Microscopie super-résolutive aux synapses inhibitrices mixtes : régulation différentielle des GlyRs et des GABAARs par l’activité excitatrice

par Xiaojuan Yang

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Christian Specht et de Huimin Wang.

Soutenue le 10-09-2019

à Paris Sciences et Lettres en cotutelle avec l'Université normale de la Chine de l'Est (Shanghai) , dans le cadre de École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris) , en partenariat avec Institut de biologie de l'École normale supérieure (Paris) (laboratoire) et de École normale supérieure (Paris ; 1985-....) (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Enrica Maria Petrini.

Le jury était composé de Christian Specht, Huimin Wang, Enrica Maria Petrini, Lydia Danglot, Andrea Barberis, Erin Margaret Schuman, Mathieu Coppey.

Les rapporteurs étaient Lydia Danglot, Andrea Barberis.

mots clés

• Synapses inhibitrices mixtes
• GlyR
• GABAAR
• Géphyrine
• RIM1/2
• Co-transmission
• Domaine soussynaptique (SSD)
• Nanocolonne trans-synaptique
• Microscopie de localisation de molécule unique (SMLM)
• Microscopie de reconstruction optique stochastique directe (dSTORM)
• DSTORM multicouleur
• Neurosciences

Résumé

La microscopie optique stochastique de reconstruction (STORM) contourne la limite de diffraction en enregistrant des signaux monomoléculaires spatialement et temporellement séparés, atteignant une résolution de ~10-40 nm. Dans mon étude, j'ai développé une stratégie d'imagerie et d'analyse de données dSTORM bicolore afin d'étudier l'ultrastructure des synapses inhibitrices mixtes. Mes résultats ont montré que les GlyRs, les GABAARs, la géphyrine et RIM1/2 présentent une organisation intra-synaptique hétérogène et forment des domaines sous-synaptiques (SSDs). Les GlyR et les GABAAR ne sont pas complètement mélangés, mais peuvent occuper des espaces différents à la densité post-synaptique (PSD). De plus, les SSD de géphyrine postsynaptique sont alignées avec les SSD de RIM1/2 pré-synaptiques, formant des nanocolonnes trans-synaptiques. Au cours d'une activité neuronale élevée par traitement 4-AP, la corrélation spatiale entre les GlyRs, les GABAARs et la géphyrine a augmentée au PSD. De plus, la corrélation spatiale des GlyRs et RIM1/2 a également augmenté, tandis que celle des GABAARs et RIM1/2 n'a pas changé. Le nombre de SSD par synapse pour ces protéines synaptiques n'est pas modifié par 4-AP. Cette étude fourni un nouvel angle de compréhension des mécanismes sous-jacents à la co-transmission GABAergique/glycinergique.

mots clés

• Mixed inhibitory synapses
• GlyR
• GABAAR
• Gephyrin
• RIM1/2
• Co-transmission
• Subsynaptic domain (SSD)
• Trans-synaptic nanocolumn
• Single molecule localization microscopy (SMLM)
• Direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM)
• Multi-color dSTORM

Titre traduit

Glycine/GABA mixed inhibitory synapses studied with super-resolution microscopy : differential regulation of GlyRs and GABAARs by excitatory activity

Résumé

Stochastic optical reconstruction microscopy (STORM) bypasses the diffraction limit by recording spatially and temporally separated single molecule signals, achieving a resolution of ~10-40 nm. In my study, I have developed a two-color dSTORM imaging and data analysis strategy, in order to investigate the ultrastructure of mixed inhibitory synapses. My results show that GlyRs, GABAARs, gephyrin and RIM1/2 exhibit a heterogeneous intra-synaptic organization and form sub-synaptic domains (SSDs). GlyRs and GABAARs were not fully intermingled, but sometimes occupied different spaces at the post-synaptic density (PSD). In addition, post-synaptic gephyrin SSDs were aligned with pre-synaptic RIM1/2 SSDs, forming trans-synaptic nanocolumns. During elevated neuronal activity by 4-AP treatment, the spatial correlation between GlyRs, GABAARs and gephyrin was increased at the PSD. Moreover, the spatial correlation of GlyRs and RIM1/2 was also increased, while that of GABAARs and RIM1/2 did not change. The number of SSDs per synapse for these synaptic proteins was not changed by 4-AP. My study thus provides a new angle for understanding the mechanisms underlying GABAergic/glycinergic co-transmission.