Дисертації з теми "Plasticité métabolique"

Les muqueuses hébergent des cellules immunitaires résidentes qui jouent un double rôle : elles contribuent au maintien de l'intégrité tissulaire et à la protection du tissu lors d'infection par des pathogènes. Parmi celles-ci, les cellules lymphoïdes innées (ILC) sont des actrices clés de l'homéostasie tissulaire et de la réponse immunitaire. Les dernières années ont révélé l'existence de différents types d'ILC, classées selon leur similarité avec les lymphocytes T au niveau de l'expression de facteurs de transcription et de leurs fonctions effectrices. Ainsi, on retrouve les ILC1, les ILC2 et les ILC3 qui forment les "contreparties" innées des cellules T CD4+ de type Th1, Th2 et Th17 respectivement, ainsi que les NK, contrepartie des lymphocytes cytotoxiques CD8+. De façon similaire aux sous-types de Th, les différents types d'ILC ont été associés à divers pathologies. Au sein du tissu pulmonaire, les ILC2 constituent le sous-type quantitativement majoritaire d'ILC chez les rongeurs et leur rôle a notamment été caractérisé dans des pathologies de type 2 (asthme, allergies, infections parasitaires). Le poumon représente le site d'entrée pour de nombreux agents infectieux, mais le rôle des ILC2 lors des infections pulmonaires d'origine bactérienne reste peu exploré. Au cours de ma thèse, je me suis intéressé au rôle des ILC, et particulièrement des ILC2, dans le modèle murin d'infection par Mycobacterium tuberculosis (Mtb), l'agent étiologique de la tuberculose (TB). L'infection par Mtb induit principalement une réponse immunitaire de type 1, l'IFNƴ produit permettant l'activation des fonctions microbicides des macrophages infectés. Néanmoins, ce mécanisme dominant de l'immunité antituberculeuse peine à prédire l'issue de l'infection et la vision actuelle est que d'autres acteurs cellulaires contribuent probablement de façon importante à la protection. Sur la base de leur présence dans le poumon à l'entrée du pathogène et de la diversité de leur potentiel effecteur antimicrobien et protecteur du tissu, nous avons donc émis l'hypothèse que les ILC pouvaient être activées et participer à la réponse immunitaire antituberculeuse. Dans le modèle murin de la tuberculose, nous avons pu montrer que les ILC étaient diversement régulées au cours de l'infection : alors que les ILC1 et les ILC3 se développent et s'activent, les ILC2 se contractent et sont inhibées. De façon intéressante, l'inhibition des ILC2 est associée à un mécanisme de plasticité caractérisé par la perte de marqueurs d'ILC2 tels que GATA3, ST2, Arg1 et IL-5 et l'acquisition de marqueurs caractéristiques des ILC1 comme T-bet, IL-18Ra, CD49a et IFNƴ. Différents stades de la plasticité des ILC2 ont été identifiés sur la base de l'expression de CD49a et d'IL-18Ra conduisant à la formation de cellules ILC1-like, présentant un potentiel protecteur au cours de l'infection.[...]
Mucosal tissues harbor resident immune cells that play a dual role in maintaining both tissue integrity and protection against infection by pathogens. Among these, innate lymphoid cells (ILCs) are key players in tissue homeostasis and immune response. The last few years have revealed the existence of different types of ILCs, classified according to their similarity to T cells based on expression of dedicated transcription factors and the execution of specific effector functions. These include ILC1, ILC2 and ILC3, which form the innate counterparts of CD4+ T cells of the Th1, Th2 and Th17 types respectively, as well as NK for CD8+ cytotoxic lymphocytes. Similar to the associated Th subtypes, the different types of ILC have been implicated in various diseases. Within lung tissue, ILC2 is the quantitatively dominant subtype of ILC and its role has been characterized in particular in type 2 pathologies (asthma, allergies, parasitic infections). The lung is the site of entry for many infectious agents: yet the role of ILC2 in bacterial lung infections remains poorly explored. During my thesis, I was interested in the role of ILC, particularly ILC2, in the mouse model of Mycobacterium tuberculosis (Mtb) infection, the etiological agent of tuberculosis. Infection with Mtb typically induces a type 1 immune response: IFNƴ production allows the activation of the microbicidal functions of infected macrophages. Nevertheless, this dominant mechanism of TB immunity barely predicts the outcome of infection, and the current view is that other cellular actors are likely to contribute significantly to protection. Based on their presence in the lung at the entry of the pathogen and the diversity of their antimicrobial and tissue-protective effector potential, I hypothesized that ILC could be activated and participate in the antituberculous immune response. In the mouse model of tuberculosis, I could show that ILC are differentially regulated during infection: while ILC1 and ILC3 expand and become activated, ILC2 contract and become functionally inhibited. Interestingly, inhibition of ILC2 is associated with a plasticity mechanism characterized by the loss of ILC2 markers, such as GATA3, ST2, Arg1 and IL-5, together with the acquisition of ILC1 characteristic markers, such as T-bet, IL-18Ra, CD49a and IFNƴ. Different stages of ILC2 plasticity were identified based on the expression of CD49a and IL-18Ra, leading to the formation of ILC1-like cells, which display a protective potential during infection. In this infectious model, as well as through the development of an easier model of plasticity based on the administration of cytokines, we showed that IFNƴ, originating from ILC1 and NK cells, as well as the expression of the transcription factor STAT1, were essential components for the generation of ILC1-like cells. With the aim to identify the molecular mechanisms governing this plasticity, we hypothesized that the ILC2-to-ILC1-like cell plasticity was associated with a marked metabolic change. [...]

Dans les conditions physiologiques, les mitochondries jouent un rôle fondamental dans la survie, la différentiation et l'état d'activation des cellules, en participant au métabolisme bioénergétique mais aussi à la synthèse des macromolécules, la régulation des voies de signalisation ou le contrôle de l'épigénome. Cet organite est bifonctionnel car son implication est également établie dans la réponse cellulaire au stress ou à des signaux apoptotiques. L'activité mitochondriale est étroitement liée à sa morphologie, qui est contrôlée par un ensemble de protéines impliquées dans le remodelage de son ultrastructure et de sa dynamique fusion/fission. Ces protéines sont cruciales pour l'adaptation de l'activité mitochondriale aux besoins bioénergétique de la cellule. Elles sont également des acteurs clés dans la régulation des processus cellulaires et des voies de signalisation qui nécessitent l'interaction des mitochondries avec d'autres compartiments cellulaires tels que le réticulum endoplasmique.Récemment, une nouvelle classe de protéines façonnant les mitochondries (TRIAP1, CHCHD2, CHCHD3, CHCHD6 et CHCHD10) a été décrite. Ces protéines contiennent un domaine coiled-coil-helix (CHCHD) et sont importées dans l'espace intermembranaire de l'organite grâce à l'activité de la machinerie d'import redox-dépendante Mia40/CHCHD4. Elles représentent des cibles thérapeutiques potentielles car leur expression anormale ou leur activité déficiente est associée à divers types de pathologies humaines telle que les maladies neurodégénératives et le cancer. Au cours de ma thèse je me suis particulièrement intéressée à la protéine TRIAP1 qui est surexprimée dans de nombreux types de cancers. Les expériences d'ARN interférence ou de surexpression de la protéine recombinante, dans un modèle de cancer colorectal, ont montré que l'expression de TRIAP1 favorise la prolifération des cellules et la croissance tumorale. Nos résultats montrent que la déplétion de TRIAP1, altère l'ultrastructure mitochondriale, impacte le profil métabolomique et lipidomique des cellules et engendre une signalisation rétrograde vers le noyau qui modifie le programme d'expression génique. Par ailleurs, nos résultats montrent que la perte de TRIAP1 modifie la réponse des cellules cancéreuses à des conditions de stress métabolique. Dans l'ensemble, nos résultats soulignent l'importance de la protéine TRIAP1 dans la plasticité métabolique des cellules cancéreuses. Une meilleure compréhension des bases moléculaires de l'activité mitochondriale de TRIAP1 dans les cellules cancéreuses permettrait de mieux appréhender l'avantage sélectif qu'apporte sa surexpression aux cellules tumorales
Under physiological conditions, mitochondria play a fundamental role in cell survival, differentiation and activation by participating in bioenergetic metabolism, synthesis of macromolecules, regulation of signaling pathways or control of the epigenome. This organelle is bifunctional as its involvement is also well established in the cellular response to stress or apoptotic signals. The regulation of the mitochondrial activity is closely linked to its morphology, which is controlled by a set of proteins involved in the remodeling of its ultrastructure and fusion/fission dynamics. These proteins are crucial for the adaptation of mitochondrial biogenesis and activity to the bioenergetic needs of the cell. They are also key players in the regulation of cellular processes and signaling pathways that require the interaction of mitochondria with other cellular compartments such as the endoplasmic reticulum.Recently, a new class of mitochondria shaping proteins (TRIAP1, CHCHD2, CHCHD3, CHCHD6 and CHCHD10) was described. These proteins contain a coiled-coil-helix (CHCHD) domain and are imported into the intermembrane space of the organelle through the activity of the redox-dependent Mia40/CHCHD4 import machinery. They represent potential therapeutic targets as their abnormal expression or deficient activity has been associated with various human pathologies such as neurodegenerative diseases and cancer. During my thesis I studied the TRIAP1 protein which is overexpressed in many types of cancers. RNA interference or recombinant protein overexpression experiments , in a colorectal cancer model, showed that TRIAP1 expression promotes cell proliferation and tumor growth. Our results show that TRIAP1 depletion alters mitochondrial ultrastructure, impacts the metabolomic and lipidomic profile of the cells and induces a retrograde signaling to the nucleus that modifies the gene expression program. Furthermore, our results show that loss of TRIAP1 alters the response of cancer cells to metabolic stress conditions. Overall, our results highlight the relevance of TRIAP1 in the metabolic plasticity of cancer cells. A better understanding of the molecular basis of the mitochondrial activity of TRIAP1 in cancer cells should provide a better understanding of the selective advantage that its overexpression provides to tumor cells

L'étude des populations naturelles des quatre Bromes de la sect. Genea en Bretagne montre que B. Sterilis et B. Diandrus ont une plus large amplitude d'abitat. Les caractéristiques édaphiques présentent une forte variation inter-sites pour les contraintes que peut subir la végétation. Pour essayer de relier l'exposition des populations aux embruns et l'amplitude de réponse des plantes à des traitements salin ou osmotique, des mesures de la plasticité ont été faites sur des marqueurs impliqués dans la croissance et le développement d'une part et dans les réponses aux stress d'autre part. Les résultats montrent que les enzymes antioxydants ainsi que les LOX et G6PDH ne répondent pas aux stress testés. En revanche, les variations des teneurs en amines avec les stress sont significatives. Ces variations concernent uniquement les individus de B. Sterilis, B. Madritensis et B. Diandrus issus de milieux soumis aux embruns et sont relatives au métabolisme d'oxydation de la Spd et de la Spm. Aucune des populations testées de B. Rigidus ne présente une telle plasticité. Ceci montre une association entre la plasticité du métabolisme des polyamines et le niveau de stress observé dans le milieu d'origine et de plus, suggère une relation entre cette plasticité et l'amplitude d'habitat de ces espèces. Puis, nous avons montré que la plasticité du métabolisme des amines en réponse à un stress salin était vérifiée sur la génération suivante et que cette plasticité présentait une diversité inter-famille pour ces espèces. Ceci suggère l'importance de cette composante de la variabilité biologique dans la capacité des espèces à répondre aux variations dans l'environnement. D'autre part aucune des huit familles testées de B. Rigidus ne présentaient cette plasticité, confirmant ainsi les résultats obtenus précédemment. De plus, on observe une variation de la connectance avec le stress salin différente suivant les espèces suggérant une régulation différente chez ces trois espèces.

Les divers choix technologiques qui ont abouti a la conception et l'experimentation de reacteurs tubulaires clos pour la culture controlee de microalgues sont decrits. La circulation de la culture constitue un point cle de la technologie. La sensibilite d'haematococcus pluvialis au pompage a ete mise en evidence et mesuree. La possibilite d'utiliser l'uree comme source d'azote pour la culture de porphyridium cruentum a ete demontree. L'evolution, en fonction de la teneur du milieu en uree, de la croissance, des productivites en biomasse et en polysaccharides exocellulaires, de l'ultra-structure, ainsi que de la teneur en lipides et en amidon de cette algue ont ete analysees. La production et l'accumulation de carotenoides ont ete etudiees dans une culture continue d'haematococcus pluvialis en phase active de croissance. Une relation lineaire entre la quantite d'energie solaire recue et la quantite de biomasse ou de carotenoides produites a ete etablie. Ces productions ont egalement ete analysees au cours d'un cycle lumineux naturel. Une analyse en microscopie electronique montre que si le nombre d'haematochromes par cellule reste stable, leur taille et leur repartition dans la cellule evoluent au cours de ce cycle. Ces observations renforcent pour ces carotenoides de reserve, l'hypothese d'un role de photoprotection

Le développement tumoral tel qu'il est récemment modélisé selon le concept des cellules souches cancéreuses (CSC) est un modèle statique dans lequel les CSC seraient les seules responsables de l'émergence, de la résistance aux traitements ainsi que de la récurrence tumorale. Cependant, la biologie du cancer est bien plus complexe et la plasticité des CSC suggère l'existence d'une conversion bidirectionnelle entre les CSC et les non-CSC. Cette thèse vise à élucider les mécanismes par le biais desquels l'autophagie, un processus d'auto-digestion, régit le destin des CSC mammaires et apporte une meilleure compréhension au processus de plasticité. Nos résultats soulignent l'implication de l'autophagie dans le remodelage métabolique en augmentant la glycolyse aux dépens de la phosphorylation oxydative et ceci est accompagné par l'émergence des CSC. En effet, nous montrons que l'Oncostatine M (OSM), une cytokine pro-inflammatoire de la famille de l'IL-6, régule l'autophagie et l'expression de l'hexokinase II (HK II). Cette enzyme, la première de la voie du métabolisme du glucose, est décrite pour jouer un rôle clé dans l'effet "Warburg". Nous montrons que l'invalidation de l'expression de HK II et PI3K/AKT prévient l'induction de la population CSC. De manière originale, nos résultats mettent en évidence un nouveau rôle pour l'autophagie qui confère, par acétylation, une protection à l'HK II contre la dégradation par le protéasome, permettant ainsi de maintenir une glycolyse accrue nécessaire pour l'émergence et le maintien des CSC
Tumor development as recently modelized according to the concept of cancer stem cells (CSCs) is a static model in which CSCs are the only ones responsible for emergence, resistance to treatment and tumor recurrence. However, the cancer biology is complex and the plasticity of CSCs suggests the existence of a bidirectional conversion between CSCs and non-CSCs. This thesis aims to elucidate the mechanisms by which autophagy, a process of self-digestion, governs the fate of breast CSCs and provides a better understanding of the process of plasticity. Our results highlight the involvement of autophagy in metabolic remodeling by increasing glycolysis at the expense of oxidative phosphorylation and this is accompanied by the emergence of CSCs. Indeed, we show that Oncostatin M (OSM), a pro-inflammatory cytokine of the IL-6 family, regulates autophagy and the expression of hexokinase II (HK II). This enzyme, the first of the glucose metabolism pathway, is described to play a key role in the 'Warburg' effect. Here we report that inhibition of HK II and PI3K / AKT prevent the induction of CSC population. Notably, the results presented in this thesis attribute to autophagy a new role which confers, by acetylation, a protection to HK II against the degradation by the proteasome, making it possible to maintain an increased glycolysis required for the emergence and maintenance of CSCs

L’objectif général de ce travail de thèse a été de caractériser in vivo, chez l’Homme, les réorganisations mnésiques retrouvées dans l’épilepsie temporo-mésiale pharmaco-résistante.Nous nous sommes appuyés sur une approche multimodale d’imagerie combinant étude de la connectivité et des réseaux d’activations mnésiques en IRMf, et étude de la consommation métabolique régionale inter-critique de glucose en TEP. Il s’agissait, notamment, de mieux comprendre la relative préservation mnésique retrouvée chez certains de ces patients, malgré l’implication du cortex temporal interne au sein de leurs réseaux épileptiques.Nos résultats, obtenus pour l’encodage d’items uniques non matériel-spécifiques, apportent des connaissances nouvelles sur l’adaptation fonctionnelle des réseaux cognitifs au sein et en dehors de la zone épileptogène, expliquant les différences de performance mnésique en reconnaissance, et leur lien possible avec les réseaux épileptiques.Ces travaux suggèrent, notamment, l’existence de ressources fonctionnelles additionnelles efficaces, à la fois locales et à distance, impliquant la voie visuelle ventrale bilatérale. Ces processus de compensation pourraient être conditionnés par les caractéristiques propres de l’atteinte primitive, et en particulier une implication différente des structures temporales internes au sein de la zone épileptogène. L’altération fonctionnelle de ce système perceptivo-mnésique pourrait induire une réorganisation inefficace plus large, sollicitant l’activation alternative des réseaux de l’attention, au niveau des régions fronto-cingulaires et pariétales
The overall objective of this thesis was to characterize in vivo the human memory reorganization observed in medial temporal lobe epilepsy, in particular for recognition memory.We conducted a multimodal neuroimaging approach, combining the study of connectivity and memory activation networks with fMRI, and the study of inter-ictal cerebral metabolic rate of glucose with PET. We aimed to better understand the relative preservation of memory found in some patients, despite the involvement of the medial temporal lobe within their epileptic networks. Our findings, obtained for the encoding of non material-specific single items, provide new insights into the functional adaptation of cognitive networks, within and outside the epileptogenic zone, and help to explain the differences in recognition performance, and their possible relationship with epileptic networks. These studies suggest, in particular, the existence of local and remote compensatory mechanisms which are functionally effective and involve the ventral visual stream bilaterally. These could be influenced by the exact involvement of medial temporal structures within the epileptogenic zone. The impairment of this perceptive-memory system may lead to a more large-scale reorganization with the alternative activation of an inefficient network of attention-related areas involving fronto-cingulate and parietal cortices

