Rôle de la voie de signalisation de la polarité planaire (PCP) dans l’organisation dynamique de la synapse et l’intégration de l’information synaptique: des mécanismes fondamentaux aux conséquences pathophysiologiques – NanoPlanSYN

Notre objectif est de décrypter les mécanismes contrôlés par la voie de signalisation de la polarité cellulaire planaire (PCP) au cours de la spécification synaptique et la plasticité morpho-fonctionnelle. Puisque les composants de la PCP sont capables de modeler la morphologie cellulaire via des changements polarisés du cytosquelette, ils représentent des candidats idéaux pour la régulation du cytosquelette d’actine au sein des épines dendritiques. Notre but est de comprendre à l'échelle nanométrique l'organisation et la dynamique des principales molécules de la voie PCP et d'étudier leurs interactions avec les régulateurs d'actine et les complexes d’adhésion, en conditions normales et pathologiques.
La voie PCP régule la transmission et l’intégration d’informations intercellulaires et intracellulaires dans le but d’organiser la polarité des tissus. De nombreux travaux suggèrent que cette voie est fondamentale pour le développement neuronal, la migration et la polarité neuronale, le guidage axonal, mais aussi la morphogenèse dendritique et la synaptogenèse. Des travaux récents de notre laboratoire (Montcouquiol/Sans) utilisant des modèles murins révèlent que des perturbations cérébrales spécifiques à cette voie entrainent des dysfonctionements comportementaux (Moreau et al., 2010; Hilal et al., en révision; Ezan et al., ou Robert et al., en préparation). Les mécanismes moléculaires d’action propre à Vangl2 sont peu connus, mais puisque la localisation asymétrique caractéristique des molécules de la PCP dans certains compartiments subcellulaires ou membranaires semble nécessaire dans d’autres systèmes, nous émettons l'hypothèse que l’organisation nanoscopique des protéines de la PCP au sein de l’épine dendritique pourrait contrôler la dynamique du cytosquelette et/ou l’adhésion. Afin de tester cette hypothèse, nous étudierons le couplage entre la signalisation PCP, la dynamique du cytosquelette et les adhésions trans-synaptiques.
Nous utiliserons des outils moléculaires, cellulaires et génétiques déjà établis mais aussi innovants afin d’étudier la PCP (N. Sans) en combinaison avec la microscopie super-résolue et le suivi de protéines individuelles pour étudier des régulateurs de l'actine et l’adhésion (G.Giannone; Rossier et al., 2012, Chazeau et al 2014). Un aspect particulièrement novateur de ce projet est de développer et d'appliquer une microscopie super-résolue 3D quantitative basée sur la localisation de molécules uniques à l'aide de récents développements technologiques réalisés par le groupe de JB Sibarita comme la microscopie à feuille de lumière à objectif unique (soSPIM) (Galland et al., 2015) et la nouvelle méthode d’analyse de segmentation et de quantification des données: SR-Tesseler (Levet et al., 2015). D'un point de vue méthodologique, le couplage des techniques soSPIM et SMLM permettra une imagerie nanoscopique sur coupes épaisses. Associé à des expériences de décageage de glutamate à l'aide de microscopie bi-photonique in vivo, il sera possible de générer des images super-résolues de coupes de cerveau de souris mutantes et sauvages avant et après induction de plasticité synaptique structurelle. Nous suivrons une approche de type « bottom-up », en allant de systèmes simples in vitro, tels que les neurones dissociés en culture, à des systèmes plus complexes et difficiles, tels que des coupes organotypiques.
Ce projet fournira de nouveaux concepts quant à la ségrégation des protéines de la PCP à l'échelle nanométrique dans les épines dendritiques et à la façon dont chacune participe au contrôle du cytosquelette d'actine. Ce projet présente une approche interdisciplinaire afin de comprendre les conséquences de mutations de la signalisation PCP non seulement à l'échelle nanométrique, mais aussi aux niveaux cellulaires et physiologiques, sur la mise en place et le fonctionnement de l'unité fonctionnelle fondamentale d'intégration neuronale dans le circuit complexe de l'hippocampe qu’est l'épine dendritique.