Insulin induces long-term depression of ventral tegmental area dopamine neurons via endocannabinoids.

The prevalence of obesity has markedly increased over the past few decades. Exploration of how hunger and satiety signals influence the reward system can help us understand non-homeostatic feeding. Insulin may act in the ventral tegmental area (VTA), a critical site for reward-seeking behavior, to suppress feeding. However, the neural mechanisms underlying insulin effects in the VTA remain unknown. We demonstrate that insulin, a circulating catabolic peptide that inhibits feeding, can induce long-term depression (LTD) of mouse excitatory synapses onto VTA dopamine neurons. This effect requires endocannabinoid-mediated presynaptic inhibition of glutamate release. Furthermore, after a sweetened high-fat meal, which elevates endogenous insulin, insulin-induced LTD is occluded. Finally, insulin in the VTA reduces food anticipatory behavior in mice and conditioned place preference for food in rats. Taken together, these results suggest that insulin in the VTA suppresses excitatory synaptic transmission and reduces anticipatory activity and preference for food-related cues.

Comparison of the developmental effects of two mercury compounds on glial cells and neurons in aggregate cultures of rat telencephalon.

A three-dimensional cell culture system was used as a model to study the influence of low levels of mercury in the developing brain. Aggregating cell cultures of fetal rat telencephalon were treated for 10 days either during an early developmental period (i.e., between days 5 and 15 in vitro) or during a phase of advanced maturation (i.e., between days 25 and 35) with mercury. An inorganic (HgCl2) and an organic mercury compound (monomethylmercury chloride, MeHgCl) were examined. By monitoring changes in cell type-specific enzymes activities, the concentration-dependent toxicity of the compounds was determined. In immature cultures, a general cytotoxicity was observed at 10(-6) M for both mercury compounds. In these cultures, HgCl2 appeared somewhat more toxic than MeHgCl. However, no appreciable demethylation of MeHgCl could be detected, indicating similar toxic potencies for both mercury compounds. In highly differentiated cultures, by contrast, MeHgCl exhibited a higher toxic potency than HgCl2. In addition, at 10(-6) M, MeHgCl showed pronounced neuron-specific toxicity. Below the cytotoxic concentrations, distinct glia-specific reactions could be observed with both mercury compounds. An increase in the immunoreactivity for glial fibrillary acidic protein, typical for gliosis, could be observed at concentrations between 10(-9) M and 10(-7) M in immature cultures, and between 10(-8) M and 3 x 10(-5) M in highly differentiated cultures. A conspicuous increase in the number and clustering of GSI-B4 lectin-binding cells, indicating a microglial response, was found at concentrations between 10(-10) M and 10(-7) M. These development-dependent and cell type-specific effects may reflect the pathogenic potential of long-term exposure to subclinical doses of mercury.

Central glucose sensing and the control of energy homeostasis

Glucose is an important signal that regulates glucose and energy homeostasis but its precise physiological role and signaling mechanism in the brain are still uncompletely understood. Over the recent years we have investigated the possibility that central glucose sensing may share functional similarities with glucose sensing by pancreatic beta-cells, in particular a requirement for the expression of the glucose transporter Glut2. Using mice with genetic inactivation of Glut2, but rescued pancreatic beta-cell function by transgenic expression of a glucose transporter, we have established that extrapancreatic glucose sensors are involved: i) in the control of glucagon secretion in response to hypoglycemia, ii) in the control of feeding and iii) of energy expenditure. We have more recently shown that central Glut2-dependent glucose sensors are involved in the regulation of NPY and POMC expression by arcuate nucleus neurons and that the sensitivity to leptin of these neurons is enhanced by Glut2-dependent glucose sensors. Using mice with genetic tagging of Glut2-expressing cells, we determined that the NPY and POMC neurons did not express Glut2 but were connected to Glut2 expressing neurons located most probably outside of the arcuate nucleus. We are now defining the electrophysiological behavior of these Glut2 expressing neurons. Our data provide an initial map of glucose sensing neurons expressing Glut2 and link these neurons with the control of specific physiological function.

Modulatory effects of acid-sensing ion channels on action potential generation in hippocampal neurons.