Le changement climatique pourrait entrainer, d'ici 2100, une hausse de la température moyenne à la surface de la Terre de 1°C à 6.5°C par rapport à la température moyenne estimée entre 1986 et 2005. Cela est susceptible d'augmenter le risque d'extinction des espèces, de modifier leur aire de répartition, en impactant la phénologie de reproduction et de migration des organismes, entraînant un changement des schémas de biodiversité à l'échelle mondiale. Les ectothermes, dont l'ensemble des traits physiologiques et comportementaux sont dépendants des températures environnementales, vont d'autant plus être affectés par le changement climatique et devront migrer vers des zones thermiques plus favorables, comme les zones de haute altitude. Cependant, en altitude, la diminution de la pression partielle de l'air réduit la quantité d'oxygène disponible. Cette nouvelle contrainte environnementale, l'hypoxie d'altitude, pourrait limiter leurs chances de coloniser ces milieux. Cette thèse cherche à mettre en évidence les réponses physiologiques à l'hypoxie d'altitude chez la Couleuvre vipérine, Natrix maura, une colonisatrice historique qui subit une expansion de gamme vers le haut, et à définir sa capacité à utiliser les espaces montagnards comme refuge face au changement climatique. Les objectifs sont, d'abord mesurer les effets de l'hypoxie d'altitude et de l'interaction qu'elle peut avoir avec la température sur le développement par l'intermédiaire du suivi de l'activité métabolique embryonnaire et des taux de développement. Puis, d'observer la persistance potentielle de ces effets sur les performances et le métabolisme des juvéniles. Les résultats de ces travaux suggèrent que, chez la Couleuvre vipérine, les réponses physiologiques plastiques des embryons à l'hypoxie de haute-altitude pourraient faciliter l'expansion de l'aire de répartition altitudinale à travers le maintien des phénotypes corporels et des performances physiques des juvéniles
By 2100, climate change could lead to an increase in the average temperature on the Earth's surface of 1°C to 6.5°C compared to the average temperature estimated between 1986 and 2005. This is likely to increase the risk of species extinction or change species ranges by impacting the reproductive phenology and the migration of organisms, leading to a change in biodiversity patterns on a global level. Ectotherms, whose set of physiological and behavioural traits are dependent on environmental temperatures, will be further affected by climate change and will have to migrate to more favourable thermal zones, such as to high altitude. However, at higher altitudes, the decrease in the partial pressure of the air reduces the availability of oxygen. This new environmental constraint, high-elevation hypoxia, could limit organisms' chances of colonizing these environments. This thesis seeks to highlight the physiological responses to high-elevation hypoxia in the Viperine snake, Natrix maura, a historical colonizer currently undergoing an upward range expansion, and to define its capacity to use mountain areas as a refuge in the context of climate change. The objectives are, in the first instance, to measure the effects of high-elevation hypoxia and the interaction it may have with temperature on development through monitoring embryonic metabolic activity and development rates. The second objective is to observe the potential persistence of these effects on the performance and metabolism of juveniles. The results of this work suggest that, in the Viperine Snake, the plastic physiological responses of embryos to high-elevation hypoxia could facilitate the expansion of the altitudinal range through the maintenance of body phenotypes and physical performance of juveniles

Une littérature très dynamique montre l'existence de profils métaboliques et redox spécifiques associés à des états d'immaturité, de différenciation ou d'activation cellulaire. Par ailleurs, certains produits dérivés du métabolisme, en déclenchant des voies de signalisation particulières, affectent le devenir cellulaire. Alors que le développement du tissu adipeux blanc est fortement dépendant du contexte métabolique, peu d'études se sont intéressées au rôle du métabolisme et plus particulièrement des métabolites sur les phénomènes de plasticité cellulaire très caractéristiques de ce tissu dont le brunissement. En effet, à côté des adipocytes blancs, des adipocytes dénommés "beige" exprimant la protéine découplante UCPl et distincts des adipocytes bruns dit classiques apparaissent dans le tissu adipeux blanc dans des conditions thermogéniques par exemple (brunissement). L'existence de plusieurs populations de précurseurs spécifiques des différents types d'adipocytes ainsi que le phénomène de transdifférenciation sont des mécanismes proposés comme étant à l'origine du phénomène de brunissement. L'objectif de nos travaux a été de déterminer i) s'il existait une hétérogénéité métabolique et fonctionnelle au sein des précurseurs adipocytaires et ii) l'impact de l'environnement métabolique sur le processus de brunissement. D'une part, nous avons mis en évidence que le marqueur de surface CD38, dont l'activité enzymatique est liée au métabolisme redox cellulaire par sa consommation de NAD+, constitue un marqueur d'engagement adipocytaire vers les voies adipogéniques blanche et beige. D'autre part, nous avons montré que le lactate, un important métabolite intermédiaire, induit le brunissement des adipocytes blancs et une forte augmentation de l'expression d'UCPI et ce par un mécanisme redox­ dépendant. Une seconde voie mettant en jeu le facteur FGF21 amplifie l'induction du browning induit par le lactate. De plus, grâce à différentes approches de perte et de gain de fonction in vivo, nous avons démontré que les adipocytes de type brun, dont le développement est fortement favorisé par le lactate, sont aussi de forts consommateurs de ce métabolite potentiellement toxique à fortes doses. Nos travaux attribuent donc une nouvelle fonction aux adipocytes de type brun. Outre leur fonction dans la régulation thermogénique, ne pourrions-nous pas en effet leur attribuer également une nouvelle fonction de défense face à un stress métabolique ?
A very dynamic literature daims that specific metabolic and redox profiles are associated with specific cellular states including stemness, differentiation or cell activation. Furthermore, some metabolism derivatives affect cellular behavior through the fine regulation of signaling pathways. Whereas white adipose tissue development and plasticity is highly dependent on the general metabolic context, few studies investigated the role ofmetabolism on its cell plasticity. Beside white adipocytes, some UCPI (uncoupling protein 1)-expressing adipocytes, that are distinct from classical brown adipocytes and named beige adipocytes arise among white fat in thermogenic conditions by the so-called browning process. The putative existence of different populations of precursors giving rise to the different types of adipocytes together with the transdifferentiation process appear as mechanisms at the origin of the browning process. The aim of our work was to define i) the putative existence ofmetabolic and functional heterogeneity within adipose precursors and ii) the impact ofthe metabolic environment on the browning process. First, we showed that the CD38 antigen, whose activity is linked to cell redox metabolism through NAD+ consumption, constitutes a marker for white and beige adipogenic commitment. We also demonstrated that lactate, a major redox metabolic intermediate, strongly induces browning ofwhite adipose cells through a redox-dependent increase in UCPI expression. An additional pathway involving the FGF21 growth factor also contributes to lactate induced-browning. Using different approaches of Joss and gain of function in vivo, we further showed that brown-like adioocvtes, whose development is strongly increased by lactate, constitute great consumers of this metabolite which is potentially toxic at high doses. Our works highlight a new function for brown-like adipocytes. Indeed, in addition to their thermogenic function, could they constitute cellular defense against metabolic stress?

Le muscle squelettique est un tissu plastique et représente l'effecteur primaire à l'exercice. Les procédés d'amélioration de la performance utilisent ces propriétés d'adaptation pour développer l'endurance et/ou la force. L'absence fréquente d'amélioration de la performance en endurance au niveau de la mer après un stage en altitude pourrait en partie être expliquée par une réduction des capacités musculaires d'oxydation des acides gras causée par l'hypoxie chronique. Sur ce paramètre, l'hypoxie et l'entraînement en endurance semblent avoir des effets antagonistes. La première étude de ce travail de thèse avait donc pour but d'étudier l'effet de l'hypoxie chronique associée à un entraînement en endurance sur l'oxydation musculaire des acides gras chez le rat. Les résultats, obtenus par mesure de la respiration mitochondriale, ont révélé que notre entraînement en endurance réalisé en hypoxie chronique permettait de compenser l'inhibition de l'oxydation des acides gras induite par l'hypoxie seule, et que l'enzyme mCPT-1 constituait un point de régulation important de ce paramètre sous l'action des deux stimuli. Les β2-agonistes, dont fait partie le clenbutérol, sont largement employés pour leurs propriétés anabolisantes sur le muscle squelettique. Cependant, les voies de signalisation cellulaires impliquées dans cette adaptation n'ont pas été déterminées de manière exhaustive. Dans la deuxième étude de notre travail, un traitement au clenbutérol à des doses dopantes pendant trois semaines a permis d'établir chez le rat une cinétique des adaptations musculaires induites, à savoir une hypertrophie associée à une conversion typologique vers un profil plus rapide/glycolytique. Ces adaptations étaient associées à une activation transitoire de l'expression de l'expression de gènes potentiellement impliquées dans l'hypertrophie musculaire : l'IGF-1, le MGF, la myogénine et le MCIP-1. L'absence d'hypertrophie musculaire à la suite d'un second traitement couplant le clenbuterol et la cyclosporine A, un inhibiteur de la calcineurine, indique que celle-ci serait fortement impliquée dans l'hypertrophie induite par le clenbutérol
Skeletal muscle is the primary effector in physical exercise and ergogenic proceeds for improving endurance or strength performance are based on its plasticity. Sea-level endurance performance is quite often unchanged after altitude/hypoxia training camp. This could be due to impairment in fatty acid oxydation (FAO) induced by chronic hypoxia. As endurance training is known to improve this parameter, the aim of our first study was to determine the combined effects of both chronic hypoxia and training on rat skeletal muscle FAO. The results, obtained from isolated mitochondria respiration, indicated that training in hypoxia compensated FAO inhibition caused by hypoxia alone, and that mCPT-1 was a key regulator of FAO in response to both stimuli. Clenbutérol and other β2-agonists are frequently used as doping agent for their capacity to induce skeletal muscle hypertrophy, but the signalling pathways for this adaptation are not thoroughly known. In our second study, using a kinetic approach, we showed on rat muscles that clenbuterol transiently activated the expression of hypertrophy-related genes : IGF-1, MGF, myogenin and MCIP-1, which suggests a role for stellite cells in this hypertrophy. Moreover, the absence of muscle hypertrophy when treating animals with clenbuterol and cyclosporine A indicates a strong implication of calcineurin activity in clenbuterol-induced muscle hypertrophy

Les acides gras (AGs) sont impliqués dans de nombreuses fonctions biologiques, allant de la composition des membranes cellulaires au stockage de l’énergie, en passant par la biosynthèse des hormones. En terme de santé publique, les conséquences d'une surconsommation en AGs sont très préoccupantes, l’OMS estimant que 2.8 millions de décès par an sont dus à l'obésité et à ses effets secondaires. Si le métabolisme lipidique est relativement bien connu, les mécanismes sous-jacents à la détection et à la préférence pour les AGs restent peu étudiés. Quelques études ont montré que la préférence des mammifères pour les AGs est modifiée par une exposition précoce à ces composés, mais peu de choses sont connues concernant les effets à long terme (intergénérationnel) d'une exposition aux AGs sur leur perception et le comportement alimentaire.La majorité des observations a été réalisée sur les mammifères ; les invertébrés, comme la Drosophile, ont été délaissés malgré leurs avantages (durée du cycle de développement, facilité d'élevage, outils génétiques) et malgré la bonne conservation des acteurs du métabolisme lipidique au cours de l’évolution. Il a été récemment montré dans notre laboratoire, que les larves et les adultes de Drosophila melanogaster sont capables de détecter et de discriminer les AGs en fonction de leur degré d’insaturation, et que leurs préférences vis-à-vis des AGs varient: les larves sont attirées par les AGs insaturés et repoussées par les AGs saturés alors que les adultes sont repoussés par les AGs insaturés et sont indifférents aux AGs saturés. Il a été suggéré que cette évolution des préférences pourrait refléter des besoins métaboliques différents chez la larve et chez l'adulte.Durant ma thèse, j'ai étudié les conséquences, intra- et intergénérationnelles, d’une exposition à un milieu enrichi en AG saturé (acide stéarique = C18:0) ou en AG insaturé (acide oléique = C18:1), sur les préférences larvaires et adultes (choix du site d'oviposition) ainsi que sur différents traits de vie. L'évolution des préférences larvaires et adultes pour ces deux AGs à l’aide de deux procédures de sélection a également été obordée.Les résultats obtenus montrent que, si les processus de sélections ne modifient pas durablement les préférences des individus envers les deux AGs utilisés, le comportement d'individus exposés, soit ponctuellement durant leur développement, soit de manière permanente sur une à dix générations, est affecté par cette exposition. Le choix du site de ponte par les femelles est modifié spécifiquement suite à une exposition au C18:0 ou au C18:1 durant leur développement larvaire. Si l'influence d'une expérience sensorielle précoce sur les préférences alimentaires de l'adulte avait déjà été mise en évidence chez certains mammifères et quelques insectes holométaboles (dont le système nerveux est presque complètement remanié durant la métamorphose), c'est la première fois qu'un tel phénomène est clairement démontré chez la Drosophile. Nous avons pu montrer qu’une exposition permanente à chacun des AGs modifie durablement à la fois les préférences d'oviposition et certains traits de vie majeurs (durée de développement, sex-ratio, fécondité et survie adulte). Ces résultats suggèrent que la Drosophile est capable de s'adapter à des nourritures variées et que cette plasticité, vraisemblablement déterminée génétiquement, pourrait expliquer le succès de cette espèce généraliste. Outre leur intérêt "écologique", ces observations démontrent l'intérêt du modèle Drosophile pour l'étude de la plasticité intra- et inter-générationelle des préférences envers les AGs
Fatty acids (FAs) are involved in many biological functions, from the cell membrane composition to energy storage, through hormone biosynthesis. The consequences of FAs overconsumption are of great concern in terms of public health since the WHO estimates that 2.8 million annual deaths due to obesity and its side effects. If lipid metabolism is relatively well known, the mechanisms underlying the detection and preference for FAs remain little studied. While some studies have shown that the preference of mammals for FAs is modified by early exposure to these compounds, little is known about FAs long-term effects on both their perception and food preference.The majority of studies have been conducted in mammals, invertebrates being neglected despite the benefits (life cycle, size, ease of breeding, genetic tools) of some models, such as Drosophila, and despite the good conservation of lipid metabolism actors during evolution. It has recently been shown that both Drosophila melanogaster larvae and adults are able to detect and discriminate FAs according to their unsaturation. Moreover, larval and adult preferences are different: the larvae are attracted by unsaturated FAs (UFAs) and repelled by saturated FAs (SFAs) while adults are repelled by the UFAs and indifferent to SFAs. It has been suggested that these preferences change may reflect different metabolic requirements between larvae and adults.During my PhD, I studied the effects of intra -and inter- generational exposure to a medium enriched either with a SFA (stearic acid = C18: 0) either with a UFA (oleic acid = C18: 1) on larval and adult preferences (oviposition site selection) toward these FAs, as well as on different life traits. On the other hand, I tested the evolution of both larval and adult preferences for these two FAs after two selection procedures, using these preferences as a selection criterion.My results show that if the selection processes do not permanently modify the individual preferences for both FAs considered, the behavior of individuals exposed either occasionally during development, either permanently from one to ten generations, is affected by this exposure. In particular, the egg-laying site choice by females is specifically modified by exposure to C18:0 and C18:1 during larval development. If the influence of early sensory experience on food preferences of adults had already been demonstrated in mammals and some holometabolous insects (whose nervous system is almost completely remodeled during metamorphosis), this is the first time that such a phenomenon is clearly demonstrated in Drosophila. On the other hand, continuous exposure to each of these FAs permanently alters both oviposition preferences and major life traits (development time, sex ratio, fecundity and adult survival). These results suggest that Drosophila is able to adapt to different foods, and this plasticity, probably genetically determined, may explain the success of this generalist species. In addition to their ecological interest, these results also demonstrate the usefulness of this model for the study of intra -and inter- generational preferences plasticity towards FAs

