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Insects maintain blood (haemolymph) Ca2+ concentrations within a narrow range in order to support the health of internal tissues and organs. The Malpighian (renal) tubules play a primary role in haemolymph Ca2+ homeostasis by sequestering excess Ca2+ within calcified biomineral deposits (Ca-rich granules) often located within type I (principal) tubule cells. Using the classic Ramsay assay, the scanning ion-selective microelectrode technique (SIET), and modifications of these two electrophysiological techniques, this thesis begins to unravel the sites and mechanisms of Ca2+ transport by the Malpighian tubules isolated from eight insects, representing seven orders. A segment-specific pattern of Ca2+ flux was observed along the length of the Malpighian tubules isolated from D. melanogaster, A. aegypti and A. domesticus and was uniform along the length in the remaining species. The majority (≥ 90%) of Ca2+ entering the tubule cells is sequestered within intracellular calcium stores in Ca2+-transporting segments of D. melanogaster and A. domesticus tubules, consistent with the presence of Ca-rich storage granules in these tubule segments. In addition, this thesis provides the first measurements of basolateral Ca2+ flux across single principal and secondary tubule cells of T. ni, where Ca2+ uptake occurs only across principal cells. Perhaps the most important finding of this thesis is that increasing fluid secretion through manipulation of intracellular levels of cAMP or Ca2+ in isolated tubules of A. domesticus had opposite effects on tubule Ca2+ transport. The adenylyl cyclase-cAMP-PKA pathway promotes Ca2+ sequestration whereas both 5-hydroxytryptamine and thapsigargin inhibited sequestration. In contrast, tubules of the remaining species were generally insensitive to cAMP or thapsigargin and v rates of tubule Ca2+ transport were often very low. The presence of Ca-rich granules in the cells of the midgut in several of the species with low rates of tubule Ca2+ transport provide evidence for a putative role of the midgut in haemolymph Ca2+ homeostasis. Taken together, these results suggest that the principal cells of the Malpighian tubules contribute to haemolymph calcium homeostasis through neuroendocrine regulated sequestration of excess Ca2+ during periods of high dietary calcium intake. Sequestration of dietary Ca2+ by the midgut may reduce Ca2+ entry into the haemolymph and therefore Ca2+ sequestration by the Malpighian tubules need not be so rapid. Finally, reversible tubule Ca2+ transport may allow internal reserves of Ca2+ (Ca-rich granules) to be returned to the haemolymph allowing insects to survive prolong periods of Ca2+ deficiency (i.e. overwintering). / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD) / This thesis contributes to our understanding of how insects regulate the calcium content of their blood (haemolymph). Using electrophysiological techniques with improved spatial resolution (from millimeters to micrometers) this thesis sought to determine the sites, mechanisms and regulation of Ca2+ transport by insect Malpighian (renal) tubules in order to gain insights into the role of Ca-rich granules (similar to those identified in early stages of human kidney stone formation i.e. nephrolithiasis) within these tissues. Using eight insect species this thesis demonstrates that the Malpighian tubules act as dynamic Ca2+ stores that appear to be under neuroendocrine control: actively taking up Ca2+ through calcium entry channels, where the majority (≥ 90%) of excess haemolymph Ca2+ is sequestered within intracellular stores (Ca-rich granules) during period of excess dietary calcium and passively releasing Ca2+ back to the haemolymph during periods of metamorphosis or calcium deficiency (i.e. overwintering).