Extracellular acidification has been shown to generate action potentials (APs) in several types of neurons. In this study, we investigated the role of acid-sensing ion channels (ASICs) in acid-induced AP generation in brain neurons. ASICs are neuronal Na(+) channels that belong to the epithelial Na(+) channel/degenerin family and are transiently activated by a rapid drop in extracellular pH. We compared the pharmacological and biophysical properties of acid-induced AP generation with those of ASIC currents in cultured hippocampal neurons. Our results show that acid-induced AP generation in these neurons is essentially due to ASIC activation. We demonstrate for the first time that the probability of inducing APs correlates with current entry through ASICs. We also show that ASIC activation in combination with other excitatory stimuli can either facilitate AP generation or inhibit AP bursts, depending on the conditions. ASIC-mediated generation and modulation of APs can be induced by extracellular pH changes from 7.4 to slightly <7. Such local extracellular pH values may be reached by pH fluctuations due to normal neuronal activity. Furthermore, in the plasma membrane, ASICs are localized in close proximity to voltage-gated Na(+) and K(+) channels, providing the conditions necessary for the transduction of local pH changes into electrical signals.

Rufinamide Attenuates Mechanical Allodynia in a Model of Neuropathic Pain in the Mouse and Stabilizes Voltage-gated Sodium Channel Inactivated State.

BACKGROUND:: Voltage-gated sodium channels dysregulation is important for hyperexcitability leading to pain persistence. Sodium channel blockers currently used to treat neuropathic pain are poorly tolerated. Getting new molecules to clinical use is laborious. We here propose a drug already marketed as anticonvulsant, rufinamide. METHODS:: We compared the behavioral effect of rufinamide to amitriptyline using the Spared Nerve Injury neuropathic pain model in mice. We compared the effect of rufinamide on sodium currents using in vitro patch clamp in cells expressing the voltage-gated sodium channel Nav1.7 isoform and on dissociated dorsal root ganglion neurons to amitriptyline and mexiletine. RESULTS:: In naive mice, amitriptyline (20 mg/kg) increased withdrawal threshold to mechanical stimulation from 1.3 (0.6-1.9) (median [95% CI]) to 2.3 g (2.2-2.5) and latency of withdrawal to heat stimulation from 13.1 (10.4-15.5) to 30.0 s (21.8-31.9), whereas rufinamide had no effect. Rufinamide and amitriptyline alleviated injury-induced mechanical allodynia for 4 h (maximal effect: 0.10 ± 0.03 g (mean ± SD) to 1.99 ± 0.26 g for rufinamide and 0.25 ± 0.22 g to 1.92 ± 0.85 g for amitriptyline). All drugs reduced peak current and stabilized the inactivated state of voltage-gated sodium channel Nav1.7, with similar effects in dorsal root ganglion neurons. CONCLUSIONS:: At doses alleviating neuropathic pain, amitriptyline showed alteration of behavioral response possibly related to either alteration of basal pain sensitivity or sedative effect or both. Side-effects and drug tolerance/compliance are major problems with drugs such as amitriptyline. Rufinamide seems to have a better tolerability profile and could be a new alternative to explore for the treatment of neuropathic pain.

Sensing the environment : a role for the mouse olfactory subsystems

Summary : Four distinct olfactory subsystems compose the mouse olfactory system, the main olfactory epithelium (MOE), the septal organ of Masera (SO), the vomeronasal organ (VNO) and the Grueneberg ganglion (GG). They are implicated in the sensory modalities of the animal and they evolved to analyse and discriminate molecules carrying chemical messages, such as odorants and pheromones. In this thesis, the VNO, principally implicated in pheromonal communications as well as the GG, which had no function attributed until this work, were investigated from their morphology to their physiological functions, using an array of biochemical and physiological methods. First, the roles of a particular protein, the CNGA4 ion channel, were investigated in the VNO. In the MOE, CNGA4 is expressed as a modulatory channel subunit implicated in odour discrimination and adaptation. Interestingly, this calcium channel is the unique member of the cyclic nucleotide-gated (CNG) family to be expressed in the VNO and up to this work its functions remained unknown. Using a combination of transgenic and knockout mice, as well as histological and physiological approaches, we have characterized CNGA4 expression in the VNO. A strong expression in immature neurons was found as well as in the microvilli of mature neurons (putative site of chemodetection). Interestingly and confirming its dual localisation, the genetic invalidation of the CNGA4 channel has, as consequences, a strong impairment in vomeronasal maturation as well as deficit in pheromone sensing. Thus the CNGA4 channel appears to be a multifunctional protein in the mouse VNO playing essential role(s) in this organ. During the second part of the work, the morphology of the most recently described olfactory subsystem, the Grueneberg ganglion, was investigated in detail. Interestingly we found that glial cells and ciliated neurons compose this olfactory ganglion. This particular morphological aspect was similar to the olfactory AWC neurons from C. elegans which was used for further comparisons. Thus as for AWC neurons, we found that GG neurons are sensitive to temperature changes and are able to detect highly volatile molecules. Indeed, the presence of alarm pheromones (APs) secreted by stressed mice, elicit strong cellular responses, as well as a GG dependent behavioural changes. Investigations on the signaling elements present in GG neurons revealed that, as for AWC neurons, or pGC-D expressing neurons from the MOE, proteins participating in a cGMP pathway were found in GG neurons such as pGC-G and CNGA3 channels. These two proteins might be implicated in chemosensing as well as in thermosensing, two apparent properties of this organ. In this thesis, the multisensory modalities of two mouse olfactory subsystems were described and are related to a high degree of complexity required for the animal to sense its environment

