Catharanthus roseus synthétise et accumule de nombreux alcaloïdes indolique monoterpénique (AIMs) dont certains sont utilisés dans des traitements par chimiothérapie. De nombreux travaux sont entrepris au sein de l'EA 2106 "Biomolécules et biotechnologies végétales", afin d'étudier notamment les mécanismes de régulation de la biosynthèse des AIMs d'intérêt. Dans ce cadre, le modèle utilisé est la souche cellulaire C2OD qui nécessite pour sa croissance la présence d'acide 2,4-dichlorophénoxy acétique (2,4-D) qui constitue un signal inhibiteur fort de la biosynthèse des AIMs. Le but de ce travail de thèse a été de caractériser les mécanismes de perception et de transduction du signal induit par le 2,4-D dans les cellules de C. Roseus. Tout d'abord, nous avons montré que le signal 2,4-D est lié à sa nature hormonale. Par ailleurs nous avons étudié le rôle du calcium comme messager secondaire potentiel dans la transduction du signal 2,4-D. Nous avons pu montrer une implication antagoniste des canaux calciques IP3R et RyR dans la régulation de la biosynthèse des AIMs à un niveau transcriptionnel. Enfin, nous avons engagé une étude de la transduction du signal 2,4-D par imagerie SIMS. Nous avons réalisé des images analytiques de la distribution de molécules marquées, comme un activateur du canal RyR marqué par du C et du N et d'un analogue structural et fonctionnel du 2,4-D marqué par deux atomes de brome. Ce travail de thèse a permis une réelle avancée dans la connaissance des mécanismes de régulation du métabolisme des AIMs induit par le 2,4-D qui semble constituer un modèle d'étude original d'un nouveau degré de complexité de la signature calcique cellulaire. / Catharanthus roseus synthesizes and accumulates numerous monoterpenoid indole alkaloids (MIAs) like vinblastine and vincristine, both used in chimiotherapeutic treatment. Numerous works, engaged in "Biomolecules et biotechnologies végétales" research team, study regulation of the biosynthesis of these valuables compounds. For this purpose, the model used is the C2OD strain cell that is dependant of the presence of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), a negative regulator of the MIAs biosynthesis. The aim of this PhD work was to characterize the perception and transduction mechanisms of the regulatory signal leading by 2,4-D. First, we show that the 2,4-D signal is linked to its hormonal nature. Moreover, we studied the role of calcium as a potential secondary messenger in the 2,4-D signal transduction. We show an antagonistic implication of the RyR and IP3R calcium channels in the regulation of the MIAs biosynthesis. Finally, we started a study of the transduction of the 2,4-D by SIMS imagery. We realized analytical images of the distribution of labeled compounds like a RyR activator labeled with C and N and a structural and functional 2,4-D analogue labeled with two bromide. This PhD work allowed significant progresses in the comprehension of the MIAs biosynthesis regulation by 2,4-D that could constitute an original model for studying new level of complexity of the cellular calcium signature.

Dans les cardiomyocytes, la concentration intracellulaire de Ca2+ doit être finement régulée pour maintenir l’homéostasie calcique. La protéine Stromal interaction molecule 1 (STIM1), qui joue un rôle important dans le maintien des niveaux intracellulaires de Ca2+ des cellules non excitables en opérant l’entrée capacitative de Ca2+ (SOCE), est aussi présente dans les cardiomyocytes. Plusieurs études démontrent que STIM1 et le SOCE jouent un rôle important dans le développement de l’hypertrophie des cardiomyocytes. De plus, récemment, un nouveau rôle de STIM1 a commencé à émerger. STIM1 pourrait moduler l’expression de certains canaux calciques à la membrane plasmique en régulant leur trafic intracellulaire. Le but de l’étude était d’identifier des partenaires d’interaction de STIM1 dans l’optique de révéler le mécanisme par lequel STIM1 induit l’internalisation d’un canal calcique voltage-dépendant. Les protéines recueillies par le pull-down à partir des lysats de coeurs de rats avec une colonne d’affinité composée du domaine ERM de STIM1, ont été analysées en spectrométrie de masse. La protéine Muscle related coiled-coil (MURC), une protéine de la famille des Cavin, a été retenue comme partenaire d’interaction potentiel de STIM1. Comme elle est exprimée dans les cardiomyocytes et dans les cellules musculaires squelettiques, qui sont des cellules où la régulation de la signalisation calcique est primordiale pour le bon fonctionnement des tissus et qu’elle semble interagir avec STIM1, qui est un acteur important de la signalisation calcique, notre objectif s’est élargi et nous avons