Motifs de régulation impliqués dans le trafic de LRRRTM2 et stabilisation des récepteurs AMPA par LRRTM2 au niveau des synapses excitatrices

Regulatory motifs involved in LRRTM2 trafficking and LRRTM2-dependent stabilisation of AMPARs at excitatory synapses

• Auteur / Autrice : Konstantina Liouta
• Direction : Ingrid Chamma
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 17/02/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Interdisciplinaire de Neurosciences (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Sans
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ingrid Chamma, Ana Luisa Carvalho, Harold MacGillavry, Marianne Renner, Grégory Giannone
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ana Luisa Carvalho, Harold MacGillavry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurones

Molécules d'adhésivité cellulaire

Système nerveux central

Synapses

Mots clés libres

Synapse

Lrrtm2

Récepteurs AMPA

Imagerie de super résolution

Molecules d'adhesion

Synapse

Lrrtm2

AMPA receptors

Super-Resolution microscopy

Adhesion molecules

Résumé

Les synapses constituent le principal site de communication entre les neurones du système nerveux central. Ces contacts cellule-cellule spécialisés sont initiés par des molécules d'adhésion cellulaire au niveau de pré- et post-synapses, qui interagissent entre elles pour former des complexes trans-synaptiques, recrutant à leur tour des molécules régulant la maturation, la spécificité et la fonction des synapses.Leucine Rich Repeat Transmembrane Protein 2 (LRRTM2) est une molécule d'adhésion synaptique qui se lie à la neurexine pré-synaptique et elle est exclusivement localisée et enrichie au niveau des synapses excitatrices où elle présente une faible dynamique membranaire. LRRTM2 est impliquée dans la transmission et la plasticité synaptique et régule les niveaux de surface des récepteurs AMPA, les principaux récepteurs glutamatergiques responsables de la neurotransmission rapide dans le cerveau.Au cours de ma thèse, j'ai étudié les mécanismes qui sous-tendent la stabilisation et le trafic membranaire de LRRTM2 au niveau des synapses excitatrices, ainsi que l'interaction entre LRRTM2 et les récepteurs AMPA.Nous avons démontré que le domaine C-terminal de LRRTM2 contrôle sa compartimentation dans les dendrites ainsi que son enrichissement et sa compaction au niveau des synapses. De manière surprenante, le confinement synaptique de LRRTM2 s'est avéré être indépendant de son domaine de liaison PDZ-like, mais régulé par une séquence intracellulaire récemment identifiée, YxxC. Nous avons observé que cette séquence était également essentielle au trafic membranaire et à l'exocytose de LRRTM2 et caractérisé l'existence de vésicules intracellulaires contenant LRRTM2 à l'intérieur des épines. En ce qui concerne l'interaction entre LRRTM2 et les récepteurs AMPA, nous avons montré pour la première fois que le site nouvellement identifié de liaison à la neurexine (E348), est impliqué dans la stabilisation membranaire des récepteurs AMPA synaptiques.Ces résultats démontrent que la région intracellulaire de LRRTM2 contrôle son enrichissement synaptique, sa dynamique membranaire, et son confinement aux synapses excitatrices, tandis que les domaines extracellulaires sont impliqués dans la stabilisation des récepteurs AMPA à la membrane plasmique.

Synapses are the main site of communication between neurons in the central nervous system. These specialised cell-cell contacts are initiated by cell adhesion molecules at the pre- and post-synapse, that interact with one another to form trans-synaptic complexes, and recruit molecules regulating synapse maturation, specificity and function.Leucine Rich Repeat Transmembrane Protein 2 (LRRTM2) is a synaptic adhesion molecule that binds to pre-synaptic neurexin and is exclusively localised and enriched at excitatory synapses where it exhibits low membrane dynamics. Interestingly, LRRTM2 is involved in synaptic transmission and plasticity and regulates the surface levels of AMPARs, the main glutamatergic receptors responsible for fast neurotransmission in the brain.In my PhD, I investigated the molecular mechanisms underlying LRRTM2 stabilisation and trafficking at excitatory synapses, as well as the interplay between LRRTM2 and AMPARs.We demonstrated that the C-terminal domain of LRRTM2 controls its compartmentalisation in dendrites as well as its enrichment and compaction at synapses. Surprisingly, LRRTM2 synaptic confinement was found to be independent of its PDZ-like binding domain and was instead regulated by a recently identified YxxC intracellular sequence. We further confirmed that this sequence was critical for LRRTM2 trafficking and exocytosis and observed the existence of intracellular LRRTM2-containing vesicles inside spines. Regarding the interplay between LRRTM2 and AMPARs, we showed for the first time, that the recently identified neurexin-binding site in LRRTM2 (E348) is responsible for membrane stabilisation of synaptic AMPARs.These results demonstrate that the intracellular region of LRRTM2 controls its synaptic clustering, membrane dynamics, and confinement, while extracellular binding interfaces are involved in stabilising AMPARs at the plasma membrane.