Contrôle Local de l’Endocytose dans les dendrites neuronales analysé par de nouvelles sondes optiques – LocalEndoProbes

Un des problèmes centraux de la neurobiologie, et peut-être de tout système biologique, est de comprendre comment les cellules nerveuses sont organisées dans un réseau qui est à la fois stable et capable d’une grande plasticité. En particulier, les synapses sont des éléments structurels très stables qui peuvent être modifiés en quelques minutes pour renforcer ou affaiblir la connectivité entre neurones. De plus, les synapses peuvent être modifiées individuellement, indépendamment des autres synapses localisées à quelques micromètres seulement. L’altération de ces capacités de plasticité est probablement à la base des déficits cognitifs qui caractérisent des pathologies cérébrales comme la maladie d’Alzheimer ou les troubles du spectre autistique.
Pour permettre la stabilité synaptique et une plasticité rapide, de nombreux constituants synaptiques, dont les récepteurs postsynaptiques, sont en équilibre dynamique entre les régions synaptiques et extrasynaptiques. Le travail de nombreux laboratoires ces quinze dernières années a montré que cet équilibre était maintenu à au moins deux niveaux cinétiques et mécanistiques. Le premier niveau met en jeu l’échange des récepteurs entre la membrane plasmique et des compartiments intracellulaires par endocytose, recyclage et exocytose. Ces processus peuvent modifier l’efficacité synaptique en quelques minutes et sont essentiels pour l’expression de la plasticité à long terme, en particulier la potentialisation à long terme (PLT) et la dépression à long terme (DLT) qui dépendent de l’activation des récepteurs NMDA. Deuxièmement, les récepteurs postsynaptiques diffusent rapidement dans la membrane plasmique entre les zones synaptiques et extrasynaptiques. La stabilisation des récepteurs dépend de façon critique de l’interaction entre les récepteurs et la protéine PSD-95, la principale protéine de la densité post-synaptique (DPS). De plus, ces échanges sont suffisamment rapides, sur une échelle de temps de la milliseconde, pour affecter le codage temporel de l’information par les synapses. En revanche, l’implication éventuelle de la diffusion membranaire des récepteurs dans la plasticité synaptique à long terme n’est pas encore connue.
Ces deux niveaux de régulation sont tous deux critiques pour la stabilité et la plasticité de la transmission synaptique. Notre hypothèse est qu’ils contribuent également à l’indépendance des synapses en restreignant le trafic des récepteurs. De plus, l’étendue du trafic des récepteurs pourrait être lui-même modulé par l’activité synaptique. Pour tester cette hypothèse, nous devons être capables de visualiser et de contrôler simultanément ces deux niveaux de la manière la plus précise. Notre objectif est donc d’optimiser des sondes optiques, de développer de nouveaux protocoles et de valider des bloqueurs photo-activables pour obtenir une vue intégrée de la diffusion, de l’internalisation et du recyclage des récepteurs pendant la transmission et la plasticité synaptiques. Nous nous concentrerons sur la modulation de la diffusion de surface et de l’internalisation des récepteurs pendant la DLT en suivant des récepteurs surexprimés ou endogènes marqués avec des sondes fluorescentes (protéines fluorescentes, fluorophores organiques et nanoparticules de nouvelle génération, quantum dots et nanoplaquettes). Ces fluorophores seront sensibles à des changements d’environnement (pH, quenchers) qui seront imposés à l’extérieur des cellules, ce qui permettra de distinguer à tout moment si les marqueurs sont en surface ou à l’intérieur des cellules. Ces nouveaux outils et protocoles seront développés par notre consortium interdisciplinaire et utilisés dans des protocoles mesurant l’activité des zones d’endocytose et le comportement des récepteurs avant et après leur internalisation. Nous prédisons qu’avec ce niveau de détail nous serons en mesure de déchiffrer le rôle de chaque processus dans l’établissement d’une régulation efficace et spécifique des poids synaptiques.