La protéine E4orf4 de l'adénovirus de type 2 induit un mécanisme de mort cellulaire alternatif indépendant des caspases et qui résiste à l'oncogène Bcl-2. E4orf4 constitue donc un outil moléculaire puissant pour étudier de nouveaux effecteurs impliqués dans la mort cellulaire. À mon arrivée dans le laboratoire, il avait été démontré qu'E4orf4 usurpait l'activité des tyrosine kinases de la famille Src afin de réorganiser le cytosquelette d'actine et que ce processus était corrélé avec son activité cytotoxique. Par contre, la nature des modifications de la dynamique de l'actine ainsi que le mécanisme moléculaire impliqué étaient inconnus. L'hypothèse à la base de mes travaux est qu'E4orf4 désorganise le réseau d'actine en manipulant l'activité des Rho GTPases et que le débalancement de la dynamique de l'actine qui en résulte engage la cellule dans un programme de mort cellulaire alternatif. Mes travaux indiquent qu'E4orf4 active le sentier Src-RhoA-ROCK, ce qui stimule la contractilité cellulaire en activant la myosine II. L'activité de cette dernière est essentielle, car son inhibition bloque le programme de mort cellulaire induit par E4orf4. Par conséquent, mes travaux ont contribué à établir un lien fonctionnel entre la dynamique de l'actine et la mort cellulaire. De plus, mes résultats indiquent que la stimulation du sentier Src-RhoA -ROCK par E4orf4 contribue à activer la MAP kinase JNK qui est nécessaire pour phosphoryler la sérine 178 de paxilline. Mes résultats montrent que la phosphorylation de cette sérine de paxilline diminue sa mobilité, contribuant ainsi à stabiliser les plaques d'adhérence en aval d'E4orf4. En outre, la phosphorylation de la sérine 178 de paxilline est essentielle à l'activité cytotoxique d'E4orf4, car son iphibition interfère avec la réorganisaton du cytosquelette d'actine et la condensation nucléaire induites par E4orf4. Ainsi, mes travaux suggèrent que JNK coopère avec la myosine II pour perturber la dynamique de l'adhérence et de l'actine en aval d'E4orf4. En conséquence, je propose qu'E4orf4 induit l'axe de signalisation Src-RhoA-ROCK pour générer un stress mécanique via la coordination des dynamiques de l'adhérence et de l'actine qui culmine par la mort programmée de la cellule.

La voie de signalisation mTORCl/S6Kl est impliquée dans le développement de la résistance à l'insuline associée à l'obésité en exerçant une boucle de rétro-contrôle négative sur la voie de signalisation PI3K-Akt. Tandis que l'utilisation à court terme de la rapamycine, l'inhibiteur pharmacologique de la voie mTORCl, permet d'inhiber le rétro-contrôle négatif, les effets de l'inhibition chronique de la voie sur le métabolisme ne sont pas connus. L'objectif principal des études présentées dans cette thèse était d'investiguer les effets métaboliques de l'inhibition chronique de la voie de signalisation mTORCl/S6Kl in vitro et in vivo. Dans la première étude, nous avons montré que l'inhibition chronique de mTORCl/S6Kl découple l'activation d'Akt de la PI3K ce qui cause une résistance à l'insuline dans les cellules 3T3-L1. Dans une deuxième étude, nous avons découvert que l'utilisation chronique de la rapamycine in vivo cause une intolérance au glucose et une résistance à l'insuline de par une augmentation de la gluconéogénèse hépatique en plus d'affecter négativement le métabolisme des lipides. Dans une troisième étude, nous avons démontré que l'inhibition chronique de mTORCl/S6K1 dans les cellules hépatique FAO découple l'activation d'Akt de la PI3K ce qui augmente la production de glucose hépatique. Finalement, dans une quatrième étude, nous avons déterminé que l'inhibition chronique de mTORCl/S6K1 dans les cellules L6 ne permet pas de restaurer le transport du glucose stimulé par l'insuline en présence d'un excès de nutriments. L'ensemble de nos études démontre le rôle important joué par la voie de signalisation mTORCl/S6K1 sur le contrôle du métabolisme du glucose et des lipides et limite l'inhibition chronique de mTOR comme cible thérapeutique pour le traitement du diabète de type 2 et de l'obésité.