Recovery of a persistent Canine distemper virus expressing the enhanced green fluorescent protein from cloned cDNA.

Wild-type A75/17-Canine distemper virus (CDV) is a highly virulent strain, which induces a persistent infection in the central nervous system (CNS) with demyelinating disease. Wild-type A75/17-CDV, which is unable to replicate in cell lines to detectable levels, was adapted to grow in Vero cells and was designated A75/17-V. Sequence comparison between the two genomes revealed seven nucleotide differences located in the phosphoprotein (P), the matrix (M) and the large (L) genes. The P gene is polycistronic and encodes two auxiliary proteins, V and C, besides the P protein. The mutations resulted in amino acid changes in the P and V, but not in the C protein, as well as in the M and L proteins. Here, a rescue system was developed for the A75/17-V strain, which was shown to be attenuated in vivo, but retains a persistent infection phenotype in Vero cells. In order to track the recombinant virus, an additional transcription unit coding for the enhanced green fluorescent protein (eGFP) was inserted at the 3' proximal position in the A75/17-V cDNA clone. Reverse genetics technology will allow us to characterize the genetic determinants of A75/17-V CDV persistent infection in cell culture.

Agronomic performance, chromosomal stability and resistance to velvetbean caterpillar of transgenic soybean expressing cry1Ac gene

The objective of this work was to analyze the agronomic performance and chromosomal stability of transgenic homozygous progenies of soybean [Glycine max (L.) Merrill.], and to confirm the resistance of these plants against Anticarsia gemmatalis. Eleven progenies expressing cry1Ac, hpt and gusA genes were evaluated for agronomic characteristics in relation to the nontransformed parent IAS 5 cultivar. Cytogenetical analysis was carried out on transgenic and nontransgenic plants. Two out of the 11 transgenic progenies were also evaluated, in vitro and in vivo, for resistance to A. gemmatalis. Two negative controls were used in resistance bioassays: a transgenic homozygous line, containing only the gusA reporter gene, and nontransgenic 'IAS 5' plants. The presence of cry1Ac transgene affected neither the development nor the yield of plants. Cytogenetical analysis showed that transgenic plants presented normal karyotype. In detached-leaf bioassay, cry1Ac plants exhibited complete efficacy against A. gemmatalis, whereas negative controls were significantly damaged. Whole-plant feeding assay confirmed a very high protection of cry1Ac against velvetbean caterpillar, while nontransgenic 'IAS 5' plants and homozygous gusA line exhibited 56.5 and 71.5% defoliation, respectively. The presence of cry1Ac transgene doesn't affect the majority of agronomic traits (including yield) of soybean and grants high protection against A. gemmatalis.

In vivo reprogramming of circuit connectivity in postmitotic neocortical neurons.

The molecular mechanisms that control how progenitors generate distinct subtypes of neurons, and how undifferentiated neurons acquire their specific identity during corticogenesis, are increasingly understood. However, whether postmitotic neurons can change their identity at late stages of differentiation remains unknown. To study this question, we developed an electrochemical in vivo gene delivery method to rapidly manipulate gene expression specifically in postmitotic neurons. Using this approach, we found that the molecular identity, morphology, physiology and functional input-output connectivity of layer 4 mouse spiny neurons could be specifically reprogrammed during the first postnatal week by ectopic expression of the layer 5B output neuron-specific transcription factor Fezf2. These findings reveal a high degree of plasticity in the identity of postmitotic neocortical neurons and provide a proof of principle for postnatal re-engineering of specific neural microcircuits in vivo.