Les événements de diversification adaptative sont des éléments primordiaux de l'évolution. En effet, ils engendrent des innovations phénotypiques telles que la colonisation de nouvelles niches écologiques et au final, la spéciation. Afin d'étudier les ressorts écologiques et moléculaires de la diversification adaptative, nous utilisons la plus longue des expériences d'évolution en cours. Depuis 1988, soit plus de 60 000 générations, douze populations indépendantes issues d'un ancêtre commun d'Escherichia coli sont propagées quotidiennement dans un milieu minimum comportant une faible quantité de glucose.Un événement unique de diversification s'est produit dans une des 12 populations (Ara–2). Deux lignées de phénotypes différents sont apparues après environ 6500 générations, les S pour «Small» et les L pour «Large», chacune présentant des tailles cellulaires différentes. Les deux lignées coexistent grâce à une sélection négative dépendant de la fréquence qui favorise la lignée la plus rare et permet de supplanter sa concurrente; ainsi, aucune des deux lignées ne s'éteint. Avant l’événement de diversification, la population Ara–2 a développé un phénotype hypermutateur suite à la mutation d'un gène de réparation de l'ADN. L'objectif de cette thèse est de caractériser les mécanismes écologiques, physiologiques et moléculaires sous-tendant l'émergence et la coexistence des lignées S et L.En premier lieu, nous avons utilisé un ensemble d'expériences d'évolution in vivo et in silico afin de déterminer les moteurs écologiques et physiologiques de l'émergence de ce polymorphisme. Plusieurs mécanismes écologiques, incluant les compromis (trade-off évolutifs), la saisonnabilité et les déplacements de caractères interviennent dans l'émergence et la persistance de la diversité au long terme. Nous avons montré que la lignée L, en produisant de l'acétate, créait une nouvelle opportunité écologique exploitée par les S. De plus, au cours du temps, les S et les L s'adaptent à leur niche écologique, respectivement l'acétate et le glucose.En second lieu, nous avons cultivé les S et les L séparément pour éliminer la compétition entre les deux lignées. Dans ces conditions, il y a perte des interactions dépendantes de la fréquence entre les S et les L. Ceci démontre l'importance de la compétition dans le maintien du polymorphisme.En troisième lieu, nous avons combiné des approches génétiques, physiologiques et biochimiques pour déterminer le rôle, dans l'émergence du polymorphisme, d'une mutation spécifique aux S survenant dans le gène arcA, codant un régulateur global. Nous avons montré que l'allèle évolué de arcA augmentait la transcription de gènes du métabolisme de l'acétate dans la lignée S. Au cours de cette étude, nous avons identifié une mutation supplémentaire dans le gène acs, impliqué dans le métabolisme de l'acétate, intervenant dans l'émergence de la lignée S. Nous avons aussi démontré que ces deux mutations étaient favorables à la lignée S au début de son émergence, puis que des mutations plus tardives agissaient de façon épistatiques avec les allèles évolués de acs et de arcA. Ainsi, ces résultats démontrent que l'établissement et le maintien du polymorphisme des S et des L est un processus en plusieurs étapes nécessitant des interactions épistatiques entre plusieurs mutations.En quatrième lieu, nous avons identifié la dynamique au long terme des taux de mutations dans cette population. L'apparition et l'invasion rapide du phénotype hypermutateur est suivie d'une réversion complète mais indépendante dans chacune des lignées S et L.L'émergence d'un polymorphisme bactérien durable reflète une restructuration complexe des réseaux métaboliques et de régulation dans ces lignées qui co-existent, ce qui aboutit à l'apparition et à l'exploitation de nouvelles opportunités écologiques. La compétition et l'évolution de l'utilisation de ressources différentes sont des forces sélectives permettant le maintien du polymorphisme
Diversification events are central issues in evolution since they generate phenotypic innovation such as colonization of novel ecological niches and, ultimately, speciation. To study the ecological and molecular drivers of adaptive diversification, we used the longest still-running evolution experiment. Twelve independent populations are propagated in a glucose limited minimal medium from a common ancestor of Escherichia coli by serial daily transfers since 1988 for more than 60,000 generations. In one of the twelve populations, called Ara–2, a unique diversification event occurred: two phenotypically-differentiated lineages, named S (Small) and L (Large) according to their cell size, emerged from a common ancestor at ~ 6500 generations. The two lineages co-exist ever since, owing to negative frequency-dependent selection whereby each lineage is favored and invades the other when rare, such that no lineage gets extinct. Moreover, and before the split between the two S and L lineages, the population Ara–2 evolved a hypermutator phenotype, owing to a defect in a DNA repair gene. The objective of this thesis is to characterize the ecological, physiological and molecular mechanisms that allowed the emergence and stable co-existence of the S and L lineages.First, we used a combination of in vivo and in silico experimental evolution to determine the ecological and physiological drivers of the emergence of the polymorphism. Several ecological mechanisms including tradeoff, seasonality and character displacement are involved in the emergence and long-term persistence of diversity. In particular, we showed that the L lineage secretes acetate which generates a new ecological opportunity that the S lineage exploited. In addition, the S and L lineages became fitter and fitter over time in their respective ecological niches, respectively acetate and glucose. Second, we propagated S and L clones separately to remove competition between the two lineages. In these conditions, frequency-dependent interactions between the S and L clones evolved separately were completely abolished, revealing the importance of competition in the maintenance of the polymorphism. Third, we combined genetic, physiological and biochemical approaches to determine the role of an S-specific mutation that was previously found in arcA, encoding a global regulator, in the emergence of the S and L polymorphism. We showed that the evolved arcA allele conferred to the S lineage the capacity to growth on acetate by increasing the transcription of target genes involved in acetate consumption. During this study, we found an additional mutation, in the acs gene involved in acetate metabolism, that was also involved in the emergence of the S lineage. We further showed that these two mutations were favorable to the S lineage early during its emergence, and that other mutations occurred later that interacted epistatically with the acs and arcA evolved alleles. Therefore, these data showed that the establishment and further maintenance of the S and L polymorphism was a multi-step process involving epistatic interactions between several mutations. Fourth, we identified the long-term dynamics of mutation rates in this divergent population. A first early rise of a hypermutator was followed by a full reversion of this mutator state twice independently in each of the two S and L lineages.The emergence of a long-term bacterial polymorphism reflects a complex restructuration of the metabolic and regulatory networks in the co-existing lineages, resulting in the generation and exploitation of a new ecological opportunity. Competition and evolution of divergent resource consumption were the selective forces driving the maintenance of the polymorphism

Une étude comparative de la régulation nutritionnelle du métabolisme des lipides chez la vache et la chèvre laitières a été réalisée afin d’identifier les mécanismes et préciser les spécificités de ces 2 espèces en vue d’une meilleure maîtrise de la quantité et de la qualité de la matière grasse laitière (MGL). Les effets respectifs de régimes riches en concentrés non supplémenté (CTL) ou supplémentés en huile de maïs et en amidon (COS), ou en poudre d’algues (MAP) ou en huile de palme hydrogénée (HPO) sur la plasticité et la composition de la MGL, et sur des indicateurs des métabolismes ruminal, intermédiaire et mammaire ont été étudiés chez la vache et la chèvre (n=12 par espèce) conduites simultanément selon un carré latin 4X4. Les régimes n’ont pas eu d’effet sur la production laitière quelle que soit l’espèce. Cependant, une différence de réponse inter-espèces au régime COS a été observée avec une forte chute de la teneur en MGL (-45%) chez la vache mais pas chez la chèvre. Le régime MAP a conduit à une diminution de la teneur en MGL chez la vache (-22%) et, dans une moindre mesure, chez la chèvre (-15%), tandis que HPO l'a augmentée seulement chez la vache (+13%). Les différences majeures observées avec COS entre les 2 espèces sont attribuées 1/ à des différences de biohydrogénations ruminales (BHR) des AG polyinsaturés avec une plus grande stabilité des voies classiques de BHR chez la chèvre ; 2/ au métabolisme intermédiaire, avec une augmentation des lipides circulants chez la chèvre suggérant une plus grande disponibilité en AG longs pour la glande mammaire (GM). Les réponses à MAP ont été attribuées à des mécanismes similaires chez les 2 espèces mais différents en termes d’indicateurs des métabolismes ruminal et intermédiaire de ceux identifiés pour COS. Chez la vache HPO se distingue par une augmentation du C16:0 et C16:1 cis-9 du lait suggérant un transport et/ou un captage privilégié du C16:0 chez cette espèce. Quel que soit le régime, le métabolisme mammaire des lipides, étudié via l’abondance des ARNm de gènes de la lipogenèse, n’a pas été relié aux données de sécrétions des AG du lait. Nos résultats montrent que la plasticité de la MGL chez deux espèces de ruminants, à priori proches, est contrôlée par des mécanismes différents selon l’espèce et le régime. Nous avons construit une base de données phénotypiques sur 24 animaux de 2 espèces recevant 4 régimes dont l’analyse nous a permis de préciser les mécanismes de synthèse de la MGL. Ce projet de recherche pourrait permettre, in fine, de proposer des outils de monitoring via le phénotypage de la composition fine du lait et de proposer des stratégies d’élevage pour moduler les performances de l’animal
A comparative study of the nutritional regulation of lipid metabolism in dairy cows and goats was performed to identify the mechanisms and clarify the specificities of these 2 ruminant species in order to better control milk fat yield and quality. The effects of diets containing no additional lipid (CTL) or supplemented with corn oil (5% dry matter intake (DMI)) and wheat starch (COS), marine algae powder (MAP) (1.5% DMI), or hydrogenated palm oil (HPO) (3% DMI), on milk fat plasticity and composition, and on indicators of ruminal, intermediary and mammary metabolisms were studied in cows and goats (n=12 per species) conducted simultaneously according to a 4x4 Latin square design. Dietary treatments had no significant effects on milk yield in both species. Conversely, species-specific response of milk fat content to dietary treatment were observed: in cows, milk fat content was lowered by COS (-45%) and MAP (-22%) and increased by HPO (+13%) compared with CTL, and in goats, only MAP had an effect compared with CTL by decreasing milk fat content by 15%. The major differences observed for COS among species were attributed 1/ at differences in the polyunsaturated fatty acids (FA) ruminal biohydrogenation (RBH) processes with a greater stability of the classical RBH pathways in goats; 2/ at the intermediary metabolism, with an increase in circulating lipids in goats suggesting a higher availability of long chain FA for mammary gland (MG). Responses on MAP treatment were attributed to similar mechanisms among species but different to those outlined for COS in terms of indicators of ruminal and intermediary metabolisms. In cows, HPO was characterized by an increased in milk 16:0 et cis-9 16:1 suggesting a favoured transport and/or uptake of 16:0 in this species. Whatever the dietary treatment the mammary lipid metabolism studied by the mRNA abundance of few lipogenic genes was not related with milk FA yields. Our results demonstrated that the milk fat plasticity in two closely related ruminant species is controlled by different mechanisms depending on species and dietary treatments. We produced a database on 24 animals of 2 species receiving 4 dietary treatments. The dataset analysis allowed us to enhance our knowledge on regulation mechanisms of milk fat synthesis. This research project will contribute for the development of monitoring tools based on milk composition phenotyping, and to propose husbandry strategies that modulate animal performance

L’appareil digestif est un organe vital qui assure la digestion des aliments, l’absorption des nutriments et l’élimination des déchets. Une des propriétés essentielles du tube digestif est la motricité digestive qui est définie comme l’ensemble des contractions nécessaires au transit du bol alimentaire depuis la bouche jusqu’à l’anus. Les acteurs de la motricité digestive sont le système nerveux entérique, les cellules interstitielles de Cajal, et les cellules musculaires lisses. Les cellules musculaires lisses et les cellules interstitielles de Cajal ont pour origine un progéniteur mésenchymateux commun. Les cellules dérivées du mésenchyme présentent une certaine plasticité et sont capables de transiter d’un état différencié contractile et fonctionnel à un état prolifératif et immature. Toutefois, un déséquilibre de cette balance au profit de l’état d’immaturité est à l’origine de désordres de motricité digestive. Les travaux de recherches développés par l’équipe ont pour objectifs d’étudier les mécanismes qui gouvernent la différenciation des progéniteurs mésenchymateux digestifs afin d’étudier ces mécanismes en conditions pathologiques. Dans cet optique, l’équipe a identifié le gène LIX1 (LImb eXpression 1) comme le premier marqueur moléculaire de l’immaturité du muscle lisse digestif et a mis en évidence son rôle dans le contrôle de la différenciation des progéniteurs mésenchymateux au travers de la régulation de l’oncogène YAP1 (McKey et al, 2016). Dans ce contexte, le travail de recherche que j’ai réalisé s’est principalement concentré sur l’étude de LIX1 et de ses protéines partenaires dans le contrôle de la différenciation des cellules musculaires lisses gastriques et leur plasticité en conditions pathologiques.Dans un premier temps, j’ai étudié la fonction de LIX1 dans un cancer mésenchymateux du tube digestif, les GISTs (GastroIntestinal Stromal Tumor). J’ai mis en évidence le rôle et la fonction de LIX1 dans l’agressivité et dans l’immaturité des GISTs. Dans un deuxième temps, j’ai participé à la caractérisation moléculaire de cellules dérivées de patients POIC (Pseudo Obstruction Intestinale Chronique) pour lesquelles nous avons mis en évidence un défaut de différenciation associé à une expression anormale de PDGFR-A. Dans un troisième temps, j’ai développé un modèle de cellules musculaires lisses gastriques humaines dont la différenciation est maîtrisable pour étudier le métabolisme au cours de la différenciation. L’ensemble des travaux montre que LIX1 et sa mécanistique participent à la plasticité des SMCs
The digestive tract is a vital organ ensuring food digestion, nutrient absorption and waste excretion. One of the main properties of digestive tract is the motricity which is defined as the set of contractions that allows the transition of the food from the mouth to the anus. Cells involved in the regulation of digestive plasticity are the enteric nervous cells, the interstitial cells of Cajal and the smooth muscle cells. The interstitial cells of Cajal and smooth muscle cells derived from a common mesenchymal progenitor. Mesenchyme-derived cells have the unique capacity to switch from the contractile and functional state to an immaturity state. This plasticity is responsible for motricity disorders. Our work aims to identify the mechanisms involved in the differentiation of the mesenchymal progenitors and to study those mechanisms in pathological conditions. The team previously identified the LIX1 gene (LImb eXpression 1) as the first molecular marker of the digestive smooth muscle immaturity and demonstrated its role on the differentiation of mesenchymal progenitors through the control of YAP1 (McKey et al., 2016). In this context, during my thesis, I focused on LIX1 and the mitochondrial remodeling as a putative regulatory mechanism of mesenchymal-derived cells differentiation. First, I investigated and demonstrated the role and function of LIX1 in the aggressiveness and the immaturity of the GastroIntestinal Stromal Tumor (GIST) cells. In parallel, I participated to the characterization of cells derived from CPIO (Chronic Pseudo Intestinal Obstruction) patients. Finally, I developed a new model of human gastric smooth muscle cells to evaluate the metabolism during the SMC differentiation. Altogether, we showed that LIX1 and its downstream pathways control SMC plasticity

Le syndrome de stress post-traumatique est une pathologie caractérisée par des symptômes de réexpérimentation, d’évitement et d’hypervigilance. L’apparition d’un syndrome de stress posttraumatique après un événement traumatisant peut être prédit par un déficit de sécrétion en glucocorticoïdes. Le rôle de ce déficit dans la vulnérabilité individuelle face au stress a été analysé par deux approches différentes chez le rat. Dans une première approche, une déplétion pharmacologique a été induite par la métyrapone puis les réactions physiologiques et comportementales pendant le stress ont été caractérisées. Dans une seconde approche, les différences interindividuelles d’une population soumise à un stresseur intense ont été caractérisées en termes de réponse physiologique, comportementale et d’expression génique dans l’hippocampe. Ces études n’ont pas mis en évidence de vulnérabilité accrue induite par un déficit en glucocorticoïde. Au contraire, la métyrapone a montré des propriétés anxiolytiques indépendamment de son effet sur les glucocorticoïdes. La métyrapone a également modifié le métabolisme central et périphérique d’une façon qui pourrait expliquer ses propriétés neuroprotectrices. Enfin, l’approche naturaliste a mis en évidence l’importance de la plasticité synaptique dans la résilience face au stress
Post-traumatic stress disorder is a pathology characterized by reexperience, avoidance and hyper-arousal symptoms. Emergence of post-traumatic stress disorder after a traumatic event can be predicted, to a certain extent, by a glucocorticoid secretion deficiency. The role of this deficiency in stress vulnerability has been analysed by two different approaches in the rat. In a first approach, a pharmacological depletion has been induced by metyrapone, then, physiological and behavioural reactions during stress have been characterized. In a second approach, inter-individual differences of a population submitted to an intense stressor has been characterized in terms of physiological, behavioural and hippocampal gene expression responses. These studies failed to evidence an increased vulnerability induced by a glucocorticoid deficiency. On the contrary, metyrapone exhibited anxiolytic-like properties independently of its effects on glucocorticoids. Metyrapone has also modified central and peripheral metabolism in a way that could explain its neuroprotective properties. Finally, the naturalistic approach has evidenced the emphasis of synaptic plasticity in the resilience to stress

La viticulture est fortement dépendante de l’utilisation de produits phytosanitaires et très peu de solutions alternatives sont aujourd’hui disponibles. Les sarments de vigne sont des coproduits très largement disponibles et peu valorisés qui accumulent des polyphénols possédant des activités contre le mildiou de la vigne. Ce travail contribue au développement d’extraits de sarments de vigne à visé anti-mildiou en s’appuyant sur des expérimentations au vignoble et des approches métabolomiques pour l’analyse des polyphénols. Les essais au champ sur trois ans et trois cépages sensibles au mildiou apportent des résultats encourageants pour le biocontrôle de Plasmopara viticola sur feuilles comme sur grappes. Des analyses métabolomiques ciblées par UPLC-DAD-MS d’extraits de sarments ont permis de discriminer huit cépages principaux du Val de Loire montrant ainsi le déterminisme génétique de la signature en polyphénols. Le criblage métabolomique d’une large collection génétique de cépages européens a permis d’identifier des cépages élites pour la production de polyphénols. Enfin, une étude métabolomique spatialisée à l’intérieur d’une parcelle a montré que les profils métaboliques des sarments de vigne sont également dépendants des facteurs environnementaux et notamment de la texture du sol
Viticulture strongly relies on agrochemical products and only few alternative solutions are available. Grape stems are abundant byproducts rich in polyphenols with antifungal activities. This work aims to develop grape stem extracts with antifungal activities based on field-experiments and metabolomics approaches for the analysis of polyphenols. A large-scale study in vineyards showed encouraging results for the biocontrol of Plasmopara viticola on both leaves and clusters. UPLC-DAD-MS-based targeted metabolomics of grape stems discriminates eight representative varieties of Loire Valley, thus showing the genetic determinism of polyphenol signature. Metabolomic screening of a large germplasm collection of European grape varieties allowed to selection of polyphenol-rich varieties. Finally, spatialized metabolomics within a vineyard parcel showed that polyphenol composition in grape stems also depends on environmental cues particularly soil texture

Les bactéries du genre Nocardia sont des Actinobactéries filamenteuses. Ces microorganismes sont saprophytes du sol. Les infections à Nocardia ou nocardioses se manifestent dans la majorité des cas (60%) par des infections pulmonaires et plus rarement par des infections cérébrales. La souche Nocardia cyriacigeorgica GUH-2 à causé la mort d'un patient dans les années 70. Des études sur cette souche ont montré qu'elle avait un haut pouvoir pathogène et qu'elle était capable dans certaines conditions de déclencher chez la souris et les primates le développement de troubles moteurs similaires à ceux observés dans la maladie de Parkinson. Afin d'appréhender l'implication de l'espèce pathogène opportuniste N. cyriacigeorgica dans l'une des plus importantes maladies neurodégénératives du 21ème siècle, le séquençage du génome de la souche N. cyriacigeorgica GUH-2 à été entrepris. Il a permis l'identification d'un grand nombre de gènes liés à la virulence et à la résistance aux antibiotiques ainsi que l'identification d'ilots génomiques et de séquences d'insertions reflétant une plasticité plus grande que celle qui était décrite pour ce genre bactérien. L'étude de groupements de gènes impliqués dans la production de métabolites secondaire a montré que ces molécules pourraient être responsables des propriétés neurodégénératives de la souche. L'espèce de N. cyriacigeorgica étant retrouvée fréquemment en clinique sans que son réservoir naturel n'ai été mis en évidence à ce jour, la mise au point de marqueurs de détection génétique a été réalisé afin de permettre la recherche de la niche écologique de cette espèce mais également de faciliter le diagnostic des nocardioses.

