Relation entre une ischémie cardiaque transmurale ou partielle (sous-endocardique) et les changements ECG chez le porc : implication des substances vasoactives

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

Electrophysiological study of the effects of arginine vasopressin in the rat juxtacapsular nucleus of the bed nucleus of the stria terminalis

Arginine vasopressin (AVP), a nine amino acid neuropeptide (CYFQNCPRG- NH2) fulfills a dual function: (i) in the periphery, AVP acts as a peptide hormone and (ii) in the CNS, AVP is a neuromodulatory peptide. AVP produces its effects through 3 AVP receptors (AVPRs). AVPR1a and AVPR1b are expressed in the CNS and periphery, whilst AVPR2 is not found centrally but instead solely expressed in the kidneys. Recent evidence revealed a high density of AVP-binding sites in the juxtacapsular nucleus of the bed nucleus of the stria terminalis (jxBNST). While in other regions of the brain, AVP acts at AVPRs to regulate an array of biological processes, including male-typical social behaviours, social memory, stress adaptation, fear, anxiety, and fluid homeostasis, its role in the jxBNST remains elusive. Furthermore, the neurophysiological properties of AVP in the jxBNST are unknown so this study aimed to examine how AVP modulates synaptic transmission in the rat jxBNST. The BNST being one of the most notable sexually dimorphic brain regions and AVPR expression being influenced by gonadal steroids, we investigated the putative influence of sex on the modulatory effects of AVP in the jxBNST. Finally, due to AVP being released at a substantially higher concentration following periods of water deprivation, we examined changes in AVPs modulatory role following water deprivation. Male and female Long Evans rats were euthanized and brain slice whole-cell voltage-clamp electrophysiology was done in the jxBNST to measure the effects of AVP on synaptic transmission of GABA synapses. Exogenous application of AVP produced three responses; either postsynaptic long-term potentiation (LTP) of GABAA-inhibitory postsynaptic currents (IPSC), postsynaptic long-term depression (LTD) of GABAA-IPSC, or no change in GABAA-IPSC amplitudes. Interestingly, the proportion of neurons responding in each of these ways did not differ between sexes and within females was not estrous cycle-dependent. Finally, although not statistically significant, 24-hour water deprivation abolished GABAA-LTD, an effect that was not a consequence of social isolation. Taken together, our data show that AVP modulates GABAA synaptic transmission in the jxBNST in fluid homeostasis- but not sex-dependent manner.

Free fatty acid receptor 1 (GPR40) agonists containing spirocyclic periphery inspired by LY2881835

The free fatty acid receptor 1 (FFA1), a G protein-coupled receptor (GPCR) naturally activated by long-chain fatty acids is a novel target for the treatment of metabolic diseases. The basic amine spirocyclic periphery of Eli Lilly's drug candidate LY2881835 for treatment of type 2 diabetes mellitus (which reached phase I clinical trials) inspired a series of novel FFA1 agonists. These were designed to incorporate the 3-[4-(benzyloxy)phenyl]propanoic acid pharmacophore core decorated with a range of spirocyclic motifs. The latter were prepared via the Prins cyclization and subsequent modification of the 4-hydroxytetrahydropyran moiety in the Prins product. Here, we synthesize 19 compounds and test for FFA1 activity. Within this pilot set, a nanomolar potency (EC50=55nM) was reached. Four lead compounds (EC50 range 55-410nM) were characterized for aqueous solubility, metabolic stability, plasma protein binding and Caco-2 permeability. While some instability in the presence of mouse liver microsomes was noted, mouse pharmacokinetic profile of the compound having the best overall ADME properties was evaluated to reveal acceptable bioavailability (F=10.3%) and plasma levels achieved on oral administration.