investigué sur l’implication de MURC dans la signalisation calcique en général. Nous avons donc confirmé par co-immunoprécipitation que le domaine ERM de STIM1 interagissait avec MURC. Puis, par des essais d’imagerie calcique, nous avons démontré que la surexpression de MURC pouvait provoquer différentes réponses dans différents types cellulaires en fonction de l’activation de la mobilisation calcique. En effet, nous avons observé une augmentation du SOCE qui est indépendante de la voie RhoA/ROCK dans les cellules HEK293T, une diminution de l’entrée de calcium médiée par un récepteur (ROCE) qui est pourrait être dépendante de la voie RhoA/ROCK dans les cellules T6.11 et une diminution de l’activation de RhoA de façon dépendante de l’activation du SOCE dans les cardiomyocytes HL-1. Nous avons aussi montré que MURC pouvait interagir à la membrane plasmique avec les protéines Orai1, qui sont les protéines formant les canaux CRAC (Ca2+ release-activated Ca2+) du SOCE et ce de façon dépendante de l’activation de STIM1. Enfin, les résultats de cette étude suggèrent que MURC est un partenaire d’interaction de STIM1 impliqué dans la signalisation calcique. En effet, MURC peut moduler l’activation de RhoA, ce qui pourrait induire l’internalisation de canaux calciques. De plus, son interaction avec STIM1 et Orai1 pourrait notamment faire un pont facilitant l’interaction entre STIM1 et Orai1 ce qui aurait pour effet d’augmenter le SOCE et possiblement contribuer à augmenter l’hypertrophie des cardiomyocytes.

La signalisation calcique est un mécanisme physiologique essentiel pour l’homéostasie cellulaire, et en particulier pour les cellules immunitaires telles que les lymphocytes B (LB). Chez l’homme, la caractérisation des molécules impliquées dans la signalisation calcique des LB est encore restreinte. Nous avons donc choisi d’étudier les molécules STIM1, STIM2, Orai1 et TRPC1 afin de rendre compte des modifications de la signalisation calcique observées dans deux modèles physiopathologiques : le Lupus Erythémateux Systémique (LES) et la Leucémie Lymphoïde Chronique (LLC). Pour les LB de LES, par rapport à des LB de témoins, ce travail a permis de montrer que la surexpression de la molécule STIM1 dans les LB de LES, surtout au stade des LB transitionnels, était associée avec un influx constitutif et extracellulaire de calcium et que cet influx était responsable d’une phosphorylation modérée de la MAPK Erk1/2 dans les cellules au repos. Cependant, cet effet positif est contrebalancé par un défaut de l’influx SOCE (strore operated calcium entry) et d’un défaut d’activation de la phosphorylation de la MAPK Erk après stimulation du récepteur à l’antigène des LB (BCR). Les effets positifs et négatifs observés sur la phosphorylation d.Erk1/2 sont directement attribuables au niveau d’expression de STIM1 comme nous l’avons démontré en sur-exprimant STIM1 dans des LB de témoins (vecteur pSTIM1-STIM1) ou en ayant recours à un siRNA spécifique de STIM1 dans les LB de LES. Le défaut d’activité régulatrice des LB de LES sur la prolifération des LT dans un modèle de co-culture autologue LT/LB en présence de CpG (activation du TLR9 des LB), et d’anticorps anti-CD3/CD28 (activation des LT) est levé en inhibant l’expression de STIM1 dans ces cellules ce qui permet de restaurer la production d.IL-10 par les LB de LES et la génération de LT régulateurs. Le défaut d’activation de la voie Erk/DNMT1/méthylation de l’ADN dans les LB de LES semble également contrôlée par le niveau d’expression de la molécule STIM1.Pour les LB CD5+ de LLC, l’analyse des partenaires calciques nous a permis de distinguer deux groupes de patients : un premier groupe qui exprime le complexe membranaire STIM1/TRPC1/Orai1 et un second groupe qui n’exprime qu’Orai1. La présence du complexe membranaire STIM1/TRPC1/Orai1 est associée avec un influx constitutif de calcium, la phosphorylation d’Erk1/2, et un défaut d’activation du signal SOCE après stimulation du BCR. Le rôle de la molécule CD5 sur l’influx constitutif des LLC du groupe I a été démontré en utilisant des siRNA spécifiques pourCD5 et en analysant la lignée B humaine Jok-1 transfectée avec CD5. Enfin, l’utilisation d’un anticorps anti-STIM1 est capable d’induire l’apoptose in vitro des LB de LLC du groupe I, alors que l’anticorps anti-CD20, rituximab, n’est efficace que sur les LLC du groupe II.En conclusion, cette étude ouvre de nouvelles perspectives diagnostiques et thérapeutiques en auto-immunité dans le LES et en cancérologie dans la LLC. / Calcium signaling is a central mechanism for cellular homeostasis, including for immune cells such as B lymphocytes (B cells). In human, the characterization of the molecules involved in B cell