THESE DE DOCTORAT DE L’UNIVERSITE PARIS DESCARTES Spécialité Neurosciences et Pharmacologie Présentée par Delphine Ladarré Pour l’obtention du grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITE PARIS DESCARTES Neuronal polarization shapes the targeting and signaling of G-protein coupled receptors (GPCRs): Type-1 cannabinoid receptors and 5-HT1B serotonin receptors show highly contrasted trafficking and signaling patterns in axons and dendrites. Soutenance le 3 octobre 2014, devant le jury composé de: Pr Catherine Marchand-Leroux Présidente du Jury Pr Michel Hamon Rapporteur Dr Régine Hepp Rapporteure Dr Xavier Nicol Examinateur Dr Zsolt Lenkei Directeur de thèse A mon grand-père, Dr Alain Bullet Remerciements Pour commencer, je remercie l’ensemble des membres du jury d’avoir accepté d’évaluer mes travaux de thèse. J’espère que ce manuscrit vous intéressera et vous donnera satisfaction. Je souhaite remercier Zsolt de m’avoir accueilli dans son équipe dès mon stage de 3A et d’avoir cru en moi en m’offrant la possibilité de continuer en master puis en doctorat. Au sein d’un laboratoire de neurosciences, tu m’as permis d’axer mon projet sur une étude de pharmacologie, un sujet qui me tenait à cœur. Au cours de nos discussions, parfois mouvementées, tu m’as donné l’occasion d’exposer mes théories et tu m’as laissé prendre des initiatives afin de les confirmer ou de les infirmer. L’autonomie que tu m’as accordée m’a permis d’acquérir une bonne organisation et la capacité à gérer un projet. Je remercie également les membres de l’équipe « Biologie systémique du neurone », devenue par la suite « Dynamique et structure neuronale » qui m’ont grandement aidé au cours de ma thèse. Merci à Alex qui a mis en place le vidéomicroscope, merci pour ton encadrement au cours de mes stages de 3A et de M2 et pour ta grande pédagogie ! Merci à Anne qui m’a appris les techniques essentielles de culture de neurones, de transfection, d’immuno… merci aussi pour ta patiente et ta disponibilité, même après être partie du labo, pour répondre à toutes mes questions (« C’est rangé où ?? »). Merci à Damien pour les grandes discussions, notamment au sujet de Gertrude, mais aussi pour avoir gentiment corrigé une partie de ce manuscrit et pour m’avoir formée à l’électroporation in-utero ainsi qu’à la BM (pour le dernier point, c’est peut-être pas aussi sincère…). Un grand merci à Sophie, arrivée il y a deux ans dans l’équipe, et qui m’a grandement soutenue et aidée dans les moments difficiles. Merci à Ana (Anita) pour sa bonne humeur et son énergie débordante, merci surtout pour les fou-rires au labo quand il commençait à se faire tard. Merci à Lucie qui m’a aidé en BM. Merci aussi à Maureen et Jérémy, récemment arrivés dans l’équipe, mais qui m’ont aidé au cours de la rédaction. Merci aussi aux stagiaires adorables que j’ai eu le plaisir d’encadrer et qui ont fait un travail formidable : Natalia, Naomie, Flore, Stefan, Elodie et Pauline. Bien évidemment, je remercie également tous les autres membres du laboratoire « Plasticité du Cerveau », autant les permanents que les étudiants. En particulier, je remercie les directeur de l’unité, Serge Birman au début de ma thèse et Thomas Préat actuellement, pour m’avoir accueilli au sein du laboratoire. Les étudiants (anciens et actuels) ont également été d’une grande aide. Je pense notamment à Alexandra, Raouf, Romain, Emna (pour les pauses clopes « éclair »), Isa, PYM, Ghislain, Gaetan, Marie, Quentin, Séverine, Marlène (et Jean !)... (et j’en oublie sûrement !) On aura quand même passé des bons moments ensemble ! Parmi les permanents chercheurs, je remercie Thierry, Armelle (Champagne !), Tania, PYP et Alice pour les discussions animées à la cafét. Je remercie également Marcel, Honorine, Alexandre, Léna, Sylvie, Sopharith, Malika et Abdoul. Et surtout, je remercie le « club couture » du labo, j’ai nommé Hélène et Aurélie ! Merci pour tous les déjeuners et cafés. Bien que vous m’ayez fourvoyée dans des lieux de perditions, vous m’avez toujours soutenu dans les moments difficiles et vous avez su me mettre des coups de pieds aux fesses pour me remettre sur le droit chemin (celui du travail…). Le travail effectué en collaboration avec l’équipe de Bruno Goud, à l’institut Curie, a été très enrichissant. Merci donc à Jean-Baptiste, Sabine et Stéphanie. Je souhaite également remercier Pascal Dournaud pour ce début de collaboration au sujet du récepteur SST2. De plus, au cours de ma thèse, j’ai pu organiser trois réunions « TAC meeting » qui m’ont grandement aidé dans mes projets. Je remercie donc mes tuteurs, Pierre Vincent et Christophe Leterrier pour leur disponibilité et leurs idées. Le laboratoire « plasticité du cerveau » n’étant pas le seul labo de l’ESPCI, au cours de ma thèse, j’ai eu le plaisir de côtoyer et de travailler avec des étudiants