Dynamique des interactions protéiques lors de la maturation synaptique : etude du trafic de surface des récepteurs NMDA

• Auteur / Autrice : Lucie Bard
• Direction : Laurent Groc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences, technologie, santé. Neurosciences
• Date : Soutenance le 03/12/2009
• Etablissement(s) : Bordeaux 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Marc Landry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Josef Kittler, Jean-Pierre Mothet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Fagni, Igor Medina

Mots clés

Mots clés contrôlés

Développement neurologique

Plasticité neuronale

Cadhérines

Récepteurs NMDA

Récepteurs du glutamate

Synapses

Mots clés libres

N-cadhérine

Récepteur NMDA

Synapse

Développement

Trafic

N-cadherin

NMDA receptor

Synapse

Development

Trafficking

Résumé

Les synapses se forment selon plusieurs étapes comprenant la synaptogenèse, la maturation et la plasticité synaptique. Les molécules d’adhésion et les récepteurs ionotropiques du glutamate ont des rôles clés dans ces processus. Lors de ma thèse, je me suis intéressée à la dynamique des interactions impliquant deux protéines membranaires, la N-cadhérine et le récepteur NMDA. La N-cadhérine joue un rôle important dans l’induction de la croissance axonale mais les mécanismes moléculaires sous-jacents sont peu connus. Par des approches de vidéo-microscopie et de pinces optiques, j’ai démontré que la transmission directe des forces générées par le flux rétrograde d’actine aux adhésions N-cadhérines, via les caténines, induit l’avancée du cône de croissance. Les récepteurs NMDA synaptiques ont un rôle crucial dans la maturation et la plasticité synaptique, néanmoins, les mécanismes moléculaires régulant la distribution des récepteurs NMDA synaptiques sont peu connus. En combinant le développement de peptides compétiteurs divalents et des approches d’imagerie haute résolution, nous avons étudié la dynamique de surface des récepteurs NMDA endogènes. Mes résultats montrent que l’interaction dynamique entre les protéines d’échafaudage à domaine PDZ et les récepteurs NMDA contenant la sous-unité NR2A régule leur rétention synaptique et leur distribution de surface. Le déplacement des récepteurs NMDA contenant la sous-unité NR2A en dehors des synapses est compensé par une insertion synaptique de récepteurs contenant la sous-unité NR2B, indiquant que l’ancrage synaptique des différents sous-types de récepteurs NMDA est différentiellement régulé. De plus, cette redistribution des récepteurs NMDA affecte la maturation et la plasticité synaptique. L’ensemble de ces résultats révèle une régulation rapide et spécifique des récepteurs NMDA synaptiques par les protéines à domaine PDZ suggérant un rôle de l’organisation de la densité postsynaptique dans la stabilisation synaptique des récepteurs et les processus adaptatifs.

The formation of synapses follows different steps including synaptogenesis, maturation and plasticity. Adhesion molecules and ionotropic receptors play key roles in these processes. During my thesis, I have been interested in the dynamics of the interactions mediated by two membrane proteins, N-cadherin and the NMDA receptor N-cadherin plays important roles in axon outgrowth, but the molecular mechanisms underlying this effect are mostly unknown. Using live imaging and optical trapping, I demonstrated that the direct transmission of actin-based traction forces to N-cadherin adhesions, through catenin partners, drives growth cone advance. Synaptic NMDA receptors (NMDARs) play key roles during synaptic refinement and plasticity, however the molecular mechanisms that govern the distribution of the synaptic surface NMDARs are largely unknown. We investigated the dynamics of endogenous NMDARs using high-resolution single particle imaging and a newly-developed biomimetic divalent competing ligand. My results show that the dynamic interaction between PDZ domain-containing scaffold proteins and NR2A-NMDARs regulates their synaptic retention and surface distribution. Interestingly, a rapid displacement of NR2A-NMDARs out of synapses is paralleled by a compensatory increase in NR2B-NMDARs, providing functional evidence that the sites of synaptic anchoring of native surface NR2-NMDARs are different. Furthermore, such redistribution of surface NR2-NMDARs strongly impairs synaptic maturation and plasticity. Together, these data reveal a rapid and specific regulation of surface NR2-NMDARs by PDZ domain-containing scaffolds in synapses, supporting a role of the postsynaptic density architecture in regulating specific NR2-NMDAR retention and synaptic adaptation.