Les lipides sont présents en grande concentration au cerveau où ils y jouent des rôles structuraux, biochimiques, et de signalisations cellulaires connues pour influencer nos comportements. Cependant, leurs impacts sur la physiologie des neurones sont encore mal compris. Dans cette thèse, nous avons étudié la physiologie des neurones du cortex entorhinal suite à des traitements alimentaires changeant la teneur en lipide du cerveau. Le cortex entorhinal a été sélectionné car il joue un rôle essentiel dans les processus cognitifs et est impliqué dans diverses maladies telles l'Alzheimer et l'épilepsie. Nous avons observé que la consommation d'huile de canola:soya, comparativement à une huile de carthame:maïs, module l'ensemble des propriétés actives des neurones comme le potentiel d'action, l'activité de décharge et les réponses postsynaptiques excitatrices. Des études supplémentaires ont suggéré que les acides gras monoinsaturés étaient les ingrédients actifs des huiles de canola:soya à ce niveau. Ensuite nous avons étudié les effets d'un acide gras polyinsaturé n-3 de 22 carbones le DHA, chez un modèle murin de la maladie Alzheimer (MA), la souris 3xTg-AD. L'acide docosahexaénoïque (DHA) a prévenu la perte de capacitance cellulaire et la hausse de l'activité de décharge des neurones, en plus de compenser la déficience de reconnaissance et de réduire l'expression d'un phénotype akinétique chez les souris transgéniques. Une étude chez l'animal non transgénique (NonTg) a démontré que la consommation d'acide linolénique (LNA), un acide gras polyinsaturé n-3 de 18 carbones, ne reproduisait pas les effets neuronaux du DHA. Finalement, nos travaux ont démontré que la kinase PAK (p21 -activated kinase) exerce un rôle important, quoique complexe, sur les marqueurs neuropathologiques et les anomalies comportementales et morphologiques chez la souris 3xTg-AD. En somme, nos résultats démontrent que les lipides alimentaires peuvent influencer la fonctionnalité du cerveau et qu'on peut les utiliser pour corriger certaines anomalies physiologiques associées à la MA. De plus, nous avons approfondi le rôle de la kinase PAK dans le développement de la MA.

Les projets présentés dans cet ouvrage ont été le fruit d'une collaboration universitéindustrie auquelle ont participé activement le laboratoire du Professeur Robert Chênevert du département de chimie de l'Université Laval ainsi que la compagnie OmegaChem Inc. Cette dernière se spécialise dans la synthèse et la distribution de produits de chimie fine dont les dérivés fluorés de la proline mais elle exploite également un volet de synthèse sur demande pour la recherche pharmaceutique actuelle. Les travaux réalisés se subdivisent en trois projets principaux dont: la synthèse énantiosélective de dérivés de l' a-méthylsérinol, la synthèse énantiosélective de pyrrolidines 2,5-disubstituées et de pipéridines 2,6-disubstituées ainsi que la synthèse énantiosélective d 'hydroxyprolines. Le premier projet consistait à développer des dérivés chiraux de l' a-méthylsérinol par voie de synthèse chimio-enzymatique. Les dérivés du N, O-isopropylidène-améthylsérinol chiraux sont des synthons qui peuvent faire partie d'une multitude de synthèses énantiosélectives due à leur polyfonctionnalisation. Ces intermédiaires de synthèse présentent donc un potentiel de commercialisation qui ne demande qu'à être exploré. Le second projet consistait à développer des pyrrolidines 2,5-disubstituées chirales ainsi que des pipéridines 2,6-disubstituées également par voie de synthèse chimioenzymatique. Ces hétérocycles azotés ont un potentiel commercial relié à leur utilité dans la synthèse de composés bioactifs pharmaceutiques. Dans le dernier projet, l'objectif était de développer des dérivés de la 3- hydroxyproline chiraux par voie biocatalytique grâce à l'utilisation combinée d'enzymes et de levures. La spécialisation de la compagnie OmegaChem Inc. dans le développement de dérivés de la proline justifiait l'exploration de voies de synthèses biocatalytiques des dérivées de la proline à des fins commerciales.