Le rôle des acides gras oméga-3 sur la balance énergétique, la régulation de l’appétit, l’état émotionnel et l’implication du récepteur GPR120

L’obésité est un facteur de risque lié à des problèmes physiques, émotionnels et comportementaux. Aujourd’hui, l’alimentation est composée d’un régime typiquement occidental «Western diet» qui est riche en acides gras saturés (AGS) et pauvre en acides gras polyinsaturés (AGPI) tel que les oméga-3 (N-3) et occasionnant un déséquilibre du ratio alimentaire N-6/N-3. Ce déséquilibre est une des causes de la prévalence des maladies mentales y compris celles des troubles de l'humeur et de l’anxiété. L’acide docosahexaénoïque (ADH, 22: 6 n-3) est l’acide gras (AG) le plus abondant dans le cerveau et son accumulation est particulièrement élevée pendant la période périnatale. Il joue un rôle important dans le développement neuronal et d'autres fonctions du cerveau tel l'apprentissage et la mémoire. Des perturbations de l’environnement périnatal peuvent influencer à très long terme l’avenir de la descendance en la rendant plus susceptible de développer des problèmes d’obésité dans un contexte nutritionnel riche. On ignore cependant si le déficit alimentaire chez la mère et particulièrement en ADH aura un impact sur la motivation alimentaire de la progéniture. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le rôle potentiel des N-3 sur la balance énergétique, la motivation alimentaire, la dépression et le niveau d’anxiété des descendants de souris mâles adultes assujetties à une alimentation riche en gras. Nos données ont démontré qu‘un régime maternel déficitaire en ADH durant la période périnatale incitait la descendance à fournir plus d’effort afin d’obtenir un aliment palatable. Ceci entraînerait un dérèglement de l’homéostasie énergétique en augmentant le gain de poids et en diminuant l’activité locomotrice tout en exacerbant le comportement de type anxieux dès que les souris sont exposées à un milieu obésogène. Les acides gras libres (AGL) sont des nutriments essentiels fonctionnant comme des molécules de signalisation dans le cerveau en ayant des récepteurs qui jouent un rôle important dans le contrôle du métabolisme énergétique. Parmi eux, on distingue un récepteur couplé à la protéine G (GPCR), le GPR120. Ce récepteur activé par les AGPI ω-3 intervient dans les mécanismes anti-inflammatoires et insulino-résistants via les N-3. Une mutation dans le gène GPR120 occasionnée par une réduction de l’activité de signalisation du gène est liée à l’obésité humaine. L'objectif premier de cette deuxième étude était d’évaluer l'impact de la stimulation pharmacologique de GPR120 dans le système nerveux central (SNC) sur l'alimentation, les dépenses d'énergie, le comportement de type anxieux et la récompense alimentaire. Nos résultats démontrent qu’une injection centrale aiguë d'agoniste GPR120 III réduit la prise alimentaire ad libitum et la motivation alimentaire pour un aliment riche en gras et en sucre; ainsi que les comportements de type anxieux. L’injection centrale chronique (21 jours) de ce même agoniste GPR120 III transmis par une pompe osmotique a démontré que les souris placées sous diète hypercalorique (HFD n’ont présenté aucune modification lors de la prise alimentaire ni de gain de poids mais qu’il y avait comparativement au groupe de véhicule, une réduction du comportement de type anxieux, que ce soit dans le labyrinthe en croix surélevé (LCS) ou dans le test à champ ouvert (OFT). L’ADH est reconnu pour ses propriétés anorexigènes au niveau central. De plus, la stimulation des récepteurs de GPR120 au niveau du cerveau avec un agoniste synthétique peut produire un effet intense intervenir sur le comportement lié à l'alimentation des rongeurs. Trouver une approche visant à contrôler à la fois la neuroinflammation, la récompense alimentaire et les troubles émotionnels aiderait assurément au traitement de l'obésité et du diabète de type 2.

Characterizing neural tissues with mass spectrometry imaging via enhanced computational approaches

Neuropeptides affect the activity of the myriad of neuronal circuits in the brain. They are under tight spatial and chemical control and the dynamics of their release and catabolism directly modify neuronal network activity. Understanding neuropeptide functioning requires approaches to determine their chemical and spatial heterogeneity within neural tissue, but most imaging techniques do not provide the complete information desired. To provide chemical information, most imaging techniques used to study the nervous system require preselection and labeling of the peptides of interest; however, mass spectrometry imaging (MSI) detects analytes across a broad mass range without the need to target a specific analyte. When used with matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI), MSI detects analytes in the mass range of neuropeptides. MALDI MSI simultaneously provides spatial and chemical information resulting in images that plot the spatial distributions of neuropeptides over the surface of a thin slice of neural tissue. Here a variety of approaches for neuropeptide characterization are developed. Specifically, several computational approaches are combined with MALDI MSI to create improved approaches that provide spatial distributions and neuropeptide characterizations. After successfully validating these MALDI MSI protocols, the methods are applied to characterize both known and unidentified neuropeptides from neural tissues. The methods are further adapted from tissue analysis to be able to perform tandem MS (MS/MS) imaging on neuronal cultures to enable the study of network formation. In addition, MALDI MSI has been carried out over the timecourse of nervous system regeneration in planarian flatworms resulting in the discovery of two novel neuropeptides that may be involved in planarian regeneration. In addition, several bioinformatic tools are developed to predict final neuropeptide structures and associated masses that can be compared to experimental MSI data in order to make assignments of neuropeptide identities. The integration of computational approaches into the experimental design of MALDI MSI has allowed improved instrument automation and enhanced data acquisition and analysis. These tools also make the methods versatile and adaptable to new sample types.

