Heparin-binding growth-associated molecule (HB-GAM) in activity-dependent neuronal plasticity in hippocampus

Cell adhesion and extracellular matrix (ECM) molecules play a significant role in neuronal plasticity both during development and in the adult. Plastic changes in which ECM components are implicated may underlie important nervous system functions, such as memory formation and learning. Heparin-binding growthassociated molecule (HB-GAM, also known as pleiotrophin), is an ECM protein involved in neurite outgrowth, axonal guidance and synaptogenesis during perinatal period. In the adult brain HB-GAM expression is restricted to the regions which display pronounced synaptic plasticity (e.g., hippocampal CA3-CA1 areas, cerebral cortex laminae II-IV, olfactory bulb). Expression of HB-GAM is regulated in an activity-dependent manner and is also induced in response to neuronal injury. In this work mutant mice were used to study the in vivo function of HB-GAM and its receptor syndecan-3 in hippocampal synaptic plasticity and in hippocampus-dependent behavioral tasks. Phenotypic analysis of HBGAM null mutants and mice overexpressing HB-GAM revealed that opposite genetic manipulations result in reverse changes in synaptic plasticity as well as behavior in the mutants. Electrophysiological recordings showed that mice lacking HB-GAM have an increased level of long-term potentiation (LTP) in the area CA1 of hippocampus and impaired spatial learning, whereas animals with enhanced level of HB-GAM expression have attenuated LTP, but outperformed their wild-type controls in spatial learning. It was also found that GABA(A) receptor-mediated synaptic transmission is altered in the transgenic mice overexpressing HB-GAM. The results suggest that these animals have accentuated hippocampal GABAergic inhibition, which may contribute to the altered glutamatergic synaptic plasticity. Structural studies of HB-GAM demonstrated that this protein belongs to the thrombospondin type I repeat (TSR) superfamily and contains two β-sheet domains connected by a flexible linker. It was found that didomain structure is necessary for biological activity of HB-GAM and electrophysiological phenotype displayed by the HB-GAM mutants. The individual domains displayed weaker binding to heparan sulfate and failed to promote neurite outgrowth as well as affect hippocampal LTP. Effects of HB-GAM on hippocampal synaptic plasticity are believed to be mediated by one of its (co-)receptor molecules, namely syndecan-3. In support of that, HB-GAM did not attenuate LTP in mice deficient in syndecan-3 as it did in wild-type controls. In addition, syndecan-3 knockout mice displayed electrophysiological and behavioral phenotype similar to that of HB-GAM knockouts (i.e. enhanced LTP and impaired learning in Morris water-maze). Thus HB-GAM and syndecan-3 are important modulators of synaptic plasticity in hippocampus and play a role in regulation of learning-related behavior

Développement d'une langue électronique sur des surfaces combinatoires (Applications analytiques et conception de surfaces biomimétiques 2D et 3D .)

L'objectif de cette thèse est le développement d'une langue électronique avec une méthode simplifiée d'obtention de récepteurs à réactivité croisée. Ces récepteurs sont préparés par une approche combinatoire novatrice qui consiste au mélange et à l'auto-assemblage de deux disaccharides. Le couplage de ces récepteurs avec un système de détection d'imagerie par résonance des plasmons de surface nous a permis de réaliser une langue électronique capable de différencier des échantillons de différentes complexités, y compris des protéines pures et des mélanges complexes. Cela se fait grâce aux profils et images d'évolution continue, assimilés à des empreintes digitales des échantillons. D'un autre côté, ce système peut être utilisé en tant qu'outil pour la conception de surfaces biomimétiques 2D et 3D. Ce système est prometteur pour l'étude des interactions sucre-protéine et pour la préparation de nanovecteurs biomimétiques qui ciblent de façon spécifique des protéines d'intérêt.L'objectif de cette thèse est le développement d'une langue électronique avec une méthode simplifiée d'obtention de récepteurs à réactivité croisée. Ces récepteurs sont préparés par une approche combinatoire novatrice qui consiste au mélange et à l'auto-assemblage de deux disaccharides. Le couplage de ces récepteurs avec un système de détection d'imagerie par résonance des plasmons de surface nous a permis de réaliser une langue électronique capable de différencier des échantillons de différentes complexités, y compris des protéines pures et des mélanges complexes. Cela se fait grâce aux profils et images d'évolution continue, assimilés à des empreintes digitales des échantillons. D'un autre côté, ce système peut être utilisé en tant qu'outil pour la conception de surfaces biomimétiques 2D et 3D. Ce système est prometteur pour l'étude des interactions sucre-protéine et pour la préparation de nanovecteurs biomimétiques qui ciblent de façon spécifique des protéines d'intérêt.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Développement d'une langue électronique sur des surfaces combinatoires : applications analytiques et conception de surfaces biomimétiques 2D et 3D