calcium signalisation is still limited and we have focused our study on STIM1, STIM2, Orai1 and TRPC1. In order to better understanding the role of these molecules, two pathologies, with known calcium dysregulations, were chosen : Systemic Lupus Erythematosus (SLE) and Chronic Lymphocytic Leukemia (CLL).For SLE B cells, compared to healthy control (HC) B cells, this work has established that overexpression of the STIM1 molecule characterizes SLE B cells, especially at the transitional B cell stage. STIM1 overexpression in SLE B cells was associated with a constitutive extracellular calcium influx that in turn contributes to the moderate phosphorylation of the MAPK Erk1/2. However, this positive effect is counterbalanced by a defective strore operated calcium entry (SOCE), and a defective Erk phosphorylation after B cell receptor (BCR) activation. The positive and negative effects on the MAPK Erk1/2 in SLE B cells are directly linked to level of STIM1 as demonstrated in HC B cells transfected with a STIM1 vector (pSTIM1-STIM1), or by using a specific siRNA to STIM1 (siSTIM1) in SLE B cells.The incapacity of SLE B cells to regulate T cell proliferation in an autologous co-culture T/B cell model is reversed by using siSTIM1 in SLE B cells. In this model, using siSTIM1 in SLE B cells also restores the production of IL-10 by B cells, and the generation of regulatory T cells. The defective Erk/DNMT1/DNA methylation pathway in SLE B cells is suspected to be under the control of STIM1 overexpression.For CD5+ CLL B cells, analysis of calcium partners has enabled us to distinguish two groups of patients: one group that expresses at the plasma membrane the complex STIM1/TRPC1/Orai1 and a second group that expresses onlyOrai1. The presence of the membrane complex STIM1/TRPC1/Orai1 in CLL group I is associated with a constitutive extracellular calcium influx, the basal phosphorylation of Erk1/2, and a defaut to mobilize SOCE upon BCR engagement. In the CLL group I patients, a role of CD5 on the constitutive extracellular calcium influx was shown using siRNA specific to CD5 and using the transfected CD5 expressing B cell line Jok-1. Finally, the in vitro use of an anti-STIM1 antibody is able to induce apoptosis in CLL B cells from group I patients, while the anti-CD20 antibody (rituxan) was only effective in the CLL B cells from group II patients.In conclusion, this study opens new diagnostic and therapeutic perspectives in autoimmunity and in cancer.

Le Ca[indice supérieur 2+] joue un rôle primordial dans plusieurs processus physiologiques comme la contraction, la sécrétion, la croissance et la prolifération cellulaire et même l’apoptose. Ainsi, une régulation adéquate des niveaux de Ca[indice supérieur 2+] dans la cellule est essentielle à son bon fonctionnement. Plusieurs protéines-clés sont impliquées dans cette homéostasie calcique. Cette étude a permis d’identifier deux mécanismes distincts responsables de friner la signalisation calcique dans un modèle de cellules non-excitables et dans un modèle de cellules excitables, en mettant l’emphase sur la régulation des canaux calciques par leur interaction avec des protéines clés. Le premier mécanisme implique la régulation du récepteur à l’inositol 1,4,5-trisphosphate (IP[indice inférieur 3]R) par la protéine chaperonne Hsp90 dans les cellules HEK293T. J’ai montré que Hsp90 interagit avec l'IP[indice inférieur 3]R dans le but de diminuer son activité. De plus, cette interaction dépend de la voie de signalisation de l’insuline, plus particulièrement des protéines kinases mTOR et Src, qui sont impliquées dans cette interaction. Ainsi, l’interaction entre Hsp90 et l'IP[indice inférieur 3]R fait partie d’un mécanisme de rétroaction négative de la voie de signalisation de l’insuline. Le second mécanisme implique la régulation des canaux calciques dépendants du voltage de type T (T-VDCC) par la protéine STIM1 dans les cardiomyocytes HL-1. J'ai montré que STIM1, qui est le principal senseur de Ca[indice supérieur 2+] du réticulum sarco/endoplasmique, interagit avec les T-VDCC afin de diminuer leur expression à la membrane cellulaire et ainsi atténuer leur activité. Cette interaction permet de prévenir une entrée excessive de Ca[indice supérieur 2+] dans la cellule menant à une surcharge de Ca[indice supérieur 2+] dans le réticulum sarcoplasmique et, par le fait même, à des événements arythmiques associés à la surcharge. Bien que ces deux études aient été effectuées dans des environnements différents, soit un modèle de cellules non-excitables et un modèle de cellules excitables, elles mettent en évidence deux mécanismes pouvant friner la signalisation calcique dans le but d’assurer une fonction normale à la cellule.