Involvement of Beta-arrestin 1 and Beta-arrestin 2 in store operated calcium entry

Résumé : La variation de la [Ca2+] intracellulaire participe à nombreux de processus biologiques. Les cellules eucaryotes expriment à la membrane plasmique une variété de canaux par lesquelles le calcium peut entrer. Dans les cellules non excitables, deux mécanismes principaux permettent l'entrée calcique; l'entrée capacitative de Ca2+ via Orai1 (SOCE) et l'entrée calcique activé par un récepteur (ROCE). Plusieurs protéines clés sont impliquées dans la régulation de ces voies d'entrée calcique, ainsi que dans l'homéostasie calcique. TRPC6 est un canal calcique impliquée dans l'entrée calcique dans les cellules à la suite d’une stimulation d’un récepteur hormonal. TRPC6 transloque à la membrane cellulaire et il y demeure jusqu'à ce que le stimulus soit retiré. Les mécanismes qui régulent le trafic et l'activation de TRPC6 sont cependant encore peu connus. Des découvertes récentes ont démontré qu'il y a un rôle potentiel de Rho kinase dans l'activité de TRPC6. Rho kinase est activée par la petite protéine G RhoA qui peut être activée par les protéines G hétérotrimériques Gα12 et Gα13. En plus de Gα12 et Gα13, les protéines de désensibilisation des GPCR β -arrestin 1 et / ou β-arrestin 2 peuvent aussi activer RhoA. Le but de notre étude est d'examiner la participation des protéines Gα12/13 et β-arrestin 1/ β-arrestin 2 dans l'activation de TRPC6 et de la protéine Orai1. Nous avons utilisé des ARN interférant (siRNA) spécifiques pour induire une réduction de l'expression de Gα12/13 ou β-arrestin 1/β-arrestin 2. La conséquence sur l’entrée de Ca2+ dans les cellules a été ensuite déterminée par imagerie calcique en temps réel suite à une stimulation par la vasopressine (AVP), thapsigargin ou carbachol. Nous avons donc identifié que dans des cellules A7r5, une lignée cellulaire de musculaires lisses vasculaires où le canal TRPC6 exprimé de manière endogène, la diminution de l’expression des protéines Gα12 ou Gα13 ne semble pas modifier l’entrée Ca2+ induit par l’AVP par rapport aux cellules témoins. D'autre part, la diminution de l’expression β-arrestin 1 ou β-arrestin 2 dans des cellules HEK 293 ainsi que des cellules HEK 293 exprimant de façon stable TRPC6 (cellules T6.11) ont augmenté l’entrée de Ca2+ induite par thapsigargin, un activateur pharmacologique de SOCE. Des études de co-immunoprécipitation démontrent une interaction entre la β-arrestin 1 et STIM1, alors qu'aucune interaction n'a été observée entre les β-arrestin 1 et Orai1. Nous avons de plus montré à l'aide d'analyse en microscopie confocale que la diminution de l’expression β-arrestin 1 ou β-arrestin 2 n’influence pas la quantité d’Orai1 à la périphérie cellulaire. Cependant, des résultats préliminaires indiquent que la diminution de l’expression β-arrestin 1 ou β-arrestin 2 augmente la quantité de STIM1-YFP dans l'espace intracellulaire et diminue sa quantité à la périphérie cellulaire. En conclusion, nous avons montré que les β-arrestin 1 ou β-arrestin 2 sont impliquées dans l'entrée capacitative de Ca2+ (SOCE) et contrôlent la quantité de STIM1 dans le réticulum endoplasmique.

