Dynamique des interactions protéiques lors de la maturation synaptique : etude du trafic de surface des récepteurs NMDA

Lucie Bard

Description

Sous la direction de Laurent Groc
Thèse soutenue le 03 décembre 2009: Bordeaux 2
Les synapses se forment selon plusieurs étapes comprenant la synaptogenèse, la maturation et la plasticité synaptique. Les molécules d’adhésion et les récepteurs ionotropiques du glutamate ont des rôles clés dans ces processus. Lors de ma thèse, je me suis intéressée à la dynamique des interactions impliquant deux protéines membranaires, la N-cadhérine et le récepteur NMDA. La N-cadhérine joue un rôle important dans l’induction de la croissance axonale mais les mécanismes moléculaires sous-jacents sont peu connus. Par des approches de vidéo-microscopie et de pinces optiques, j’ai démontré que la transmission directe des forces générées par le flux rétrograde d’actine aux adhésions N-cadhérines, via les caténines, induit l’avancée du cône de croissance. Les récepteurs NMDA synaptiques ont un rôle crucial dans la maturation et la plasticité synaptique, néanmoins, les mécanismes moléculaires régulant la distribution des récepteurs NMDA synaptiques sont peu connus. En combinant le développement de peptides compétiteurs divalents et des approches d’imagerie haute résolution, nous avons étudié la dynamique de surface des récepteurs NMDA endogènes. Mes résultats montrent que l’interaction dynamique entre les protéines d’échafaudage à domaine PDZ et les récepteurs NMDA contenant la sous-unité NR2A régule leur rétention synaptique et leur distribution de surface. Le déplacement des récepteurs NMDA contenant la sous-unité NR2A en dehors des synapses est compensé par une insertion synaptique de récepteurs contenant la sous-unité NR2B, indiquant que l’ancrage synaptique des différents sous-types de récepteurs NMDA est différentiellement régulé. De plus, cette redistribution des récepteurs NMDA affecte la maturation et la plasticité synaptique. L’ensemble de ces résultats révèle une régulation rapide et spécifique des récepteurs NMDA synaptiques par les protéines à domaine PDZ suggérant un rôle de l’organisation de la densité postsynaptique dans la stabilisation synaptique des récepteurs et les processus adaptatifs.
-N-cadhérine
-Récepteur NMDA
-Synapse
-Développement
-Trafic
The formation of synapses follows different steps including synaptogenesis, maturation and plasticity. Adhesion molecules and ionotropic receptors play key roles in these processes. During my thesis, I have been interested in the dynamics of the interactions mediated by two membrane proteins, N-cadherin and the NMDA receptor N-cadherin plays important roles in axon outgrowth, but the molecular mechanisms underlying this effect are mostly unknown. Using live imaging and optical trapping, I demonstrated that the direct transmission of actin-based traction forces to N-cadherin adhesions, through catenin partners, drives growth cone advance. Synaptic NMDA receptors (NMDARs) play key roles during synaptic refinement and plasticity, however the molecular mechanisms that govern the distribution of the synaptic surface NMDARs are largely unknown. We investigated the dynamics of endogenous NMDARs using high-resolution single particle imaging and a newly-developed biomimetic divalent competing ligand. My results show that the dynamic interaction between PDZ domain-containing scaffold proteins and NR2A-NMDARs regulates their synaptic retention and surface distribution. Interestingly, a rapid displacement of NR2A-NMDARs out of synapses is paralleled by a compensatory increase in NR2B-NMDARs, providing functional evidence that the sites of synaptic anchoring of native surface NR2-NMDARs are different. Furthermore, such redistribution of surface NR2-NMDARs strongly impairs synaptic maturation and plasticity. Together, these data reveal a rapid and specific regulation of surface NR2-NMDARs by PDZ domain-containing scaffolds in synapses, supporting a role of the postsynaptic density architecture in regulating specific NR2-NMDAR retention and synaptic adaptation.
-N-cadherin
-NMDA receptor
-Synapse
-Development
-Trafficking
Source: http://www.theses.fr/2009BOR21640/document

Sujets

• Récepteur NMDA
• Synapse
• Développement

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 88
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 7 Mo

