Libération des neurotransmetteurs et des récepteurs pendant la transmission synaptique: visualisation en temps réèl – SynTrack

Ce projet a pour but de comprendre la relation entre la libération des neurotransmetteurs inhibiteur et la dynamique des récepteurs correspondants lors de la transmission synaptique. Dans ce but, nous utiliserons la microscopie super-résolutive en temps réel. Le transfert d'information nécessite l'alignement précis des sites de libération dans les terminaisons pré-synaptiques et la localisation des récepteurs activés au niveau des différentiations post-synaptiques. Récemment, la microscopie super-résolutive a permis de définir aux synapses excitatrices une organisation en "nano-colonne" qui définit une sous-structure où les sites de libération pré-synaptique sont apposés aux récepteurs qui forment des nano-domaines post-synaptiques.

Les synapses inhibitrices régulent l'excitabilité neuronale avec précision et rapidité, mais l'alignement entre les sites de libération des transmetteur et les récepteurs n'a pas encore été étudié. Une des raisons est la difficulté de l'imagerie en temps réel et simultané des vésicules et des récepteurs individuels dont les dimensions sont plus petites que la résolution optique des microscopes classiques. Notre objectif est d'observer simultanément l'exocytose des vésicules pré-synaptiques et la diffusion/stabilisation des récepteurs qui leurs font face dans des neurones vivants, d'ou une contrepartie fonctionnelle à la nano-colonne. Comprendre intimement ce phénomène dynamique sera d'une importance fondamentale pour comprendre les mécanismes impliqués dans la plasticité à court terme. Ce projet est rendu possible grâce aux progrès récents dans les techniques de suivi de particules uniques: 1) Le Prof. Hyokeun Park à HKUST (à Hong Kong) a construit un prototype de microscopie à trois dimensions (3D) ayant une précision nanométrique. Il permet de suivre une vésicule synaptique individuelle avec une précision de pointage (20nm) meilleure que son diamètre; 2) Le Dr. Antoine Triller à l'École Normale Supérieure (ENS, Paris) a pu visualiser pour la première fois les récepteurs post-synaptiques au niveau de la molécule unique dans des neurones vivants pouvant ainsi caractériser la dynamique de la diffusion des récepteurs au niveau de la differenciation post-synaptiques. Il a récemment développé un suivi de particule unique à haute densité en utilisant une approche super-résolutive de de microscopie PALM (Photo-Activated Localization Microscopy). Il a ainsi pu mettre en évidence, aux synapses, une stabilisation des récepteurs par la protéine d'échafaudage (géphyrine) qui dépendait de l'activité des neurones et des récepteurs GABA et glycine.
L’association des deux équipes fournira une combinaison unique de compétences pour ce projet. Nous étudierons les propriétés spécifiques des nano-colonnes GABAergiques et glycinergiques dans les neurones du striatum et et de la moelle épinière. Dans ce but, nous développerons d'abord des outils de microscopie moléculaire pour accéder simultanément à la libération des neurotransmetteurs et au comportement de diffusion des récepteurs. Nous pourrons alors étudier comment l'activité neuronale contrôle l'exocytose et ses conséquences sur la dynamique de diffusion et la stabilité des récepteurs apposés. Ceux-ci nous conduiront à proposer un cadre nouveau pour le contrôle fonctionnel de la nano-colonne dans les synapses inhibitrices. Enfin, nous modéliserons les conséquences de cette activité pré-post-synaptique coordonnée sur l'équilibre dynamique assurant la stabilité de la synapse et la plasticité à court terme.
Cette recherche permettra, pour la première fois, de fournir une contrepartie fonctionnelle à la nano-colonne inhibitrice en accédant simultanément à l'exocytose d’une seule vésicule et à la mobilité des récepteurs qui lui font face. En outre, cette recherche fournira un nouveau cadre pour la pharmacologie aux synapses ainsi que pour la physiopathologie moléculaire dans troubles neurologiques causés par le déséquilibre de l’équilibre excitation-inhibition.