Agonistic interactions elicit rapid changes in brain nonapeptide levels in zebrafish

The teleost fish nonapeptides, arginine vasotocin (AVT) and isotocin (IT), have been implicated in the regulation of social behavior. These peptides are expected to be involved in acute and transient changes in social context, in order to be efficient in modulating the expression of social behavior according to changes in the social environment. Here we tested the hypothesis that short-term social interactions are related to changes in the level of both nonapeptides across different brain regions. For this purpose we exposed male zebrafish to two types of social interactions: (1) real opponent interactions, from which a Winner and a Loser emerged; and (2) mirror-elicited interactions, that produced individuals that did not experience a change in social status despite expressing similar levels of aggressive behavior to those of participants in real-opponent fights. Non-interacting individuals were used as a reference group. Each social phenotype (i.e. Winners, Losers, Mirror-fighters) presented a specific brain profile of nonapeptides when compared to the reference group. Moreover, the comparison between the different social phenotypes allowed to address the specific aspects of the interaction (e.g. assessment of opponent aggressive behavior vs. self-assessment of expressed aggressive behavior) that are linked with neuropeptide responses. Overall, agonistic interactions seem to be more associated with the changes in brain AVT than IT, which highlights the preferential role of AVT in the regulation of aggressive behavior already described for other species.

Le rôle des acides gras oméga-3 sur la balance énergétique, la régulation de l’appétit, l’état émotionnel et l’implication du récepteur GPR120

L’obésité est un facteur de risque lié à des problèmes physiques, émotionnels et comportementaux. Aujourd’hui, l’alimentation est composée d’un régime typiquement occidental «Western diet» qui est riche en acides gras saturés (AGS) et pauvre en acides gras polyinsaturés (AGPI) tel que les oméga-3 (N-3) et occasionnant un déséquilibre du ratio alimentaire N-6/N-3. Ce déséquilibre est une des causes de la prévalence des maladies mentales y compris celles des troubles de l'humeur et de l’anxiété. L’acide docosahexaénoïque (ADH, 22: 6 n-3) est l’acide gras (AG) le plus abondant dans le cerveau et son accumulation est particulièrement élevée pendant la période périnatale. Il joue un rôle important dans le développement neuronal et d'autres fonctions du cerveau tel l'apprentissage et la mémoire. Des perturbations de l’environnement périnatal peuvent influencer à très long terme l’avenir de la descendance en la rendant plus susceptible de développer des problèmes d’obésité dans un contexte nutritionnel riche. On ignore cependant si le déficit alimentaire chez la mère et particulièrement en ADH aura un impact sur la motivation alimentaire de la progéniture. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le rôle potentiel des N-3 sur la balance énergétique, la motivation alimentaire, la dépression et le niveau d’anxiété des descendants de souris mâles adultes assujetties à une alimentation riche en gras. Nos données ont démontré qu‘un régime maternel déficitaire en ADH durant la période périnatale incitait la descendance à fournir plus d’effort afin d’obtenir un aliment palatable. Ceci entraînerait un dérèglement de l’homéostasie énergétique en augmentant le gain de poids et en diminuant l’activité locomotrice tout en exacerbant le comportement de type anxieux dès que les souris sont exposées à un milieu obésogène. Les acides gras libres (AGL) sont des nutriments essentiels fonctionnant comme des molécules de signalisation dans le cerveau en ayant des récepteurs qui jouent un rôle important dans le contrôle du métabolisme énergétique. Parmi eux, on distingue un récepteur couplé à la protéine G (GPCR), le GPR120. Ce récepteur activé par les AGPI ω-3 intervient dans les mécanismes anti-inflammatoires et insulino-résistants via les N-3. Une mutation dans le gène GPR120 occasionnée par une réduction de l’activité de signalisation du gène est liée à l’obésité humaine. L'objectif premier de cette deuxième étude était d’évaluer l'impact de la stimulation pharmacologique de GPR120 dans le système nerveux central (SNC) sur l'alimentation, les dépenses d'énergie, le comportement de type anxieux et la récompense alimentaire. Nos résultats démontrent qu’une injection centrale aiguë d'agoniste GPR120 III réduit la prise alimentaire ad libitum et la motivation alimentaire pour un aliment riche en gras et en sucre; ainsi que les comportements de type anxieux. L’injection centrale chronique (21 jours) de ce même agoniste GPR120 III transmis par une pompe osmotique a démontré que les souris placées sous diète hypercalorique (HFD n’ont présenté aucune modification lors de la prise alimentaire ni de gain de poids mais qu’il y avait comparativement au groupe de véhicule, une réduction du comportement de type anxieux, que ce soit dans le labyrinthe en croix surélevé (LCS) ou dans le test à champ ouvert (OFT). L’ADH est reconnu pour ses propriétés anorexigènes au niveau central. De plus, la stimulation des récepteurs de GPR120 au niveau du cerveau avec un agoniste synthétique peut produire un effet intense intervenir sur le comportement lié à l'alimentation des rongeurs. Trouver une approche visant à contrôler à la fois la neuroinflammation, la récompense alimentaire et les troubles émotionnels aiderait assurément au traitement de l'obésité et du diabète de type 2.