Redox dysregulation affects the ventral but not dorsal hippocampus: impairment of parvalbumin neurons, gamma oscillations, and related behaviors.

Elevated oxidative stress and alteration in antioxidant systems, including glutathione (GSH) decrease, are observed in schizophrenia. Genetic and functional data indicate that impaired GSH synthesis represents a susceptibility factor for the disorder. Here, we show that a genetically compromised GSH synthesis affects the morphological and functional integrity of hippocampal parvalbumin-immunoreactive (PV-IR) interneurons, known to be affected in schizophrenia. A GSH deficit causes a selective decrease of PV-IR interneurons in CA3 and dendate gyrus (DG) of the ventral but not dorsal hippocampus and a concomitant reduction of beta/gamma oscillations. Impairment of PV-IR interneurons emerges at the end of adolescence/early adulthood as oxidative stress increases or cumulates selectively in CA3 and DG of the ventral hippocampus. Such redox dysregulation alters stress and emotion-related behaviors but leaves spatial abilities intact, indicating functional disruption of the ventral but not dorsal hippocampus. Thus, a GSH deficit affects PV-IR interneuron's integrity and neuronal synchrony in a region- and time-specific manner, leading to behavioral phenotypes related to psychiatric disorders.

ACID-SENSING ION CHANNELS: functional and molecular characterization in putative nociceptors, and modulation by nerve injury and serine protease

