Le zinc synaptique : un modulateur endogène de la neurotransmission excitatrice? – SynapticZinc

Le cerveau est un organe particulièrement riche en zinc. Ce zinc est en grande partie piégé dans des protéines, mais le marquage de Timm révèle l'existence d'un pool de zinc facilement mobilisable restreint aux aires associatives du télencéphale et, au niveau ultrastructural, dans les vésicules synaptiques de certains neurones glutamatergiques. Du zinc peut être libéré lors de l'activité neuronale et les récepteurs du glutamate de type NMDA, fortement inhibés par le zinc extracellulaire, en sont une cible logique. Tous les éléments semblent donc présents pour la mise en place d'une modulation physiologique de la transmission excitatrice par le zinc endogène. Cependant, la démonstration d'une telle fonction pour le zinc vésiculaire du cerveau n'a toujours pas été apportée. Nous proposons d'attaquer cette question à l'aide d'outils génétiques et biochimiques originaux, qui devraient permettre de surmonter les obstacles précédemment rencontrés.//Ce projet repose sur la collaboration de trois équipes aux compétences complémentaires. C'est ainsi par une approche pluridisciplinaire que nous analyserons le rôle du zinc synaptique dans la neurotransmission excitatrice et, plus généralement, dans le fonctionnement du cerveau. Le projet mettra en jeu les méthodes suivantes.

Aproches biochimiques et moléculaires :
- utilisation de chélateurs appropriés du zinc pour estimer par électrophysiologie sur tranche le niveau de zinc atteint dans la fente synaptique des synapses glutamatergiques.
- utilisation combinée de la modèlisation de structures 3D, de la mutagenèse dirigée et du patch-clamp pour identifier les déterminants moléculaires de la modulation des récepteurs kainate recombinants par le zinc extracellulaire.

Approches génétiques :
- utilisation de souris knock-in dans lesquelles le site zinc modulateur de haute affinité des récepteurs NMDA a été invalidé (souris disponibles)
- utilisation de souris knock-out dans lesquelles les sous-unités de récepteurs kainate GluR6 ou GluR7 sont absentes (souris GluR6-/- et GluR7-/- disponibles)
- utilisation de lentivirus (ou adenovirus) pour l'expression ectopique dans les souris GluR7-/- de récepteurs kainate GluR7 insensibles au zinc.

Physiologie sur tranche :
- utilisation de l'électrophysiologie sur tranches de cerveau, en particulier tranches d'hippocampe, pour analyser le rôle du zinc synaptique dans la modulation de la neurotransmission et plus précisément la plasticité synaptique.

Approches intégrées (comportement) :
- utilisation d'un large échantillon de tests comportementaux pour étudier les effets de la mutation KI sur les performances motrices et cognitives.
- étude de l'influence de la mutation KI dans des modèles établis d'épilepsie et de douleur chronique (inflammatoire et neuropathique).

Histologie :
- évaluation des dégâts excitotoxiques par hybridation in situ, immunocytochimie et cytologie.
//1- Identification des conséquences fonctionnelles de la modulation des récepteurs NMDA par le zinc dans la transmission excitatrice et le fonctionnement du cerveau. Nous étudierons les effets de la mutation knock-in NR2A-H128S sur les performances motrices et cognitives et caractériserons le rôle du zinc dans la plasticité synaptique.
2- Evaluation de l'hypothèse d'une modulation par le zinc des récepteurs du glutamate présynaptiques. Nous focaliserons notre étude sur la mise en évidence d'une modulation des récepteurs kainate GluR7 à la synapse MF-CA3 et tenterons d'en comprendre le mécanisme.
3- Compréhension du rôle de la modulation zinc des récepteurs du glutamate dans deux pathologies associées à une activité glutamatergique intense, épilepsie et douleur chronique. Nous analyserons les effets de la mutation KI sur la vulnérabilité à ces pathologies et le développement de mécanismes excitotoxiques.