Unraveling the impact of IL1RAPL1 mutations on synapse formation : towards potential therapies for intellectual disability

par Mariana Ramos

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Pierre Billuart.

Soutenue le 09-10-2015

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris) , en partenariat avec Institut Cochin (laboratoire) et de Université Paris Descartes (établissement de préparation) .

Le président du jury était Patricia Gaspar.

Le jury était composé de Pierre Billuart, Patricia Gaspar, Barbara Bardoni, Cyrille Vaillend.

Les rapporteurs étaient Barbara Bardoni, Cyrille Vaillend.

  • Titre traduit

    Exploration de l’impact des mutations dans IL1RAPL1 sur la formation et la fonction des synapses : vers des thérapies potentielles pour la déficience intellectuelle


  • Résumé

    L’intégrité des synapses neuronales est primordiale pour le développement et le maintien des capacités cognitives. Des mutations dans des gènes codant pour des protéines synaptiques ont été trouvées chez des patients atteints de déficience intellectuelle (DI), qui est une maladie neurodéveloppementale ayant des conséquences sur les fonctions intellectuelles et adaptatives. Ce travail de thèse porte sur l’étude de l’un de ces gènes, IL1RAPL1, dont les mutations sont responsables d’une forme non-syndromique de DI liée au chromosome X, et sur le rôle de la protéine IL1RAPL1 dans la formation et le fonctionnement des synapses. IL1RAPL1 est une protéine trans-membranaire qui est localisée dans les synapses excitatrices où elle interagit avec les protéines post-synaptiques PSD-95, RhoGAP2 et Mcf2l. De plus, IL1RAPL1 interagit en trans- avec une protéine phosphatase présynaptique, PTPd, via son domaine extracellulaire. Nous avons étudié les conséquences fonctionnelles de deux nouvelles mutations qui affectent le domaine extracellulaire d’IL1RAPL1 chez des patients présentant une DI. Ces mutations conduisent soit à une diminution de l’expression de la protéine, soit à une réduction de l’interaction avec PTPd affectant ainsi la capacité d’IL1RAPL1 à induire la formation de synapses excitatrices. En absence d’IL1RAPL1, le nombre ou la fonction des synapses excitatrices est diminué, ce qui mène à un déséquilibre entre les transmissions synaptiques excitatrice et inhibitrice dans des régions spécifiques du cerveau. Dans le cas particulier de l’amygdale latérale, nous avons montré que ce déséquilibre conduit à des défauts de mémoire associative chez la souris déficiente en Il1rapl1. L’ensemble des résultats qui font partie de ce travail montre que l’interaction IL1RAPL1/PTPd est essentielle pour la formation des synapses et suggère que les déficits cognitifs des patients avec une mutation dans il1rapl1 proviennent du déséquilibre de la balance excitation/ inhibition. Ces observations ouvrent des perspectives thérapeutiques visant à rétablir cette balance dans les réseaux neuronaux affectés.


  • Résumé

    Preserving the integrity of neuronal synapses is important for the development and maintenance of cognitive capacities. Mutations on a growing number of genes coding for synaptic proteins are associated with intellectual disability (ID), a neurodevelopmental disease characterized by deficits in adaptive and intellectual functions. The present work is dedicated to the study of one of those genes, IL1RAPL1, and the role of its encoding protein in synapse formation and function. IL1RAPL1 is a trans-membrane protein that is localized at excitatory synapses, where it interacts with the postsynaptic proteins PSD-95, RhoGAP2 and Mcf2l. Moreover, the extracellular domain of IL1RAPL1 interacts trans-synaptically with the presynaptic phosphatase PTPd. We studied the functional consequences of two novel mutations identified in ID patients affecting this IL1RAPL1 domain. Those mutations lead either to a decrease of the protein expression or of its interaction with PTPd, affecting in both cases the IL1RAPL1-mediated excitatory synapse formation. In the absence of IL1RAPL1, the number or function of excitatory synapses is perturbed, leading to an imbalance of excitatory and inhibitory synaptic transmissions in specific brain circuits. In particular, we showed that this imbalance in the lateral amygdala results in associative memory deficits in mice lacking Il1rapl1. Altogether, the results included in this work show that IL1RAPL1/PTPd interaction is essential for synapse formation and suggest that the cognitive deficits in ID patients with mutations on IL1RAPL1 result from the imbalance of the excitatory and inhibitory transmission. These observations open therapeutic perspectives aiming to reestablish this balance in the affected neuronal circuits.


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