Résumé Les canaux ioniques ASICs (acid-sensing ion channels) appartiennent à la famille des canaux ENaC/Degenerin. Pour l'instant, quatre gènes (1 à 4) ont été clonés dont certains présentent des variants d'épissage. Leur activation par une acidification rapide du milieu extracellulaire génère un courant entrant transitoire essentiellement sodique accompagné pour certains types d'ASICs d'une phase soutenue. Les ASICs sont exprimés dans le système nerveux, central (SNC) et périphérique (SNP). On leur attribue un rôle dans l'apprentissage, la mémoire et l'ischémie cérébrale au niveau central ainsi que dans la nociception (douleur aiguë et inflammatoire) et la méchanotransduction au niveau périphérique. Toutefois, les données sont parfois contradictoires. Certaines études suggèrent qu'ils sont des senseurs primordiaux impliqués dans la détection de l'acidification et la douleur. D'autres études suggèrent plutôt qu'ils ont un rôle modulateur inhibiteur dans la douleur. De plus, le fait que leur activation génère majoritairement un courant transitoire alors que les fibres nerveuses impliquées dans la douleur répondent à un stimulus nocif avec une adaptation lente suggère que leurs propriétés doivent être modulés par des molécules endogènes. Dans une première partie de ma thèse, nous avons abordé la question de l'expression fonctionnelle des ASICs dans les neurones sensoriels primaires afférents du rat adulte pour clarifier le rôle des ASICs dans les neurones sensoriels. Nous avons caractérisé leurs propriétés biophysiques et pharmacologiques par la technique du patch-clamp en configuration « whole-cell ». Nous avons pu démontrer que près de 60% des neurones sensoriels de petit diamètre expriment des courants ASICs. Nous avons mis en évidence trois types de courant ASIC dans ces neurones. Les types 1 et 3 ont des propriétés compatibles avec un rôle de senseur du pH alors que le type 2 est majoritairement activé par des pH inférieurs à pH6. Le type 1 est médié par des homomers de la sous-unité ASIC1 a qui sont perméables aux Ca2+. Nous avons étudié leur co-expression avec des marqueurs des nocicepteurs ainsi que la possibilité d'induire une activité neuronale suite à une acidification qui soit dépendante des ASICs. Le but était d'associer un type de courant ASIC avec une fonction potentielle dans les neurones sensoriels. Une majorité des neurones exprimant les courants ASIC co-expriment des marqueurs des nocicepteurs. Toutefois, une plus grande proportion des neurones exprimant le type 1 n'est pas associée à la nociception par rapport aux types 2 et 3. Nous avons montré qu'il est possible d'induire des potentiels d'actions suite à une acidification. La probabilité d'induction est proportionnelle à la densité des courants ASIC et à l'acidité de la stimulation. Puis, nous avons utilisé cette classification comme un outil pour appréhender les potentielles modulations fonctionnelles des ASICs dans un model de neuropathie (spared nerve injury). Cette approche fut complétée par des expériences de «quantitative RT-PCR ». En situation de neuropathie, les courants ASIC sont dramatiquement changés au niveau de leur expression fonctionnelle et transcriptionnelle dans les neurones lésés ainsi que non-lésés. Dans une deuxième partie de ma thèse, suite au test de différentes substances sécrétées lors de l'inflammation et l'ischémie sur les propriétés des ASICs, nous avons caractérisé en détail la modulation des propriétés des courants ASICs notamment ASIC1 par les sérines protéases dans des systèmes d'expression recombinants ainsi que dans des neurones d'hippocampe. Nous avons montré que l'exposition aux sérine-protéases décale la dépendance au pH de l'activation ainsi que la « steady-state inactivation »des ASICs -1a et -1b vers des valeurs plus acidiques. Ainsi, l'exposition aux serine protéases conduit à une diminution du courant quand l'acidification a lieu à partir d'un pH7.4 et conduit à une augmentation du courant quand l'acidification alleu à partir d'un pH7. Nous avons aussi montré que cette régulation a lieu des les neurones d'hippocampe. Nos résultats dans les neurones sensoriels suggèrent que certains courants ASICs sont impliqués dans la transduction de l'acidification et de la douleur ainsi que dans une des phases du processus conduisant à la neuropathie. Une partie des courants de type 1 perméables au Ca 2+ peuvent être impliqués dans la neurosécrétion. La modulation par les sérines protéases pourrait expliquer qu'en situation d'acidose les canaux ASICs soient toujours activables. Résumé grand publique Les neurones sont les principales cellules du système nerveux. Le système nerveux est formé par le système nerveux central - principalement le cerveau, le cervelet et la moelle épinière - et le système nerveux périphérique -principalement les nerfs et les neurones sensoriels. Grâce à leur nombreux "bras" (les neurites), les neurones sont connectés entre eux, formant un véritable réseau de communication qui s'étend dans tout le corps. L'information se propage sous forme d'un phénomène électrique, l'influx nerveux (ou potentiels d'actions). A la base des phénomènes électriques dans les neurones il y a ce que l'on appelle les canaux ioniques. Un canal ionique est une sorte de tunnel qui traverse l'enveloppe qui entoure les cellules (la membrane) et par lequel passent les ions. La plupart de ces canaux sont normalement fermés et nécessitent d'être activés pour s'ouvrire et générer un influx nerveux. Les canaux ASICs sont activés par