Microdomaines d’AMPc et plateformes structurelles de signalisation pour le développement des projections rétiniennes – MicrocAMP

La compréhension de l’organisation spatiale des signaux intracellulaires nécessite des technologies permettant d’une part de visualiser ces signaux localement dans des cellules vivantes, et d’autre part de les perturber sans affecter les signaux voisins. Pour cela nous utilisons des sondes sensibles à la concentration d’AMPc. Ces sondes sont adressées à divers microdomaines candidats pour suivre la concentration locale d’AMPc dans ces domaines cellulaires. D’autre part, un tampon d’AMPc permet de prévenir l’activation des effecteurs de l’AMPc. L’adressage local de ce tampon permet le blocage local des signaux AMPc dans divers domaines cellulaires, conduisant à l’identification des microdomaines d’AMPc participant à la formation des réseaux de neurones entre la rétine et le cerveau.

Les outils permettant la visualisation et la perturbation des signaux AMPc de manière locale, ainsi que les techniques destinées à les insérer dans les cellules ganglionnaires de la rétine sont en court de développement. Actuellement, l’insertion des outils de visualisation de la concentration d’AMPc dans les cellules rétiniennes de manière globale est efficace, et nous travaillons au développement des outils de visualisation et de perturbation des signaux locaux.

L’AMPc est un acteur de nombreux processus cellulaires et de ce fait pourrait être une cible thérapeutique intéressante. Pour cela, une manipulation spécifique des voies de signalisation qu’il régule est nécessaire. La compréhension de l’organisation spatiale des signaux AMPc ouvre cette possibilité et pourrait permettre de révéler le potentiel thérapeutique de ce messager cellulaire.

Ce projet est en phase de développement et sa production scientifique finalisée n’a donc pas encore commencé. Malgré cela, nous envisageons dès à présent de préparer une publication technique permettant de diffuser au plus tôt les outils que nous développons.

Le système nerveux adulte est un réseau complexe dont chaque neurone contacte des partenaires spécifiques. Son développement requiert le guidage des axones vers les cibles appropriées et leur ordonnancement au sein de ces cibles. Dans le système visuel, les projections de la rétine ont deux niveaux d’organisations au sein de leurs cibles dans le cerveau, le corps genouillé latéral dorsal (CGLd) et le colliculus supérieur (CS). D’une part les projections provenant des deux yeux sont ségrégées: dans le CGLd, les projections de l’œil ipsilatéral s’organisent dans un territoire laissé libre par les axones contralatéraux. D’autre part, les projections de chaque œil forment des cartes qui respectent la rétinotopie : dans le CS, l’axe temporo-nasal de la rétine projette sur l’axe antéro-postérieur du CS, tandis que l’axe ventro-dorsal de la rétine correspond à l’axe médio-latéral du CS. La mise en place de la rétinotopie se fait par un mécanisme dépendant des éphrines, des molécules de guidage axonal.
Un messager cellulaire ubiquitaire, l’AMP cyclique (AMPc) est un des acteurs de la mise en place de cette organisation. Sa synthèse par l’adénylate cyclase 1 (AC1) est requise pour la formation de cartes rétiniennes précises. Il existe neuf autres isoformes d’AC capables de synthétiser l’AMPc, mais aucune d’entre elles ne permet de compenser l’absence d’AC1. D’autre part l’AMPc participe à de nombreux autres processus cellulaires et régule en particulier un large spectre de comportement des cônes de croissance axonaux. Le contrôle de chacun de ces processus de façon spécifique et indépendante est mal compris. Les signaux AMPc dans les corps cellulaires sont organisés en microdomaines et sont limités dans le temps. Cette structure spatio-temporelle est potentiellement importante pour la régulation différentielle des processus régulés par l’AMPc. Des travaux récents suggèrent que des microdomaines d’AMPc pourraient exister dans les cônes de croissance axonaux (extrémité des axones en croissance). En effet l’AMPc dans les filopodes, un sous-compartiment des cônes de croissance, mais pas dans le centre du cône de croissance, régule le guidage axonal. La composition des microdomaines d’AMPc est inconnue.
L’objectif global de ce projet est d’identifier les composants structurels des microdomaines d’AMPc requis pour la formation des deux niveaux d’organisation des projections rétiniennes, et d’en décrire les interactions. Nous avons identifié trois candidats dont les caractéristiques en font de potentiels organisateurs structurels des signaux AMPc: les radeaux lipidiques, les points focaux d’adhésion, et les protéines d’échafaudage AKAP (A kinase anchoring protein).
Ce projet suivra le plan expérimental suivant:
1. Identification des microdomaines d’AMPc requis pour le développement du système visuel (test des 3 candidats : les radeaux lipidiques, les points focaux d’adhesion, et les AKAP)
2. Importance de l’adressage de l’adénylate cyclase 1 à chacun de ces microdomaines
3. Test des interactions entre les microdomaines identifiés
Les résultats espérés permettront d’augmenter notre connaissance du développement des réseaux neuronaux, et en association avec d’autres études participera à une meilleure compréhension de maladies affectant le développement des réseaux de neurones, et de l’absence de régénération axonale après lésions dans le système nerveux central. Plusieurs aspects de notre étude concernent des molécules affectant la régénération axonale. L’AMPc l’améliore dans le nerf optique et la moelle épinière. Certaines molécules de guidage, parmi lesquelles les éphrines, sont des inhibiteurs de la régénération. Les flotillines, des protéines structurant certains radeaux lipidiques, sont exprimées après une lésion du nerf optique chez le poisson rouge, un organisme dont les axones du système nerveux central régénèrent. Notre projet apportera des informations importantes sur la régulation de la régénération axonale par chacune de ces molécules.