Le récepteur du facteur de libération de l’hormone de croissance (GHRHR) est un récepteur de la famille des récepteurs couplés aux protéines G. Il est fortement exprimé dans les cellules somatotropes de l’hypophyse antérieure de plusieurs mammifères. Ce récepteur exerce un rôle primordial dans la stimulation de la synthèse et de la sécrétion de l’hormone de croissance ainsi que dans la prolifération des somatotropes. Au niveau extrahypophysaire, les niveaux les plus élevés d’ARNm du GHRHR se retrouvent dans le rein. Toutefois, aucune analyse immunohistochimique n’existe encore sur la localisation précise et la quantification sur les niveaux de GHRHR dans les différents segments du rein de rat et sa dynamique d’expression en situation normale et pathologique telle que l’ischémie. De plus, dans le rein humain normal, aucune information n’est présentement disponible. Le premier article de ce mémoire a pour objectif d’identifier, par immunofluorescence directe, la localisation du GHRHR à travers le système tubulaire rénal, chez le rat jeune en bonne santé. Nos résultats mettent en évidence que dans le rein de rat sain, le GHRHR est exprimé dans les cellules du tubule proximal contourné et droit, de l’anse de Henlé ascendante épaisse corticale et médullaire et de l’anse de Henlé ascendante mince. Le cortex et la bande externe de la médulla externe seraient les deux régions où l’expression est la plus élevée. À la suite d’une insulte rénale comme l’ischémie-reperfusion (IR) chaude, nos résultats démontrent que l’expression du GHRHR est régulée à la baisse dans ces mêmes régions. De plus, une augmentation de certains marqueurs de détérioration cellulaire est présente comme l’enzyme initiatrice, la caspase-9 clivée et effectrice (caspase-3 clivée), des fragments d’ADN et la surexpression d’indication d’injure tissulaire comme la protéine Kidney Injury Molecule 1 (KIM-1). L’ensemble de ces résultats ouvre plusieurs pistes d’études concernant l’importance du GHRHR en rénoprotection. Le deuxième article de ce mémoire a pour objectif d’identifier, par immunofluorescence directe, la localisation du GHRHR à travers le système tubulaire rénal humain. Nos résultats suggèrent que dans le rein humain sain, le GHRHR est davantage exprimé dans le cortex, plus précisément, au niveau du tubule proximal droit et contourné et l’anse de Henlé corticale ascendante épaisse. L’expression du GHRHR est aussi notable au niveau de la région médullaire, pour être plus spécifique, au niveau de l’anse de Henlé médullaire ascendante épaisse et de la médulla. Ainsi, comme chez le rat, l’expression du GHRHR rénal est régio-spécifique. Finalement, le troisième article de ce mémoire est une revue de la littérature ayant pour but d’établir un lien entre les mécanismes connus du stress oxydant dans un contexte d’IR rénale et son impact spécifique dans la médulla. Cet article met en évidence que les différents segments du rein réagissent différemment à une agression oxydante et que la médulla est la région la plus vulnérable. De plus, cette revue de la littérature souligne que les différents types de mécanismes connus du stress oxydant dans un contexte d’IR rénale, tel que la production de dérivés réactifs de l’oxygène, ciblent principalement deux structures du néphron : le tubule proximal et l’anse de Henlé ascendante épaisse médullaire. Les principales répercussions de ces mécanismes observables sont l’inflammation, l’apoptose cellulaire et la diminution des fonctions rénales. Ces mécanismes peuvent aussi être utilisés comme un outil de diagnostic ou de détermination de la santé de l’organe. / The growth hormone-releasing factor receptor (GHRHR) is a receptor of the family of G- protein-coupled receptors. It is highly expressed in the somatotropic cells of the anterior pituitary of several mammals. This receptor plays an essential role in the stimulation of the synthesis and secretion of growth hormone as well as in the proliferation of somatotrophs. At the extra- pituitary level, the highest levels of GHRHR mRNA are found in the kidney. However, no immunohistochemical analysis yet exists on precise localization and quantification of GHRHR levels in the different segments of the rat kidney and its expression dynamics in normal and pathological situations such as ischemia. Additionally, in the normal human kidney, no information is currently available. The first article of this thesis aims to identify, by direct immunofluorescence, the localization of the GHRHR through the renal tubular system, in young healthy rats. Our results show that in the healthy rat kidney, GHRHR is expressed in the cells of the convoluted and right proximal tubule, of the cortical and medullary thick ascending loop of Henle and of the thin ascending loop of Henle. The cortex and the outer band of the outer medulla would be the two regions where the expression