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De tout temps, les sociétés humaines ont utilisé des molécules naturelles dont elles ont su tirer un bénéfice thérapeutique, alimentaire, pesticide ou spirituel. De nombreuses molécules végétales, animales, micro-organiques exercent pourtant des effets délétères sur la santé humaine. L’usage traditionnel de certains de ces agents a permis de détourner leur toxicité et d’en exploiter les bienfaits. Il existe aujourd’hui des médicaments, des compléments alimentaires, des pesticides d’origine naturelle dont le mode d’action spécifique permet d’en limiter les effets indésirables. Pour valoriser les propriétés vertueuses d’un agent chimique, il est important d’en déterminer le mode d’action et de connaître ses effets toxiques putatifs. Les travaux présentés dans ce mémoire concernent la caractérisation de l’interaction de molécules naturelles ou synthétiques sur leurs cibles moléculaires et les conséquences fonctionnelles qui en résultent. Au cœur de ce travail réside l’interaction entre la structure des ligands et des récepteurs et leurs fonctions respectives. Les cibles sur lesquelles je travaille sont des canaux ioniques membranaires, dont la fonction est de dissiper des courants à travers les membranes biologiques. Il s’agit des canaux sodium voltage-dépendants, des récepteurs GABAA, des récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine et du canal TRPV1. Les données générées à travers une approche multidisciplinaire ont permis de montrer que l’étifoxine (EFX), un anxiolytique non-sédatif dotée de propriétés anti-convulsivantes (projet EFX, laboratoires Biocodex) exerce un effet de modulateur allostérique positif sur les récepteurs GABAA de mammifères par un mécanisme d’action différent des benzodiazépines, et très dépendant de la composition en sous-unités de ces récepteurs. Ainsi, l’effet facilitateur est plus prononcé pour certains récepteurs synaptiques contenant la sous-unité α3, impliquée dans la modulation de l’anxiété mais pas dans la sédation. Parallèlement, la même approche a été développée pour comprendre le mode d’action du fipronil (FPN), un antiparasitaire qui n’est aujourd’hui plus autorisé en agriculture. L’activité antagoniste non compétitive du FPN est également très dépendante des sous-unités qui composent les récepteurs GABAA et il s’avère que le niveau d’inhibition est maximal pour des récepteurs ternaires par rapport aux récepteurs binaires. Ces données ajoutent à la connaissance de la pharmacologie des récepteurs GABAA de mammifères.La seconde cible que nous étudions est le récepteur nicotinique de l’acétylcholine. Les circuits cholinergiques étant abondants dans le système nerveux central et périphérique, les synapses cholinergiques de type nicotinique sont la cible de nombreuses molécules exerçant des effets délétères : toxines animales et végétales, insecticides de type néonicotinoïdes etc. A long terme, nous souhaitons savoir si ces insecticides exercent des effets délétères sur la santé humaine via le système cardiovasculaire directement ou comme perturbateurs endocriniens. Pour l’heure, nous avons mis en évidence l’effet de certains de ces insecticides sur des récepteurs de mammifères (rat) à des niveaux comparables à ce qu’ils produisent sur les insectes (puceron du pois). Nos données préliminaires montrent que ces insecticides favorisent la sécrétion de catécholamines au niveau de la glande médullo-surrénale, ce qui permet de penser qu’à long terme, ils seraient les promoteurs de complications cardiovasculaires (hypertension). Nous avons cloné le principal récepteur nicotinique de l’acétylcholine de rat exprimé dans les synapses neuro-médullosurrénaliennes. Nous avons caractérisé les effets des insecticides néonicotinoïdes sur ces récepteurs. Nos données montrent que deux de ces insecticides (acétamipride et clothianidine) sont des agonistes faibles de récepteurs nicotiniques et en conséquence, ils induisent une faible activité sécrétoire. Cependant, ils perturbent la pression artérielle in vivo en aigu, lorsqu’ils sont ajoutés à la nicotine, qui agit comme un hypertenseur. Ces données sont les premières à explorer de manière longitudinale (in vitro, ex vivo et in vivo) la toxicité des insecticides néonicotinoïdes sur mammifères.Mes travaux actuels concernent le canal TRPV1. Des données récentes indiquent que les mitochondries forment, au sein des cellules, des « hot spots », c'est-à-dire des micro-domaines où la température excède largement (50°C) la température physiologique normale (37°C). L’activité enzymatique de la chaîne respiratoire mitochondriale est en effet maximale pour une température proche de 50°C. Cet excès de température dans des zones discrètes du cytoplasme traduit le rôle d’usine énergétique dévolue à la mitochondrie et permet la régulation de la température cellulaire. Pourtant, les senseurs thermiques mitochondriaux, qui leur permettent de mesurer la température ambiante pour adapter le niveau de chaleur à produire, ne sont pas connus. Nous formulons l’hypothèse que des canaux ioniques de la famille des TRPV (Transient Receptor Potential Vallinoid) connus pour assurer un rôle de thermosenseur périphérique pourraient assurer un rôle similaire dans la mitochondrie. Ce projet de recherche envisage de caractériser le rôle de la mitochondrie dans l’homéostasie thermique de la cellule, c’est-à-dire de comprendre les mécanismes moléculaires à la base du rôle de thermostat physiologique occupé par la mitochondrie. La mitochondrie est l’organite au sein duquel se réalisent la consommation d’oxygène et la production d’énergie sous forme d’ATP et de chaleur. Les réactions associées à la respiration et au cycle de Krebs sont exothermiques et des résultats récents suggèrent que l’activité des enzymes mitochondriales de la chaîne respiratoire est maximale à une température de 50°C, et non de 37°C, comme il était admis jusque-là. Nous formulons l’hypothèse que la mitochondrie régule la thermogénèse cellulaire, relativement au métabolisme de la cellule, c’est-à-dire qu’elle élève sa température pour satisfaire les besoins en énergie de la cellule. Les questions adressées par ce projet sont donc les suivantes : la température mitochondriale est-elle proportionnelle à l’activité biologique de la cellule ? Existe-t-il un thermo-senseur au sein de la mitochondrie, dont l’activation serait proportionnelle aux variations locales de température ? Ce thermo-senseur appartient-il à la famille des récepteurs-canaux TRPV, connus pour être activés par des températures chaudes ou froides ? Existe-t-il des pathologies humaines (hyperthermie maligne, dysfonctions métaboliques) liées à un défaut de ce senseur, soit de natures génétiques (mutations héréditaires), soit d’origine pharmacologique (molécules de l’environnement activatrices) ?