Rôle du transporteur neuronal Potassium/Chlore KCC2 dans la plasticité des synapses glutamatergiques

Involvement of the neuronal K/Cl cotransporter KCC2 in the plasticity of glutamatergic synapses

• Auteur / Autrice : Quentin Chevy
• Direction : Jean-Christophe Poncer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 16/01/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du Fer à Moulin (Paris ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : David Di Gregorio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Huberfeld, Nathalie Sans
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Colin Akerman, José Esteban

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synapses

Actine

Mots clés libres

KCC2

Epine dendritique

Ltp

GluA1

AMPAR

Actine

Dendritic spine

Actin

Résumé

L'efficacité de la transmission synaptique GABAergique est influencée par la concentration intracellulaire en ions chlorure. Dans les neurones matures, l'extrusion de ces ions par le transporteur neuronal potassium chlore de type 2 (KCC2) permet l'influx d'ions chlorure lors de l'activation des récepteurs du GABA de type A. Néanmoins, KCC2 est aussi enrichi à proximité des synapses excitatrices portées par les épines dendritiques qui correspondent à des protrusions dendritiques enrichies en actine. Alors que l'effet d'une suppression de KCC2 sur l'homéostasie des ions chlorure et la transmission GABAergique est largement documenté, peu de choses sont connues sur l'impact qu'une telle suppression peut avoir sur la transmission glutamatergique. Lors de ma thèse, j'ai exploré le rôle de KCC2 dans la potentialisation à long terme (LTP) de la transmission glutamatergique à l'origine des phénomènes d'apprentissage et de mémorisation. Ce travail a révélé que la suppression de KCC2 compromet les modifications fonctionnelles et structurales sous-tendant la LTP. Cet effet est associé à une inhibition de la cofilin, protéine responsable de la dépolymérisation de l'actine, qui corrèle avec une augmentation de la quantité d'actine filamenteuse dans les épines dendritiques. En empêchant l'inhibition de la cofilin liée à l'absence de KCC2, il m'a alors été possible de restaurer la LTP suggérant que KCC2 pourrait influencer cette forme de plasticité en régulant la dynamique de polymérisation du cytosquelette d'actine. Mes résultats démontrent que la fonction de KCC2 va au-delà du contrôle de l'homéostasie des ions chlorure et influence les mécanismes de plasticité de la synapse excitatrice.

The polarity and efficacy of GABAergic synaptic transmission are both influenced by the intra-neuronal chloride concentration. In mature neurons, chloride extrusion through the neuronal K/Cl cotransporter KCC2 allows an inhibitory influx of chloride upon activation of GABAA receptors. Nevertheless, KCC2 is enriched in the vicinity of excitatory synapses within the dendritic spines that are actin-rich protrusions emerging from dendritic shafts. While it has become clear that KCC2 suppression alters chloride homeostasis and GABA signaling, little is known on its impact on glutamatergic transmission. In the laboratory, we have previously demonstrated that KCC2 suppression in mature neurons leads to decreased glutamatergic transmission efficacy through an ion-transport independent function of KCC2. During my PhD, I have explored how KCC2 may also impact LTP of glutamatergic synapses. My work reveals that KCC2 suppression compromises both functional and structural LTP at these synapses. This effect is associated with inhibition of the actin-severing protein cofilin and enhanced mobilization of F-actin in dendritic spines. Since LTP can be rescued by preventing cofilin inhibition upon KCC2 suppression, I suggest KCC2 might influence LTP through altered actin cytoskeleton dynamics. My results demonstrate that KCC2 function extends beyond the mere control of neuronal chloride homoeostasis and suggest regulation of KCC2 membrane stability may act as a metaplastic switch to gate long term plasticity at excitatory synapses in cortical neurons.