Chirality is the property of objects, including molecules, which are not superimposable on their materialized mirror image. Chiral molecules are omnipresent in living organisms and the constituents of biological macromolecules (proteins and nucleic acids) are chiral. Amino-acids (constituting proteins), ribose and 2-deoxy-ribose (the only chiral constituent of RNA and DNA nucleotides respectively) are furthermore generally present in living organisms only under one of their enantiomeric forms. This is referred to as the homochirality of the living world. The origin of this homochirality is still unexplained, even if many partial scenarios have been proposed in the literature. All scenarios involve the creation of a small enantiomeric excess for certain molecules, amplification of this excess and chirality transfer to other chiral molecules. The origin of homochirality on Earth is closely related to the origin of life, and is currently supposed to have preceded life. As no-one will ever be able to directly observe the phenomena which lead to homochirality, and life, on our planet, the only scientific approach to try and help explain how this occurred is to build scenarios, and test them taking into account all available information on the physical and chemical conditions on the primitive Earth (Earth before life appeared). In our work, we investigated three scenarios related to the origin of homochirality on Earth. One of these scenarios also relates to a very precise step of the origin of life: the selection of beta-d-ribofuranose as component of RNA nucleotides.<p><p>Enantiomeric excesses (up to 15 %) of alpha-methylated alpha-amino-acids have been detected in meteorites which fell on Earth during the 20th century. No enantiomeric excess is detected for the corresponding alpha-hydroxy-acids in the same meteoritic samples and small (2% at most) or no enantiomeric excesses have been measured for non-methylated alpha-amino-acids. In the first part of our work, we investigated if photolysis by circularly polarized light (CPL) in space could be at the origin of the presence (or absence) of an enantiomeric excess for these compounds. Experiments to reproduce UV-CPL photolysis are difficult to undertake: they require high-energy circularly polarized photons, hence the use of a synchrotron. In our work, we used quantum mechanical calculations to obtain the electronic circular dichroïsm (ECD) spectra of two -methylated -amino-acids, their corresponding alpha-hydroxy-acids and one non-methylated alpha-amino-acid. Differences are observed between these spectra, and we propose a scenario to explain the experimental measurements reported here above: the enantioselective photolysis, in the gas phase at low temperatures (20K at most), of the alpha-amino-acids by UV-CPL with lambda>210 nm. Under these conditions no photolysis of the alpha-hydroxy-acids would occur. This scenario concerns the first step in the origin of homochirality on Earth: the creation of a small enantiomeric excess for some chiral molecules.<p><p>The second scenario that we investigated relates to the enantiomeric amplification step of the origin of homochirality on Earth, for which the role of the alpha-amino-acid serine has been suggested in the literature. Serine clusters have been observed in the gas phase by mass spectrometry. Among these clusters the octamer has been shown to be a magic number cluster and to have a preference for homochirality. An enantiomeric amplification via cycles of formation and dissociation of the octamer has been suggested. No complete scenario has however been proposed in the literature to explain how this could have occurred on the primitive Earth, but any scenario would most probably include an aqueous phase. We aimed at determining if the homochiral preference of serine octamers also exists in solution and therefore we first investigated if serine octamers exist in solution. For this study, we used nuclear magnetic resonance and infrared spectroscopies, which are well-adapted to the study of molecular assemblies in solution. We were able to demonstrate that most probably serine clusters are not present in solution, and if they are it could only be in extremely low concentration. The scenario suggested in the literature is discussed in the light of our results and of literature data on serine clusters.