Rôle de la reelin dans la plasticité des structures stratifiées du système nerveux central

De
Publié par

Sous la direction de Pascale Chavis
Thèse soutenue le 01 décembre 2009: Bordeaux 2
La reelin est une glycoprotéine sécrétée de la matrice extracellulaire essentielle pour le développement embryonnaire des structures laminaires du système nerveux central (SNC): cortex, hippocampe et cervelet. Dans le cerveau postnatal et adulte, la reelin potentialise la plasticité synaptique, exerce une action trophique sur la croissance neuritique dans l’hippocampe et contrôle la maturation des récepteurs NMDA. Le but de ma thèse a été d’étudier les mécanismes cellulaires à l’origine des fonctions de la reelin dans la plasticité postnatale des structures stratifiées du SNC. Nous avons utilisé une stratégie intégrant des approches d’électrophysiologie, d’imagerie calcique, d’immunocytochimie, de biochimie et de pharmacologie, sur des modèles in vitro (culture primaires de neurones d’hippocampe et de cervelet) et ex vivo (tranches aigues de cortex frontal). Dans les neurones d’hippocampe in vitro, nous avons mis en évidence que la reelin est synthétisée et sécrétée par des neurones GABAergiques montrant un marquage reelin intense alors que les neurones cibles de la reelin sont caractérisés par une expression ponctiforme et de faible intensité. En revanche, dans le cervelet in vitro, les 2 fonctions, sécrétion et liaison de la reelin, sont assurées par la quasi totalité des cellules granulaires glutamatergiques. Nous avons finalement examiné les conséquences physiologiques de l’absence ou de la diminution de reelin endogène dans l’hippocampe et dans le cortex frontal. Nous avons mis en évidence que dans l’hippocampe in vitro la sécrétion continue de reelin régule l’homéostasie des récepteurs NMDA. Nous montrons également que dans le cortex frontal ex vivo, la reelin facilite la maturation des fonctions synaptiques glutamatergiques. Nos résultats démontrent donc que la reelin joue un rôle majeur dans la plasticité neuronale du SNC postnatal.
-Reelin
-Matrice extracellulaire
-Récepteurs NMDA
-Plasticité neuronale
-Système nerveux central
Reelin is an extracellular matrix protein essential for the correct formation of laminated structures during embryonic brain development. In the postnatal and adult brain, reelin promotes hippocampal dendrite development, enhances long term potentiation (LTP) at hippocampal synapses and favors the maturation of glutamatergic transmission. During my thesis, I studied the cellular mechanisms underlying the functions of reelin in laminated structures of the postnatal central nervous system: hippocampus, cerebellum and cortex. By combining immunocytochemical, biochemical and pharmacological approches, we first characterized the expression profile of reelin in primary cultures of hippocampal and cerebellar neurons. Our results showed that in the hippocampus reelin is synthesized and secreted by a population of GABAergic neurons expressing an intense reelin immunoreactivity (IR). We also showed that secreted reelin binds lipoprotein receptors present on a different neuronal population characterized by a punctate and light reelin IR. In contrast, in cerebellar cultures, we observed that reelin is synthesized and secreted by glutamatergic cells expressing a single type of reelin punctate and light staining. Using calcium imaging, we demonstrated that the continuous secretion of reelin is necessary to regulate glutamate receptor homeostasis and maintain the subunit composition of NMDARs in the hippocampus in vitro. We next examined the effect of decreased levels of reelin in the postnatal development of prefrontal cortex (PFC) glutamatergic synapses using electrophysiology on heterozygotes reeler mice (HRM) slices. Our data revealed that reelin facilitates the maturation of glutamatergic synaptic functions in the PFC and plays a central role in neuronal plasticity in the central nervous system.
Source: http://www.theses.fr/2009BOR21650/document
Publié le : vendredi 28 octobre 2011
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Université Victor Segalen Bordeaux 2
UFR Sciences de la Vie


Année 2009

THESE

pour le

DOCTORAT DE L’UNIVERSITE BORDEAUX 2

Mention : Sciences Biologiques et Médicales
Option : Neuroscience



Présenté et soutenue publiquement le 1er Décembre 2009

par

Cecilia Gonzalez Campo
Né le 22 Novembre 1979 à Buenos Aires




Rôle de la Reelin dans la Plasticité des
Structures Stratifiées du Système
Nerveux Central





Membres du Jury


Mr. Daniel Voisin, Professeur à l’Université Bordeaux II Président
Mme. Valérie Crépel, Directrice de Recherche CNRS Rapporteur
Mr. Hervé Daniel, Professeur à l’Université Paris Sud Rapporteur
Mr. André Goffinet, Professeur à l’Université de Louvain Examinateur
Mme. Pascale Chavis, Chargée de Recherche CNRS Directrice de thèse
Université Victor Segalen Bordeaux 2
UFR Sciences de la Vie


Année 2009

THESE

pour le

DOCTORAT DE L’UNIVERSITE BORDEAUX 2

Mention : Sciences Biologiques et Médicales
Option : Neuroscience



Présenté et soutenue publiquement le 1er Décembre 2009

par

Cecilia Gonzalez Campo
Né le 22 Novembre 1979 à Buenos Aires




Rôle de la Reelin dans la Plasticité des
Structures Stratifiées du Système
Nerveux Central