Le muscle cardiaque est un organe qui s'adapte à différents stress hémodynamiques en activant la synthèse protéique et en augmentant la taille des cardiomyocytes, résultant sur le développement d'une hypertrophie cardiaque. L'objectif de cette thèse est d'étudier le rôle potentiel du canal TRPM4 dans différents types d'hypertrophie cardiaque. Une altération du Ca2+ diastolique est à l'origine du signal initial activant les voies de signalisation d'une hypertrophie cardiaque délétère de type pathologique telle que la voie de la calcineurine-NFAT et la ré-expression de gènes fœtaux. Cette hypertrophie est alors compensatrice et vise à préserver la fonction de pompe du myocarde. Cette altération peut être conduite par divers stimulis tels qu'une augmentation de l'angiotensine II ou par des pathologies cardiovasculaires telles que l'infarctus du myocarde et l'hypertension. Cependant, une hypertrophie cardiaque bénéfique est également décrite dans la littérature, notamment lors des stades de développement du myocarde lors de l'embryogénèse ou en encore en réponse à une activité physique modérée régulière. Elle se caractérise par l'activation d'une toute autre voie de signalisation qu'est la voie de l'IGF-1-PI3K-Akt engendrée par une augmentation du taux de facteur de croissance qu'est l'insulin growth factor-1. Ces voies de signalisation ont été largement décrites dans la littérature et s'entrecroisent. Le canal TRPM4 est un canal cationique non sélectif perméable de manière égale aux ions Na+ et au K+, imperméables au Ca2+, mais activé par le Ca2+ intracellulaire. Dans le système immunitaire, il régule négativement l'entrée de Ca2+ et ce canal apparaît donc impliqué dans de nombreuses fonctions cellulaires dépendantes du Ca2+ dans différents types cellulaires. Par l'utilisation de deux modèles d'hypertrophie cardiaque, un physiologique généré par quatre semaines d'entraînement en endurance et un pathologique suite à un infarctus du myocarde induit par la ligature de l'artère coronaire gauche sur des souris wild-type et knock-out (KO) pour le canal TRPM4, nous avons mis en évidence une augmentation d'expression fonctionnelle du canal TRPM4 au sein du ventricule gauche associée à une régulation négative d'entrée de Ca2+. Le canal TRPM4 étant un régulateur de l'homéostasie calcique des cardiomyocytes, son expression fonctionelle après l'infarctus du myocarde ainsi que l'entraînement favorise l'activation de la voie de l'IGF-1-PI3K-Akt et prévient partiellement l'activation de la voie de la Calcineurine-NFAT et le développement d'une hypertrophie cardiaque pathologique, notamment dans le modèle d'infarctus du myocarde. En effet, en absence d'expression du canal, l'entrée de Ca2+ n'étant plus régulée, la voie de la Calcineurin-NFAT est favorisée. Mots clés : TRPM4, hypertrophie cardiaque, entraînement, IGF-1-PI3K-Akt, Calcineurine / Abstract: Cardiac muscle is an organ that adapts to different hemodynamic stress by activating protein synthesis and increasing cardiomyocytes size, resulting in cardiac hypertrophy. The objective of this PhD is to study the potential role of TRPM4 channel in different types of cardiac hypertrophy. Impaired diastolic Ca2+ is responsible for the initial signal activating signaling pathways in a deleterious cardiac hypertrophy pathological type such as Calcineurin-NFAT pathway and the re-expression of fetal genes. This hypertrophy is first compensatory and preserves the myocardial pump function. This alteration can be carried out by various stimuli such as increased angiotensin II or by cardiovascular diseases such as myocardial infarction and hypertension.However, a beneficial cardiac hypertrophy is also described in the literature, especially during development stages during embryogenesis or even in response to regular moderate physical activity. It is characterized by the activation one different signaling pathway, the IGF-1 - PI3K –Akt, generated by an increase in growth factor levels that is the insulin growth factor -1. These signaling pathways have been widely described in the literature and cross-talking. TRPM4 channel is a nonselective cation channel permeable equally to Na+ and K+, impermeable to Ca2+ but activated by