<p><p>As last hypothesis, we investigated a possible scenario for the selection of beta-d-ribofuranose as component of RNA nucleotides. The currently known prebiotic synthesis pathways to ribose also lead to the formation of many other carbohydrates, and ribose is only a minor product of these syntheses. Our hypothesis is that beta-d-ribofuranose could have been selected through favorable interactions with alpha-amino-acids already present on the primitive Earth under one enantiomeric form. Indeed, it is plausible that a peptidic world emerged before the presence of RNA and that homochiral alpha-amino-acids were present on Earth when RNA was synthesized. Under this hypothesis, we investigated the role that alpha-l-amino-acids could have played in the selection of alpha-d-ribofuranose as component of RNA nucleotides. This work is related to the last step of the origin of homochirality: chirality transfer. Our scenario was investigated via nuclear magnetic resonance studies of the interaction between alpha-amino-acids and carbohydrates. We were able to show that, in the systems that we studied, when an interaction occurs it is very weak (affinity constant less than 1M−1) and non enantioselective. Our results most probably discard the role that alpha-amino-acids alone could have played in the selection of beta-d-ribofuranose as component of RNA nucleotides, but does not discard the role that peptides could have played in this selection. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les réactions de phosphorylation / déphosphorylation chez les bactéries régulent plusieurs fonctions cellulaires telles que croissance, différenciation, pathogénie, résistance aux antibiotiques, réponse au stress, formation des biofilms ainsi que plusieurs processus impliqués dans le métabolisme secondaire. Cependant, les signaux qui déclenchent la cascade de signalisation par phosphorylation/déphosphorylation intracellulaire restent encore peu connus. Staphylococcus aureus est une bactérie à Gram-positif pathogène pour l‟homme. Elle est l‟une des principales causes des infections nosocomiales et ce pathogène opportuniste est capable de provoquer de multiples infections allant du furoncle à la septicémie. Nos études se sont basées sur la caractérisation aux niveaux structural et fonctionnel de deux protéines de cette bactérie : une sérine/thréonine kinase nommée Stk1 ainsi que l‟un de ses substrats, la triose phosphate isomérase. Stk1 a déjà été identifiée comme responsable de la phosphorylation de plusieurs enzymes impliquées dans le métabolisme central de la bactérie ainsi que dans les phénomènes de virulence et de résistance à l‟antibiotique phosphomycine. Cependant, à ce jour, aucune caractérisation structurale n‟a été conduite sur cette kinase. Nous avons ainsi mené une étude cristallographique de plusieurs domaines de cette protéine et nous présentons, plus particulièrement, la structure de trois domaines extracellulaires dits « PASTA », ainsi qu‟un modèle tridimensionnel de la protéine entière. Les domaines PASTA sont spécifiques des Ser/Thr kinases et des Penicillin-Binding Proteins et sont impliqués dans la synthèse du peptidoglycane. Par conséquent, la connaissance de la structure de ces domaines chez Stk1 pourrait servir de base à la conception rationnelle de nouveaux inhibiteurs à visée thérapeutique. Enfin, nous avons démontré que l‟activité de l‟un des substrats de Stk1, la triose phosphate isomérase, était régulée par phosphorylation / déphosphorylation, et nous avons décrit le mécanisme qui contrôle son activation/inactivation réversible. / The phosphorylation /dephosphorylation reactions in bacteria regulate various cellular functions such as growth, differentiation, pathogenicity, antibiotic resistance, stress response, biofilm formation as well as several processes involved in secondary metabolism. However, detailed understanding of their complete signaling pathways induced by phosphorylation/dephosphorylation is still unclear. Staphylococcus aureus is a Gram-positive bacterium and a human pathogen. It is one of the primary causes of nosocomial infections and this opportunist pathogen is able to cause multiple infections ranging from furuncle to septicemia. This study is focused on the structural and functional characterizations of two proteins from this bacterium: the serine/threonine kinase Stk1 and one of its substrates, the triose phosphate isomerase. Stk1 has been previously identified as responsible for the phosphorylation of several enzymes involved in the central metabolism of this bacterium as well as virulence and resistance to the antibiotic phosphomycin. However, no structural characterization has been done to date. We have performed a crystallographic study of several domains of this protein. We now present the structure of three extracellular domains designated “PASTA” in addition to the 3D molecular model of the entire protein. PASTA domains are specific to bacterial Ser/Thr kinases and to Penicillin-Binding Proteins which are involved in the peptidoglycan synthesis. Thus, the structural knowledge of PASTA domains from Stk1 could be of particular interest in the rational drug-design of new inhibitors with therapeutic aims. Finally, we have demonstrated that triose phosphate isomerase activity is regulated by phosphorylation/dephosphorylation and we have described the reversible activation/inactivation mechanism.