et permanents d’autres labos. Merci aux membres du laboratoire de spectro (Joëlle, Manu, Iman, Séga, Yann, Giovanni…) pour les discussions autour des micro-ondes. La salle de culture a beaucoup changé au cours de ma thèse et je souhaite remercier les utilisateurs de « l’ancienne petite » salle de culture pour leur bonne humeur, le partage de la salle et la motivation dont vous avez fait preuve lors du déménagement de la salle ; je pense notamment à petite Sophie, Alexandra et Marianna du LPEM, à Anne et Antoine du MMN, mais aussi à Raphaël et Matteo du LBC qui ont mis en place la nouvelle salle de culture et ont gentiment repris la gestion de cette salle. Mais que serait l’ESPCI sans ses pannes d’ascenseurs et de climatisation, ses fuites d’eau et ses coupures d’électricité interminables ? Ou comment monter une table optique au 4ème étage sans ascenseur ? Merci donc au personnel du STML actuel pour leur disponibilité et leur efficacité. Frontières du Vivant est une école doctorale hors-norme. Elle m’a permis de découvrir de nombreux sujets de recherche dans des domaines scientifiques variés et de rencontrer des personnes formidables. Je remercie particulièrement l’équipe du « Imaging Thematic Club » (Marie, Sophie, Eugenia et Daria) pour les japs à volonté rue Bertholet. L’ESPCI n’est pas seulement l’endroit où j’ai fait ma thèse, mais c’est aussi l’école d’ingénieur que j’ai intégrée après la prépa et où j’ai fait la connaissance de personnes extraordinaires. Merci aux PC1 (des jeunes aux vieux cons d’anciens) pour ces bons moments passés au foyer qui m’ont permis de décompresser pendant ma thèse. Merci surtout de m’avoir demandé « Ca avance ta thèse ? » ou « Ca y est ? Tu as rendu ton manuscrit ? » dans les meilleurs moments ! Remerciement spécial aux huit générations de barmen qui m’ont toujours gardé un ice-tea au frais. Je remercie aussi mes amis de longue date et je m’excuse de ne pas pu les voir aussi souvent que je le souhaitais ces trois dernières années (promis, je me rattraperai bien vite !) : Gégé, Vivi, Michel, petite Alicia (et ses beaux sourires), ainsi que les Boudinées® (Florine, Astrid, Aurélia et Andréa). Au cours de ma thèse, j’ai également continué la danse et le théâtre et j’ai eu l’occasion de m’investir en politique. Ces activités m’ont aidée à conserver un équilibre qui m’a permis de tenir ces trois années de doctorat. Je remercie donc l’ensemble des personnes qui m’ont entourée dans ces activités. Pour finir, je remercie ma famille : les chTarbais, tante Rachel, les tantines de Tournay, les Américains, les Suisses, les Bullè et leurs trois bouts de chou, mais aussi et surtout ma maman qui m’a toujours soutenue et, sans qui, je ne serai pas là ! Table of contents FIGURES, TABLES AND EQUATIONS .................................................................... 5 ABBREVIATIONS...................................................................................................... 7 GENERAL INTRODUCTION...................................................................................... 8 1. Neurons: polarization and traffic .................................................................................................................... 9 1.1. Neurons are highly specialized and polarized cells..................................................................................... 9 1.1.1. General points...................................................................................................................................... 9 1.1.2. Synaptic transmission.......................................................................................................................... 9 1.1.3. Neuronal polarization ........................................................................................................................ 10 1.2. Neuronal culture as study model ............................................................................................................... 11 1.3. Establishment of neuronal polarity............................................................................................................ 12 1.3.1. Breaking the symmetry...................................................................................................................... 12 1.3.2. Molecular signaling ........................................................................................................................... 14 1.4. Maintenance of neuronal polarity.............................................................................................................. 14 1.4.1. Differential composition in proteins and lipids between dendrites and axon .................................... 14 1.4.2. The axon initial segment as a diffusion barrier.................................................................................