Tableau d'honneur de la FÉSP
Tableau d'honneur de la FÉSP
La signalisation calcique dendritique joue un rôle important dans la régulation de mécanismes neuronaux, tels que la plasticité synaptique et l’intégration de l’information transmise. Bien compris chez les neurones principaux, ce processus de régulation est moins étudié chez les divers types d’interneurones GABAergiques qui modulent l’acquisition et l’envoi de signaux neuronaux. Chez les interneurones à décharge rapide, un type d’interneurone commun dans les circuits corticaux, il a été démontré qu’il y a absence de rétropropagation des potentiels d’action dans les dendrites distales (Hu et al., 2010). Cette découverte a des implications fonctionnelles, car la rétropropagation des potentiels d’action est un signal important pour l’induction des formes de plasticité synaptique hebbiennes. Par contre, il a été suggéré que l’activité dendritique locale pourrait compenser pour l’absence de rétropropagation des potentiels d’action. En conséquence, ce travail porte sur l’étude des évènements calciques dans les dendrites distales des interneurones à décharge rapide. Nous avons cherché à déterminer s’il est possible de générer ces signaux calciques par stimulation dendritique locale, à étudier les mécanismes responsables de ces signaux et à déterminer si ces signaux jouent un rôle dans la régulation de la plasticité synaptique à ces synapses. Pour atteindre ces objectifs, nous avons utilisé une combinaison de méthodes électrophysiologiqes (patch-clamp en mode cellule entière), d’imagerie calcique deux-photons et de modélisation computationnelle. Nous avons pu établir qu’il est possible de générer des évènements calciques postsynaptiques supralinéaires dans les synapses excitatrices étudiées par stimulation électrique locale. Ces signaux sont médiés par l’influx calcique provenant de l’activation des récepteurs AMPA perméables au Ca2+, qui déclenche à son tour le relâchement de Ca2+ par les récepteurs ryanodine présents sur réserves calciques intracellulaires. Ces signaux comprennent aussi une contribution calcique mineure des récepteurs NMDA, et ils restent locaux (pas de propagation dans l’arbre dendritique). De plus, nous avons déterminé que ces évènements calciques supralinéaires produisent un revirement de la plasticité synaptique, car ils induisent la dépression à long-terme dans les synapses étudiées, alors que les signaux calciques de basse amplitude induisent la potentiation à long-terme. Nous avons aussi examiné si ces évènements calciques supralinéaires étaient générés de façon équivalente dans les dendrites apicales et basales, qui reçoivent des synapses de différentes sources. Nous avons observé que les signaux des dendrites apicales avaient une plus grande amplitude et étaient associés à un plus haut niveau de dépolarisation. À partir de la modélisation, nous avons pu prédire le nombre de synapses nécessaires à la génération de ces signaux et la contribution potentielle des mécanismes d’extrusion du Ca2+. Finalement, nous avons étudié la spécificité cellulaire des mécanismes d’intégration dendritique en combinant l’imagerie calcique et la modélisation dans un type différent d’interneurone, les interneurones spécifiques aux interneurones type III. En conclusion, nous avons prouvé qu’il existe dans certains interneurones des mécanismes alternatifs, médiés par des hausses de Ca2+ locales, permettant la régulation de la plasticité aux synapses excitatrices.
La signalisation calcique dendritique joue un rôle important dans la régulation de mécanismes neuronaux, tels que la plasticité synaptique et l’intégration de l’information transmise. Bien compris chez les neurones principaux, ce processus de régulation est moins étudié chez les divers types d’interneurones GABAergiques qui modulent l’acquisition et l’envoi de signaux neuronaux. Chez les interneurones à décharge rapide, un type d’interneurone commun dans les circuits corticaux, il a été démontré qu’il y a absence de rétropropagation des potentiels d’action dans les dendrites distales (Hu et al., 2010). Cette découverte a des implications fonctionnelles, car la rétropropagation des potentiels d’action est un signal important pour l’induction des formes de plasticité synaptique hebbiennes. Par contre, il a été suggéré que l’activité dendritique locale pourrait compenser pour l’absence de rétropropagation des potentiels d’action. En conséquence, ce travail porte sur l’étude des évènements calciques dans les dendrites distales des interneurones à décharge rapide. Nous avons cherché à déterminer s’il est possible de générer ces signaux calciques par stimulation dendritique locale, à étudier les mécanismes responsables de ces signaux et à déterminer si ces signaux jouent un rôle dans la régulation de la plasticité synaptique à ces synapses. Pour atteindre ces objectifs, nous avons utilisé une combinaison de méthodes électrophysiologiqes (patch-clamp en mode cellule entière), d’imagerie calcique deux-photons et de modélisation computationnelle. Nous avons pu établir qu’il est possible de générer des évènements calciques postsynaptiques supralinéaires dans les synapses excitatrices étudiées par stimulation électrique locale. Ces signaux sont médiés par l’influx calcique provenant de l’activation des récepteurs AMPA perméables au Ca2+, qui déclenche à son tour le relâchement de Ca2+ par les récepteurs ryanodine présents sur réserves calciques intracellulaires. Ces signaux comprennent aussi une contribution calcique mineure des récepteurs NMDA, et ils restent locaux (pas de propagation dans l’arbre dendritique). De plus, nous avons déterminé que ces évènements calciques supralinéaires produisent un revirement de la plasticité synaptique, car ils induisent la dépression à long-terme dans les synapses étudiées, alors que les signaux calciques de basse amplitude induisent la potentiation à long-terme. Nous avons aussi examiné si ces évènements calciques supralinéaires étaient générés de façon équivalente dans les dendrites apicales et basales, qui reçoivent des synapses de différentes sources. Nous avons observé que les signaux des dendrites apicales avaient une plus grande amplitude et étaient associés à un plus haut niveau de dépolarisation. À partir de la modélisation, nous avons pu prédire le nombre de synapses nécessaires à la génération de ces signaux et la contribution potentielle des mécanismes d’extrusion du Ca2+. Finalement, nous avons étudié la spécificité cellulaire des mécanismes d’intégration dendritique en combinant l’imagerie calcique et la modélisation dans un type différent d’interneurone, les interneurones spécifiques aux interneurones type III. En conclusion, nous avons prouvé qu’il existe dans certains interneurones des mécanismes alternatifs, médiés par des hausses de Ca2+ locales, permettant la régulation de la plasticité aux synapses excitatrices.
Dendritic Ca2+ signaling plays an important role in the regulation of neuronal processes, such as synaptic plasticity and input integration. Well-studied in principal neurons, this form of regulation is not well understood in the various types of GABAergic interneurons that modulate activity in neuronal networks. In fastspiking (FS) interneurons, a common interneuron type in cortical circuits, it has been shown that there is a lack of action potential (AP) backpropagation in distal dendrites (Hu et al., 2010). This discovery has functional implications, AP backpropagation is an important signal for the induction of Hebbian forms of synaptic plasticity. However, it has been suggested that local dendritic activity could compensate for the absence of AP backpropagation. Consequently, this work focuses on the study of Ca2+ transients in distal dendrites of FS interneurons. We sought to determine whether it is possible to generate supralinear Ca2+ transients through local dendritic stimulation, to study the mechanisms responsible for those transients and to determine whether those signals play a role in the regulation of synaptic plasticity at those synapses. To reach those objectives, we used a combination of electrophysiological methods (whole-cell patch-clamp recordings), two-photon Ca2+ imaging and of computational modeling. We were able to establish that supralinear postsynaptic Ca2+ transients can be generated through local electrical stimulation of excitatory synapses in distal dendrites. These Ca2+ transients were mediated by Ca2+ influx from the activation of Ca2+-permeable AMPA receptors, which triggers Ca2+ release through ryanodine receptors present on intracellular Ca2+ stores (Ca2+-induced Ca2+ release). These Ca2+ signals also contain a minor contribution from NMDA receptors, and stay localized (no significant propagation in the dendritic arbor). In addition, we determined that these supralinear Ca2+ signals constitute a switch in the expression of synaptic plasticity, as they induce long-term depression in local synapses, while low-amplitude Ca2+ signals induced synaptic long-term potentiation. We also examined whether these supralinear Ca2+ transients were generated in both apical and basal dendrites, which receive synaptic contacts from different sources (Schaffer collaterals vs local collaterals). We observed that Ca2+ transients in apical dendrites had a higher amplitude and were associated with a higher level of somatic depolarization. We were also able to predict, through computational modeling, the number of synapses necessary to the generation of those signals and the potential contribution of Ca2+ extrusion mechanisms. Finally, we studied the cell-specificity of dendritic integration mechanisms by combining Ca2+ imaging and modeling in a different interneuron type, interneuron-specific interneurons type III. In conclusion, we were able to prove that certain interneurons possess alternative mechanisms, mediated through local Ca2+ transients, that allow for the regulation of plasticity at excitatory synapses.
Dendritic Ca2+ signaling plays an important role in the regulation of neuronal processes, such as synaptic plasticity and input integration. Well-studied in principal neurons, this form of regulation is not well understood in the various types of GABAergic interneurons that modulate activity in neuronal networks. In fastspiking (FS) interneurons, a common interneuron type in cortical circuits, it has been shown that there is a lack of action potential (AP) backpropagation in distal dendrites (Hu et al., 2010). This discovery has functional implications, AP backpropagation is an important signal for the induction of Hebbian forms of synaptic plasticity. However, it has been suggested that local dendritic activity could compensate for the absence of AP backpropagation. Consequently, this work focuses on the study of Ca2+ transients in distal dendrites of FS interneurons. We sought to determine whether it is possible to generate supralinear Ca2+ transients through local dendritic stimulation, to study the mechanisms responsible for those transients and to determine whether those signals play a role in the regulation of synaptic plasticity at those synapses. To reach those objectives, we used a combination of electrophysiological methods (whole-cell patch-clamp recordings), two-photon Ca2+ imaging and of computational modeling. We were able to establish that supralinear postsynaptic Ca2+ transients can be generated through local electrical stimulation of excitatory synapses in distal dendrites. These Ca2+ transients were mediated by Ca2+ influx from the activation of Ca2+-permeable AMPA receptors, which triggers Ca2+ release through ryanodine receptors present on intracellular Ca2+ stores (Ca2+-induced Ca2+ release). These Ca2+ signals also contain a minor contribution from NMDA receptors, and stay localized (no significant propagation in the dendritic arbor). In addition, we determined that these supralinear Ca2+ signals constitute a switch in the expression of synaptic plasticity, as they induce long-term depression in local synapses, while low-amplitude Ca2+ signals induced synaptic long-term potentiation. We also examined whether these supralinear Ca2+ transients were generated in both apical and basal dendrites, which receive synaptic contacts from different sources (Schaffer collaterals vs local collaterals). We observed that Ca2+ transients in apical dendrites had a higher amplitude and were associated with a higher level of somatic depolarization. We were also able to predict, through computational modeling, the number of synapses necessary to the generation of those signals and the potential contribution of Ca2+ extrusion mechanisms. Finally, we studied the cell-specificity of dendritic integration mechanisms by combining Ca2+ imaging and modeling in a different interneuron type, interneuron-specific interneurons type III. In conclusion, we were able to prove that certain interneurons possess alternative mechanisms, mediated through local Ca2+ transients, that allow for the regulation of plasticity at excitatory synapses.

Les Glioblastomes (GBM) sont des tumeurs cérébrales de trés sombre pronostic malgré leur traitement associant résection chirurgicale et chimio/radiothérapie. Ils contiennent notamment une sous-population de cellules souches/initiatrices de GBM (GIC) impliquée dans la radio/chimiorésistance et la récidive de ces tumeurs en étant capable de générer la majorité des cellules tumorales plus différenciées. Des études ont montré que les cellules tumorales pourraient avoir la capacité de se dédifférencier et d'acquérir un phénotype plus proche des GIC en réponse à des stress. Notre hypothèse est qu'une telle plasticité pourrait avoir lieu en réponse aux radiations ionisantes (RI) et participer à la récidive rapide de ces tumeurs après thérapie. En effet, j'ai montré que l'exposition de cultures primaires de cellules de GBM établies à partir de résection de patients à une dose infra-toxique et cliniquement relevante de RI potentialise à long terme la réacquisition de caractéristiques associées au phénotype des GIC (auto-renouvellement, expression de marqueurs souches et tumorigénicité). J'ai identifié au cours de ce processus (1) une surexpression de la protéine anti-apoptotique Survivine; dont l'inhibition pharmacologique bloque la plasticité radio-induite, (2) une reprogrammation métabolique précoce et (3) une enzyme impliquée dans l'acidification du pH extracellulaire, qui semble favoriser le processus de dédifférenciation radio-induite. A terme, le ciblage des mécanismes impliqués dans de ce processus adaptif aux RI pourrait contribuer à développer des stratégies thérapeutiques innovantes pour radiosensibiliser ces tumeurs
Glioblastomas (GBM) are some highly lethal brain tumors despite a treatment associating surgical resection and radio-chemotherapy. Amongst these tumors, a subpopulation of radio/chemoresistant GBM stem-like/initiating cells (GIC) appears to be involved in the systematic GBM recurrence through the generation of more differenciated tumoral cells. Recent studies showed that tumor cells may have the ability to dedifferentiate and acquire a GIC phenotype in response to microenvironment stresses. We hypothesized that GBM cells could be subjected to a similar dedifferentiation process after ionizing radiations (IR), then supporting the GBM rapid recurrence after radiotherapy. Indeed, I showed that the exposure of several primo-cultures of differentiated GBM cells isolated from patient resections to a subtoxic and clinically relevant IR dose potentiated the long-term reacquisition of GIC properties (self-renewal ability, expression of stemness markers and tumorigenicity). I also identified during this process (1) an up-regulation of the anti-apoptotic protein Survivin whose pharmacological down-regulation led to a blockade of the IR-induced plasticity, (2) the presence of a metabolic shift occurring quickly after IR and (3) an enzymatic target, which appears to be involved in extracellular acidification under IR and could also potentiate the long term dedifferentiation induced by IR. At term, targeting the mechanisms associated with IR-induced plasticity in order to inhibit the IR-induced adaptive processes will likely contribute to develop some innovating pharmacological strategies for an improved radio-sensitization of these brain tumors

De plus en plus d’études suggèrent queles cellules non neuronales du système nerveux central participent activement au contrôle de la libération neuroendocrine de la GnRH (gonadotrophin releasing hormone), le neurohormone qui contrôle la maturation sexuelle et la fonction de reproduction. Dans l’hypothalamus, l’interrelation entre les cellules épendymogliales de l’éminence médiane, appelées tanycytes, et les terminaisons neuroendocrines apparaissent comme un paramètre essentiel dans la régulation de la libération de la GnRH dans le sang porte hypophysaire. Cependant, les processus de communication cellule-cellule qui engendrent les changements structuraux et physiologiques au niveau de cette jonction neurovasculaire restent très peu connus. Dans la première partie de ce travail, nous rapportons que les cellules endothéliales purifiées de l’éminence médiane provoquent la réorganisation du cytosquelette d’actine des tanycytes via la sécrétion de monoxyde d’azote (NO). Nos résultats montrent aussi que les produits d’activation de la guanylyl cyclase soluble et de la cyclooxygénase, enzymes cibles du NO, sont impliqués dans ce remanieent du cytosquelette d’actine des tanycytes induite par les cellules endothéliales. De plus, par microscopie électronique, nous démontrons que la stimulation de la libération endogène de NO dans l’éminence médiane induit une plasticité morphologique permettant aux terminaisons nerveuses à GnRH, habituellement enveloppées par les pieds tanycytaires, de contacter directement l’espace péricapillaire. Par ailleurs, l’inhibition de la synthèse in vivo de NO dans l’éminence médiane perturbe le déroulement normal du cycle de reproduction chez le rat femelle. Le deuxième partie de ce travail vise à étudier le rôle des estrogènes sur le remaniement du cytosquelette d’actine des tanycytes induit par les cellules endothéliales. Nous montrons que les estrogènes potentialisent l’effet des cellules endothéliales de l’éminence médiane sur le remaniement du cytosquelette d’actine des tanycytes en induisant la rétraction de leurs prolongements. Parallèlement à cela, on observe une augmentation de l’expression de la eNOS dans les cellules endothéliales (suggérant une augmentation de NO libéré), et une augmentation de l'expression des cyclooxygénases dans les tanycytes. Les deux premières études démontrent une fonction jusqu’alors inconnue des cellules endothéliales dans l’induction d’une plasticité des tanycytes dépendante des oestrogènes, et qui semble importante dans le contrôle de la reproduction par le cerveau. Dans la troisième partie de ce travail, nous donnons des arguments en faveur d’une action directe du TGFβ1 d’origine gliale sur les neurones à GnRH dans l’aire préoptique. Par contre, au niveau de l’éminence médiane, les observations semblent écarter la possibilité d’une action directe du TGFβ1 sur les terminaisons nerveuses à GnRH. En conclusion générale, l’esemble de ce travail de thèse fournit de nouvelles données sur les interrelations endothélio-glio-neuronales et montre l’importance des cellules non neuronales dans le contrôle neuroendocrine de la fonction de reproduction femelle.