is the highest. Following a renal insult such as warm ischemia-reperfusion (RI), our results demonstrate that GHRHR expression is down-regulated in these same regions. In addition, an increase in certain markers of cellular damage is present including initiating enzymes, cleaved and effector caspase-9 (cleaved caspase-3), DNA fragments and overexpression indicative of tissue injury such as protein Kidney Injury Molecule 1 (KIM-1). All these results open up several avenues of study concerning the importance of GHRHR in renoprotection. The second article of this thesis aims to identify, by direct immunofluorescence, the localization of the GHRHR through the human renal tubular system. Our results suggest that in the healthy human kidney, the GHRHR is more expressed in the cortex, more precisely at the level of the right, convoluted proximal tubule and the thick ascending cortical loop of Henle. The expression of GHRHR is also appreciable at the level of the medullary region, more precisely at the level of the thick ascending medullary loop of Henle, and the medulla. Thus, as in rats, the expression of renal GHRHR is region specific. Finally, the third article of this thesis is a review of the literature aimed at establishing a link between the known mechanisms of oxidative stress in the context of renal IR and its specific impact in the medulla. This article highlights that the different segments of the kidney react differently to an oxidative attack and that the medulla is the most vulnerable region. In addition, this review of the literature underlines that the different types of known mechanisms of oxidative stress in a context of renal IR, such as the production of reactive oxygen species, mainly target two structures of the nephron: the proximal tubule and the thick ascending loop of Henle. The main repercussions of these observable mechanisms are inflammation, cellular apoptosis and reduced renal function. These mechanisms can also be used as a diagnostic tool or to determine the health of the organ.

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La triadine est une famille de protéines du muscle squelettique. Quatre isoformes de la triadine ont été clonées: Trisk 95, Trisk 51, Trisk 49 et Trisk 32. Ce sont des protéines transmembranaires du reticulum sarcoplasmique (RS). Trisk 95 et Trisk 51 sont localisées dans la triade où elles sont associées au récepteur de la ryanodine (RyR), un canal calcique. Trisk 49 et Trisk 32 sont localisées dans le RS longitudinal. Il a été montré que Trisk 95 régule les relâchements de Ca2+ du RyR. L'objectif de ce travail de thèse a été d'étudier les fonctions des triadines dans le muscle squelettique grâce à différentes approches et techniques complémentaires. Dans un premier temps, Trisk 95 et de Trisk 51 ont été étudiées par surexpression in vivo dans les muscles de souris. La caractérisation de ces muscles a permis de mettre en évidence l'association du RyR avec la cavéoline, une protéine de la membrane plasmique. Dans un second temps, la fonction de Trisk 32 a été étudiée dans le muscle squelettique. L'étude précise de sa localisation a permis de montrer qu'elle est localisée dans la triade, dans le RS longitudinal, et à proximité des mitochondries. Des expériences de co-immunoprécipitation ont révélé qu'elle est associée avec le RyR et avec le récepteur de l'IP3. De par ses partenaires, Trisk 32 semble jouer un rôle dans la régulation de nombreux mécanismes impliquant le Ca2+. Enfin, le gène de la triadine a été invalidé chez la souris. Cette souris KO triadine présente une faiblesse musculaire et des défauts dans l'ultrastructure de la triade. Ces résultats indiquent qu'en plus de sa fonction de régulation des relâchements de Ca2+ la triadine pourrait avoir un rôle structural.

Previous investigators demonstrated that epididymal white adipose tissue (EWAT) lipectomy suppressed spermatogenesis and caused atrophy of the seminiferous tubules. EWAT lipectomy, however, may disrupt testicular innervation, which reportedly compromises testicular function. To resolve this confound and better clarify the role of EWAT in spermatogenesis, three experimental groups of hamsters were created in which: i.) the superior and inferior spermatic nerves were transected (SSNx) at the testicular level, ii.) EWAT was extirpated (EWATx), and iii.) testicular nerves and EWAT were left intact (SHAM controls). It was hypothesized that transection of the superior and inferior spermatic nerves would disrupt normal spermatogenesis. The findings indicate a significant reduction in spermatogenic activity and marked seminal tubule atrophy within the EWATx testis, as compared to the SSNx and controls testes, which did not differ significantly from each other. From these data, it is concluded that EWAT, and not testicular innervation, is central to normal spermatogenesis.

