Etude structure/fonction des récepteurs kaïnate et de leur modulation

par Julien Veran

Thèse de doctorat en Sciences, technologie, santé. Neurosciences

Sous la direction de Christophe Mulle.

Soutenue le 08-12-2011

à Bordeaux 2 , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux) .

Le président du jury était Stéphane Oliet.

Le jury était composé de Eric Boue-Grabot, Jean-Philippe Pin.

Les rapporteurs étaient Pierre-Jean Corringer, Pierre Paoletti.


  • Résumé

    Les récepteurs de type kaïnate (rKA) appartiennent, avec les récepteurs de type NMDA (rNMDA) et les recepteurs de type AMPA (rAMPA), à la famille des récepteurs canaux glutamatergiques (iGluR). Les propriétés fonctionelles des rKA contenant la sous-unité GluK3 en font des récepteurs tout à fait singuliers. Une étude réalisée dans le laboratoire a montré que la faible sensibilité de ces récepteurs au glutamate est liée à une entrée très rapide dans l’état désensibilisé et que la fonction de ces récepteurs pourrait être amplifiée par des modulateurs endogènes.Parmi les modulateurs potentiels de la fonction des rKA pré-synaptiques, nous avons choisi d’étudier le zinc, en raison de sa concentration importante dans les vésicules des terminaisons des axones des cellules granulaires du gyrus denté (fibres moussues). En dépit du rôle proposé des rKA contenant la sous unité GluK3 dans la régulation pré-synaptique aux synapses MF-CA3, la modulation de ces récepteurs par le zinc n’a jamais été étudiée.Grâce à l’enregistrement électrophysiologique des courants GluK3 exprimés dans les cellules HEK-293, nous avons montré que le zinc facilite les courants des récepteurs contenant la sous-unité GluK3, activés par le glutamate. L’analyse des cinétiques, ainsi que la modélisation, montrent que l’effet facilitateur du zinc est dû à la réduction de l’entrée dans l’état désensibilisé des récepteurs GluK3. Grâce à la mutagénèse dirigée et l’étude cristallographique, nous avons pu déterminer le site de liaison du zinc, constitué de l’aspartate 759, de l’histidine 762 et de l’aspartate 730, et localisé dans l’interface de dimérisation du domaine de liaison de l’agoniste (LBD).Cette étude décrit pour la première fois un nouveau site de modulation positive de la fonction des rKA.

  • Titre traduit

    Structure/function study and modulation of kainate receptors


  • Résumé

    Glutamate released at excitatory synapses acts on ligand-gated ionotropic receptors which fall into three classes: NMDA, AMPA and kainate receptors.At hippocampal mossy fiber synapses onto CA3 pyramidal cells, KARs are present both at the pre- and postsynaptic levels. Postsynaptic KARs are composed of the GluK2, GluK4 and GluK5 subunits, whereas presynaptic KARs are thought to comprise the GluK2 and GluK3 subunits. The functional properties of GluK3 (and GluK2/GluK3) receptors set it apart from the other ionotropic glutamate receptors. In particular, its sensitivity to glutamate is the lowest of all known ionotropic glutamate receptors, due in large part to fast desensitization of receptors with one or two bound glutamate molecules. The low agonist sensitivity of this receptor raises questions about its relevance for synaptic function. Therefore, it is possible that endogenous modulators may potentiate its function.Among potential endogenous modulators of KAR function, we chose to address the role of zinc, because of the large amounts contained in mossy fiber terminals. Zinc is thought to be accumulated into synaptic vesicles, and is co-released with glutamate in the extracellular milieu during neuronal activity. Zinc has been reported to inhibit most of native and recombinant KARs. Despite the proposed role of at hippocampal mossy fiber synapses, although modulation of GluK3-containing KARs by zinc has not yet been addressed.In this study, we show that zinc greatly potentiates recombinant GluK3 receptor currents evoked by glutamate. Zinc markedly slows receptor desensitization and increases apparent affinity for glutamate. Crystallographic studies and analysis of chimeric GluK2/GluK3 KARs and of GluK3 bearing selected point mutations, allowed us to identify the zinc binding domain defined by D759, H762, Q756 and D730, and localized in a region forming the interface between two GluK3 subunits in an LBD dimer assembly. Based on these structure-function studies and on modeling of KAR activity, we show that zinc plays a very distinct role on GluK3-KARs by stabilizing the interaction between dimers of LBD thereby reducing desensitization.Given the proposed localization of GluK3 close to zinc containing synaptic vesicles, zinc may be an endogenous allosteric modulator for native GluK3-KARs, and its binding site a new pharmacological target.


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