Ce travail, mettant en uvre des techniques d'immunocytochimie et de microscopie electronique, contribue a une description de l'organisation anatomique des systemes monoaminergiques de la moelle epiniere chez le rat adulte. Les systemes monoaminergiques medullaires, issus du tronc cerebral ou du diencephale, sont impliques dans la modulation des fonctions sensitive, autonomes et motrice. L'analyse ultrastructurale de ces systemes a revele que la majorite (70%) des varicosites n'etablissent pas contacts jonctionnels dans la corne dorsale, contrairement a la corne ventrale. Ces varicosites non-jonctionnelles sont preferentiellement apposees a des profils astrocytaires. La mise en evidence immunocytochimique de recepteurs 5ht a revele l'absence de coincidence spatiale entre le site de liberation du mediateur et le site d'action au niveau de la corne dorsale, alors que cette coincidence existe au niveau des autres cibles. Un traitement par la p-chloroamphetamine entraine la disparition selective des fibres 5ht non-jonctionnelles de la corne dorsale. Pour determiner si cette organisation non-jonctionnelle est fonctionnelle, les rats traites a la p-chloroamphetamine constituent un modele de choix qui permettra d'etudier par defaut leur role specifique. En conclusion, les axones monoaminergiques innervant la corne dorsale de la moelle epiniere du rat presentent des caracteristiques anatomiques et reactionnelles qui suggerent une modalite particuliere de neurotransmission, la transmission volumique. L'astroglie semble avoir un role majeur dans ce mode de neurotransmission diffuse des monoamines. Ce mode de communication, de type paracrine, possede des caracteristiques de fonctionnement spatiales et temporelles differentes d'une transmission synaptique classique

La maladie d'Alzheimer (MA) est la forme la plus fréquente de démence chez le sujet âgé. Cette maladie est caractérisée par la présence de 2 types de lésions cérébrales: la dégénérescence neurofibrillaire et les dépôts amyloïdes. Ces dépôts sont composés de peptide beta-amyloïde (A) retrouvé sous différentes formes dans le cerveau des malades : des formes insolubles et des formes solubles. Ces dernières ont été impliquées dans la genèse des troubles cognitifs par atteinte de la plasticité synaptique. L'activateur tissulaire du plasminogène (tPA) est une serine protéase aux effets pleïotropes au niveau du cerveau, incluant le remodelage de la matrice extracellulaire et la neurotransmission. Le but de cette thèse a été d'étudier la régulation de l'expression et de l'activité du tPA dans un modèle de souris transgénique accumulant du A et développant des dépôts amyloïdes. Nous avons observé que l'activité du tPA diminuait avec l'âge chez les souris sauvages et que ce phénomène était renforcé dans le modèle transgénique. En revanche, si la diminution de l'activité tPA avec l'âge était liée à une diminution d'expression du tPA, celle liée au génotype ne l'était pas. Une analyse de l'expression des inhibiteurs du tPA montra qu'une augmentation de l'inhibiteur de l'activateur du plasminogène de type un pouvait expliquer ce phénomène. En revanche, ce mécanisme étant insuffisant pour expliquer les effets observés aux stades précoces, nous avons supposé qu'une diminution de la libération synaptique du tPA pouvait expliquer ce phénomène. L'ensemble de ces données suggère que le tPA pourrait être une bonne cible pharmacologique pour réduire les symptômes de la MA.

En 2015, la revue Nature a publié la plus grande étude d’association pangénomique à ce jour reliant des variants génétiques à l’indice de masse corporelle. Cette étude a mis en avant le rôle du système nerveux central dans la vulnérabilité à l’obésité, et soutient un concept original selon lequel la plasticité cérébrale jouerait un rôle important dans le contrôle de la balance énergétique. Ainsi, des capacités de plasticité cérébrale réduites pourraient favoriser des comportements alimentaires inadaptés, ce qui augmenterait le risque de prise de poids sous pression calorique. Les neurones anorexigènes POMC et les neurones orexigènes AgRP qui composent le système à mélanocortine et qui contrôlent la balance énergétique, conservent effectivement des propriétés de plasticité synaptique dans le cerveau adulte. Celles-ci se manifestent en réponse à des fluctuations hormonales intenses, induites par des manipulations génétiques, chirurgicales ou nutritionnelles drastiques. Cependant le rôle physiologique de cette plasticité synaptique au sein du système à mélanocortine n’a pas encore été démontré. Nos résultats montrent que des phénomènes de plasticité cérébrale sont récapitulés à l’échelle des repas chez la souris, en fonction de l’état prandial, en réponse à des changements métaboliques et hormonaux modérés. En effet, une exposition à 1h de régime standard augmente l’activité électrique des neurones POMC, ce qui est corrélé à une rétractation de la couverture astrocytaire autour des somas POMC, sans changement de configuration synaptique par rapport à l’état préprandial. A l’opposé, une exposition à 1h de régime riche en lipides ne modifie pas l’activité électrique des neurones POMC et n’entraine pas de rétractation de la couverture astrocytaire. De plus, par blocage pharmacologique de l’hyperglycémie post-prandiale, nous avons montré que le glucose était nécessaire pour initier la rétractation gliale post-prandiale. Enfin, par une approche pharmacogénétique, nous avons montré que l’inactivation des astrocytes modifie le comportement alimentaire et diminue la couverture astrocytaire autour des neurones POMC. Ces résultats suggèrent que l’astrocyte jouerait un rôle inhibiteur sur l’activité électrique des neurones POMC et que la rétractation astrocytaire post-prandiale, autour des somas POMC lèverait l’inhibition des neurones POMC et favoriserait la sensation de satiété. Ce mode de régulation ne serait pas déclenché lors d’un repas riche en graisses, ce qui expliquerait le faible pouvoir satiétogène de ce type de repas
In 2015, Nature published the largest pangenomic association study to date linking genetic variants to body mass index. This study highlighted the role of the central nervous system in vulnerability to obesity and supports an original concept that cerebral plasticity plays an important role in the control of energy balance. Thus, reduced cerebral plasticity capacities could lead to inadequate dietary behaviors, which would increase the risk of weight gain under caloric pressure. The anorectic neurons POMC and the orexigenic neurons AgRP of the melanocortin system, which control the energy balance, actually show synaptic plasticity properties in the adult brain. These phenomena are shown in response to intense hormonal fluctuations induced by drastic genetic, surgical or nutritional manipulations. However, the physiological role of this synaptic plasticity within the melanocortin system has not been demonstrated yet. This study shows that cerebral plasticity phenomena are recapitulated at the meal scale in mice, depending on the prandial state, in response to moderate metabolic and hormonal changes. Indeed, 1 h standard diet exposure increases the electrical activity of the POMC neurons, which is correlated with a retraction of the astrocytic coverage around the POMC somas, with no change in synaptic configuration compared to the preprandial state. In contrast, 1 hour of high fat diet exposure does not modify the electrical activity of the POMC neurons and does not involve retraction of the astrocytic coverage. In addition, by pharmacological blockade of postprandial hyperglycemia, we showed that glucose is required for postprandial glial retraction. Finally, by a pharmacogenetic approach, we have shown that the inactivation of astrocytes modifies the feeding behavior and decreases the astrocytic coverage around the POMC neurons. These results suggest i)that astrocytes would play an inhibitory role on the electrical activity of POMC neurons ii) and that the post-prandial astrocytic retraction around POMC somas might remove inhibition of POMC neurons and might promote the sensation of satiety. This mode of regulation would not be activated during a high-fat meal, which would explain the low satietogenic properties of this type of meal

La O-N-acétylglucosaminylation ou O-GlcNAc, est une glycosylation cytosolique et nucléaire correspondant à l'addition d'un motif O-GlcNAc sur des résidus sérine et thréonine des protéines. Cette glycosylation dynamique et réversible est impliquée dans de nombreux processus cellulaires comme la transcription, le cycle cellulaire, la signalisation intracellulaire ... mais également dans des pathologies comme le cancer, les maladies neurodégénératives et le diabète. Peu de travaux se sont intéressés au rôle que la O-GlcNAc pourrait jouer dans le muscle strié. Pourtant, le muscle squelettique est un modèle intéressant pour l'étude de la O-GlcNAc, puisque son métabolisme dépend fortement du glucose, que de nombreux processus musculaires, tels que la contraction, dépendent de la phosphorylation et qu'il peut adapter son métabolisme énergétique aux conditions physiologiques. Or, la O-GlcNAc est à la fois dépendante du taux de glucose mais peut également interférer avec la phosphorylation par l'intermédiaire d'une balance phosphorylation/ O-N-acétylglucosaminylation. Nous avons identifié un grand nombre de protéines modifiées par la O-GlcNAc, en particulier les chaînes lourdes et légères de myosine, l'actine et la tropomyosine. L'analyse du rôle de la O-GlcNAc sur l'activité contractile, et en particulier sur la sensibilité calcique des fibres musculaires, démontre que cette glycosylation pourrait jouer un rôle modulateur dans l'activité contractile des fibres musculaires via des interactions protéine-protéine mais également des motifs qui ne sont pas engagés dans des interactions. Nous avons identifié plusieurs sites O-GlcNAc sur deux protéines clés de la machinerie contractile du muscle squelettique, l'actine et la myosine. Un site a été localisé sur la séquence 198-207 de l'actine et quatre autres ont été identifiés dans la partie hélicoïdale de la région carboxy-terminale de la myosine et correspondent aux séquences 1094-1106; 1295-1303; 1701-1712; 1913-1922. Ces sites pourraient être impliqués dans des interactions protéine-protéine, dans polymérisation des protéines et également jouer un rôle dans la modulation des propriétés contractiles du muscle squelettique. Enfin, nous mettons en évidence la possible implication de la O-GlcNAc dans un modèle d'atrophie fonctionnelle (Bed-rest) chez l'humain. En premier lieu, nous avons démontré l'existence d'une balance phosphorylation/O-GlcNAc de la MLC2 au cours de l'atrophie musculaire. Cette balance pourrait moduler l'activité ou les propriétés de cette protéine au rôle important dans la modulation de la force de contraction. En outre, l'analyse du taux global de O-GlcNAc suggère que le taux de O-GlcNAc est lié au développement de l'atrophie musculaire. L'ensemble de ces résultats démontre que la O-GlcNAc joue un rôle qui pourrait être tout autant important dans la physiologie musculaire que la phosphorylation
The O-linked N-acetylglucosaminylation termed O-GlcNAc is a dynamic cytosolic and nuclear glycosylation on serine and threonine residus. This dynamic and reversible glycosylation is involved in many physiological as weIl as pathological processes such as diabetes, neurodegenerative diseases, cancer or cardiac ischemia. Only few studies have been performed about the role of O-GlcNAc in skeletal muscle. However, the skeletal muscle is an interesting model to study the O-GlcNAc since i) its metabolism depends on glucose, ii) many muscular processes such as contraction are dependent on phosphorylation, and iii) there is a plasticity of the muscle metabolism depending on the physiological conditions. O-GlcNAc is dependent also on the level of glucose and can interfere with phosphorylation through a phosphorylation/glycosylation balance. We clearly demonstrated that a number of key contractile proteins i.e myosin heavy and light chains and actin are O-GlcNAc modified. The role of this post-translational modification in the contractile properties was investigated by establishing T/pCa curves on skinned fibers. This study demonstrated that O-GlcNAc moieties involved in protein-protein interactions or not could modulate calcium activation properties and therefore that O-GlcNAc motifs could be involved in the modulation of contractile force. Using a mass spectrometry-based method, we determined the localization of one O-GlcNAc site in the suddomain 4 of actin (séquence 198-207) and four O-GleNAc sites in the light meromyosin region of myosin heavy chains (séquences 1094-1106; 1295-1303; 1701-1712; 1913-1922). These sites might be involved in protein-protein interactions or in the polymerization of MHC or could modulate the contractile properties of skeletal muscle. Finally, we studied the implication of O-GlcNAc in a human model of muscle atrophy (Bed-Rest). We demonstrated the existence of a phosphorylation/O-GleNAc balance for MLC2 that could modulate the activity and properties of this protein which bas a key role in the modulation of force. Moreover, our data suggested that O-GlcNAc level might be involved in the control of protein homeostasis and muscular atrophy in human as in rat. AlI these data demonstrate that O-GlcNAc is an important post-translational modification in the muscle physiology

Le but de cette these etait d'explorer les roles physiologiques potentiels des recepteurs metabotropiques du glutamate (mglurs). Nous avons demontre l'existence d'une correlation systematique entre activite metabotropique et reamenagements synaptiques dans deux modeles de plasticite: le developpement du systeme nerveux et les phenomenes compensatoires survenant apres une lesion cerebrale. L'etude de l'ontogenese postnatale de la formation des phosphates d'inositol dans les synaptoneurosomes (terminaisons synaptiques revesiculees) des differentes regions du systeme nerveux montre que pour le cervelet, le cortex cerebral, l'hippocampe et le striatum il existe des pics d'activite des mglurs. Ces activites accrues des mgmurs peuvent etre temporellement correlees avec les divers stades d'amenagement synaptique survenant dans ces regions pendant le developpement. L'analyse de l'evolution de l'activite des mglurs dans les sections d'hippocampe a la suite de l'induction d'un etat epileptique par injection d'acide kainique revele egalement des augmentations significatives de l'activite des mglurs dans des sections d'hippocampe. La localisation et la pharmacologie distinctes des reponses dans les deux cas de plasticite, developpementale et post-lesionnelle suggerent qu'au moins deux sous-types distincts de mglurs sont impliques dans ces phenomenes

La formation et la consolidation d’un souvenir dépend au niveau cellulaire de la potentiation à long-terme des synapses excitatrices et au niveau du réseau, de la rythmogenèse hippocampique, nécessitant une transmission GABAergique inhibitrice pour synchroniser les ensembles neuronaux. L’efficacité et la polarité de la transmission GABAergique dépendent du gradient transmembranaire de chlore, contrôlé par le co-transporteur chlore/potassium KCC2. Cependant, KCC2 interagit aussi avec des partenaires protéiques et influence l’excitabilité neuronale ainsi que le fonctionnement et la plasticité des synapses glutamatergiques. Au cours de ma thèse, j’ai étudié le rôle d’une diminution d’expression de KCC2 dans l’hippocampe dorsal, sur l’apprentissage et la mémoire, ainsi que les mécanismes sous-jacents. Mes résultats démontrent une altération de la mémoire spatiale et contextuelle lorsque l’expression de KCC2 est diminuée dans les neurones principaux. Cet effet est associé à une diminution de la potentiation à long terme des synapses ainsi qu’une hyperexcitabilité neuronale et des déficits de rythmogenèse, plus spécifiquement des sharp-wave ripples et des oscillations gamma anormales lors du sommeil. Ces altérations contribuent probablement à des déficits d’apprentissages et de consolidation. Puisque l’expression de KCC2 est diminuée dans des pathologies associées à des troubles cognitifs, mes résultats suggèrent que des stratégies permettant de stabiliser l’expression de KCC2 pourraient être considérées comme options thérapeutiques. J’ai donc commencé à tester cette hypothèse dans un modèle murin pour le syndrome de Rett
Information transfer, storage and retrieval in the brain rely on a balance between excitation and inhibition. At the cellular level, memory encoding involves long-term potentiation of excitatory synapses, while at the network level, cortical rhythmogenesis underlies memory encoding and consolidation and requires inhibitory GABAergic signaling to synchronize neuronal ensembles. To maintain the efficacy and polarity of GABA transmission, the chloride/potassium co-transporter KCC2 controls the transmembrane chloride gradients. However, KCC2 also interacts with protein partners and influences neuronal membrane excitability as well as the function and plasticity of glutamatergic synapses. Altogether, KCC2 appears at the crossroads of excitatory and inhibitory transmission. During my PhD, I explored the consequences of KCC2 down-regulation in the dorsal hippocampus on learning and memory, and the underlying mechanisms both at the cellular and network levels. My results demonstrate that KCC2 knockdown in principal neurons of the dorsal hippocampus affects both spatial and contextual memory. This effect is associated with deficits in LTP of hippocampal synapses as well as neuronal hyperexcitability and hippocampal rhythmopathy, including abnormal sharp-wave ripple generation and gamma-band activity during sleep. These alterations likely contribute to impair both memory encoding and consolidation. Since KCC2 is down-regulated in many disorders associated with cognitive impairment, my results suggest that strategies aiming to restore KCC2 expression may hold therapeutic potential in these disorders. I therefore started testing this hypothesis in experimental models of Rett syndrome

Afin de mieux comprendre l'atrophie fonctionnelle liée à l'impesanteur, nous nous sommes proposés d'étudier l'ensemble des propriétés biomécaniques et biochimiques de soléaires de rats soumis aux effets de l'impesanteur simulée par la méthode de suspension par la queue pendant 21 jours. D'autre part, nous avons pratique les mêmes analyses sur des rats ayant subi un protocole d'électromyostimulation chronique à 10 Hz 8h/jour afin de vérifier si une augmentation de l'activité motrice et contractile est capable de contrer les effets de la microgravité. Les résultats ont dans un premier temps confirme les données de la littérature concernant les effets de la suspension sur les propriétés histomorphologiques, métaboliques et contractiles du muscle soléaire. L'étude des propriétés de la composante élastique série (CES) a permis de mettre en évidence une augmentation de la compliance imputable tant à la structure active (ponts actine-myosine) qu'à la structure passive (tendon) de cette composante. Enfin, l’électrostimulation chronique de basse fréquence s'est révélée avoir une certaine efficacité contre l'amyotrophie et la chute de tension suite à la suspension. De plus, elle contre fortement les modifications métaboliques mais aussi l'augmentation de compliance induite par la suspension. Enfin, les transitions de typologie observées lors de la suspension sont minimisées par le programme de stimulation.