L'objectif de cette thèse est le développement d'une langue électronique avec une méthode simplifiée d'obtention de récepteurs à réactivité croisée. Ces récepteurs sont préparés par une approche combinatoire novatrice qui consiste au mélange et à l'auto-assemblage de deux disaccharides. Le couplage de ces récepteurs avec un système de détection d'imagerie par résonance des plasmons de surface nous a permis de réaliser une langue électronique capable de différencier des échantillons de différentes complexités, y compris des protéines pures et des mélanges complexes. Cela se fait grâce aux profils et images d'évolution continue, assimilés à des « empreintes digitales » des échantillons. D'un autre côté, ce système peut être utilisé en tant qu'outil pour la conception de surfaces biomimétiques 2D et 3D. Ce système est prometteur pour l'étude des interactions sucre-protéine et pour la préparation de nanovecteurs biomimétiques qui ciblent de façon spécifique des protéines d'intérêt.L'objectif de cette thèse est le développement d'une langue électronique avec une méthode simplifiée d'obtention de récepteurs à réactivité croisée. Ces récepteurs sont préparés par une approche combinatoire novatrice qui consiste au mélange et à l'auto-assemblage de deux disaccharides. Le couplage de ces récepteurs avec un système de détection d'imagerie par résonance des plasmons de surface nous a permis de réaliser une langue électronique capable de différencier des échantillons de différentes complexités, y compris des protéines pures et des mélanges complexes. Cela se fait grâce aux profils et images d'évolution continue, assimilés à des « empreintes digitales » des échantillons. D'un autre côté, ce système peut être utilisé en tant qu'outil pour la conception de surfaces biomimétiques 2D et 3D. Ce système est prometteur pour l'étude des interactions sucre-protéine et pour la préparation de nanovecteurs biomimétiques qui ciblent de façon spécifique des protéines d'intérêt

Effet du neuropeptide sNPF sur le comportement de l'abeille domestique (Apis mellifera)

