorticoïdes 1) régule le trafficking du récepteur GLP-1 et favorise son maintien à la surface cellulaire, 2) hypersensibilise la signalisation du récepteur GLP-1 dépendante de la protéine Gαs , et 3) pourrait impacter les effets thérapeutiques des molécules ciblant l’activation du récepteur GLP-1. / Pancreatic beta cells synthesize and secrete insulin, the only hypoglycemic hormone in the body. These cells play a central role in the onset of diabetes. To protect the functional beta-cell mass is essential. The GLP-1 receptor, which belongs to the class B of the G protein-coupled receptor (GPCR) family, is a major therapeutic target in type 2 diabetes. Through its receptor, GLP-1 potentiates glucose-induced insulin secretion and improves the survival of pancreatic beta cells. Glucocorticoids are stress hormones implied in energetic metabolism and are widely used in therapeutics for their anti-inflammatory, immunosupressive and anti-allergic properties. Neverless, on chronic administration, glucocorticoids can induce metabolic syndrome especially due beta cell functional mass impairement. Here, we characterized the impact of a prolonged exposure of pancreatic beta cells to a synthetic glucocorticoid (dexamethasone) on biological actions of glucose and GLP-1.We show that a chronic exposure of beta cells to dexamethasone exerted deleterious effects on glucose-induced insulin secretion and ERK1/2 (Extracelllular Regulated Kinases 1/2) activation. In contrast, we observed that the glucocorticoid treatment increased GLP-1 receptor expression at the plasma membrane and improved the Galpha s protein coupling leading to an enhancement of cAMP production (2 fold increase). Despite the negative impact on glucose effects, glucocorticoids did not impair neither GLP-1-induced insulin secretion nor ERK1/2 activation. This study reveals that a glucocorticoid chronic exposure 1) regulates GLP-1 receptor trafficking and increases its expression to the plasma membrane, 2) causes supersensitization of Gαs-associated signaling, and 3) could impact on therapeutic effects of GLP-1 receptor-based drugs.