Toxoplasma gondii, le protozoaire intracellulaire obligatoire responsable de la toxoplasmose, fait partie du phylum des Apicomplexa. Comme les autres membres de ce phylum, il a développé des propriétés mobiles particulières qui lui permettent de se déplacer et d'envahir très rapidement la cellule dans laquelle il se multiplie. Ces processus de locomotion et d'invasion sont dépendants du cytosquelette d'actine du parasite. Une protéine, la toxofiline, identifiée uniquement chez T. gondii, a été caractérisée au laboratoire comme étant capable de réguler la dynamique du cytosquelette d'actine. Plus précisément, la toxofiline séquestre l'actine monomérique, empêchant ainsi sa polymérisation. L'affinité de la toxofiline pour l'actine est modulée par phosphorylation/déphosphorylation par une caséine kinase 2 et une sérine-thréonine phosphatase de type 2C (TgPP2C). Mon projet de thèse a porté sur l'étude du rôle de la TgPP2C dans l'interaction entre T. gondii et sa cellule hôte. Le premier objectif de mon travail a été de disséquer les interactions moléculaires entre les trois membres du complexe actine G - toxofiline - TgPP2C. J'ai ainsi identifié, par différentes approches biochimiques, les régions et les acides aminés de la toxofiline, critiques pour sa liaison avec ses deux partenaires. Tout d'abord, la toxofiline possède un domaine suffisant pour lier et séquestrer l'actine G dans des tests de polymérisation. Ce domaine, qui a été appelé CC1A, correspond à une région de 9 kDa comprenant un domaine en super hélice. Trois séries de peptides chevauchants, présents dans CC1A, capables de lier l'actine G, ont été plus précisément détectés. Nous avons également identifié d'autres régions de la toxofiline ayant des propriétés de liaison différentes à l'actine, en particulier dans le domaine N-terminal (NoCC). Le premier domaine en super hélice, et en position C-terminale de CC1A, lie la TgPP2C. Une autre séquence de plusieurs acides aminés, dans la région N-terminale et contenant la sérine 53, substrat de la TgPP2C, interagit avec la phosphatase. Le deuxième objectif de mon projet de thèse a porté sur l'analyse des propriétés fonctionnelles de la TgPP2C dans le tachyzoïte. Par une stratégie de surexpression dans les parasites, nous avons tout d'abord montré que la TgPP2C jouait un rôle dans la multiplication du parasite. En effet, des tachyzoïtes qui surexpriment la forme active de la TgPP2C ne se divisent pas normalement dans la vacuole parasitophore et finissent par dégénérer. On observe des parasites anormaux avec un noyau géant, qui suggère un défaut dans la division nucléaire ou l'individualisation des cellules filles. Nous avons également mis en évidence que la TgPP2C est sécrétée par le parasite dans le cytoplasme et le noyau de sa cellule hôte. Cette sécrétion est dépendante du domaine N-terminal unique de 18 acides aminés de cette phosphatase. Enfin, le troisième objectif de mon travail a consisté à étudier le rôle de la TgPP2C dans la cellule infectée. Par une approche d'expression ectopique de la phosphatase dans des cellules de mammifère, nous avons mis en évidence que la TgPP2C agissait au niveau du cycle de ces cellules. En effet, les cellules qui expriment la phosphatase parasitaire sont bloquées en phase G2/M. Certaines cellules en division n'achèvent pas la cytocinèse et restent reliées par un long pont cytoplasmique contenant de l'ADN et la TgPP2C. A un temps plus tardif, elles présentent les signes caractéristiques d'une apoptose. D'autre part, nous avons réalisé un crible double hybride en levure afin d'identifier les partenaires hôtes de la TgPP2C. Plusieurs protéines candidates on ainsi été obtenues, dont la protéine Spire qui possède des propriétés de nucléation de l'actine in vitro et dont nous avons confirmé l'interaction avec la TgPP2C. La poursuite de cette étude permettra de caractériser l'effet de la TgPP2C sur Spire, et le rôle de cette dernière dans le développement des tachyzoïtes.