Chez les vertébrés, le neuropeptide Y (NPY) joue un rôle crucial dans la survie individuelle en modulant à la fois les comportements liés à la nourriture et au stress. Des niveaux élevés de NPY corrèlent avec une augmentation de la faim provoquant une ingestion plus importante et réduisent la sensibilité aux stimuli stressants. Chez les invertébrés, deux homologues indépendants de NPY ont été identifiés : le neuropeptide F (NPF) et le neuropeptide F court (sNPF). Chez l'abeille domestique (Apis mellifera), npf et snpf ainsi que leur peptides respectifs NPF et sNPF ont été identifiés or seul sNPF possède un récepteur, suggérant un rôle fonctionnel de ce neuropeptide chez cet insecte. Nous avons étudié l'impact de sNPF sur une multitude de comportements comprenant l'ingestion de nourriture de bonne et mauvaise qualité, les réponses appétitives et aversives, les apprentissages et la mémoire appétitifs et aversifs. Nos résultats révèlent qu'une élévation artificielle des niveaux de sNPF via une application topique chez les butineuses augmente la prise alimentaire de nourriture bonne et mauvaise qualité. De plus, en utilisant une variété de tests pour étudier les réponses sensorielles, nous avons montré que sNPF a un rôle clé dans la modulation des réponses appétitives, mais cet effet est absent pour les réponses aversives. Les abeilles nourries et traitées avec du sNPF augmentent leur réponse au saccharose et aux stimuli olfactifs appétitifs, de façon similaire aux abeilles affamées. En adéquation avec les derniers résultats, des enregistrements in vivo multi photoniques de l'activité neuronale du lobe antennaire, le premier centre olfactif dans le cerveau de l'abeille, montrent une baisse des réponses aux odeurs appétitives chez les abeilles nourries qui est rétablie par le traitement avec le sNPF au même niveau que les abeilles affamées. Par ailleurs, l'effet modulatoire du sNPF était totalement absent sur les réponses aversives contrairement à ce qui a été observé chez la drosophile et les vertébrés, indiquant que chez les abeilles, sNPF n'augmente pas la tolérance aux stimuli stressants. Etant donné l'amplification causée par le traitement sNPF sur la réponse au saccharose, nous avons étudié si cet effet se retrouvait dans des protocoles d'apprentissage pour lesquels les abeilles étaient entraînées à discriminer un stimulus récompensé par du saccharose d'un autre qui ne l'est pas. Nous avons étudié l'effet du sNPF sur les apprentissages et mémoires appétitifs visuels et olfactifs. Dans le premier cas, des abeilles en semi libre vol ont été entraînées à discriminer deux couleurs dans un labyrinthe en Y après une application topique de sNPF. Dans le second cas, des abeilles en contention ont été entraînées à discriminer deux odeurs après une application topique de sNPF via le conditionnement du réflexe d'extension du proboscis. En parallèle, nous avons étudié les effets du sNPF sur l'apprentissage aversif gustatif pour lequel les abeilles en contention apprennent l'association entre une stimulation gustative de l'antenne avec un choc électrique après une application topique de sNPF. Nos résultats montrent une nette amélioration de l'apprentissage et mémoire appétitifs visuels et des tendances allant dans le même sens dans le cas de l'apprentissage appétitif olfactifs. A l'inverse, aucun effet n'a été observé quant à l'apprentissage et la mémoire aversifs gustatifs, ce qui est cohérent avec l'absence d'effet de sNPF sur les réponses sensorielles aversives. Ce travail de thèse a montré que le sNPF affecte plusieurs modalités de comportements (ingestion, gustation, olfaction, vision, apprentissage, mémoire) et les processus neuronaux (lobe antennaire) liés aux comportements appétitifs, mais non aversifs, chez l'abeille. Par conséquent, ce travail fournit de nouvelles perspectives pour étudier les processus d'ingestion et le comportement alimentaire des abeilles.Neuropeptide Y (NPY) signalling plays a crucial role for individual survival in vertebrates as it mediates both food- and stress-related behaviours. High NPY level correlates with increased hunger and leads to a larger food intake while it also reduces sensitivity to stressful stimuli. In invertebrates, two independent homologs of NPY have been identified: the neuropeptide F (NPF) and the short neuropeptide F (sNPF). In honey bees (Apis mellifera), both NPF and sNPF have been reported but only sNPF was found to have a dedicated receptor sNPFR, thus indicating that sNPF/sNPFR provides a functional signalling pathway in this insect. We thus studied the impact of sNPF on multiple behavioural components, including food-related behaviours such as ingestion of palatable and unpalatable food, appetitive and aversive responsiveness, and appetitive and aversive associative learning and memory retention. Our results show that increasing artificially sNPF levels in honey bee foragers via topical exposure, increases significantly their consumption of both palatable and unpalatable food. In addition, using various responsiveness tests, we showed that sNPF is a key player in the modulation of appetitive but not aversive responsiveness. Fed foragers treated with sNPF exhibited a significant increase in their responsiveness to sucrose solutions and to appetitive olfactory stimuli, matching the levels of starved bees. In agreement with this last finding, in vivo multiphoton recordings of neural activity in the antennal lobe, the primary olfactory centre of the bee brain, showed a decreased responsiveness to appetitive odours in fed bees, which was rescued by treatment with sNPF to the level exhibited by starved bees. Interestingly, the modulatory effect of sNPF was totally absent in responsiveness to aversive stimuli contrarily to what has been observed in vertebrates and flies, thus indicating that in bees, sNPF dos not increase tolerance to stressors. Given the enhancing effect of sNPF on appetitive responsiveness, we next studied if this effect translates to different appetitive learning protocols in which bees are trained to discriminate a stimulus that is rewarded with a sucrose solution from another that is not. We studied the effect of sNPF on both appetitive visual and olfactory learning and memory retention. In the first case, free-flying bees were trained to discriminate two colors in a Y-maze following topical increase of sNPF. In the second case, harnessed bees were trained to discriminate two odorants following topical application of sNPF, using the conditioning of the proboscis extension reflex. In parallel, we studied the effect of sNPF for aversive gustatory learning in which harnessed bees learning the association of antennal taste with electric shock, following topical application of sNPF. Our results revealed a clear improvement of appetitive color learning and retention and a mitigated tendency in the same direction in the case of appetitive olfactory learning. On the contrary, no effect was observed in the case of the aversive gustatory learning and retention, consistently with the lack of effect of sNPF on aversive responsiveness. To sum up, this work showed that sNPF affects multiple appetitive behavioural modules (ingestion, gustation, olfaction, vision, learning, memory) and central processing (antennal lobe activity) in the honey bee while being dispensable for aversive ones. It provides therefore a rich and multifaceted view of the effects of this neuropeptide on the behaviour of a social insect and opens new research perspective to study ingestion processes and appetitive behaviour in bees