A perfect day for zebrafish : neuromodulation of sleep in a diurnal vertebrate

Every day, we shift among various states of sleep and arousal to meet the many demands of our bodies and environment. A central puzzle in neurobiology is how the brain controls these behavioral states, which are essential to an animal's well-being and survival. Mammalian models have predominated sleep and arousal research, although in the past decade, invertebrate models have made significant contributions to our understanding of the genetic underpinnings of behavioral states. More recently, the zebrafish (Danio rerio), a diurnal vertebrate, has emerged as a promising model system for sleep and arousal research.

In this thesis, I describe two studies on sleep/arousal pathways that I conducted using zebrafish, and I discuss how the findings can be combined in future projects to advance our understanding of vertebrate sleep/arousal pathways. In the first study, I discovered a neuropeptide that regulates zebrafish sleep and arousal as a result of a large-scale effort to identify molecules that regulate behavioral states. Taking advantage of facile zebrafish genetics, I constructed mutants for the three known receptors of this peptide and identified the one receptor that exclusively mediates the observed behavioral effects. I further show that the peptide exerts its behavioral effects independently of signaling at a key module of a neuroendocrine signaling pathway. This finding contradicts the hypothesis put forth in mammalian systems that the peptide acts through the classical neuroendocrine pathway; our data further generate new testable hypotheses for determining the central nervous system or alternative neuroendocrine pathways involved.

Second, I will present the development of a chemigenetic method to non-invasively manipulate neurons in the behaving zebrafish. I validated this technique by expressing and inducing the chemigenetic tool in a restricted population of sleep-regulating neurons in the zebrafish. As predicted by established models of this vertebrate sleep regulator, chemigenetic activation of these neurons induced hyperactivity, whereas chemigenetic ablation of these neurons induced increased sleep behavior. Given that light is a potent modulator of behavior in zebrafish, our proof-of-principle data provide a springboard for future studies of sleep/arousal and other light-dependent behaviors to interrogate genetically-defined populations of neurons independently of optogenetic tools.

Male sexual behaviour and ethanol consumption from an evolutionary perspective: a comment on "Sexual deprivation increases ethanol intake in Drosophila"

Shohat-Ophir et al. (1) demonstrate a connection between sexual behaviour and ethanol consumption in male Drosophila flies, and how the neuropeptide F system regulates ethanol preference. Their results are rightly discussed only in a physiological context, but this has facilitated erroneous anthropomorphic interpretations by the media. Here we discuss the link between male sexual behaviour and ethanol consumption from an evolutionary perspective, providing a broader context to interpret their results.

Origin of aberrant blood pressure and sympathetic regulation in diet-induced obesity