La transmission synaptique dans les corticaux est généralement décrite comme un phénomène de « tout ou rien » ou digital. Un Potentiel d'Action (PA) est émis dans la cellule présynaptique, provoquant le relargage de neurotransmetteurs au niveau du bouton présynaptique et, en conséquence, une dépolarisation transitoire de la cellule postsynaptique (Potentiel Post-Synaptique Excitateur ou PPSE). Cependant, de nombreuses études ont démontrées que la forme du PA présynaptique dépend de l'activité sous liminaire précédant son émission. En effet, si la cellule présynaptique est dépolarisée durant 5 à 10 s avant l'émission du PA, ce dernier s'élargit, ce qui provoque une augmentation du relargage de neurotransmetteurs et de l'amplitude du PPSE. Ainsi, la transmission synaptique dépend d'un phénomène digital, le PA, dont la forme est modulée analogiquement. On parle de transmission Analogique-Digitale. L'élargissement du PA et l'augmentation de la transmission synaptique suite à une longue dépolarisation de la transmission synaptique est nommée Facilitation Analogique-Digital due à la Dépolarisation (FADD). Durant cette thèse, nous nous sommes posé 3 questions principales. Quel est le mécanisme biophysique de la FADD ? Existe-il des Facilitations Analogique Digitale dépendante de modulation de l'amplitude du PA et non de sa largeur ? Les modulations de la forme du PA sont-elles toutes à court terme (de la milliseconde à la seconde) ou existe-t-il des modulations de la forme du PA à long terme (plusieurs jours) ? Pour répondre à la première question, nous avons enregistré des paires de neurones CA3 de l'hippocampe et avons dépolarisé la cellule présynaptique durant 10 s avant l'émission du PA. Nous avons observé une FADD de 30 % qui était supprimée par le blocage pharmacologique des canaux potassiques axonaux Kv1. Ces canaux sont responsables de la phase de repolarisation du PA et ont la propriété de s'inactiver durant de longues dépolarisations. Nous en avons conclu qu'entre les neurones CA3, la FADD était due à l'inactivation des canaux Kv1 pendant la dépolarisation précédant le PA, ce qui provoque un ralentissement de la phase de repolarisation du PA et ainsi un élargissment du PA. Afin de répondre à la seconde question, nous avons enregistré des paires de neurones CA3 dans l'hippocampe. Nous avons observé qu'une courte hyperpolarisation (50 ms) du neurone présynaptique avant l'émission du potentiel d'action provoquait une augmentation de l'amplitude du PA entrainant un accroissement du relargage de neurotransmetteur et de la taille du PPSE. Nous avons nommé ce phénomène FADH pour Facilitation Analogique-Digitale induite par Hyperpolarisation. La FADH est due à récupération de l'inactivation de canaux sodiques responsables de l'amplitude du PA quand le neurone présynaptique est hyperpolarisé, ce qui augmente leur disponibilité. Enfin, pour répondre à la troisième question, nous avons bloqué la transmission synaptique entre les neurones CA3 durant 3 jours. Cela a entrainé une augmentation compensatoire de la transmission synaptique entre les paires de neurones CA3. Il est important de noter que cette augmentation compensatoire est due à la régulation négative des canaux Kv1 entrainant un élargissement du PA. Ainsi, la forme du PA peut-être moduler sur le long terme et participer à la plasticité synaptique. En conclusion, nous avons démontré que le PA n'a pas une forme fixée mais que cette dernière est modulée sur des échelles de temps allant de la dizaine de ms à plusieurs, permettant aux réseaux neuronaux d'élargir leur capacité de transfert d'information
Generally, the synaptic transmission in cortical networks is described as an « all-or-none » or digital phenomenon. An Action Potential (AP) is emitted in the presynaptic cell entailing the release of neurotransmitters at presynaptic terminal and, consequently, a transient depolarization of the postsynaptic cell (Excitatory Post-Synaptic Potential or EPSP). However, several studies showed that the presynaptic AP shape depend on the subthreshold activity before his occurrence. Indeed, if the presynaptic cell is depolarized during 5 to 10 seconds before the AP emission, the AP is getting broader which leads to an increase in neurotransmitters release and EPSP amplitude. Therefore, the synaptic transmission depends on a digital phenomenon, the AP, whose shape is modulated in an analogic way, the so-called Analog-Digital transmission. The increase in AP width and synaptic transmission following a long depolarization of the presynaptic cell is named Analog Digital Facilitation induced by depolarization (d-ADF). During this thesis, we asked 3 main questions. What is the biophysic mechanism of d-ADF? Are there ADFs depending on AP amplitude modulation? Are the modulations of the AP shape all short term modulations (ms to s) or are there some long term AP shape modulations (days)? To answer the first question, we recorded pairs of hippocampal CA3 neurons and we depolarized the presynaptic cell during 10 ms before AP emission. We observed a d-ADF of 30 % which was suppressed by the phamarcological blockade of axonal potassium channels Kv1. These channels are responsible of the AP repolarization phase and have the property to inactivate during long depolarization. We concluded that the d-ADF at the CA3-CA3 synapse is due to inactivation of Kv1 channels during the depolarization preceding the AP which entails a slowing of the AP repolarization phase and a broadening of the AP. In order to answer the second question, we recorded pairs of hippocampal CA3 neurons. We observed that a short hyperpolarization of the presynaptic neuron (50 ms) before the AP emission entailed an increase of the AP amplitude leading to an increase of neurotransmitters release and EPSP amplitude. We named this phenomenon hyperpolarization induced Analog-Digital Facilitation (h-ADF). The h-ADF is due to the recovery from inactivation of sodium channels responsible of AP amplitude when the presynaptic neuron is hyperpolarized. Finally, to answer the third question, we blocked the synaptic transmission between CA3 neurons for 3 days. This provoked a compensatory increase of synaptic transmission between pairs of CA3 neurons. Interestingly, this compensatory increase is due to the downregulation of Kv1 channels leading to a broadening of the AP. Therefore, the AP shape can be modulated within days and participate to synaptic plasticity. In conclusion, we showed that the AP is not digital but that its shape is modulated within time scales going from the ms to several days, increasing information transfer ability of neuronal networks

Les rythmes biologiques aident les organismes vivants à programmer la plupart des processus comportementaux dans la fenêtre temporelle la plus appropriée. Les données de la littérature sur la rythmicité du chat domestique sont rares et conflictuelles. Pour approfondir nos connaissances sur le sujet, nous avons utilisé de récentes technologies de télémétrie pour enregistrer et caractériser les rythmes journaliers d'activité locomotrice et de prises alimentaire chez des chats en fonction des saisons et des conditions d’hébergement. Les rythmes des chats étaient modifiés par la photopériode et la présence humaine. Suivant une périodicité de 24 heures, ils ont affiché une bimodalité dans leurs rythmes quotidiens, avec des creux d'activité locomotrice et de consommation au milieu de la journée et de la nuit. Les deux périodes principales d'activité/alimentaires correspondaient à l'aube et au crépuscule à chaque saison, indépendamment de leur horaire, confirmant la nature intrinsèque crépusculaire de l'espèce. Le rythme alimentaire des chats était plus variable au cours du cycle que celui de leur activité locomotrice, rappelant ainsi le caractère opportuniste de ce prédateur. Les chats ont présenté une plasticité comportementale caractérisée par des rythmes plus faibles et un comportement d'exploration plus nocturne en milieu extérieur qu’en milieu intérieur, au sein duquel ils étaient plus enclins à la routine. Nos résultats ouvrent la voie au développement de solutions nutritionnelles et des recommandations d’hébergement adaptées aux rythmes du chat en respectant les besoins physiologiques de l’animal
Biological rhythms are of importance for living organisms as they help to schedule most behavioural processes within the most suitable temporal window. Literature on daily rhythmicity is scarce and conflicting regarding domestic cats. To sharpen our knowledge on the subject, we used advanced telemetry technologies to record and characterise the daily rhythms of locomotor activity and feeding in cats according to the seasons and housing conditions. The cats were sensitive to photoperiod and to human presence. Along 24-hour periodicity, they displayed bimodality in their daily patterns, with mid-day and mid-night troughs of locomotor activity and food consumption. The two main activity/eating periods corresponded to dawn and dusk at each season, regardless of the twilight timings, confirming the crepuscular intrinsic nature of the species. The feeding rhythm of the cats was more variable daily than their locomotor activity one, recalling the opportunistic character of this predator. Cats displayed plasticity in their behaviour, such as weaker daily rhythms and more nocturnal exploratory behaviour outdoors, compared to indoors where they were more prone to routine. Our results open new avenues for developing nutritional and housing guidelines fitted to the rhythms of the cats according to their way of life

Le cerveau humain adhère à deux principes organisationnels fondamentaux et complémentaires, l'intégration fonctionnelle et la spécialisation fonctionnelle, selon lesquels des aires corticales anatomiquement éloignées et spécialisées dans des tâches très spécifiques sont liées via la connectivité effective. Le rôle fonctionnel joué par une population neuronale spécialisée est défini par ses connexions avec d'autres régions corticales: la formation de ces réseaux distribués, à travers des interactions dynamiques, est la base de l'intégration fonctionnelle. Ces connexions sont soumises à des changements qui participent au processus de plasticité cérébrale ;l’étude de cette plasticité permet d’étendre nos connaissances sur la signification fonctionnelle des réseaux cérébraux intégrés, chez le sujet sain et au cours d’affections neurologiques. Ce travail de thèse est consacré à l’investigation de la plasticité du cerveau dans des conditions physiologiques et pathologiques. Il fait appel à des mesures régionales du métabolisme du glucose, grâce à la tomographie par émission de positons (PET) et à un traceur du métabolisme glucidique, le 18F-fluorodésoxyglucose (FDG-PET). Dans une première étude, les changements de l'intégration fonctionnelle ont été abordés du point de vue physiologique, en testant leur évolution en fonction de l'âge. Une augmentation de la connectivité effective a été mise en évidence entre diverses structures cérébrales entre l’âge de 6 ans et l’âge de 50 ans. L’évolution la plus importante touche les relations entre le cortex cingulaire antérieur et le cortex temporal, l’hippocampe, le thalamus et le cervelet. Une deuxième étude a concerné les changements de connectivité dans l’épilepsie mésiotemporale associée à une sclérose hippocampique unilatérale. Dans l’hémisphère opposé au foyer épileptique, des modifications de connectivité ont été démontrées entre diverses structures corticales frontales, temporales et cingulaires. Dans une troisième étude portant également sur une population de patients atteints d’épilepsie mésiotemporale associée à une sclérose hippocampique unilatérale, une relation a été démontrée entre les performances mnésiques attribuables à l’activité de l’hémisphère sain (testées lors d’une injection hétérolatérale d’amobarbital) et l’activité métabolique mésiotemporale dans cet hémisphère.En conclusion, ce travail démontre une réorganisation de l'intégration fonctionnelle cérébrale entre l’enfance et l’âge adulte, en relation probable avec le développement des fonctions cognitives. Des changements induits par l'épilepsie dans l'intégration fonctionnelle représentent un corrélat neuronal des troubles cognitifs, émotionnels et décisionnels fréquemment présentés par les patients atteints de cette maladie.
Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine)
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L’amélioration de l’espérance de vie des patients atteints de mucoviscidose est associée à l’apparition de comorbidités dont le diabète est la plus fréquente. L’objectif de ce travail est de mieux déterminer l’impact pronostique du diabète et des valeurs élevées des temps précoces du test d’hyperglycémie provoquée par voie orale (HGPO). Nous présentons et discutons quatre études sur l’évolution naturelle et l’impact pronostique des troubles du métabolisme glucidique associés à la mucoviscidose. Nous présentons ensuite deux études sur l’impact du diabète dans des situations spécifiques : la grossesse et la transplantation pulmonaire. Nous retenons les éléments suivants : les variations du statut glucidique intra-individuel sont très importantes au cours du temps, et nos résultats nuancent l’impact péjoratif du diabète décrit dans la littérature, et celui des valeurs élevées de glycémie et d’insulinémie à 1 heure du test HGPO. Les perspectives de recherche sont de poursuivre l’implémentation de la cohorte GLYCONE pour gagner en effectif et durée de suivi, d’évaluer l’association entre apports alimentaires et trouble du métabolisme glucidique, d’élaborer un processus de décision médicale partagée pour l’instauration d’une insulinothérapie pour les profils de patients stables, de déterminer la consommation de soins et les coûts de prise en charge des patients diabétiques, et d’évaluer les changements épidémiologiques induits par les modulateurs du CFTR sur la prévalence et ll’âge d’apparition du diabète et son pronostic
Life expectancy improvement for cystic fibrosis patients is associated with comorbidities with diabetes being the most common. The objective of this work is to better determine the prognosis impact of diabetes and high values of early times of the oral glucose tolerance test (OGTT). We present and discuss four studies on the natural evolution and prognosis impact of glucose metabolism disorders associated with cystic fibrosis. We then present two studies on the impact of diabetes in specific situations: pregnancy and lung transplantation. The following elements are important: changes in intra-individual glucose status are very important over time, and our results qualify the pejorative impact of diabetes described in the literature, and that of high blood glucose and insulin levels at one hour of the OGTT. The research perspectives are to continue the implementation of the GLYCONE cohort to increase the number of participants and the duration of follow-up, to evaluate the association between dietary intake and carbohydrate metabolism disorder, to develop a shared medical decision-making process for the introduction of insulin therapy for stable patient profiles, to determine the consumption of care and the costs of management of diabetic patients, and evaluate the epidemiological changes induced by CFTR modulators on the prevalence and the age of onset of diabetes and its prognosis

La maladie d’Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative caractérisée d’un point de vue anatomopathologique par une accumulation extracellulaire de peptides amyloïdes et d’une dégénérescence neurofibrillaire (DNF), résultant de l’agrégation intraneuronale de protéines Tau hyper-et-anormalement phosphorylées. D’autres déterminants sont également associés à la MA dont une neuroinflammation chronique et une insulinorésistance centrale qui contribueraient tous deux au développement des lésions ainsi qu’aux troubles synaptiques et mnésiques associés.La neuroinflammation observée dans la MA est caractérisée par une activation des cellules gliales, une infiltration lymphocytaire ainsi que par la libération de médiateurs inflammatoires solubles dont les chimiokines. Le CCL3 est une chimiokine hautement dérégulée dans le cerveau des patients de MA. Dans notre laboratoire, nous avons montré que dans un modèle de DNF, le CCL3 était le facteur pro-inflammatoire le plus affecté au niveau hippocampique laissant ouverte l’hypothèse d’un rôle dans les dysfonctions mnésiques associées à la pathologie Tau. Pour aborder cette question, nous avons précisément évalué l’impact du CCL3 sur le fonctionnement synaptique hippocampique et sur les fonctions mnésiques. Nos travaux montrent que l’application de CCL3 sur des tranches d’hippocampe entraine une diminution des activités basales ainsi que de la potentialisation à long terme (LTP) sans altérer le fonctionnement présynaptique ni la dépression synaptique à long terme (LTD). Par ailleurs, l’élévation intracérébrale de CCL3 par injections intracérébroventriculaires sub-chroniques affecte également la transmission synaptique basale et la LTP ainsi que la mémoire spatiale à court terme et la mémoire à long terme. La réversion de ces altérations par le Maraviroc permet de conclure que l’effet néfaste du CCL3 est dépendant du récepteur CCR5. Ainsi, ces travaux soulignent l’importance du CCL3 dans la physiopathologie de la MA, notamment en lien avec la DNF.L’insulinorésistance observée dans les cerveaux de patients atteints de la MA est connue pour favoriser le développement des lésions caractéristiques et est suggérée comme participant aux atteintes synaptiques et mnésiques. Cependant les causes de cette insulinorésistance centrale sont peu connues. Quelques études montrent que les oligomères d’Aβ, le diabète de type II ou même la neuroinflammation sont susceptibles de conduire à une insulinorésistance centrale. Néanmoins, à ce jour aucune relation n'a été établie avec la protéine Tau. La seconde partie de ce travail s’est attachée à étudier le rôle de la protéine Tau dans la régulation de la réponse centrale à l’insuline. Diverses expériences réalisées in vitro et in vivo montrent que la surexpression de la protéine Tau induit une augmentation de la sensibilité neuronale à l’insuline alors que la délétion de Tau aboutit à l’effet inverse. Cette régulation semble être liée à une interaction entre la protéine Tau et PTEN, une phospholipase inhibitrice de la signalisation de l’insuline. L’interaction entre Tau et PTEN réduirait l’activité de cette dernière, favorisant de ce fait l’action de l’insuline au niveau central. Par ailleurs, des données physiologiques indiquent que cette régulation de la signalisation centrale de l’insuline pourrait avoir une répercussion sur la régulation de l’homéostasie énergétique. En ce sens, la délétion de la protéine Tau induit une prise de poids, une hyperinsulinémie et une glucointolérance périphérique. Ces données proposent donc une nouvelle fonction de la protéine Tau dans la signalisation neuronale et le métabolisme. Cette perte de fonction dans la MA pourrait expliquer les mécanismes d’insulinorésistance centrale liés à la DNF.En conclusion, nos données mettent en évidence deux mécanismes liant la pathologie Tau aux atteintes mnésiques, l’un passant par la production de la chimiokine CCL3, l’autre impliquant une résistance neuronale à l’insuline
Alzheimer’s disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by extracellular amyloid deposits and intraneuronal neurofibrillary tangles, made of aggregated and abnormally hyperphosphorylated Tau proteins. Other components are also involved in AD pathophysiology, including chronic neuroinflammation and central insulinoresistance that would contribute both to the development of Alzheimer lesions as well as associated synaptic and memory impairments.Neuroinflammation observed in AD is characterized by glial cell activation, lymphocyte infiltration, and the release of soluble inflammatory mediators including chemokines. CCL3 is a highly upregulated chemokine in the brain of AD patients. In our lab, we have shown, in a mouse model of Tau pathology, that hippocampal CCL3 was largely upregulated and, thus, we made the assumptions that such increase could play a key-role in the memory dysfunctions associated with Tau pathology. To address to this question, we precisely evaluated the impact of CCL3 upon hippocampal synaptic activity and memory function. Our data show that CCL3 application on hippocampal slices induces a significant decrease of basal synaptic activity and long term potentiation (LTP) impairment without affecting presynaptic activity and long term depression (LTD). Further, intracerebral elevation of CCL3 by sub-chronical intracerebroventricular injections was also found to impact hippocampal basal synaptic activity and LTP but also short term spatial memory and long term memory. Reversion of these alterations by Maraviroc finally suggests that CCL3 deleterious effects are CCR5 dependent. Overall, these studies show the important role of CCL3 towards plasticity and memory as well as in AD physiopathology.Besides chronic inflammation, insulinoresistance observed in AD brain is suggested to favor the development of amyloid and Tau lesions but also to participate to synaptic impairments underlying memory loss. However, origins of the brain insulinoresistance described in AD are unclear. Previous studies ascribed central insulin-resistance to Aβ oligomers, type II diabetes or even neuroinflammation. So far, no relationship has been established with Tau protein. The aim of the second part of the present thesis was evaluate the potential role of Tau protein towards the regulation of central insulin sensitivity. Various experiments performed in vitro and in vivo show that Tau favors the neuronal response to insulin, whereas Tau deletion favors insulin-resistance. This regulation seems to be related to an interaction between Tau and PTEN, a phospholipase inhibiting insulin signaling, which results in a reduced PTEN activity, itself favoring insulin pathway activation. Regulation of brain insulin signaling is known to modulate energy homeostasis, food intake and weight gain. In line with the idea that Tau protein modulates insulin signaling, we found that Tau deletion induces weight gain, hyperinsulinemia and glucointolerance. Together, these data provide a new function for Tau in the control of neuronal signaling and peripheral metabolism. These data also highlight that the loss of Tau function in AD might explain at last in part the central insulinoresistance described as “type 3 diabetes”.In conclusion, our data highlight two mechanisms linking Tau pathology and memory deficits, one through the detrimental effect of the chemokine CCL3 and the other involving neuronal insulin resistance

