The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Dodecyltrimethylammonium chloride adsorption at the silica/water interface studied by Sum Frequency Generation

La génération des fréquences somme (SFG), une technique spectroscopique spécifique aux interfaces, a été utilisée pour caractériser les changements de la structure macromoléculaire du surfactant cationique chlorure de dodécyltriméthylammonium (DTAC) à l’interface silice/eau dans une plage de pH variant entre 3 et 11. Les conditions expérimentales ont été choisies pour imiter les conditions les plus communes trouvées pendant les opérations de récupération assistée du pétrole. Particulièrement, la silice a été étudiée, car elle est un des composantes des surfaces minérales des réservoirs de grès, et l’adsorption du surfactant a été étudiée avec une force ionique pertinente pour les fluides de la fracturation hydraulique. Les spectres SFG ont présenté des pics détectables avec une amplitude croissante dans la région des étirements des groupes méthylène et méthyle lorsque le pH est diminué jusqu’à 3 ou augmenté jusqu’à 11, ce qui suggère des changements de la structure des agrégats de surfactant à l’interface silice/eau à une concentration de DTAC au-delà de la concentration micellaire critique. De plus, des changements dans l’intensité SFG ont été observés pour le spectre de l’eau quand la concentration de DTAC augmente de 0,2 à 50 mM dans les conditions acide, neutre et alcaline. À pH 3, près du point de charge zéro de la surface de silice, l’excès de charge positive en raison de l’adsorption du surfactant cationique crée un champ électrostatique qui oriente les molécules d’eau à l’interface. À pH 7 et 11, ce qui sont des valeurs au-dessus du point de charge zéro de la surface de silice, le champ électrostatique négatif à l’interface silice/eau diminue par un ordre de grandeur avec l’adsorption du surfactant comme résultat de la compensation de la charge négative à la surface par la charge positive du DTAC. Les résultats SFG ont été corrélés avec des mesures de l’angle de contact et de la tension interfaciale à pH 3, 7 et 11.

Essays on the Effects of Corporate Taxation

Cette thèse est une collection de trois articles en macroéconomie et finances publiques. Elle développe des modèles d'Equilibre Général Dynamique et Stochastique pour analyser les implications macroéconomiques des politiques d'imposition des entreprises en présence de marchés financiers imparfaits. Le premier chapitre analyse les mécanismes de transmission à l'économie, des effets d'un ré-échelonnement de l'impôt sur le profit des entreprises. Dans une économie constituée d'un gouvernement, d'une firme représentative et d'un ménage représentatif, j'élabore un théorème de l'équivalence ricardienne avec l'impôt sur le profit des entreprises. Plus particulièrement, j'établis que si les marchés financiers sont parfaits, un ré-échelonnement de l'impôt sur le profit des entreprises qui ne change pas la valeur présente de l'impôt total auquel l'entreprise est assujettie sur toute sa durée de vie n'a aucun effet réel sur l'économie si l'état utilise un impôt forfaitaire. Ensuite, en présence de marchés financiers imparfaits, je montre qu'une une baisse temporaire de l'impôt forfaitaire sur le profit des entreprises stimule l'investissement parce qu'il réduit temporairement le coût marginal de l'investissement. Enfin, mes résultats indiquent que si l'impôt est proportionnel au profit des entreprises, l'anticipation de taxes élevées dans le futur réduit le rendement espéré de l'investissement et atténue la stimulation de l'investissement engendrée par la réduction d'impôt. Le deuxième chapitre est écrit en collaboration avec Rui Castro. Dans cet article, nous avons quantifié les effets sur les décisions individuelles d'investis-sement et de production des entreprises ainsi que sur les agrégats macroéconomiques, d'une baisse temporaire de l'impôt sur le profit des entreprises en présence de marchés financiers imparfaits. Dans un modèle où les entreprises sont sujettes à des chocs de productivité idiosyncratiques, nous avons d'abord établi que le rationnement de crédit affecte plus les petites (jeunes) entreprises que les grandes entreprises. Pour des entreprises de même taille, les entreprises les plus productives sont celles qui souffrent le plus du manque de liquidité résultant des imperfections du marché financier. Ensuite, nous montré que pour une baisse de 1 dollar du revenu de l'impôt, l'investissement et la production augmentent respectivement de 26 et 3,5 centimes. L'effet cumulatif indique une augmentation de l'investissement et de la production agrégés respectivement de 4,6 et 7,2 centimes. Au niveau individuel, nos résultats indiquent que la politique stimule l'investissement des petites entreprises, initialement en manque de liquidité, alors qu'elle réduit l'investissement des grandes entreprises, initialement non contraintes. Le troisième chapitre est consacré à l'analyse des effets de la réforme de l'imposition des revenus d'entreprise proposée par le Trésor américain en 1992. La proposition de réforme recommande l'élimination des impôts sur les dividendes et les gains en capital et l'imposition d'une seule taxe sur le revenu des entreprises. Pour ce faire, j'ai eu recours à un modèle dynamique stochastique d'équilibre général avec marchés financiers imparfaits dans lequel les entreprises sont sujettes à des chocs idiosyncratiques de productivité. Les résultats indiquent que l'abolition des impôts sur les dividendes et les gains en capital réduisent les distorsions dans les choix d'investissement des entreprises, stimule l'investissement et entraîne une meilleure allocation du capital. Mais pour être financièrement soutenable, la réforme nécessite un relèvement du taux de l'impôt sur le profit des entreprises de 34\% à 42\%. Cette hausse du taux d'imposition décourage l'accumulation du capital. En somme, la réforme engendre une baisse de l'accumulation du capital et de la production respectivement de 8\% et 1\%. Néanmoins, elle améliore l'allocation du capital de 20\%, engendrant des gains de productivité de 1.41\% et une modeste augmentation du bien être des consommateurs.