Les glandes salivaires sont des glandes mixtes : la salive (produit exocrine) estimpliquée dans le maintien de l'homéostasie buccale alors que les secrétions endocrines (ex :facteurs de croissance) ont un rôle physiologique (gamétogénèse, ostéogenèse,hypertension...) Chez les mammifères, elles affichent un dimorphisme sexuel qui laisseentrevoir une sensibilité éventuelle à des xeno-hormones.Ce mémoire présente l'action de la génistéine (phyto-oestrogène) et/ou de la vinclozoline(anti-androgène) sur la glande submandibulaire (SM) de rat lors d'une exposition précoce viala mère (gestation-lactation) et lors d'une exposition pendant la période de croissance (dusevrage à l'âge adulte). Les glandes SM, prélevées au stade immature et jeune adulte, ont faitl'objet d'une analyse histologique et d'une étude de marqueurs moléculaire des fonctionsendocrines et exocrines associées aux processus gustatifs. L'exposition précoce ralenti ledéveloppement de la glande SM et augmente sélectivement la préférence au sucré des malesimmatures mais pas des adultes ; l'analyse moléculaire révèle une action sélective sur lesfonctions exocrines corrélée à celle sur les préférences, ainsi qu'une action sur les fonctionsendocrines (facteurs de croissances) qui s'inverse avec l'âge. L'exposition à partir du sevrageperturbe seulement les mâles qui présentent des altérations des structures sécrétrices coupléesà des modifications d'expression des récepteurs hormonaux et facteurs de croissance, maisaussi au taux sérique de l'EGF.Cette étude identifie la glande submandibulaire comme cible de perturbateurs endocriniens etpose la question des conséquences physiologiques à terme

Abstract Organogenesis involves precursor cells proliferation, differentiation along with their coordinated organization into precise multicellular arrangements by planar cell polarity (PCP) pathways. The beta-catenin independent/non-canonical type of Wnt-11 signaling has been known as a PCP modulator during development. In this thesis were analyzed the roles of Wnt-11 in heart and kidney development by using in vivo functional genomics technologies. We show that the Wnt-11 gene is important for murine ventricular myocardium development, since Wnt-11 deficiency in early cardiogenesis leads to impaired organization and maturation of mouse ventricular cardiomyocytes, causing primary cardiomyopathy with in utero lethality. Wnt-11 coordinates the co-localized expression of the cell adhesion molecules N-cadherin and β-catenin, which are critical for the spatially specific organization of cardiomyocytes. We show that Wnt-11 deficiency causes primary hypertrophic and noncompaction cardiomyopathy in adult mice, with consequences for regional myocardium function. The Wnt family of secreted signals has been implicated in kidney tubule development and tubular cystic diseases such as polycystic kidney disease. We show here that Wnt-11 is expressed in mature nephrons and is involved in late steps of nephrogenesis, since the kidney tubule organization is deregulated in Wnt-11 deficient kidneys, to enlarged lumen with increased convolution. These tubule abnormalities are associated with glomerular microcyst formation and kidney failure. Wnt-11 deficiency reduced significantly Wnt-9b expression, a critical signal for PCP-mediated kidney tubule elongation. In the cortical region this associated with reduced expression of nephron and stromal progenitor cell marker. The results