the intracellular Ca2+. In the immune system, it downregulates Ca2+ entry and therefore appears to be involve in many Ca2+-dependent cellular functions in different cell types. By the use of two models of cardiac hypertrophy, a physiological generated by four weeks of training in endurance and pathological after myocardial infarction induced by ligation of the left coronary artery on wild-type and knockout mice -out (KO) for TRPM4 channel, we have demonstrated a functional expression increased TRPM4 channel within the left ventricle associated with down-regulation of Ca2 + entry. TRPM4 the channel being a regulator of calcium homeostasis in cardiomyocytes functional expression after myocardial infarction as well as the drive promotes the activation of the pathway of IGF-1-PI3K-Akt and partially prevents the pathway activation of the NFAT-calcineurin and the development of pathological cardiac hypertrophy, in particular myocardial infarction model. Indeed, in the absence of expression of the channel, the Ca2 + is not regulated, the path of Calcineurin-NFAT is favored. Keywords: TRPM4, cardiac hypertrophy, training, IGF-1-PI3K-Akt, calcineurin

La sénescence cellulaire, arrêt stable de la prolifération cellulaire, est accompagnée de la sécrétion de nombreux facteurs pro-inflammatoires (programme sécrétoire associé à la sénescence appelé SASP). La sénescence est induite par divers stimuli, et joue un rôle clé dans de multiples contextes physiopathologiques. Cependant, la régulation de la sénescence est encore mal comprise. Notre laboratoire a récemment identifié le récepteur inositol 1,4,5-trisphosphate de type 2 (ITPR2, canal calcique du ER) comme nouveau régulateur de la sénescence. L'expression du gène ITPR2 est réprimée dans la plupart des cancers, mais sa régulation transcriptionnelle est peu connue. Dans ce contexte, le premier objectif de ma thèse était de caractériser de nouveaux régulateurs de l’expression d’ITPR2. Par un criblage (siRNA) et une analyse Nanostring, nous avons identifié le récepteur nucléaire RXRA comme répresseur transcriptionnel d’ITPR2. Nous avons montré que dans les fibroblastes primaires humains, le knockdown de RXRA induit l’expression d’ITPR2 et de ce fait la signalisation calcique, la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS), le dommage de l’ADN et finalement la sénescence via l’activation de la voie p53-p21. Inversement, la surexpression constitutive de RXRA retarde la sénescence réplicative. Les molécules du SASP, induisant ou renforçant la sénescence, peuvent réguler la signalisation calcique. Le deuxième objectif de ma thèse était d’étudier le rôle du SASP et la participation de la signalisation calcique dans celui-ci. Nous avons observé que le SASP induit la sénescence cellulaire accompagnée d’une différenciation neuroendocrine (NED) dans des cellules de cancer du sein. Le SASP induit une accumulation de calcium dans le cytoplasme qui paraît être impliquée dans la régulation de la NED. Une analyse de données d’échantillons de tumeurs du sein humaines et observé que les échantillons positifs pour la NED présentent des marques de sénescence / Cellular senescence is a stable proliferation arrest accompanied with senescence-associated secretory phenotype (SASP). Senescence is induced by diverse stimuli such as telomere shortening and oncogene activation and plays key roles in many physiopathological contexts like embryonic development, cancer and aging. However the molecular mechanisms regulating senescence remain partially understood. Our laboratory recently identified a new senescence regulator: the inositol 1,4,5-trisphosphate receptor type 2 (ITPR2), an ER calcium release channel. ITPR2 is repressed in many cancers, but its transcriptional regulation is barely known. Therefore, the first aim of my thesis was to characterize new ITPR2 regulators. Through siRNA screen and Nanostring analysis, we identified the nuclear receptor RXRA as a transcriptional repressor of ITPR2. We found that in primary human fibroblasts, RXRA knockdown induces ITPR2 expression and thereby calcium signaling, reactive oxygen species (ROS) production, DNA damage and ultimately senescence through p53-p21 axis. Conversely, RXRA