L’émergence des nouvelles techniques de séquençage à haut débit a permis d’appréhender la complexité du transcriptome des eucaryotes supérieurs. La majeure partie du génome des mammifères est transcrite, et les longs ARN non codants (lARNnc) en occupe une place prépondérante, dont la fonction est encore largement énigmatique. L’étude d’une minorité d’entre eux a révélé que leur fonction peut être médiée par diverses entités telles que le transcript, l'acte de leur transcription ou les éléments régulateurs compris au sein du locus. Une caractéristique de ces lARNnc est leur faible conservation au cours de l’évolution, ce qui pose la question de leur contribution à des mécanismes de régulation spécifique à chaque espèce. L'inactivation du chromosome X (ICX) est un paradigme des processus épigénétiques médiés par les gènes des lARNnc et un puissant modèle pour explorer leurs aspects fonctionnels, mécanistiques et évolutifs. L’ICX se met en place précocement au cours du développement embryonnaire et assure la compensation de dose des gènes du chromosome X entre les individus mâles et femelles chez les mammifères. Chez la souris, l’ICX résulte de l'action combinée de multiples gènes produisant des lARNnc, parmi lesquels Xist est l’acteur majeur de l’inactivation. L’accumulation de Xist sur le chromosome à partir duquel il est transcript permet de déclencher la répression transcriptionnelle du chromosome X. Xist se situe au coeur d’une région génomique, le centre d'inactivation du chromosome X, qui comprend de nombreux autres lARNnc tantôt activateurs ou répresseurs, dont la fonction dans l’ICX dans d’autres espèces est largement méconnue. Dans cette étude, nous avons étudié la conservation fonctionnelle de deux lARNnc JPX et FTX, et leur contribution à la régulation XIST chez l'homme et la souris.Chez la souris, nous avons montré que l'ARN Jpx est nécessaire à la régulation post-transcriptionnelle de Xist, probablement en affectant son accumulation ou sa stabilité. Chez l'homme, c'est la transcription de JPX, mais pas le transcrit lui-même, qui contrôle le recrutement de l’ARN polymérase II au niveau de la région promotrice de XIST. En conséquence, alors que la fonction de JPX/Jpx dans la régulation de l'accumulation XIST/Xist est conservée chez l'humain et la souris, les mécanismes sous-jacents divergent nettement. D'autre part, les résultats préliminaires sur la fonction FTX chez l'homme suggèrent qu'il pourrait être impliqué dans la maintenance de XCI chez l'homme dans des contextes cellulaires spécifiques. Ces résultats apportent un éclairage nouveau sur l'évolution fonctionnelle du réseau de régulation XIST/Xist entre la souris et l'homme, qui pourrait être spécifiquement adaptée aux exigences de l’ICX dans chaque espèce. Ce travail met en évidence la plasticité fonctionnelle des lARNnc dans l'évolution et la façon dont il pourrait jouer un rôle important dans le mécanisme de régulation des gènes spécifique d’une espèce à l’autre
Long non-coding RNAs (lncRNAs) have emerged as the major output of mammalian transcriptomes. As of today, the function of the majority of lncRNAs remains largely enigmatic and importantly may be mediated by various entities such as the transcript itself, the act of transcription or key regulatory elements within the locus. A remarkable characteristic of lncRNAs is their poor evolutionary conservation, which raises the question of their contribution to species-specific regulatory mechanisms.X chromosome inactivation (XCI) is a paradigm for epigenetic processes mediated by lncRNA genes (LRGs) and a powerful model to explore their functional, mechanistic and evolutionary aspects. XCI is a process initiated early during embryonic development, which ensures the dosage compensation of X-linked genes between male and female in mammals. In the mouse, XCI is triggered by the combined action of several LRGs, among which Xist is the key regulator of the process. Xist is produced from a genomic region, the X-chromosome inactivation center (Xic), that is enriched for LRGs described either as positive or negative XCI regulators. In the present study, we investigated the evolutionary conservation of two candidate LRGs, JPX and FTX, and their contribution to XIST regulation in both human and mouse.In the mouse, we demonstrated that the Jpx RNA is required for proper Xist expression and acts as a post-transcriptional regulator of Xist, most likely by affecting its accumulation or stability. In striking contrast, in human, it is JPX transcription, but not the transcript itself, that controls the RNA Polymerase II (RNAPII) recruitment at XIST promoter. Accordingly, the two genes are interacting through local chromosome conformation, emphasized by RNAPII bridges in between the two loci. While the function of JPX/Jpx in promoting XIST/Xist accumulation is conserved between human and mouse, the underlying mechanisms diverge markedly. On the other hand, preliminary results on FTX function in human, suggest that it might be involved in XCI maintenance in human in very specific cellular contexts. Altogether, these results shed a new light on the functional evolution of XIST regulatory network between mouse and human that might be specifically adapted to XCI requirements in each species. This work highlights the functional plasticity of lncRNAs in evolution and how it might play important roles in species-specific mechanism of gene regulation

L’utilisation de calcium en concentration physiologique pourrait diminuer ou supprimer tout phénomène de plasticité induite par la règle de STDP avec des protocoles standards. Dans la région CA1 de l’hippocampe, pour une concentration de calcium de 1.8 mM, nous observons une absence de LTP après corrélation positive, mais une LTD pour l’ensemble des délais étudiés. Pour 1.3 mM, ni LTP ni LTD ne sont observées dans nos conditions expérimentales. En plus du calcium, l’activité est une composante importante dans l’induction de la plasticité par STDP. En particulier, l’augmentation de la fréquence de stimulation pendant l’appariement ou l’augmentation du nombre de potentiels d’action post-synaptiques nous a permis de récupérer la LTP par corrélation positive à 1.3 et 1.8 mM. De la même manière, l’augmentation du nombre de potentiels d’action post-synaptiques ou de la fréquence de stimulation nous a permis de récupérer la fenêtre de LTD à 1.3 mM. Parallèlement à la modulation d’activité, nous avons testé un troisième facteur qui apparaît important : la neuromodulation. La règle de STDP serait modulée, en particulier, par l’activation des récepteurs dopaminergiques et noradrénergiques. La perfusion d’isoprénaline, un agoniste des récepteurs noradrénergiques, nous a permis de récupérer la fenêtre de LTP à 1.8 mM, contrairement à l’application de dopamine. Mes résultats montrent que la règle de STDP est profondément modifiée en calcium physiologique, mais que l’utilisation d’activités spécifiques ou l’application de neuromodulateurs sont capables de restaurer un profil de courbe normal
The use of calcium in physiological concentration may be able to reduce or eliminate any plasticity phenomenon induced by the STDP rule with standard protocols. In the CA1 region of the hippocampus, at a calcium concentration of 1.8 mM we observed an absence of LTP after positive correlation. Instead, LTD is observed for all the delays that were tested. At 1.3 mM, neither LTP nor LTD were observed under our experimental conditions. In addition to calcium, activity is an important component in the induction of plasticity by STDP. Notably, an increase in stimulation frequency during pairing or an increase in the number of postsynaptic action potential allowed us to rescue LTP induced by positive correlation at 1.3 and 1.8 mM. Similarly, an increase in the number of postsynaptic action potentials or the frequency of stimulation allowed us to rescue the LTD window at 1.3 mM. In parallel with activity modulation, we tested a third factor that showed a noticeable impact: neuromodulation. The STDP rule appeared to be predominantly modulated by the activation of dopaminergic and noradrenergic receptors. The perfusion of Isoprenaline, a noradrenergic receptor agonist, allowed us to rescue the LTP window whereas dopamine application at 1.8 mM did not rescue LTP. This study demonstrates that the STDP rule is profoundly changed under physiological calcium conditions; however, the use of specific activities or the application of neuromodulators restores a normal STDP profile

L’olfaction participe à l’élaboration de la valeur hédonique des aliments et à la régulation de la prise alimentaire. Réciproquement, la détection des odeurs alimentaires est influencée par le statut métabolique. Le jeûne augmente les performances olfactives, notamment en augmentant l'activité neuronale dans le bulbe olfactif (BO). Au sein des glomérules du BO, les synapses glutamatergiques entre les neurones sensoriels olfactifs et les cellules mitrales sont régulées par des astrocytes, des neurones périglomérulaires et des afférences centrifuges. En tant que partenaires synaptiques, les astrocytes sont à l’origine de mécanismes de métaplasticité dans le système nerveux central, qui pourrait participer à la régulation métabolique de la réponse olfactive au niveau du BO. Afin de tester si les astrocytes glomérulaires du BO sont impliqués dans la détection du statut métabolique par le système olfactif, nous avons comparé le déploiement des prolongements astrocytaires glomérulaires, par quantification de l’aire occupée par la GFAP chez des rats nourris et mis à jeun.Le déploiement astrocytaire est nettement augmenté chez les rats à jeun par rapport aux rats nourris, dans toutes les régions du BO dès 17h de jeûne. L'administration intra-peritoneale du peptide anorexigène PYY3-36 ou de glucose chez des rats à jeun diminue leur prise alimentaire ou restaure leur glycémie respectivement, et abolit dans les deux cas l'augmentation du déploiement astrocytaire induite par le jeûne. L'application directe des peptides orexigènes ghréline et NPY sur des tranches de BO entraîne une augmentation du déploiement astrocytaire alors que l'application de PYY3-36 entraîne une rétraction astrocytaire au sein des glomérules. Ces résultats concordent avec les variations de la morphologie des astrocytes, observées respectivement en situation de jeûne ou de satiété.Le déploiement des prolongements astrocytaires glomérulaires varie donc en fonction de l'état métabolique des rats, et il est influencé par les peptides régulant la prise alimentaire. Cetteplasticité pourrait participer à l'adaptation de la sensibilité olfactive à l’état métabolique des individus
Olfaction plays a key role in the elaboration of the hedonic value of foods and the regulation of food intake. Reciprocally, the detection of food odors is influenced by the metabolic state. Fasting increases olfactory performances, notably by increasing neuronal activity in the olfactory bulb (OB). Within the OB glomeruli, the glutamatergic synapses between olfactory sensory neurons and mitral cells are regulated by astrocytes, periglomerular neurons and centrifugal afferents. Astrocytes, which support mecanisms of metaplasticity in the brain, may drive the metabolic regulation of the olfactory response in the OB. To test whether OB glomerular astrocytes are involved in the metabolic sensing of the olfactory system, we compared the astroglial processes expansion by quantification of the GFAPlabelled area in fed and fasted rats.Astroglial spreading was markedly increased in fasting rats, as compared to fed rats, in all regions of the OB after 17h-fasting. Intra-peritoneal administration of the anorexigenic peptide PYY3-36 or glucose in 17h-fasted rats respectively decreased their food intake or restored their glycemia and both reversed the increased astroglial deployment induced by fasting. Direct application of orexigenic peptides ghrelin and NPY on OB acute slices, resulted in an increase of the astroglial deployment, whereas application of PYY3-36 oppositely resulted in astroglial retraction within the glomeruli. These results are in close agreement with the effects of fasting or satiation on the morphology of astrocytes.The deployment of the glomerular astroglial processes clearly varies according to the metabolic state of the rats, and is influenced by food intake regulatory peptides. This plasticity may participate in the adaptation of the olfactory sensitivity to food intake

L’addiction aux drogues est une maladie comportementale récidivante caractérisée par une recherche et une prise compulsive de drogues, une perte de contrôle sur la prise malgré les conséquences négatives et l’émergence d'un état émotionnel négatif lors de l’absence de la drogue. L’addiction implique des neuroadaptations cérébrales persistantes. Des études récentes montrent que le cholestérol joue un rôle crucial dans le fonctionnement cérébral en participant à divers processus cellulaires et, en particulier, au contrôle de la neurotransmission. L’objectif de ce travail de thèse consistait à étudier l’implication potentielle du métabolisme du cholestérol dans l’addiction et en particulier si ce métabolisme était affecté par les drogues d’abus. Dans ce travail, nous avons étudié l’expression de gènes codant des protéines impliquées dans le métabolisme du cholestérol cérébral après une consommation volontaire chronique d’alcool par des rats et après des injections aigues ou chroniques de cocaïne. Nous avons analysé l’expression de ces gènes dans des structures cérébrales impliquées dans l’addiction, notamment le cortex préfrontal, le noyau accumbens, l’amygdale et l’hippocampe. Nous avons trouvé que l’exposition à l’alcool et à la cocaïne modifient l’expression des protéines impliquées dans la synthèse, le transport et la dégradation du cholestérol de façon spécifique de la drogue, du traitement (aigu/chronique) et de la région cérébrale étudiée. Dans une deuxième partie de la thèse, nous avons utilisé une approche virale permettant de surexprimer la CYP46A1, l’enzyme de dégradation du cholestérol cérébral dans le cortex préfrontal afin d’évaluer l’impact de cette surexpression sur la recherche de cocaïne dans un modèle de rechute. La surexpression de la CYP46A1dans cette structure n’a eu aucun impact sur la recherche de cocaïne. Des études futures seront nécessaires pour déterminer si l’altération de l’expression de cette enzyme dans d’autres structures, comme par exemple le noyau accumbens, pourrait avoir des effets bénéfiques sur la rechute. L’ensemble de ces travaux montrent que l’exposition aux drogues d’abus modulerait le métabolisme cérébral du cholestérol dans certaines structures cérébrales. Ce projet de thèse ouvre de nouvelles perspectives quant au rôle du métabolisme du cholestérol cérébral dans l’addiction, et il pourrait en résulter de nouvelles thérapeutiques dans le traitement de cette maladie psychiatrique coûteuse
Drug addiction is a chronic brain disease characterized by drug-seeking and compulsive drug taking, a loss of control over drug taking despite the negative consequences and the emergence of a negative emotional state in the absence of the drug. Addiction involves persistent neuroadaptations at the cerebral level. Recent evidences show that cholesterol plays a crucial role in brain function by participating in various cellular processes in particular in the control of neurotransmission. The aim of this thesis was to investigate the potential role of cholesterol in addiction and in particular a potential dysregulation of cholesterol metabolism in response to drugs of abuse. In this work, we investigated the expression of genes encoding proteins involved in the metabolism of cerebral cholesterol after a chronic voluntary consumption of alcohol from the rats and after acute or chronic exposure to cocaine. We analyzed gene expression in brain structures involved in addiction such as the prefrontal cortex, the nucleus accumbens, the amygdala and the hippocampus. We found that exposure to alcohol and cocaine modifies the expression of proteins involved in the synthesis, the transport and the degradation of cholesterol in drug-specific, treatment- specific (acute / chronic) and region-specific manners. In the second part of the thesis, we used a viral approach to overexpress CYP46A1, the cerebral cholesterol degradation enzyme in the prefrontal cortex, in order to evaluate the impact of this overexpression on cocaine-seeking in a model of relapse. The overexpression of CYP in this structure has no effect on drug-seeking for cocaine. Future studies are needed to determine whether altering cholesterol metabolism in other structures, for example the nucleus accumbens, may have beneficial effects on relapse. Altogether these studies show that exposure to drugs of abuse might modulate cerebral metabolism of cholesterol. This thesis project opens new perspectives on the role of cholesterol cerebral metabolism in addiction which may ultimately result in new therapeutic avenues for the treatment of this costly psychiatric disorder