l'acidification et sont exprimés dans tout le système nerveux. Cette acidification a lieu notamment lors d'une attaque cérébrale (ischémie cérébrale) ou lors de l'inflammation. Les expériences sur les animaux ont montré que les canaux ASICs avaient entre autre un rôle dans la mort des neurones lors d'une attaque cérébrale et dans la douleur inflammatoire. Lors de ma thèse je me suis intéressé au rôle des ASICs dans la douleur et à l'influence des substances produites pendant l'inflammation sur leur activation par l'acidification. J'ai ainsi pu montrer chez le rat que la majorité des neurones sensoriels impliqués dans la douleur ont des canaux ASICs et que l'activation de ces canaux induit des potentiels d'action. Nous avons opéré des rats pour qu'ils présentent les symptômes d'une maladie chronique appelée neuropathie. La neuropathie se caractérise par une plus grande sensibilité à la douleur. Les rats neuropathiques présentent des changements de leurs canaux ASICs suggérant que ces canaux ont une peut-être un rôle dans la genèse ou les symptômes de cette maladie. J'ai aussi montré in vitro qu'un type d'enryme produit lors de l'inflammation et l'ischémie change les propriétés des ASICs. Ces résultats confirment un rôle des ASICs dans la douleur suggérant notamment un rôle jusque là encore non étudié dans la douleur neuropathique. De plus, ces résultats mettent en évidence une régulation des ASICs qui pourrait être importante si elle se confirmait in vivo de part les différents rôles des ASICs. Abstract Acid-sensing ion channels (ASICs) are members of the ENaC/Degenerin superfamily of ion channels. Their activation by a rapid extracellular acidification generates a transient and for some ASIC types also a sustained current mainly mediated by Na+. ASICs are expressed in the central (CNS) and in the peripheral (PNS) nervous system. In the CNS, ASICs have a putative role in learning, memory and in neuronal death after cerebral ischemia. In the PNS, ASICs have a putative role in nociception (acute and inflammatory pain) and in mechanotransduction. However, studies on ASIC function are somewhat controversial. Some studies suggest a crucial role of ASICs in transduction of acidification and in pain whereas other studies suggest rather a modulatory inhibitory role of ASICs in pain. Moreover, the basic property of ASICs, that they are activated only transiently is irreconcilable with the well-known property of nociception that the firing of nociceptive fibers demonstrated very little adaptation. Endogenous molecules may exist that can modulate ASIC properties. In a first part of my thesis, we addressed the question of the functional expression of ASICs in adult rat dorsal root ganglion (DRG) neurons. Our goal was to elucidate ASIC roles in DRG neurons. We characterized biophysical and pharmacological properties of ASIC currents using the patch-clamp technique in the whole-cell configuration. We observed that around 60% of small-diameter sensory neurons express ASICs currents. We described in these neurons three ASIC current types. Types 1 and 3 have properties compatible with a role of pH-sensor whereas type 2 is mainly activated by pH lower than pH6. Type 1 is mediated by ASIC1a homomultimers which are permeable to Ca 2+. We studied ASIC co-expression with nociceptor markers. The goal was to associate an ASIC current type with a potential function in sensory neurons. Most neurons expressing ASIC currents co-expressed nociceptor markers. However, a higher proportion of the neurons expressing type 1 was not associated with nociception compared to type 2 and -3. We completed this approach with current-clamp measurements of acidification-induced action potentials (APs). We showed that activation of ASICs in small-diameter neurons can induce APs. The probability of AP induction is positively correlated with the ASIC current density and the acidity of stimulation. Then, we used this classification as a tool to characterize the potential functional modulation of ASICs in the spared nerve injury model of neuropathy. This approach was completed by quantitative RT-PCR experiments. ASICs current expression was dramatically changed at the functional and transcriptional level in injured and non-injured small-diameter DRG neurons. In a second part of my thesis, following an initial screening of the effect of various substances secreted during inflammation and ischemia on ASIC current properties, we characterized in detail the modulation of ASICs, in particular of ASIC1 by serine proteases in a recombinant expression system as well as in hippocampal neurons. We showed that protease exposure shifts the pH dependence of ASIC1 activation and steady-state inactivation to more acidic pH. As a consequence, protease exposure leads to a decrease in the current response if ASIC1 is activated by a pH drop from pH 7.4. If, however, acidification occurs from a basal pH of 7, protease-exposed ASIC1a shows higher activity than untreated ASIC1a. We provided evidence that this bi-directional regulation of ASIC1a function also occurs in hippocampal neurons. Our results in DRG neurons suggest that some ASIC currents are involved in the transduction of peripheral acidification and pain. Furthermore, ASICs may participate to the processes leading to neuropathy. Some Ca 2+-permeable type 1 currents may be involved in neurosecretion. ASIC modulation by serine proteases may be physiologically relevant, allowing ASIC activation under sustained slightly acidic conditions.