overexpression delays replicative senescence. SASP has been described to induce/reinforce senescence, and most of the SASP factors are able to regulate calcium signaling through their receptors. The second aim of my thesis was to investigate the role of the SASP and the participation of calcium signaling in it. We observed that the SASP induces senescence accompanied with a neuroendocrine differentiation (NED) in some breast cancer cells. Interestingly, SASP triggers calcium accumulation in the cytoplasm which seems to be involved in the regulation of NED. We then analyzed human breast tumor datasets and observed that NED-positive samples display some senescence marks: functional p53, low proliferation level and Sprouty 2 expression. Altogether, my work identified RXRA as a new senescence regulator and showed calcium signaling is involved in SASP-induced NED in breast cancer cells

S’il est bien établi que le flux sanguin cérébral est distribué en fonction de la demandemétabolique des neurones, aucune étude n’a exploré la contribution du réseauvasculaire au processus de consolidation mnésique qui requiert un dialoguehippocampo-cortical permettant le remodelage progressif des réseaux neuronauxcorticaux sous-tendant la trace mnésique ancienne stabilisée.Utilisant un test comportemental induisant une mémoire olfactive associative chez lerat couplé à des techniques d’imagerie cellulaire ex vivo, nous montrons pour lapremière fois, chez le rat adulte sain, une dissociation fonctionnelle entre réactivité etarchitecture du réseau vasculaire cérébral. Nous mettons en évidence des modificationsde signalisation calcique des artères cérébrales qui suggèrent que leur dynamiques’adapte pour permettre l’expression du souvenir. De plus, suivant une cinétiquedifférente, le réseau vasculaire se densifie par angiogenèse dès le lendemain del’apprentissage, y compris dans les régions du cortex ne prenant en charge le souvenirque plusieurs semaines plus tard. En stimulant spécifiquement cette angiogenèse parinjection d’agents pharmacologiques dans le cortex, nous améliorons les performancesdes rats lors du rappel de mémoire ancienne.Pris dans leur ensemble, nos résultats soulignent l’importance de la plasticitévasculaire dans la modulation de la plasticité neuronale et des fonctions cognitives. Ilssuggèrent en outre que les changements structuraux précoces du réseau vasculairepourraient constituer un mécanisme permissif à l’origine de la régulation des épinesdendritiques corticales impliquées dans la formation et le stockage à long terme dessouvenirs.Mots / While there is consensus that cerebral blood flow is distributed according to themetabolic demand of neurons, the contribution of vascular networks to memoryconsolidation, the process by which memories acquire stability over time, remainsunknown. This process requires a transitory hippocampal-cortical interaction allowingthe progressive remodeling of cortical neuronal networks supporting the remotememory trace.By using a behavioral task requiring an associative olfactory memory coupled to cellularimaging techniques, we first reveal, in adult healthy rats, a functional dissociationbetween the reactivity and the architecture of cerebral vascular networks. We identifycalcium signaling changes that occur in specific cerebral arteries, pointing to theirability to adapt their dynamics upon retrieval to enable the successful expression ofeither recent or remote memories. Moreover, we show that vascular networks undergo atime-dependent densification via an angiogenesis mechanism as early as one day afterlearning, including in cortical regions which will only support memory storage andretrieval weeks later. By specifically stimulating this early cortical angiogenesis, we wereable to improve the performance of rats tested for remote memory.Taken together, our results highlight the importance of vascular plasticity inmodulating neuronal plasticity and cognitive functions. They also suggest that the earlystructural changes within vascular networks could constitute a permissive mechanismwhich regulates the development of cortical dendritic spines thought to support theprogressive formation and storage of enduring memories.