Les cancers broncho-pulmonaires à petites cellules (CBPPC), tumeurs endocrines représentant 20% des cancers pulmonaires, sont fortement associés au tabagisme. Ils sont très agressifs en raison de leur progression rapide et de la présence de métastases souvent présentes au moment du diagnostic. Moins de 10% des patients sont opérables et la plupart des échantillons de tumeurs sont recueillis par endoscopie bronchique ou par médiastinoscopie. Dans ce travail de thèse, nous avons montré que l’expression du TFPI-2, un gène suppresseur de tumeur, était diminué dans 65% des cas de CBPPC. Afin d’étudier l’impact du TFPI-2 sur la progression tumorale, nous avons préalablement développé un modèle orthotopique murin de CBPPC qui mime le développement de ce type de cancer pulmonaire. Des cellules NCI-H209, n’exprimant pas le TFPI-2, ont été préalablement transfectées pour exprimer la luciférase et la croissance tumorale a été suivie par imagerie de bioluminescence. L’expression du TFPI-2 a ensuite été restaurée dans ces cellules et nous avons montré que la croissance tumorale était alors réduite. Cet effet peut s’expliquer par une diminution de la prolifération des cellules exprimant le TFPI-2, associée à un arrêt du cycle cellulaire en phase G1/S dû à l’expression de p15 et de p27 et à une induction de l’apoptose. Nous avons aussi démontré que lorsque le TFPI-2 est surexprimé, les transcrits et les protéines MMP-1 et -3 sont diminuées, tout comme la phosphorylation des protéines de la voie des MAP Kinases impliquées dans l’induction des transcrits de ces MMP. Cette corrélation entre l’expression du TFPI-2 et la diminution de celle de la MMP-1 a été retrouvée dans 35% des échantillons de CBPPC humains. Ces résultats suggèrent que l’inactivation du TFPI-2 dans les CBPPC peut favoriser le développement de ce cancer. Enfin, nous avons également démontré, pour la première fois que le TFPI-2 peut aussi inhiber la kallicréine 12, une protéase à sérine potentiellement anti-angiogénique. L’ensemble de ces données suggèrent que le TFPI-2 peut être un potentiel biomédicament capable de limiter la progression des carcinomes pulmonaires à petites cellules. / Small Cell Lung Cancer (SCLC) is the most common neuroendocrine tumour of the lung (15% of cases) and is strongly associated with smoking. It is characterised by tumours that grow rapidly with early metastases. Less than 10% of patients with SCLC have a resectable tumour, thus surgical specimens are scarce and most tumour samples come from small biopsies obtained during bronchial endoscopy or mediastinoscopy. In this study, low levels of TFPI-2 expression were found in 65% of patients with SCLC. To study the impact of TFPI-2 in tumour progression, we first developed a clinically relevant animal model that resembles various stages of human SCLC. NCI-H209 cells, not expressing TFPI-2, were genetically modified to express firefly luciferase and the growth of the tumour was sensitively followed by bioluminescence imaging. TFPI-2 was then overexpressed in these cells and we showed that TFPI-2 inhibited lung tumour growth. Such inhibition could be explained in vitro by a decrease in tumour cell proliferation, blockade of G1/S phase cell cycle transition due to p15 and p27 expression, and an increase in apoptosis shown in NCI-H209 cells expressing TFPI-2. We also demonstrated that TFPI-2 upregulation in NCI-H209 cells decreased MMP expression, particularly by downregulating MMP-1 and MMP-3. Moreover, TFPI-2 inhibited phosphorylation of the MAPK signalling pathway proteins involved in the induction of MMP transcripts, among which MMP-1 was predominant in SCLC tissues and was inversely expressed with TFPI-2 in 35% of cases. These results suggest that downregulation of TFPI-2 expression could favour the development of SCLC. Finally, we also demonstrated for the first time that TFPI-2 could inhibit the kallikrein 12, an anti-angiogenic serine proteinase. Altogether, these results suggest that TFPI-2 could be a new potent therapeutic agent to control SCLC tumour progression in SCLC.