Characterization of GLUT8 and GLUT9, two novel glucose transporter isoforms

Summary Prevalence of type 2 diabetes is increasing worldwide at alarming rates, probably secondarily to that of obesity. As type 2 diabetes is characterized by blood hyperglycemia, controlling glucose entry into tissues from the bloodstream is key to maintain glycemia within acceptable ranges. In this context, several glucose transporter isoforms have been cloned recently and some of them have appeared to play important regulatory roles. Better characterizing two of them (GLUT8 and GLUT9) was the purpose of my work. The first part of my work was focused on GLUT8, which is mainly expressed in the brain and is able to transport glucose with high affinity. GLUT8 is retained intracellularly at basal state depending on an N-terminal dileucine motif, thus implying that cell surface expression may be induced by extracellular triggers. In this regard, I was interested in better defining GLUT8 subcellular localization at basal state and in finding signals promoting its translocation, using an adenoviral vector expressing a myc epitope-tagged version of the transporter, thus allowing expression and detection of cell-surface GLUT8 in primary hippocampal neurons and PC 12 cells. This tool enabled me to found out that GLUT8 resides in a unique compartment different from lysosomes, endoplasmic reticulum, endosomes and the Golgi. In addition, absence of GLUT8 translocation following pharmacological activation of several signalling pathways suggests that GLUT8 does not ever translocate to the cell surface, but would rather fulfill its role in its unique intracellular compartment. The second part of my work was focused on GLUT9, which -contrarily to GLUT8 - is unable to transport glucose, but retains the ability to bind glucose-derived cross-linker molecules, thereby suggesting that it may be a glucose sensor rather than a true glucose transporter. The aim of the project was thus to define if GLUT9 triggers intracellular signals when activated. Therefore, adenoviral vectors expressing GLUTS were used to infect both ßpancreatic and liver-derived cell lines, as GLUTS is endogenously expressed in the liver. Comparison of gene expression between cells infected with the GLUTS-expressing adenovirus and cells infected with a GFP-expressing control adenovirus ended up in the identification of the transcription factor HNF4α as being upregulated in aGLUT9-dependent manner. Résumé La prévalence du diabète de type 2 augmente de façon alarmante dans le monde entier, probablement secondairement à celle de l'obésité. Le diabète de type 2 étant caractérisé par une glycémie sanguine élevée, l'entrée du glucose dans les tissus depuis la circulation sanguine constitue un point de contrôle important pour maintenir la glycémie à des valeurs acceptables. Dans ce contexte, plusieurs isoformes de transporteurs au glucose ont été clonées récemment et certaines d'entre elles sont apparues comme jouant d'importants rôles régulateurs. Mieux caractériser deux d'entre elles (GLUT8 et GLUT9) était le but de mon travail. La première partie de mon travail a été centrée sur GLUT8, qui est exprimé principalement dans le cerveau et qui peut transporter le glucose avec une haute affinité. GLUT8 est retenu intracellulairement à l'état basal de façon dépendante d'un motif dileucine N-terminal, ce qui implique que son expression à la surface cellulaire pourrait être induite par des stimuli extracellulaires. Dans cette optique, je me suis intéressé à mieux définir la localisation subcellulaire de GLUT8 à l'état basal et à trouver des signaux activant sa translocation, en utilisant comme outil un vecteur adénoviral exprimant une version marquée (tag myc) du transporteur, me permettant ainsi d'exprimer et de détecter GLUT8 à la surface cellulaire dans des neurones hippocampiques primaires et des cellules PC12. Cet outil m'a permis de montrer que GLUT8 réside dans un compartiment unique différent des lysosomes, du réticulum endoplasmique, des endosomes, ainsi que du Golgi. De plus, l'absence de translocation de GLUT8 à la suite de l'activation pharmacologique de plusieurs voies de signalisation suggère que GLUT8 ne transloque jamais à la membrane plasmique, mais jouerait plutôt un rôle au sein même de son compartiment intracellulaire unique. La seconde partie de mon travail a été centrée sur GLUT9, lequel -contrairement à GLUT8 -est incapable de transporter le glucose, mais conserve la capacité de se lier à des molécules dérivées du glucose, suggérant que ce pourrait être un senseur de glucose plutôt qu'un vrai transporteur. Le but du projet a donc été de définir si GLUT9 active des signaux intracellulaires quand il est lui-même activé. Pour ce faire, des vecteurs adénoviraux exprimant GLUT9 ont été utilisés pour infecter des lignées cellulaires dérivées de cellules ßpancréatiques et d'hépatocytes, GLUT9 étant exprimé de façon endogène dans le foie. La comparaison de l'expression des gènes entre des cellules infectées avec l'adénovirus exprimant GLUT9 et un adénovirus contrôle exprimant la GFP a permis d'identifier le facteur de transcription HNF4α comme étant régulé de façon GLUT9-dépendante. Résumé tout public Il existe deux types bien distincts de diabète. Le diabète de type 1 constitue environ 10 des cas de diabète et se déclare généralement à l'enfance. Il est caractérisé par une incapacité du pancréas à sécréter une hormone, l'insuline, qui régule la concentration sanguine du glucose (glycémie). Il en résulte une hyperglycémie sévère qui, si le patient n'est pas traité à l'insuline, conduit à de graves dommages à divers organes, ce qui peut mener à la cécité, à la perte des membres inférieurs, ainsi qu'à l'insuffisance rénale. Le diabète de type 2 se déclare plus tard dans la vie. Il n'est pas causé par une déficience en insuline, mais plutôt par une incapacité de l'insuline à agir sur ses tissus cibles. Le nombre de cas de diabète de type 2 augmente de façon dramatique, probablement à la suite de l'augmentation des cas d'obésité, le surpoids chronique étant le principal facteur de risque de diabète. Chez l'individu sain, le glucose sanguin est transporté dans différents organes (foie, muscles, tissu adipeux,...) où il est utilisé comme source d'énergie. Chez le patient diabétique, le captage de glucose est altéré, expliquant ainsi l'hyperglycémie. Il est ainsi crucial d'étudier les mécanismes permettant ce captage. Ainsi, des protéines permettant l'entrée de glucose dans la cellule depuis le milieu extracellulaire ont été découvertes depuis une vingtaine d'années. La plupart d'entre elles appartiennent à une sous-famille de protéines nommée GLUT (pour "GLUcose Transporters") dont cinq membres ont été caractérisés et nommés selon l'ordre de leur découverte (GLUT1-5). Néanmoins, la suppression de ces protéines chez la souris par des techniques moléculaires n'affecte pas totalement le captage de glucose, suggérant ainsi que des transporteurs de glucose encore inconnus pourraient exister. De telles protéines ont été isolées ces dernières années et nommées selon l'ordre de leur découverte (GLUT6-14). Durant mon travail de thèse, je me suis intéressé à deux d'entre elles, GLUT8 et GLUT9, qui ont été découvertes précédemment dans le laboratoire. GLUT8 est exprimé principalement dans le cerveau. La protéine n'est pas exprimée à la surface de la cellule, mais est retenue à l'intérieur. Des mécanismes complexes doivent donc exister pour déplacer le transporteur à la surface cellulaire, afin qu'il puisse permettre l'entrée du glucose dans la cellule. Mon travail a consisté d'une part à définir où se trouve le transporteur à l'intérieur de la cellule, et d'autre part à comprendre les mécanismes capables de déplacer GLUT8 vers la surface cellulaire, en utilisant des neurones exprimant une version marquée du transporteur, permettant ainsi sa détection par des méthodes biochimiques. Cela m'a permis de montrer que GLUT8 est localisé dans une partie de la cellule encore non décrite à ce jour et qu'il n'est jamais déplacé à la surface cellulaire, ce qui suggère que le transporteur doit jouer un rôle à l'intérieur de la cellule et non à sa surface. GLUT9 est exprimé dans le foie et dans les reins. Il ressemble beaucoup à GLUT8, mais ne transporte pas le glucose, ce qui suggère que ce pourrait être un récepteur au glucose plutôt qu'un transporteur à proprement parler. Le but de mon travail a été de tester cette hypothèse, en comparant des cellules du foie exprimant GLUT9 avec d'autres n'exprimant pas la protéine. Par des méthodes d'analyses moléculaires, j'ai pu montrer que la présence de GLUT9 dans les cellules du foie augmente l'expression de HNF4α, une protéine connue pour réguler la sécrétion d'insuline dans le pancréas ainsi que la production de glucose dans le foie. Des expériences complémentaires seront nécessaires afin de mieux comprendre par quels mécanismes GLUT9 influence l'expression de HNF4α dans le foie, ainsi que de définir l'importance de GLUT9 dans la régulation de la glycémie chez l'animal entier.