High fat diet (HFD)-induced hypertension in rabbits is neurogenic and caused by the central action of leptin, which is thought to be dependent on activation of α-melanocortin-stimulating hormone (α-MSH) and neuropeptide Y-positive neurons projecting to the dorsomedial hypothalamus (DMH) and ventromedial hypothalamus (VMH). However, leptin may act directly in these nuclei. Here, we assessed the contribution of leptin, α-MSH, and neuropeptide Y signaling in the DMH and VMH to diet-induced hypertension. Male New Zealand white rabbits were instrumented with a cannula for drug injections into the DMH or VMH and a renal sympathetic nerve activity (RSNA) electrode. After 3 weeks of an HFD (13.3% fat; n=19), rabbits exhibited higher RSNA, mean arterial pressure (MAP), and heart rate compared with control diet-fed animals (4.2% fat; n=15). Intra-VMH injections of a leptin receptor antagonist or SHU9119, a melanocortin 3/4 receptor antagonist, decreased MAP, heart rate, and RSNA compared with vehicle in HFD rabbits (P<0.05) but not in control diet-fed animals. By contrast, α-MSH or neuropeptide Y injected into the VMH had no effect on MAP but produced sympathoexcitation in HFD rabbits (P<0.05) but not in control diet-fed rabbits. The effects of the leptin antagonist, α-MSH, or neuropeptide Y injections into the DMH on MAP or RSNA of HFD rabbits were not different from those after vehicle injection. α-MSH into the DMH of control diet-fed animals did increase MAP, heart rate, and RSNA. We conclude that the VMH is the likely origin of leptin-mediated sympathoexcitation and α-MSH hypersensitivity that contribute to obesity-related hypertension.

The role of leptin and ghrelin in appetite regulation in the Australian Spinifex hopping mouse, Notomys alexis, during long-term water deprivation

Water deprivation of the Spinifex hopping mouse, Notomys alexis, induced a biphasic pattern of food intake with an initial hypophagia that was followed by an increased, and then sustained food intake. The mice lost approximately 20% of their body mass and there was a loss of white adipose tissue. Stomach ghrelin mRNA was significantly higher at day 2 of water deprivation but then returned to the same levels as water-replete (day 0) mice for the duration of the experiment. Plasma ghrelin was unaffected by water deprivation except at day 10 where it was significantly increased. Plasma leptin levels decreased at day 2 and day 5 of water deprivation, and then increased significantly by the end of the water deprivation period. Water deprivation caused a significant decrease in skeletal muscle leptin mRNA expression at days 2 and 5, but then it returned to day 0 levels by day 29. In the hypothalamus, water deprivation caused a significant up-regulation in both ghrelin and neuropeptide Y mRNA expression, respectively. In contrast, hypothalamic GHSR1a mRNA expression was significantly down-regulated. A significant increase in LepRb mRNA expression was observed at days 17 and 29 of water deprivation. This study demonstrated that the sustained food intake in N. alexis during water deprivation was uncoupled from peripheral appetite-regulating signals, and that the hypothalamus appears to play an important role in regulating food intake; this may contribute to the maintenance of fluid balance in the absence of free water.

Receptor activity-modifying protein-directed G protein signaling specificity for the calcitonin gene-related peptide family of receptors

The calcitonin gene-related peptide (CGRP) family of G protein- coupled receptors (GPCRs) is formed through the association of the calcitonin receptor-like receptor (CLR) and one of three receptor activity-modifying proteins (RAMPs). Binding of one of the three peptide ligands, CGRP, adrenomedullin (AM), and intermedin/adrenomedullin 2 (AM2), is well known to result in aGαs-mediated increase in cAMP. Here we used modified yeast strains that couple receptor activation to cell growth, via chimeric yeast/Gα subunits, and HEK-293 cells to characterize the effect of different RAMP and ligand combinations on this pathway. We not only demonstrate functional couplings to both Gαs and Gαq but also identify a Gαi component to CLR signaling in both yeast and HEK-293 cells, which is absent in HEK-293S cells. We show that the CGRP family of receptors displays both ligand- and RAMPdependent signaling bias among the Gαs, Gαi, and Gαq/11 pathways. The results are discussed in the context of RAMP interactions probed through molecular modeling and molecular dynamics simulations of the RAMP-GPCR-G protein complexes. This study further highlights the importance of RAMPs to CLR pharmacology and to bias in general, as well as identifying the importance of choosing an appropriate model system for the study of GPCR pharmacology.