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

Gliotransmitters dérivés de l'astrocyte glutamate et l'ATP modulent l'activité neuronale. Cependant, il reste à savoir comment les astrocytes contrôlent la libération et coordonnent les actions de ces gliotransmetteurs. Dans la première partie de ma thèse, en utilisant l'expression transgénique de la canalrhodopsine 2 (ChR2) sensible à la lumière dans les astrocytes, nous avons observé que la photostimulation augmentait de manière fiable le potentiel d'action des neurones pyramidaux de l'hippocampe. Cette excitation repose principalement sur une libération de glutamate dépendant du Ca2+ par les astrocytes qui active les NMDR neuronaux extrasynaptiques. Remarquablement, nos résultats montrent que l'augmentation de Ca2+ induite par ChR2 et la libération ultérieure de glutamate sont amplifiées par l'activation autocrine induite par l'ATP/ADP des récepteurs P2Y1 sur les astrocytes. Ainsi, l'excitation neuronale est favorisée par une action synergique de la signalisation glutamatergique et purinergique autocrine dans les astrocytes. Ce nouveau mécanisme peut être particulièrement pertinent pour les conditions pathologiques dans lesquelles la concentration extracellulaire d'ATP est augmentée et agit comme un signal de danger majeur. Dans la seconde partie de ma thèse, nous rapportons que la photostimulation sélective des astrocytes ChR2 dans le gyrus denté facilite la transmission synaptique excitatrice sur les cellules granulaires via l'activation des NMDR pré-synaptiques contenant GluN2B. De plus, nous avons découvert que l'élévation intracellulaire du Ca2+ induite par l'ATP et dérivée de l'ATP contrôlait étroitement la libération du glutamate par les astrocytes au cours de la photostimulation des astrocytes. Nos résultats fournissent des preuves d'une relation étroite entre l'ATP dérivé d'astrocyte et le glutamate. / Astrocyte-derived gliotransmitters glutamate and ATP modulate neuronal activity. It remains unclear, however, how astrocytes control the release and coordinate the actions of these gliotransmitters. In the first part of my thesis, using transgenic expression of the light-sensitive channelrhodopsin 2 (ChR2) in astrocytes, we observed that photostimulation reliably increases action potential firing of hippocampal pyramidal neurons. This excitation relies primarily on a Ca2+-dependent glutamate release by astrocytes that activates neuronal extra-synaptic NMDRs. Remarkably, our results show that ChR2-induced Ca2+ increase and subsequent glutamate release are amplified by ATP/ADP-mediated autocrine activation of P2Y1 receptors on astrocytes. Thus, neuronal excitation is promoted by a synergistic action of glutamatergic and autocrine purinergic signaling in astrocytes. This new mechanism may be particularly relevant for pathological conditions in which ATP extracellular concentration is increased and acts as a major danger signal. In the second part of my thesis, we report that selective photostimulation ChR2 positive astrocytes in dentate gyrus facilitates excitatory synaptic transmission onto granule cells via the activation of pre-synaptic GluN2B-containing NMDRs. Moreover, we discovered that astrocyte-derived ATP-mediated intracellular Ca2+ elevation tightly controls glutamate release from astrocytes during astrocyte photostimulation. Our results provide evidence for a close relationship between astrocytic-derived ATP and glutamate.

Le cancer de prostate (CaP) est le plus fréquent chez l’homme de plus de 50 ans. La généralisation du PSA et du dépistage du CaP a permis son diagnostic à des formes localisées (80% des formes diagnostiquées), accessibles à un traitement curatif. De plus, un certain nombre de ces formes localisées sont indolentes, de très faible risque, éligibles à une surveillance active (SA).Cependant, 15 à 25% des patients vont présenter une récidive 10 ans après un traitement curatif, et environ 30% des patients inclus en SA seraient en fait sous-évalués (cancer significatif). Il est donc nécessaire d’identifier de nouveaux biomarqueurs pronostiques capables de distinguer les tumeurs indolentes des tumeurs à haut risque, et capables d’améliorer la prédiction du risque de récidive après traitement curatif. Objectifs : Evaluer la valeur pronostique potentielle du remodelage de la signalisation calcique dans le cancer de prostate : 1) Evaluer le lien entre remodelage de la signalisation calcique et agressivité tumorale 2) Evaluer l’impact pronostique du remodelage de la signalisation calcique sur la récidive systémique après prostatectomie radicale(PR). 