Rôle du trafic des récepteurs NMDA au cours de la maturation et plasticité synaptique

Role of NMDA receptor trafficking during synaptic maturation and plasticity

• Auteur / Autrice : Laurent Ladepeche
• Direction : Laurent Groc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences, technologie, santé. Neurosciences
• Date : Soutenance le 27/11/2012
• Etablissement(s) : Bordeaux 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Voisin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Groc, Ana Luisa Carvalho, Stéphane Oliet, Pierre Paoletti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Peter Vanhoutte, Denis Vivien

Mots clés

Mots clés contrôlés

Récepteurs dopaminergiques

Plasticité neuronale

Récepteurs NMDA

Mots clés libres

Récepteur NMDA

Trafic

Plasticité synaptique

Récepteur dopaminergique

Co-agonistes

NMDA receptor

Trafficking

Synaptic plasticity

Dopaminergic receptor

Co-agonists

Résumé

La synapse glutamatergique assure la majeure partie de la transmission excitatrice du cerveau et des changements de sa force constituent un corrélat cellulaire des processus d’apprentissage et de mémoire. Ces processus adaptatifs nécessitent souvent l’activation des récepteurs ionotropiques au glutamate de type NMDA (NMDAR) et l’influx calcique dans le compartiment postsynaptique qui suit leur ouverture. Jusqu’alors, l’activation des voix de signalisations sous-jacentes était considérée comme le seul mécanisme essentiel à la plasticité synaptique. Il est apparu récemment que les NMDAR diffusent à la surface des neurones, assurant un remodelage dynamique de leur distribution. La possibilité que la dynamique de surface des NMDAR joue un rôle déterminant dans les propriétés plastiques des synapses a donc émergé. Au cours de ma thèse, je me suis intéressé à cette problématique à l’aide d’approches d’imagerie dynamique à haute-résolution (ex. suivi de nanoparticules uniques, FRAP) et d’outils moléculaires de haute spécificité (ex. ligand biomimétique, x-link de récepteurs via les anticorps). J’ai dans un premier temps étudié la dynamique de surface des NMDAR endogènes au cours de la plasticité synaptique au sein de réseaux neuronaux hippocampiques in vitro. Mes résultats révèlent que l’induction de la potentialisation à long terme (LTP) des synapses glutamatergiques s’accompagne d’une redistribution latérale des NMDAR de surface dans la région postsynaptique. De façon remarquable, la réduction de la diffusion de surface des NMDAR via des anticorps commerciaux, mais aussi des anticorps purifiés de patients atteints d’encéphalite auto-immune, ciblant des épitopes extracellulaires des NMDAR, bloque la LTP. Dans un second temps, je me suis intéressé à la régulation de cette dynamique des NMDAR. En collaboration avec le groupe de Stéphane Oliet (CRI, INSERM), nous avons découvert qu’une redistribution rapide de surface des NMDAR s’opère différemment sous l’effet des co-agonistes du récepteur, la glycine et la D-sérine, et cela de façon dépendante des sous-unités GluN2A/GluN2B des NMDAR. De plus, j’ai démontré que l’interaction directe entre les NMDAR et les récepteurs dopaminergiques D1 membranaires contrôle la distribution des deux types de récepteurs aux abords de la synapse et module la plasticité synaptique. L’ensemble de ces données indique que la dynamique de surface des NMDAR est régulée par la présence d’un neuromodulateur, la dopamine, et de co-agonistes, contrôlant de façon dynamique la fenêtre plastique des synapses.

Glutamate synapse mediates most synaptic excitation in the brain and changes in its strength constitute a cellular basis for learning and memory processes. These adaptive properties often require ionotropic glutamate NMDA receptor (NMDAR) and the calcium influx in the postsynaptic compartment following their opening. So far, the activation of the subsequent signaling pathways was considered as the only mechanism essential for synaptic plasticity. It recently appeared that NMDAR diffuse at the neuronal surface, dynamically shaping their distribution. Whether the NMDAR surface dynamics and its potential regulators play an instrumental role in the plastic properties of synapses emerged thus as a possibility. During my PhD, I tackled this question using a combination of high resolution imaging techniques (e.g. single nanoparticle tracking, FRAP) and high specificity molecular approaches (e.g. biomimetic ligand, antibody based receptor cross-link). First, I studied surface dynamics of endogenous NMDAR during synaptic plasticity on hippocampal neurons in vitro. My results reveal that the induction of glutamate synapse long-term potentiation (LTP) is accompanied by a lateral redistribution of surface NMDAR within the postsynaptic area. Strikingly, reducing the surface diffusion of NMDAR using both commercial and purified antibodies from autoimmune encephalitis patients targeting extracellular epitopes of the NMDAR prevents LTP. Second I investigated whether NMDAR dynamics were regulated. In collaboration with Stephane Oliet’s group (CRI, INSERM), we uncovered that rapid surface redistribution can also be achieved differentially using the NMDAR co-agonists, glycine and D-serine, in a GluN2A/GluN2B NMDAR subunit dependent manner. In addition, I demonstrated that the direct interaction between NMDAR and dopamine D1 receptor at the membrane controls both receptors distribution in the synaptic area and modulates synaptic plasticity. Altogether, these data indicate that the NMDAR surface dynamics is regulated by ambient neuromodulators such as dopamine and co-agonists, dynamically controlling then the plastic range of synapses.