Le système endocannabinoïde est un système neuromodulateur majeur du cerveau. Ainsi, il contrôle la mémoire et l’apprentissage, et ce, principalement par l'intermédiaire des récepteurs aux cannabinoïdes de type 1 (CB1) qui régulent de manière fine les activités neuronales et gliales. Dans l’hippocampe, une communication bidirectionnelle entre neurones et astrocytes modèle la plasticité synaptique et le comportement. Il a été rapporté que les effets disruptifs des cannabinoïdes sur la plasticité synaptique et la mémoire de travail sont dépendants de récepteurs CB1 présents dans les astrocytes. Cependant, le rôle de ce récepteur dans la modulation physiologique des processus mnésiques n’est pas encore connu. De précédentes études ont également montré que les récepteurs CB1 exprimés dans les cellules hébergeant le récepteur dopaminergique D1 sont impliqués dans la modulation hippocampique de la mémoire associée aux évènements aversifs. Toutefois, leur implication dans la modulation de la formation de la mémoire associée à des évènements non aversifs ainsi que dans la plasticité synaptique sous-jacente reste encore inconnue. Dans cette thèse, mon objectif était d’identifier les mécanismes cellulaires et moléculaires par lesquels des populations distinctes de récepteurs CB1 dans des populations gliales et des régions cérébrales bien définies contribuent à la modulation physiologique de la plasticité synaptique, de l’apprentissage et de la mémoire. Pour ce faire, nous avons utilisé des souris mutantes conditionnelles dans lesquelles le récepteur CB1 a été rendu silencieux sélectivement dans les astrocytes ou dans les cellules exprimant le récepteur D1. En couplant ces modèles génétiques murins avec des approches comportementales, pharmacologiques et électrophysiologiques in vitro et in vivo, nous avons disséqué le rôle de ces populations de récepteurs CB1 dans la formation de la mémoire. Tout d’abord, nous avons montré que les récepteurs CB1 astrogliaux dans l’hippocampe contrôlaient la potentialisation à long terme (PLT) de la transmission synaptique CA3-CA1 et la mémoire de reconnaissance à long terme. En contrôlant, via la gliotransmission, la disponibilité effective de D-sérine aux récepteurs NMDA, les astrocytes sont des éléments importants contrôlant les interactions glie-neurones qui sous-tendent la plasticité synaptique et les fonctions mnésiques. Les données obtenues montrent que les récepteurs CB1 astrogliaux contrôlent la plasticité et la mémoire en régulant la disponibilité synaptique de la D-sérine aux récepteurs NMDA. Deuxièmement, nous avons montré que les récepteurs CB1 dans les cellules exprimant le récepteur D1 contrôlaient la consolidation, mais pas l’acquisition, de nouveau souvenirs et l’augmentation de la PLT induite par l’apprentissage. Ces résultats indiquent que des populations spécifiques de cellules exprimant le récepteur CB1 modulent ces processus de manière différentielle.En conclusion, ces travaux démontrent que le système endocannabinoïde dans les astrocytes est un important modulateur de l’apprentissage et de la mémoire alors que les récepteurs CB1 dans les cellules exprimant le récepteur D1 semblent importants pour des composantes spécifiques de la formation de la mémoire. Prise dans son ensemble, cette thèse apporte des preuves fonctionnelles quant à la régulation complexe de la mémoire de reconnaissance à long-terme par des populations distinctes de récepteurs CB1. / The endocannabinoid system is a major brain modulatory system that controls memory and learning mainly via the cannabinoid receptor type 1 (CB1)-dependent regulation of neuronal and glial activity. In the hippocampus, bidirectional communication between neurons and astrocytes shapes synaptic plasticity and behavior. CB1 receptors have been shown to be present in the astrocytes and to mediate the disruptive effects of cannabinoids in synaptic plasticity and working memory. Yet, it is not currently known the role of this receptor in the physiological modulation of memory processes. Also, previous studies have shown that CB1 receptors expressed in dopamine D1 receptor-expressing cells are involved in the modulation of hippocampal-dependent aversive memories. However, their involvement in the modulation of non-aversive long-term memory