Nouveaux mecanismes de régulation de la localization des récepteurs inhibiteurs – Synaptune

Ces dernières années, nous avons développé des outils d’optique, d’imagerie et d’analyse pour décrire la dynamique des récepteurs aux neuromédiateurs au niveau de la molécule unique, en utilisant des nano-cristaux. Ces développements nous ont permis d’accéder à de nouvelles dimensions de la régulation de la neurotransmission. Nous avons démontré que les récepteurs de la glycine (Gly-R) et du GABA (GABAA-R) diffusent latéralement dans la membrane, et sont accumulés aux synapses sous le contrôle de l’activité neuronale. Nous avons également montré que le couplage entre l’excitation et l’inhibition est régulé par des phosphorylations dépendantes du calcium. Plus récemment, nous avons montré que les intégrines sont régulateurs clés dans des propriétés dynamiques des récepteurs. En utilisant ces outils, et en nous basant sur les nouveaux aspects de la biologie de la synapse que nous avons générés, nous avons élaboré ce projet. Il nous permettra d’appréhender les régulations non cellule-autonome de la dynamique des récepteurs inhibiteurs et de la force synaptique. Il nous permettra également d’en comprendre les contrôles pharmacologiques.
Objectif 1: nous avons montré que la dynamique des Gly-R est régulée par un mécanisme dépendant de la PKC. Nous avons identifié la S403 dans la boucle intracellulaire comme cible de la PKC. Nous montrerons comment cette phosphorylation est utilisée pour le réglage fin de la force synaptique inhibitrice au cours de l’activité neuronale. Nous établirons le rôle de cette phosphorylation dans la douleur.
Objectif 2 : nous avons montré que l’activation microgliale module la mobilité des Gly-R et des GABAA-R ainsi que leur accumulation aux synapses. Nous étudierons la dés-inhibition induite par l’activation microgliale. Nous nous concentrerons sur le rôle du TNFa et de la Thrombospondin qui sont des facteurs gliaux pour lesquels nous avons déjà des résultats préliminaires. Nous décrirons ensuite comment la balance homéostatique excitation / inhibition est (dé)-régulée par l’inflammation.
Objectif 3 : nous avons montré que les récepteurs métabotropiques au GABA (mGABAB-R) modulent la diffusion latérale des Gly-R et GABAA-R et leurs interactions avec les protéines d’échafaudage pour contrôler leur accumulation aux synapses. Nous déterminerons comment le trafic des récepteurs GABAA et glycine est controlé par la signalisation mGABAB. Ce sera une base pour comprendre le mode d’action de la pharmacologie GABAB utilisée pour réguler l’inhibition dans les pathologies comme la spasticité.
Objectif 4 : nous avons développé un microscope PALM-STORM à super résolution (environ 20 nm) pour accéder à de nouvelles dimensions de la dynamique des protéines membranaires. Nous avons ainsi obtenu des données quantitatives sur l’organisation 3D de la géphyrin et ses sites de liaison des récepteurs inhibiteurs. Nous combinerons la super-résolution PALM avec le suivi de particules uniques pour collecter des données quantitatives et dynamiques de liaison des récepteurs pour accéder à de la biochimie in cellulo. Enfin, nous produirons un effort particulier pour obtenir de l’imagerie super-résolutive de la diffusion des Gly-R dans des systèmes intégrés comme les cultures organotypiques. Les outils développés ici pourront être utilisés dans toutes les parties du projet relevant de la dynamique des récepteurs.
La recherche proposée dans ce projet trouve son application dans le champ de la sensibilisation de douleur par laquelle des stimuli douloureux sont augmentés ou que des stimuli anodins sont ressentis comme douloureux. Les mécanismes moléculaires et cellulaires de la sensibilisation reposent sur une interaction pathologique entre les neurones et la microglie et sur une altération du contrôle de la balance entre l’inhibition et l’excitation. Les résultats et les concepts qui déboucheront de notre projet s’étendront également aux autres synaptopathies comme la spasticité ou l’épilepsie.