Mécanismes moléculaires de la compartimentation des canaux sodiques au segment initial et aux noeuds de Ranvier : mise en évidence du rôle de la caséine kinase 2

Molecular mechanisms of the compartmentalization of sodium channels to the initial segment and the nodes of Ranvier : underscored the role of casein kinase 2

• Auteur / Autrice : Aline Brechet
• Direction : Bénédicte Dargent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de neurobiologie des canaux ioniques (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université d'Aix-Marseille II. Faculté de médecine (1970-2011)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Casein Kinase II

Canaux sodiques

Phosphorylation

Protéine kinase CK2

Canaux sodiques

Physiologie

Neurones

Résumé

La physiologie du neurone est sous-tendue par sa morphologie et son organisation spécifique en sous-domaines. Dans les axones myélinisés, la région proximale, nommée segment initial constitue le site d’initiation du potentiel d’action (PA). Les noeuds de Ranvier permettent la conduction saltatoire du PA jusqu’à la terminaison synaptique. Ces deux sous-domaines sont caractérisés par une concentration en canaux ioniques (canaux sodiques et canaux potassiques), en protéines d’adhérence (neurofascine 186 et NrCAM) et en protéines adaptatrices du cytosquelette (ankyrine G et spectrine βIV). Si la formation des noeuds de Ranvier nécessite un contact étroit avec les cellules myélinisantes, l’assemblage des composants du segment initial repose exclusivement sur la présence de l’ankyrine G. Nous avions précédemment identifié un motif de 27 résidus, dit motif AIS, qui gouverne l’adressage et l’agrégation des canaux sodiques au segment initial de l’axone. Fortement conservé au sein de la famille des canaux sodiques, le motif AIS interagit directement avec le domaine « Membrane Binding Domain » (MBD) de l’ankyrine G. Or, plusieurs données de la littérature suggéraient que l’interaction directe entre le motif AIS et le domaine MBD de l’ankyrine ne suffisait pas à concentrer les canaux sodiques dans la membrane axonale. L’objectif principal de mes travaux de thèse visait à rechercher l’existence d’un mécanisme additionnel. Dans un premier temps, nous avons déterminé les éléments structuraux qui gouvernent la compartimentation d’un canal ionique chimérique (Kv2. 1-Nav1. 2) dans les neurones d’hippocampe en culture. C’est l’action conjointe du glutamate E1111 et des sérines S1112, S1124 et S1126 du motif AIS qui est critique pour l’accumulation du canal Kv2. 1-Nav1. 2 au segment initial. L’application d’un test de phosphorylation in vitro a montré que les sérines identifiées (S1112, S1124 et S1126) sont phosphorylées par la sérine/thréonine caséine kinase 2 (CK2). Nous avons évalué l’impact du degré de phosphorylation du motif AIS dans l’interaction avec le domaine MBD des ankyrines B et G par la méthode de Résonance Plasmonique de Surface. En l’absence de phosphorylation CK2, l’association entre les deux partenaires est de faible affinité (KD = 1,2 ± 0,4 10-6 M). Après phosphorylation in situ, l’affinité augmente d’un facteur 1000 (KD = 1,2 ± 0,4 10-9 M). Cet effet nécessite la phosphorylation par la CK2 d’au moins deux serines (S1124 et S1126. ). Des immunomarquages montrent que la sous-unité catalytique de la CK2 est fortement concentrée au segment initial et aux noeuds de Ranvier in vivo et dans les cultures de neurones d’hippocampe. Enfin, Kv2. 1-Nav1. 2 agit comme un dominant négatif de la concentration des canaux sodiques endogènes au segment initial. Cet effet est annulé lorsque les sites de phosphorylation par la CK2 sont neutralisés en alanine. L’ensemble de ces données montre que l’accumulation des canaux sodiques au segment initial et aux noeuds de Ranvier est régulée par la concentration locale de la CK2. Cette kinase augmente l’affinité des canaux sodiques pour l’ankyrine G favorisant ainsi leur accumulation et leur ancrage au cytosquelette.