Induction of p38, tumour necrosis factor-α and RANTES by mechanical stretching of keratinocytes expressing mutant keratin 10R156H.

Background : Epidermolytic hyperkeratosis (bullous congenital ichthyosiform erythroderma), characterized by ichthyotic, rippled hyperkeratosis, erythroderma and skin blistering, is a rare autosomal dominant disease caused by mutations in keratin 1 or keratin 10 (K10) genes. A severe phenotype is caused by a missense mutation in a highly conserved arginine residue at position 156 (R156) in K10. Objectives: To analyse molecular pathomechanisms of hyperproliferation and hyperkeratosis, we investigated the defects in mechanosensation and mechanotransduction in keratinocytes carrying the K10R156H mutation. Methods: Differentiated primary human keratinocytes infected with lentiviral vectors carrying wild-type K10 (K10wt) or mutated K10R156H were subjected to 20% isoaxial stretch. Cellular fragility and mechanosensation were studied by analysis of mitogen-activated protein kinase activation and cytokine release. Results: Cultured keratinocytes expressing K10R156H showed keratin aggregate formation at the cell periphery, whereas the filament network in K10wt cells was normal. Under stretching conditions K10R156H keratinocytes exhibited about a twofold higher level of filament collapse compared with steady state. In stretched K10R156H cells, higher p38 activation, higher release of tumour necrosis factor-alpha and RANTES but reduced interleukin-1 beta secretion compared with K10wt cells was observed. Conclusions: These results demonstrate that the R156H mutation in K10 destabilizes the keratin intermediate filament network and affects stress signalling and inflammatory responses to mechanical stretch in differentiated cultured keratinocytes.