Propriétés d'organisation et de traffic des sous-populations de récepteurs AMPA – AMPAR_SubPopTraffic

La plasticité de la transmission excitatrice dans le cerveau est la base cellulaire de l'apprentissage. Son dysfonctionnement est à l'origine de maladies neurodéveloppementales et neurodégénératives. Malgré des décennies de travail sur le mécanisme moléculaire qui sous-tend la plasticité synaptique, beaucoup de ses aspects restent inconnus. Un mécanisme majeur de modification de l'efficacité de la transmission excitatrice est la régulation du nombre et du trafic du sous-type AMPA des récepteurs au glutamate (AMPAR). Notre projet vise à résoudre l'un des principaux mystères de la plasticité synaptique médiée par ces récepteurs, qui réside dans les rôles respectifs des sous-classes majeures de ces récepteurs, et en particulier ceux qui sont soit perméables (CP-AMPAR) soit imperméables (CI-AMPAR) au calcium. La présence de l’un ou l’autre des sous-types de récepteurs a des conséquences fonctionnelles très importantes. Cet objectif sera atteint grâce à la mise au point d’outils innovants de marquage et d'imagerie, spécifiques aux sous-populations de récepteurs, et combinés à la physiologie. Ce projet réunit biologistes cellulaires, biologistes structuraux et imageurs. Nous lèverons un des verrous essentiels à notre compréhension des mécanismes de plasticité synaptique.
Nos objectifs sont :
1. Exploiter notre développement de ligands monovalents spécifiques aux sous-unités GluA1-3 pour mesurer leur organisation spécifique.
2. Mettre en œuvre un flux de découverte d’anticorps synthétiques pour développer des ligands des différentes populations AMPAR.
3. Imager l’organisation à l’échelle nanométrique et le trafic de surface des sous-unités et sous-populations AMPAR endogènes dans les neurones en culture et les tranches de cerveau.
4. Etudier le recrutement de différentes populations AMPAR au cours de la plasticité à court et à long terme dans les tranches de cerveau. Dériver des ligands multivalents pour perturber spécifiquement la fonction synaptique.
Pour réaliser ces objectifs, nous associerons les ligands existants et nouveaux avec les méthodes d’imagerie superrésolution dynamique et les techniques de physiologie.
La collaboration entre un biologiste structural disposant de capacités uniques de développement de nouveaux ligands spécifiques d’assemblages moléculaires – et donc de complexes spécifiques des récepteurs AMPA, avec un neurobiologiste cellulaire expert de l’imagerie nanoscopique des récepteurs AMPA et de leur physiologie, donne une opportunité exceptionnelle de répondre à une question fondamentale du mécanisme de fonctionnement des synapses glutamatergique qui reste ouverte faute des outils adéquats.
Grace à l’utilisation et au développement de ligands spécifiques des domaines extracellulaires des récepteurs AMPA perméables et non-perméables au calcium, combiné à l’utilisation des imagerie STORM, STED, microscopie à expansion et suivi de molécules individuelles, nous pourrons pour la première fois déterminer l’organisation nanoscopique dynamique de ces différents sous-types de récepteurs autour et dans la synapse. Nous utiliserons à la fois des modèles de cultures dissociées de neurones d’hippocampe de souris et des tranches organotypiques de cerveau. Nous pourrons enfin visualiser directement les réorganisations dynamiques des différentes sous-catégories de récepteurs lors des processus de plasticité synaptique afin d’en mieux comprendre leur rôles fonctionnelles.
Enfin, en exploitant nos développements récents de modification fonctionnelle de ligands multivalents à l’aide d’optogénétique et de substrats suicide, nous pourrons modifier avec de la lumière à la fois le trafic et l’existence de sous-catégories spécifiques de récepteurs afin d’analyser leurs contributions respectives à différentes étapes de la plasticité synaptique et de la physiologie neuronale.