Les récepteurs GPR91 et GPR99 et leur implication dans le développement du système nerveux visuel

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) démontrent de plus en plus de capacités à activer des mécanismes jusqu’alors associés à des facteurs de transcription ou des molécules d’adhésion. En effet, de nouvelles preuves rapportent qu’ils pourraient également participer au guidage axonal qui est le mécanisme permettant aux axones de cellules nerveuses de rejoindre leur cible anatomique. Le guidage axonal se fait par l’interaction entre les molécules de guidage et une structure particulière présente à l’extrémité de l’axone, le cône de croissance. Par exemple, les RCPGs participent au guidage des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR), dont les axones s’étendent de la rétine jusqu’au noyaux cérébraux associés à la vision. Cet effet est observé avec des RCPGs tels que les récepteurs aux cannabinoïdes (CB1 et CB2) et celui du lysophosphatidylinositol, le GPR55. Les RCPGs GPR91 et GPRG99, respectivement récepteurs au succinate et à l’α-cétoglutarate, se trouvent à la surface de ces CGRs, ce qui en font des candidats potentiels pouvant participer au guidage axonal. Dans ce mémoire, l’effet des ligands de ces récepteurs sur la croissance et la navigation des axones des CGRs fut analysé. L’impact produit par ces récepteurs ainsi que leurs ligands sur la morphologie des cônes de croissance fut déterminé en mesurant leur taille et le nombre de filopodes présents sur ces cônes. Pour évaluer le rôle du succinate et de l’a-cétoglutarate sur la croissance globale des axones de CGRs, la longueur totale des projections axonales d’explants rétiniens a été mesurée. L’effet de ces ligands des récepteurs GPR91 et GPR99 sur le guidage axonal a également été évalué en temps réel à l’aide d’un gradient créé par un micro injecteur placé à 45° et à 100µm du cône de croissance. La distribution in vivo des récepteurs GPR91 et GPR99 sur la rétine a été étudié à l’aide d’expériences d’immunohistochimie. Les résultats obtenus indiquent que l’ajout de 100µM de succinate produit une augmentation de la taille des cônes de croissance et du nombre de filopodes présents à leur surface. Il augmente également la croissance des axones. Ce type de réponse fut également observé lorsque les cellules furent soumises à 200µM d’α-cétoglutarate. Fait à noter, les deux récepteurs n’ont pas d’impact sur le guidage axonal. Ces résultats indiquent donc que les agonistes des récepteurs GPR91 et GPR99 augmentent la croissance des cellules ganglionnaires lorsqu’ils sont présents lors du développement. Par contre, ils n’ont pas d’influence sur la direction prise par les cônes de croissance. Ces nouvelles données sont un pas de plus dans la compréhension des mécanismes qui gèrent et participent au développement et la croissance des CGRs, ce qui pourrait donner de nouvelles cibles thérapeutique pouvant mener à la régénération de nerfs optiques endommagés.

Reduced glutathione biosynthesis in Drosophila melanogaster causes neuronal defects linked to copper deficiency.

Glutathione (GSH) is a tripeptide often considered to be the master antioxidant in cells. GSH plays an integral role in cellular redox regulation and is also known to have a role in mammalian copper homeostasis. In vitro evidence suggests that GSH is involved in copper uptake, sequestration and efflux. This study was undertaken to further investigate the roles that GSH plays in neuronal copper homeostasis in vivo, using the model organism Drosophila melanogaster. RNA interference-mediated knockdown of the Glutamate-cysteine ligase catalytic subunit gene (Gclc) that encodes the rate-limiting enzyme in GSH biosynthesis was utilised to genetically deplete GSH levels. When Gclc was knocked down in all neurons, this caused lethality, which was partially rescued by copper supplementation and was exacerbated by additional knockdown of the copper uptake transporter Ctr1A, or over-expression of the copper efflux transporter ATP7. Furthermore, when Gclc was knocked down in a subset of neuropeptide-producing cells, this resulted in adult progeny with unexpanded wings, a phenotype previously associated with copper dyshomeostasis. In these cells, Gclc suppression caused a decrease in axon branching, a phenotype further enhanced by ATP7 over-expression. Therefore, we conclude that GSH may play an important role in regulating neuronal copper levels and that reduction in GSH may lead to functional copper deficiency in neurons in vivo. We provide genetic evidence that glutathione (GSH) levels influence Cu content or distribution in vivo, in Drosophila neurons. GSH could be required for binding Cu imported by Ctr1A and distributing it to chaperones, such as Mtn, CCS and Atox1. Alternatively, GSH could modify the copper-binding and transport activities of Atox1 and the ATP7 efflux protein via glutathionylation of copper-binding cysteines.