Architecture moléculaire des récepteurs NMDA : Arrangement tétramérique et interfaces entre sous-unités

par Morgane Riou

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Pierre Paoletti.

Soutenue le 28-02-2014

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris) .

Le jury était composé de À renseigner Charnet, À renseigner Perrais, À renseigner Trugnan, À renseigner Taly.


  • Résumé

    Les récepteurs NMDA (rNMDAs) sont des récepteurs-canaux membranaires activés par le glutamate, neurotransmetteur excitateur, et impliqués dans diverses formes de plasticité synaptique et pathologies. Ces hétérotétramères obligatoires opèrent en dimère-de-dimères, associant généralement deux sous-unités GluN1 et deux GluN2A-D. Déterminer l'arrangement spatial des sous-unités d'un rNMDA est essentiel à la compréhension des mécanismes régissant son fonctionnement et du rôle joué par les interfaces entre sous-unités et entre domaines, notamment N-terminal (NTD) et de liaison des agonistes (ABD). En combinant modélisation moléculaire, mutagenèse dirigée, biochimie sur cystéines et électrophysiologie, nous montrons que ces sous-unités s'arrangent selon un ordre alterné, avec les sous-unités identiques diamétralement opposées, et révélons l'existence d'une interface inter-dimère entre les ABDs GluN1. Nous avons aussi implémenté dans les ovocytes de Xénope une technique innovante consistant à incorporer un acide-aminé non-naturel photo-réactif (UAA) dans un rNMDA. Cette approche, basée sur l'expansion du code génétique, a permis de créer un rNMDA sensible à la lumière. L'introduction d'UAAs aux interfaces entre sous-unités GluN1 et GluN2, révèle le rôle joué par deux de ces interfaces: (1) entre les lobes supérieurs des NTDs, dans le contrôle "sous-unité spécifique" de l'activité et (2) entre les lobes inférieurs des ABDs, dans l'inhibition allostérique par le zinc. Ces travaux apportent des informations sur l'architecture moléculaire des rNMDAs et révèlent l'importance des réarrangements structuraux aux interfaces entre sous-unités voisines dans les fonctions du récepteur.

  • Titre traduit

    Molecular architecture of NMDA receptors : Tetrameric arrangement and subunit interfaces


  • Résumé

    NMDA receptors (NMDARs) are excitatory neurotransmitter receptors that form glutamate-gated ion channels and are essential mediator of synaptic plasticity and brain disorders. NMDARs are obligatory heterotetramers usually composed of two GluN1 and two GluN2 (A-D) subunits. Whereas it's well established that NMDARs operate as dimers of dimers, subunit arrangement around the central pore is still debated. This issue is fundamental to understand the mechanisms which govern NMDAR functions and the role of the interfaces between subunits and between domains, including the N-terminal domain (NTD) and the agonist-binding domain (ABD). By combining computational modeling, site-directed mutagenesis, electrophysiology, and cysteine cross-linking, we show that, in a full-length heterotetrameric NMDAR, the subunit arrangement is alternated, with identical subunits facing each other, and identify a new interdimer interface between the two GluN1 ABDs. We have also used a new technique, for which we demonstrated the feasibility in Xenopus oocytes, which consists in incorporating photoreactive unnatural amino-acids (UAAs) at different positions in NMDAR subunits. This genetic code expansion enabled us to create photosensitive NMDARs and probe new interfaces between GluN1 and GluN2 and their role in (1) subunit-specific channel activity (interface between GluN1 and GluN2A-B NTDs upper lobes) and (2) zinc allosteric inhibition (interface between GluN1 and GluN2A ABDs lower lobes). Our studies provide new information about molecular architecture of NMDARs and demonstrate the importance of some structural rearrangements between subunit interfaces for the receptor functions.


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