Extrait

Université Victor Segalen Bordeaux 2


Année 2009 Thèse n°1640

THÈSE

pour le

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 2

Mention : Sciences Biologiques et Médicales

Option : Neurosciences et Pharmacologie


Présentée et soutenue publiquement

Le 3 Décembre 2009

Par Lucie BARD

Née le 23 Septembre 1983 à ISSOIRE


Dynamique des interactions protéiques lors de la
maturation synaptique

Etude du trafic de surface des récepteurs NMDA


Membres du Jury

LANDRY Marc Professeur Université Bordeaux 2 Président du jury
FAGNI Laurent Directeur de Recherche CNRS Rapporteur
MEDINA Igor INSERM
KITTLER Josef MRC Examinateur
MOTHET Jean-Pierre Chargé de Recherche CNRS Exam
GROC Laurent Directeur de thèse


REMERCIEMENTS
Je tiens avant tout à remercier les membres du jury qui ont accepté d’évaluer ce travail et m’honorent de leur
présence : le Pr. Marc Landry, le Dr Igor Medina, le Dr Laurent Fagni, le Dr Josef Kittler et le Dr Jean-Pierre
Mothet.
Je remercie Christophe Mulle pour m’avoir accueillie dans son laboratoire.
Je remercie également Daniel Choquet pour m’avoir donné l’opportunité de travailler dans son équipe et
d’enrichir mon expérience en me permettant d’assister à de nombreux congrès.
Merci au Ministère de la Recherche et de l’enseignement supérieur et à la FRM pour le soutien financier au cours
de ces trois années.

Un grand merci à Olivier Thoumine, mon encadrant au cours du Master 2, pour sa grande présence, ses conseils
et son soutien et surtout pour m’avoir donné envie de continuer sur cette voie. J’en profite pour remercier toutes
les personnes qui ont participé au projet N-cadhérine, entre autres Caroline Dequidt et Cécile Boscher.
Un immense merci à Laurent Groc pour sa grande disponibilité, sa confiance, son optimisme. Merci de m’avoir
confié ce projet et de m’avoir fait confiance tout au long de ses trois années tout en étant toujours présent dès
que j’en avais besoin. Merci de m’avoir tant apporté aussi bien sur le plan scientifique qu’humain. Je pense (en
tout cas j’espère…) être bien armée pour la suite.

Merci aux mamans du laboratoire, Elisabeth, Delphine et Christelle, toujours là pour écouter et remonter le moral.
Un grand merci spécialement à Christelle, ma voisine, toujours disponible aussi bien dans les moments de
rigolade que de petite déprime. Nos discussions m’ont énormément apporté…
Merci aux copains et copines, pour les sorties au Lucifer, le week-end à Dienne, les parties endiablées de Jungle
Speed, Béa, Mag (Magalo pour les intimes…), Nelson, Mario, Mathieu L., Ronan, Shankar, Arnaud, Kévin (on a
créé un monstre !!), Déborah (une spéciale dédicace pour la « truffe géante de la mère Anne », le dessert le plus
gras au monde et rebaptisé en souvenir « truffe géante de la mère Déborah »).
Merci à tous ceux qui ont été là, qui ont de près ou de loin participé à cette aventure : Alice, Christophe B.,
Matthieu S., Lenka, Pato, Eric, Pierre, Greg, Johanna, les deux Julien, Damien, Virginie, Sri, Agnès, Jérôme,
Julie...