in this thesis point out that Wnt-11 function is required for proper myocardium organization and maturation as well as proper morphogenesis of the kidney tubules during the embryonic and postnatal developmental stages. Wnt-11 knockout phenotypes depend on the genetic background, similarly to human congenital disease. This data may be relevant for human congenital cardiomyopathy and glomerulocystic kidney disease studies. / Tiivistelmä Alkion sisäelinten kehityksen aikana esisolut lisääntyvät ja erilaistuvat muodostaen tarkoin määriteltyjä monisoluisia rakenteita. Muodostuvan kudosrakenteen määrittelyssä erilaiset solusignaalit ovat keskeisessä asemassa. Yksi näistä on nk. Wnt signaali perhe. Wnt perheeen jäsen Wnt-11 tehtävät on huonosti tunnettu. Wnt-11 viestittää ilmeisesti nk. planaaristen solupolariteettireittien (PCP) avulla, joka on beeta-kateniinista riippumattoman nk. ei-kanonisen Wnt signaali. Väitöskirjatyössä selvitettiin Wnt-11:n vaikutuksia sydämen ja munuaisten kehitykseen in vivo funktionaalisten genomisten menetelmien avulla. Ihmisen synnynnäiset kardiomyopatiat ovat sydänlihaksen ensisijaisia vaurioita, joiden taustalla on sydänlihaksen kehityshäiriö. Tutkimuksessa osoitetaan, että Wnt-11-geenillä on tärkeä merkitys hiiren sydänkammion kehitykselle, koska Wnt-11-geenin puute sydämen varhaisen kehityksen vaiheessa johtaa sydänlihassolujen järjestäytymisen ja kypsymisen häiriintymiseen, jolloin seurauksena on ensisijaisesta kardiomyopatiasta johtuva sikiökuolema. Wnt-11 koordinoi kahden solukiinnitysmolekyylin, N-kadheriinin ja β-kateniinin, samanaikasta ilmentymistä. Kyseiset molekyylit ovat keskeisen tärkeitä sydänlihasssolujen spatiaalisen järjestäytymisen kannalta. Tutkimuksessa osoitetaan, että Wnt-11-puutos aiheuttaa aikuisilla hiirillä ensisijaista sydänlihaksen liikakasvua ja trabekuloivaa kardiomyopatiaa, mikä vaikuttaa sydänlihaksen toimintaan. Tuloksilla voi olla merkitystä tutkittaessa ihmisen synnynnäisiä kardiomyopatioita. Wnt-signaaliperheen on osoitettu olevan yhteydessä munuaisputken kehitykseen ja sen sairauksiin, kuten munuaisten monirakkulatautiin. Väitöstutkimuksessa osoitetaan, että Wnt-11 ilmentyy kypsissä nefroneissa ja että se osallistuu nefrogeneesiin myöhempiin vaiheisiin, koska munuaisputken kehityksen säätely on poikkeavaa niissä munuaisissa, joista Wnt-11 puuttuu. Seurauksena on laajentunut, normaalia poimuttuneempi luumen. Munuaisputken poikkeavuuksilla oli yhteyttä munuaiskerästen mikrokystien muodostumiseen sekä munuaisten vajaatoimintaan. Wnt-11 -puute vähensi huomattavasti Wnt-9b-ilmentymistä, joka on PCP-välitteisen munuaisputken pidentymisen kannalta keskeisen tärkeä signaali. Kortikaalialueella Wnt9b:n vaimennussäätely liittyi poikkeavaan solujen lisääntymiseen, apoptoosiin ja kypsymiseen sekä vähentyneeseen nefroni- ja stroomakantasolujen merkkiaineen ilmentymiseen. Väitöskirjatutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että Wnt-11 -toiminto on välttämätön sydänlihaksen normaalin muodostumisen ja kypsymisen sekä munuaisputken normaalin morfogeneesin kannalta sikiövaiheen ja syntymän jälkeisen kehityksen aikana. Wnt-11 -poistogeenisen hiiren fenotyypi riippuu geneettisestä tausta, samaan tapaan kuin ihmisen synnynnäisissä sairauksissa. Väitöstutkimuksesta saatavalla tiedolla voi olla merkitystä tutkittaessa ihmisen synnynnnäistä kardiomyopatiaa ja munuaisten monirakkulatautia.

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