Etude du rôle de la dynamique adhésive dans le développement synaptique par micropatterning et microscopie mutlimodale – Synaptoligation

L'adhésion est une processus fondamental en biologie cellulaire, qui régule de nombreuses fonctions telles la forme et la différenciation des cellules. Au niveau moléculaire, l'adhésion est médiée par des couples ligand-récepteur membranaires spécifiques. Plusieurs familles de molécules d'adhésion, dont le complexe neurexine-neuroligine, jouent un rôle essentiel dans la formation des synapses entre neurones. Des mutations génétiques de ces molécules sont associées à des maladies neurodéveloppementales chez l'homme, soulignant leur importance dans le fonctionnement du cerveau. Toutefois, de nombreux points restent obscurs quant au rôle spécifique des molecules d’adhérence dans l'organisation et la fonction synaptique. En particulier, les neurexines et neuroligines forment de multiples isoformes et variants d'épissage, qui s’associent via un code spécifiant le type synaptique, mais la façon dont les propriétés de liaison intrinsèques entre les partenaires adhésifs régissent la structure, la dynamique et la force des synapses n'est toujours pas résolue.
Notre hypothèse de recherche est qu'en régulant la cinétique d'interaction entre les complexes d'adhésion, les neurones peuvent moduler la morphologie et la force de leurs synapses. Pour explorer ce concept, nous manipulerons les complexes synaptiques par l'expression d'isoformes et variants d'épissage de la neurexine et de la neuroligine et de leurs compétiteurs (MDGA, LRRTM), et nous rechercherons des corrélations entre la dynamique d'adhésion et différents paramètres synaptiques au niveau dynamique, morphologique et fonctionnel.
Pour répondre ces questions, nous proposons quatre objectifs spécifiques :
1 : Caractériser la cinétique d'adhésion des complexes synaptiques membranaires.
Nous allons micropatterner des protéines d'adhésion et caractériser leur cinétique d'interaction avec des contre-récepteurs marqués par fluorescence dans des cellules hétérologues.

2 : Déterminer les effets de l'adhésion ligand-récepteur sur la différenciation synaptique in vitro.
Nous allons micropatterner différents ligands protéiques pour étudier le rôle synergique et/ou compétitif entre ligands adhésifs sur la différenciation synaptique dans des neurones primaires.

3 : Explorer la dynamique et la distribution à l'échelle nanométrique des complexes d'adhésion synaptiques.
Nous caractériserons la dynamique des protéines d'adhésion par suivi de molécules uniques et leur localisation dans les neurons par microscopie optique corrélative optique-électronique (CLEM).

4 : Caractériser le rôle de la dynamique des molécules d'adhésion sur la morphologie et la fonction des synapses ex vivo.
Nous examinerons les effets des isoformes/splice variants de la neurexine et neuroligine sur la morphologie et la physiologie des synapses par imagerie 3D en cellules vivantes et électrophysiologie dans des tranches de cerveau.

Pour atteindre ces objectifs, nous associons quatre partenaires complémentaires:
- O. THOUMINE (DR1 CNRS, Bordeaux) apportera ses connaissances sur l'adhésion neuronale, des cultures de souris transgéniques, des stratégies de marquage avec des sondes monomériques, l'imagerie de molécules uniques, et les simulations numériques.
- V. STUDER (DR2 CNRS, Bordeaux) apportera son expertise en micro-ingénierie et microscopie, notamment le photopatterning 2D et l'illumination structurée 3D.
- ALVEOLE S.A. (Paris) fournira ses derniers prototypes, protocoles et logiciels de micropatterning.
- J.-M. VERBAVATZ (Pr, Université de Paris), chef de groupe à l'Institut Jacques Monod (Paris) apportera sa forte expertise en protéines membranaires, TEM et CLEM.
Nous espérons découvrir des corrélations frappantes entre la dynamique des adhésions et le développement synaptique. Ce projet apportera de nouvelles connaissances importantes sur des questions scientifiques pertinentes qui sous-tendent la synaptogenèse, ainsi que de nouvelles solutions de microscopie commercialisées par le partenaire industriel.