Merci à ma famille, la cousinade et surtout Maman pour m’avoir toujours autant fait confiance, et pour tant
d’autres choses…
Et enfin, merci à mon Fredou, tout simplement pour être là, encore et toujours, dans les bons moments comme
les moins bons, pour son soutien, ses conseils et pour toutes ces petites choses qui font qu’au jour le jour, ce
périple a été plus facile…
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RESUME
Les synapses se forment selon plusieurs étapes comprenant la
synaptogenèse, la maturation et la plasticité synaptique. Les molécules d’adhésion et
les récepteurs ionotropiques du glutamate ont des rôles clés dans ces processus.
Lors de ma thèse, je me suis intéressée à la dynamique des interactions impliquant
deux protéines membranaires, la N-cadhérine et le récepteur NMDA. La N-cadhérine
joue un rôle important dans l’induction de la croissance axonale mais les
mécanismes moléculaires sous-jacents sont peu connus. Par des approches de
vidéo-microscopie et de pinces optiques, j’ai démontré que la transmission directe
des forces générées par le flux rétrograde d’actine aux adhésions N-cadhérines, via
les caténines, induit l’avancée du cône de croissance.
Les récepteurs NMDA synaptiques ont un rôle crucial dans la maturation et la
plasticité synaptique, néanmoins, les mécanismes moléculaires régulant la
distribution des récepteurs NMDA synaptiques sont peu connus. En combinant le
développement de peptides compétiteurs divalents et des approches d’imagerie
haute résolution, nous avons étudié la dynamique de surface des récepteurs NMDA
endogènes. Mes résultats montrent que l’interaction dynamique entre les protéines
d’échafaudage à domaine PDZ et les récepteurs NMDA contenant la sous-unité
NR2A régule leur rétention synaptique et leur distribution de surface. Le déplacement
des récepteurs NMDA contenant la sous-unité NR2A en dehors des synapses est
compensé par une insertion synaptique de récepteurs contenant la sous-unité NR2B,
indiquant que l’ancrage synaptique des différents sous-types de récepteurs NMDA
est différentiellement régulé. De plus, cette redistribution des récepteurs NMDA
affecte la maturation et la plasticité synaptique. L’ensemble de ces résultats révèle
une régulation rapide et spécifique des récepteurs NMDA synaptiques par les
protéines à domaine PDZ suggérant un rôle de l’organisation de la densité
postsynaptique dans la stabilisation synaptique des récepteurs et les processus
adaptatifs.

MOTS CLES : N-cadhérine, récepteur NMDA, synapse, développement, trafic.
Laboratoire : Physiologie Cellulaire de la Synapse UMR5091 CNRS-Université Bordeaux 2.
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ABSTRACT
The formation of synapses follows different steps including synaptogenesis,
maturation and plasticity. Adhesion molecules and ionotropic receptors play key roles
in these processes. During my thesis, I have been interested in the dynamics of the
interactions mediated by two membrane proteins, N-cadherin and the NMDA receptor
N-cadherin plays important roles in axon outgrowth, but the molecular mechanisms
underlying this effect are mostly unknown. Using live imaging and optical trapping, I
demonstrated that the direct transmission of actin-based traction forces to N-cadherin
adhesions, through catenin partners, drives growth cone advance.
Synaptic NMDA receptors (NMDARs) play key roles during synaptic refinement and
plasticity, however the molecular mechanisms that govern the distribution of the
synaptic surface NMDARs are largely unknown. We investigated the dynamics of
endogenous NMDARs using high-resolution single particle imaging and a newly-
developed biomimetic divalent competing ligand. My results show that the dynamic
interaction between PDZ domain-containing scaffold proteins and NR2A-NMDARs
regulates their synaptic retention and surface distribution. Interestingly, a rapid
displacement of NR2A-NMDARs out of synapses is paralleled by a compensatory
increase in NR2B-NMDARs, providing functional evidence that the sites of synaptic
anchoring of native surface NR2-NMDARs are different. Furthermore, such
redistribution of surface NR2-NMDARs strongly impairs synaptic maturation and
plasticity. Together, these data reveal a rapid and specific regulation of surface NR2-
NMDARs by PDZ domain-containing scaffolds in synapses, supporting a role of the
postsynaptic density architecture in regulating specific NR2-NMDAR retention and
synaptic adaptation.

KEYWORDS: N-cadherin, NMDA receptor, development, maturation, trafficking.


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LISTE DES PUBLICATIONS ET DES
COMMUNICATIONS

PUBLICATIONS

Bard L., Sainlos M., Mikasova L., Stephenson F. A., Imperiali B., Choquet D. and
Groc L. Dynamic regulation of surface NR2-NMDA receptor trafficking in
synapses. Submitted

Groc L., Bard L., and Choquet D. Surface Trafficking of NMDA receptors:
physiological and pathological perspectives. Neuroscience 158 (2009) 4–18.
(Cover of the journal)

Thoumine O., Bard L., Saint-Michel E., Dequidt C. and Choquet D. Optical
Tweezers and Fluorescence Recovery After Photo-Bleaching to Measure
Molecular Interactions at the Cell Surface. Cellular and Molecular Bioengineering
(2008)1:301-311

Bard L., Lambert M., Mège R.M., Choquet D., Thoumine O. A