Nous avons analyse, grace a la technique de patch-clamp, le controle des canaux calciques dependants du potentiel membranaire (vccs) par les recepteurs metabotropiques du glutamate (mglurs) dans les cellules granulaires du cervelet en culture. Dans ces cellules, la majeure partie du courant calcique (ca#2#+) global est due aux canaux de type l, q et r (26% chacun) alors que les canaux de type p et n representent une fraction moins importante. Les recepteurs mglur2/r3 inhibent les vccs de type l et n, alors que mglur1 active selectivement les canaux de type l. L'effet inhibiteur met en jeu une proteine g de type gi/go et le mecanisme de transduction n'implique aucun des seconds messagers classiques mobilises par les mglurs. L'effet activateur met en jeu une proteine g de type non gi/go et un mecanisme original impliquant les canaux ca#2#+ des compartiments calciques internes sensibles a la ryanodine. L'augmentation de la probabilite d'ouverture des canaux l suite a l'activation de mglur1 est maintenue apres excision du patch et inhibee par la ryanodine appliquee sur la face cytoplasmique du canal. La ryanodine n'a aucun effet sur un canal excise qui n'a pas ete prealablement stimule par mglur1. Les * recepteurs a la ryanodine intracellulaires et les canaux ca#2#+ de type l membranaires. Ce couplage pourrait intervenir dans la depression a long terme, un phenomene de plasticite synaptique cerebelleuse qui necessite a la fois l'activation de mglur1 et l'augmentation de ca#2#+ interne. *recepteurs mglur1 induisent une interaction fonctionnelle tres etroite entre les

L’exercice fractionné de haute intensité (HIIT) et continu d’intensité modéré (MOD) représentent les 2 grandes modalités d'endurance. Cependant, leur impact spécifique sur la performance physique et la plasticité cérébrale et musculaire reste controversé du fait de la diversité des protocoles d’exercice proposés chez les sédentaires. Notre 1er axe dégage chez des rats sains l’effet de ces 2 modalités sur la performance physique, la plasticité musculaire et cérébrale sur 8 semaines d’entrainement standardisée dont l'intensité est basées sur le seuil lactique. Nos résultats montrent des gains de performance d’endurance plus rapides et importants suite aux HIIT. La neuroplasticité serait stimulée par les HIIT uniquement et la plasticité musculaire semble spécifique à chacune. L’engouement pour les HIIT se répercute chez les patients subissant un accident vasculaire cérébral où l’efficacité des méthodes d’endurance n’est pas clairement justifiées. Une étude antérieure a montré l’intérêt majeur des HIIT dans la phase aiguë de la pathologie malgré une récupération sensorimotrice incomplète. D’où l’intérêt d’approfondir dans notre second axe l’effet des différentes formes de HIIT (longs et courts) dans la récupération. Nos résultats montrent principalement que ces deux formes de HIIT améliorent la capacité d’endurance et la force de la patte antérieure lésée avec une précocité pour les HIIT longs. Les deux formes de HIIT semblent induire une angiogenèse cérébrale. Néanmoins, ils n’améliorent pas les fonctions sensorimotrices et cognitives. Ainsi, il est nécessaire d’approfondir les répercussions de ces deux entrainements HIIT dans la plasticité musculaire et cérébrale
Endurance exercise is essential for different reasons in athlete and also in aging and pathological people. Two training modalities were found: high intensity interval training (HIIT) and moderate intensity aerobic training (MOD). However, the specific outcomes of these modalities on physical performance and cerebral and muscular plasticity are controversial because many exercise protocols exist. The 1st study explore the impact of these 2 training on endurance and functional capacity and also on muscular and cerebral molecular modifications throughout 8 weeks in healthy rats. HIIT and MOD programs are work-matched and training intensity are determined thanks to the lactate threshold. Our results show a superior and fast effect on endurance capacity after HIIT compared to MOD. Hippocampal plasticity is stimulated only after HIIT and muscular modifications appear to be specific to each modality. A great interest of HIIT is found in stroke patients for whom evidence of endurance modalities efficiency is still missing. A previous study has shown a beneficial effect of HIIT in the acute phase of stroke despite incomplete sensorimotor recuperation. Hence, the interest to deepen in second part of this manuscript the impact of two HIIT modalities (short and long) in recovery optimisation. Our results show that 2 HIIT strongly improve endurance performance and strength of injured paw with a fast effect for long HIIT. The 2 modalities seem to induce cerebral angiogenesis. However, these 2 training do not increase sensorimotor and cognitive functions. In perspective, it appears necessary to develop muscular and cerebral outcomes induced by these 2 HIIT modalities

Une altération du métabolisme de l'homocystéine constitue un facteur de risque pour la survenue des maladies neurodégénératives. Par ailleurs, alors que les effets délétères d'une hypoxie néonatale sévère sont bien connus, il a été récemment montré qu'un épisode hypoxique modéré exerçait une neuroprotection via une stimulation de la neurogenèse. Notre objectif fut l'étude des conséquences cérébrales d'une carence précoce en donneurs de méthyles (folates, vitamine B12) combinée ou non à une stimulation hypoxie modérée. Un modèle in vivo de rats nés de mères carencées en donneurs de méthyles fut utilisé. Il a été étudié les mécanismes impliqués dans un modèle de progéniteurs neuronaux carencés. Les résultats ont montré des atteintes de l'intégrité tissulaire et fonctionnelle de l'hippocampe et du cervelet associée à des déficits comportementaux, à différents stades de la vie chez les animaux carencés malgré le retour à une alimentation standard au sevrage. Ces perturbations sont liées aux processus épigénétiques et à l'homocystéinylation de protéines neuronales. De plus, un dimorphisme sexuel est apparu en lien avec le récepteur nucléaire ER alpha. La neurogenèse issue de l'hypoxie a engendré des conséquences bénéfiques à long terme sur le vieillissement cérébral des rats mâles, avec un maintien de l'intégrité hippocampique. Enfin, la combinaison de la carence et de l'hypoxie, a montré que le conditionnement hypoxique améliorait le devenir tissulaire et fonctionnel du cerveau des animaux carencés. Les mécanismes clés surviendraient au cours de périodes critiques de maturation des différentes structures cérébrales, soulignant l'importance des processus de la programmation foetale
The alteration of homocysteine metabolism has been shown to constitute a risk factor for neurodegenerative diseases. Furthermore, whereas deleterious effects of severe neonatal hypoxia have been well documented, it was shown that a moderate episode of hypoxia can exert a neuroprotection with neurogenesis stimulation. Our main goal was to study the consequences on the brain of an early deficiency of methyl donors (folate, vitamin B12) with or without a hypoxia-related stimulation of neurogenesis. The effects of deficiency were investigated in rats born from dams fed a deficient diet until weaning. In vitro neuroprogenitors were additionally used for the study of cell mechanisms involved. Data showed alterations of tissue integrity in the hippocampus and the cerebellum, with associated behavioural deficits at various ages, despite a return to normal diet at weaning. Brain alterations were shown to be mainly related to epigenetic mechanisms and to homocysteinylation of specific neuronal proteins. Moreover, a sexual dimorphism was depicted, with the participation of ER alpha receptor. Neurogenesis induced in germinative zones by a brief neonatal hypoxia led to long term beneficial effects on brain aging in male rats, with preserved hippocampus integrity, in terms of cell density, synaptic plasticity, and related cognitive functions. Finally, the combination of deficiency and hypoxia revealed that brain conditioning by brief neonatal hypoxia was able to improve tissular and functional brain outcome in deficient rats. The key mechanisms involved would occur at critical periods during the maturation of the various brain structures, thus highlighting the role of fetal programming

Le stress est un facteur de risque majeur pour les troubles de l'humeur comme l'anxiété et la dépression. Les rats exposés à un stress prénatal de contention (PRS) – i.e. la progéniture de mères soumises à des épisodes répétés de stress au cours des 10 derniers jours de gestation - développent des changements biochimiques et comportementaux durables qui résument certains traits de la dépression et de l'anxiété. Un nombre grandissant de travaux suggère l'implication du système glutamatergique hippocampique dans ces troubles. L'hippocampe fait partie intégrante de la programmation altérée déclenchée par le PRS. Nous avons donc décidé d’étudier l'hypothèse glutamatergique de la dépression chez le rat PRS, en mettant l'accent sur les mécanismes de neuroadaptation dans le circuit hippocampique. Nous avons démontré que les rats PRS présentaient une altération de la libération de glutamate dans l'hippocampe ventral, partie spécifique de l’hippocampe reliée au stress et aux émotions. Remarquablement, des injections locales de produits qui améliorent la libération du glutamate dans l’hippocampe ventral (i.e. un cocktail d’antagonistes des récepteurs au GABA-B et mGlu2/3) exerçaient un fort effet anxiolytique chez les rats PRS. De plus, un traitement chronique avec des antidépresseurs conventionnels améliorait la libération du glutamate dans l’hippocampe ventral et corrigeait le phénotype de type anxieux/dépressif induit par le PRS. Sachant que l’hippocampe ventral module la programmation motrice striatale, nous avons étendu notre étude chez le rat PRS à la catalepsie induite par l'halopéridol, qui modélise le parkinsonisme pharmacologique chez l'Homme. Nous avons constaté que les rats PRS étaient résistants à la catalepsie induite par l’halopéridol, comme le résultat d'une activité augmentée des noyaux thalamiques moteurs, et tel que révélé par le compte stéréologique des neurones c-Fos-positifs. Nos résultats renforcent la théorie glutamatergique dans les troubles de l'humeur liés au stress et suggèrent qu'une déficience de l'hippocampe ventral et son influence sur le circuit striatal sont des éléments clé du programme neuroplastique induit par le PRS
Stress is a major risk factor for mood disorders, such as anxiety and depression. Rats exposed to prenatal restraint stress (PRS) - i.e. the offspring of dams submitted to repeated episodes of stress during the last 10 days of gestation - develop long-lasting biochemical and behavioral changes that recapitulate some traits of depression and anxiety. Mounting evidence suggests the involvement of hippocampal glutamatergic system in such disorders. Interestingly, the hippocampus represents an integral part of the altered programming triggered by PRS. Hence, we decided to investigate the glutamatergic hypothesis of depression in the rat model of PRS focusing on mechanisms of neuroadaptation within the hippocampal circuit. We found that PRS rats showed an impairment of glutamate release, in the ventral hippocampus, which is the specific portion of the hippocampus related to stress and emotions. Remarkably, local injections of drugs that enhanced glutamate release in the ventral hippocampus (i.e., a cocktail of GABA-B and mGlu2/3 receptor antagonists) had strong anxiolytic effects in PRS rats. In addition, chronic treatment with conventional antidepressant drugs enhanced glutamate release in the ventral hippocampus and corrected the anxious/depressive-like phenotype induced by PRS. Knowing that the ventral hippocampus modulates striatal motor programming, we extended the study of PRS rats to haloperidol-induced catalepsy, which models pharmacological parkinsonism in humans. We found that PRS rats were resistant to haloperidol-induced catalepsy as a result of an increased activity of motor thalamic nuclei, as assessed by stereologic counting of c-Fos-positive neurons. Our findings support the glutamatergic theory of stress-related mood disorders and suggest that an impairment of the ventral hippocampus and its influence on striatal circuit are key components of the neuroplastic program induced by PRS

Durant cette thèse, nous avons cherché à (1) déterminer le rôle du climat et de facteurs biotiques associés à celui-ci dans la sélection d'adaptations locales chez des parasitoides de drosophiles (2) comprendre comment la plasticité phénotypique des traits d'histoire de vie a évolué en réponse à l'environnement et aux stratégies de maturation de ces organismes. Contrairement aux consommateurs primaires pour lesquels la température d'origine affecte directement l'évolution des histoires de vie, il semblerait que les facteurs biotiques dépendants du climat comme la distribution des hôtes et la compétition interspécifique soient le moteur principal de la sélection naturelle chez les parasitoides. La distribution des hôtes expliquerait les très fortes variations géographiques observées sur des échelles fines, comme l'existence de populations proovogéniques ou synovogéniques au sein d'une même espèce, ainsi que de populations capables ou non de lipogenèse à l'age adulte. Cette dernière variation aurait notamment affecté les compromis entre traits et l'évolution du taux de métabolisme. La force de la plasticité phénotypique présente également de fortes variations géographiques. Celles-ci peuvent être attribuées à la variabilité de l'environnement d'origine et non aux histoires de vie des organismes. Prédire l'évolution des parasitoides en réponse au réchauffement global nécessite donc d'intégrer non pas seulement un effet direct du climat, mais également les facteurs biotiques et la variabilité environnementale associés au climat.

Les cellules lymphoïdes innées (ILC) représentent une famille de cellules hématopoïétiques récemment identifiée, qui joue un rôle essentiel dans la réponse immunitaire précoce via la production rapide de cytokines. Trois groupes - ou types - d’ILC ont été définis selon l’expression de certaines molécules membranaires ou intracellulaires, ainsi que la production différentielle de cytokines. Les ILC du groupe 1 (ILC1) expriment le facteur de transcription(FT) T-BET et sécrètent des cytokines inflammatoires de la réponse immune de type 1, l’IFN-? et le TNF-?. Les ILC2 sécrètent des cytokines associées à la réponse immune de type 2,notamment l’IL-5 et l’IL-13, et ce de façon dépendante du FT GATA-3. Enfin, les ILC3 se caractérisent par la production de cytokines telles que l’IL-17 et l’IL-22, et expriment le FTROR?t. J’ai étudié en utilisant des techniques de biologie moléculaire et cellulaire, et à partir d’échantillons sanguins et tissulaire de donneurs sains ou de patients atteints de maladies inflammatoires chroniques, la fonction de ces trois groupes d’ILC chez l’homme. Ces travaux ont permis la construction d’un nouveau modèle de développement de ces cellules à partir de précurseurs
Innate lymphoid cells (ILC) represent a novel family of hematopoietic effectors that serve essential roles in early immune response by rapid cytokines production. Three distinct groups of ILC subsets have been described. Group 1 ILC include cytotoxic natural killer (NK) cells and other type-1 cytokines (IFN-? and TNF-?) producing cells that regulated by T-BET. Group 2 ILC (ILC2) express GATA-3 and ROR?, secrete type-2 cytokines, IL-5 and IL-13. Group 3 ILC (ILC3) utilize ROR?t to drive production of the TH17-associated cytokines, IL-17 and/or IL-22. In this thesis, I have performed series of experiments to uncover the developmental pathway and function of human ILC that may allow us to harness ILC in diverse clinical settings. First, I analyzed the phenotypic and functional heterogeneity of human peripheral blood ILC2. I found human IL-13+ ILC2 can acquire the capacity to produce IFN-?, thereby generating ÔplasticÕ ILC2. ILC2 cultures demonstrated that IFN-?+ ILC2 clones could be derived and were stably associated with increased T-BET expression. The inductive mechanism for ILC2 plasticity was mapped to the IL-12/IL-12R signaling pathway and was confirmed through analysis of patients with Mendelian susceptibility to mycobacterial disease (MSMD) due to IL-12R?1 deficiencies that failed to generate plastic ILC2. This IL-13+IFN-?+ ILC2 are detected ex vivo in gut tissues from CrohnÕs patients. Second, I identified and isolated ILC precursors (ILCP) in peripheral blood of healthy donors. This circulating ILCP can give rise to four lineages of mature ILC including cytotoxic NK cells and helper ILC1, 2 and 3 in vitro and in vivo. Transcirptomic and epigenetic analysis showed ILCP have ILC-committed transcription factor profiles but have mature ILC signature locus at the epigenetics poised states. We further identified ILCP in various tissues including fetal liver, cord blood, postnatal lung and tonsil. Our result proposed a new model of ÒILC-poiesisÓ where circulating ILCP serve as cellular substrates to generate mature ILC subsets in tissues. Understanding the role of IL-12 on driving ILC2 to ILC1 plasticity may allow us to target plastic ILC2 in various diseases. The identification and isolation of ILCP from circulating blood allow further transfer into clinical setting for cellular therapy, especially for various diseases that ILC has been shown to be importance including infection, allergy, cancer and metabolic diseases

La décharge des cellules de Purkinje (CP), neurone de sortie du cortex cérébelleux, joue un rôle majeur dans le contrôle moteur. Les CP reçoivent des entrées excitatrices provenant des cellules des grains (CG), lesquelles génèrent également une inhibition antérograde sur les CP via l’activation d’interneurones de la couche moléculaire (IN). Lors de ma thèse, j’ai étudié l’influence simultanée de la balance excitation-inhibition (E/I) et des plasticités à court terme aux synapses CG-IN-CP sur la décharge des CP, par des techniques d’électrophysiologie, d’optogénétique et de simulation. Ces travaux démontrent l’existence d’une hétérogénéité d’E/I dans le cortex cérébelleux ainsi qu’une grande diversité de modulation des CP en réponse à la stimulation de CG. Le nombre de stimulation des CG influence fortement la direction et l’intensité de la modulation observée. Enfin, la combinaison de plasticités à court terme et d’E/I génère dans la décharge des CP des motifs de réponses complexes mais reproductibles, ayant sans doute un rôle essentiel dans l’encodage sensoriel
Rate and temporal coding in Purkinje cells (PC), the sole output of the cerebellar cortex, play a major role in motor control. PC receives excitatory inputs from granule cells (GC) which also provide feedforward inhibition on PC through the activation of molecular layer interneurons (MLI). In this thesis, I studied the influence of the combined action of excitation/inhibition (E/I) balance and short-term plasticity of GC-MLI-PC synapses on PC discharge, by using electrophysiological recordings, optogenetic stimulation and modelling. This work demonstrates that E/I balances are not equalized in the cerebellar cortex and showed a wide distribution of PC discharge modulation in response to GC inputs, from an increase to a shut down of the discharge. The number of stims in GC bursts strongly controls the strength and sign of PC modulation. Lastly, the interplay between short-term plasticity and E/I balance implements complex but reproducible output patterns of PC responses to GC inputs that should play a key role in stimulus encoding by the cerebellar cortex