Insect Host Seeking: Investigations into the Molecular Mechanisms of Chemosensation

Among other functions, chemosensory systems play a crucial role in the host-seeking behaviors of insects that allow them to find their preferred food sources. Quite often, however, these host-seeking behaviors have a negative impact on either human health or livelihood. The following details investigations into the evolution and molecular mechanisms of two distinct pathways involved in insect chemosensation. The atypical odorant receptor gene, Or83b, is co-expressed with other ORs in most olfactory sensory neurons (OSNs) of the Drosophila antenna. OR83b acts as a generic heterodimeric partner for other ORs coupling them to the ciliary trafficking machinery, which is responsible for delivering the OR complexes to their site of action, the OSN dendrites. Flies lacking Or83b have marked electrophysiological and behavioral olfactory defects presumably because the OR cargo of OR83b is degraded when it cannot traffic properly. The amino acid sequence of OR83b has been remarkably well conserved over the course of evolution. Homologues have been identified in insects as diverse as beetles, moths, honeybees, and locusts. Several of these are true orthologues that can rescue the Or83b mutant phenotype indicating that the function of OR83b has also been conserved. At least one population of neurons in the fly antenna is Or83bindependent. These neurons, which respond to changes in CO2 concentration, co-express a pair of chemosensory receptors belonging to the gustatory receptor family, Gr21a and Gr63a. Transgenic misexpression of these two receptors can confer CO2 sensitivity on a neuron that is normally CO2-insensitive. Gr63a1 mutant flies lack all electrophysiological and behavioral responses to CO2. Clear homologues of these two genes are co-expressed in the mosquito organ that responds to CO2 implying that they act as the mosquito CO2 receptors as well. It seems that many insects, including the malaria mosquito, use these two pathways—one Or83b-dependent and one Or83b-independent—to track host odors, which synergize with CO2 plumes to modulate host-seeking behavior. Thus, not only is the evolutionary history of these insect chemosensory pathways incredibly interesting, both pathways make attractive targets for the rational design of novel insect control measures designed to interrupt host seeking