3) Evaluer l’apport du remodelage de la signalisation calcique dans la sélection des patients éligibles à la surveillance active. Méthodologie 1) Evaluation de l’expression (immunohistochimie) de TRPC1, TRPC4, Orai1 et STIM1 à différents stades de progression du CaP, et évaluation de l’impact pronostique de cette expression sur la récidive dans le CaP localisé à partir d’une cohorte de 238 patients. 2) Etude cas-témoin à partir d’une cohorte de 112 patients opérés d’un CaP localisé. Evaluation de l’impact pronostique de l’expression (immunohistochimie) de 10 acteurs de la signalisation calcique (Orai1, Orai2, Orai3, STIM1, STIM2, TRPV5 et V6, TRPC1 et C4, TRPM8) sur la récidive systémique après PR. 3). A partir d’une cohorte de patients ayant été opérés pour des cancers de faible risque, ont été inclus les patients potentiellement éligibles à une SA au moment du diagnostic (n=71). Etude de l’apport de la signalisation calcique dans la sélection des patients éligibles à la SA (marquage immunohistochimie sur biopsies et pièce opératoire : TRPC1 et C4, TRPV5 et V6, Orai1, STIM1) Résultats 1) Dans le Cap localisé, une surexpression de TRPC1 était associée à une prolifération plus faible et une meilleure survie sans récidive (indépendant des marqueurs pronostiques usuels). 2) Une surexpression de TRPC4, TRPV5 et TRPV6 est associée à un plus faible risque de récidive systémique après prostatectomie, et ce indépendamment des 5 facteurs pronostiques usuels. 3) Un marquage plus intense de TRPV6 sur les biopsies prostatiques semble associé à un CaP significatif, éligible à un traitement curatif d’emblée chez les patients présentant un CaP de faible risque. Conclusion : Sur pièce de PR, TRPC1, TRPC4, TRPV5 et TRPV6 possèdent une valeur pronostique indépendante et sont associés à un plus faible risque de récidive après PR. Sur biopsie prostatique, TRPV6 permet de distinguer les CaP indolents des significatifs chez les patients présentant un CaP de faible risque. / Prostate cancer (PCa) is the most common malignancy in men 50 years and older and the second leading cause of cancerrelated death in men in developed countries. Widespread PSA screening has allowed an increase rate of localised PCa at diagnosis, managed by curative treatment such as radical prostatectomy (RP), or active surveillance (AS) in case of indolent disease. However, 30% of patients experience biochemical relapse during the 10 years following RP. Moreover, 30% of patients in AS are undervalued and present a significant disease. It is therefore necessary to identify new prognostic biomarkers capable of distinguishing indolent from significant tumours, and capable to accurately predict the risk of recurrence after curative treatment. Objectives: To evaluate the potential prognostic value of calcium signalling remodeling in PCa: 1) To assess the impact of calcium signalling remodelling on tumour aggressiveness 2) To assess the prognostic value of calcium signalling remodelling on systemic recurrence after RP. 3) To assess the contribution of calcium signaling remodelling in the selection of patients for active surveillance (AS). Methods 1) Study of the expression (immunohistochemistry) of TRPC1, TRPC4, Orai1 and STIM1 at different stages of PCa, and assessment of the prognostic value of this expression on recurrence in clinically localised PCa (CLC) in a cohort of 238 patients. 2) Case-control study on a cohort of 112 patients who underwent RP for CLC. Evaluation of the prognostic impact of the expression (immunohistochemistry) of 10 actors of calcium signalling (Orai1, Orai2, Orai3, STIM1, STIM2, TRPV5 and V6, TRPC1 and C4, TRPM8) on systemic recurrence after RP. 3) From a cohort of patients who underwent RP for low-risk PCa, were enrolled patients potentially eligible for AS at the time of diagnosis (n = 71). We evaluated the impact of calcium signalling remodelling in patients selection for AS (immunohistochemical staining on biopsies and prostate specimens: TRPC1 and C4, TRPV5 and V6, Orai1, STIM1).Results 1) In CLC, an overexpression of TRPC1 was associated with a decreased proliferation, and with a higher rate of biochemical progression-free survival (independent of usual prognostic markers). 2) Overexpression of TRPC4, TRPV5 and TRPV6 was associated with a lower risk of systemic recurrence after RP, independently of the prognostic factors currently used. 3) More intense staining of TRPV6 on biopsies was associated with a significant PCa, for which a curative treatment is required. Conclusion: On RP specimens, overexpression of TRPC1, TRPC4, TRPV5 and TRPV6 has an independent prognostic value and is associated with a lower risk of recurrence after RP. On prostate biopsies, TRPV6 allows to distinguish indolent from significant disease in patients with low-risk PCa.