formation and synaptic plasticity is presently unknown. In this thesis, I aimed at identifying the cellular and molecular mechanisms by which specific CB1 receptors in distinct brain neuronal and glial populations contribute to the physiological modulation of synaptic plasticity and learning and memory. For this aim we used conditional genetic mutant mice lacking CB1 receptors specifically in astrocytes or in D1-positive cells. By coupling these genetic mouse models with behavioral, pharmacological, and in vitro and in vivo electrophysiological approaches, we dissected the role of these CB1 receptors in the formation of memory. First, we show that astroglial CB1 receptors in the hippocampus control long-term potentiation (LTP) of CA3-CA1 synaptic transmission and long-term recognition memory. By allowing physiological availability of D-serine at NMDA receptors via gliotransmission, astrocytes are important elements controlling glia-neuron interactions that underlie synaptic plasticity and memory functions. The data show that astroglial CB1 receptors control plasticity and memory by regulating the synaptic availability of D-serine at NMDA receptors. Second, we show that CB1 receptors D1-positive cells control the consolidation, but not acquisition, of new memories and the enhancement of LTP induced by learning, showing that specific subpopulations CB1 receptor-expressing cells differentially modulate these processes.Overall, by showing that the endocannabinoid system in astrocytes is an important modulator of learning and memory and by suggesting that CB1 receptors in D1-positive cells are important for specific components of memory formation, we provide functional evidence for the complex cell type-dependent regulation of long-term recognition memory by the CB1 receptors.

La neurodégénérescence fait partie intégrante de la maladie de Huntington (MH) dont les premiers symptômes moteurs et cognitifs apparaissent vers l’âge de 30 à 40 ans. Cette maladie incurable est causée par une mutation dans le gène codant pour la protéine huntingtin (htt). L’activation de la caspase-6 (casp6) est observée au stade présymptomatique chez l’humain et les modèles murins MH faisant de la casp6 un joueur majeur dans la neurodégénérescence précoce associé à la MH. De plus, le clivage de htt mutant par la casp6 produit un fragment N-terminal neurotoxique essentielle au développement de la MH. Des résultats préliminaires ont permis de révéler l’interaction et le clivage des protéines proapoptotiques Serine/Threonine Kinase 3 (STK3), Death-Domain Associated Protein (DAXX) par la casp6. Des effets proapoptotiques sont associés à leurs fragments et leur production par les caspases pourrait influencer la neurodégénérescence observée dans diverses maladies neurodégénératives et dans le vieillissement normal. Nos résultats dans les souris C57Bl/6 démontrent que l’expression de DAXX varie fortement avec l’âge selon l’organe analysé. Ses divers fragments ne suivent pas la même tendance d’un organe à l’autre suggérant des fonctions différentielles à travers l’organisme et une importante régulation de ses fonctions par des modifications post-traductionnelles. Chez les modèles murins de la MH, les souris YAC128, nous avons constaté une augmentation des fragments à 65 et 70 kDa dans le cortex et une diminution de DAXX entier et du fragment à 70 kDa dans le cervelet soulignant la possibilité de fonctions spécifiques selon les régions cérébrales. Nous avons aussi démontré pour la première fois le clivage de STK3 par la caspase-7 et la production différentielle de fragments par les caspase-3, 6 et 7. L’expression protéique de STK3 augmente globalement à travers l’organisme avec l’âge et dans le cervelet des souris YAC128. Par contre, une diminution de l’expression de STK3 est observée dans le cortex des individus atteints de la MH et des souris YAC128. Finalement, par l’induction de différents stress cellulaires, nous avons constaté la présence d’un mécanisme adaptatif des neurones modèles de la MH impliquant STK3. En conclusion, l’expression de DAXX et STK3 varie avec l’âge à travers l’organisme et est altérée dans la maladie de Huntington. Plus particulièrement, STK3semble être impliqué dans un mécanisme protégeant les neurones de la mort cellulaire dans la MH.