Membres du Jury


Mr. Daniel Voisin, Professeur à l’Université Bordeaux II Président
Mme. Valérie Crépel, Directrice de Recherche CNRS Rapporteur
Mr. Hervé Daniel, Professeur à l’Université Paris Sud orteur
Mr. André Goffinet, ProfeUniversité de Louvain Examinateur
Mme. Pascale Chavis, Chargée de Recherche CNRS Directrice de thèse

1


Remerciements

Je tiens d’abord à remercier Olivier Manzoni pour m’avoir accueilli dans son
laboratoire et m’avoir aidé à réaliser ma thèse à Bordeaux.
Je remercie spécialement à ma directrice de thèse, Pascale Chavis, qui a conduit mes
travaux de recherche pendant ces trois ans.

Merci au Programme Saint Exupery (France–Argentina), à l’INSERM et à l’ANR
pour leur soutient financier.

Je remercie Valérie Crepel et Hervé Daniel d’avoir accepté d’être les rapporteurs de
cette thèse. Je remercie le président de mon jury Daniel Voisin. Je remercie également André
Goffinet et je suis très honorée de sa présence dans ce jury.

Je remercie François Gonnon et Gustavo Murer. Je remercie également a tous les
membres du laboratoire avec qui j’ai partagé ces trois ans, François Georges, Dany Verrier,
Cyril Herry, Francis Chaouloff, Nagore Puente, Fernando Kasanetz, Marja Sepers, Richard
Piet, Steve Dubel, Lenka Mikasova, Mathieu Lafourcade, Marion Jalabert, Olivier Lassalle,
Aurore Thomazeau, Jillian Iafrati.

Merci à tous ceux qui ont partagé avec moi « le quotidien- la vida misma ». Je ne vais
pas préciser leurs noms, j’espère qui ils se reconnaîtront.






2

SOMMAIRE _____________________________________________ 3
ABREVIATIONS _________ 9
INTRODUCTION ________ 12


I. LA MATRICE EXTRACELLULAIRE DANS LE SYSTEME
NERVEUX CENTRAL ________________________________________ 13
A- HISTORIQUE ____________ 13
B- UNE OU DES MATRICE EXTRACELLULAIRE ? _______________ 15
1- La matrice extracellulaire non organisée ______________________________ 15
2- La matrice extracellulaire organisée: les réseaux périneuronaux __________ 16
C- COMPOSITION DE LA MATRICE EXTRACELLULAIRE ________ 17
1- Les GAG _______________________________________________ 17
2- Les protéoglycanes ________ 17
3- Les glycoprotéines et protéines secrétées _________________________ 17
4- Les protéines adhésives _____ 18
5- Les réseaux périneuronaux __________________________________ 19
D- LES FONCTIONS DE LA MATRICE EXTRACELLULAIRE _______ 19
1- Développement embryonnaire 19
2- Rôle dans la plasticité neuronale postnatale _______________________ 20
a) Synaptogenèse
b) Plasticité synaptique et expérience
c) Mécanismes potentiels pour les fonctions de la MEC dans la synapse

II. LA REELIN _________________________________________________ 23
A- LA REELIN, UNE PROTEINE SECRETEE _____________________ 24
1- Le gène et sa régulation transcriptionelle _________________________ 24
a) Régulation par des facteurs de transcription
b) Régr des mécanismes épigénétiques
2- Structure de la protéine reelin ________________________________ 26
3- Les différents anticorps et fragments de la reelin ___________________ 28
3
a) Les anticorps N-terminaux
b) Les anticorps C-terminaux
c) Les anticorps centraux
d) Les différents fragments de la reelin
e) Exemples d’étude de la protéine au moyen de certains de ces anticorps
4- La sécrétion de la reelin _____________________________________ 30
a) Détection de la reelin dans le milieu extracellulaire
b) Rôle de la région C-terminale
c) Mode de sécrétion de la reelin
B- LES RECEPTEURS DE LA REELIN ET SES VOIES DE
SIGNALISATION INTRACELLULAIRE _________________________ 32
1- Les récepteurs ApoER2 et VLDLR ___________________________________ 33
a) Généralités
b) ApoER2 et VLDLR, les récepteurs de la reelin
c) Voies de signalisation mobilisées par ApoER2 et VLDLR
2- Les intégrines 3 1 : récepteurs potentiels de la reelin _______________ 37
C- EXPRESSION ET DISTRIBUTION DE LA REELIN ______________ 38
1- Généralités ________________________________ 38
2- L’expression de la reelin dans les cellules de Cajal-Retzius ____________ 41
3- Localisation de la reelin dans le cortex cérébral ____________________ 42
4- Localisation de la reelin dans l’hippocampe _______________________ 44
5- Localisation de la reelin dans le cervelet _________________________ 45
6- Expression de la reelin in vitro ________________________________ 46
7- Expression de la reelin dans la moelle épinière _____________________ 47
8- Expression de la reelin dans les tissus périphériques ____________________ 47

III. LES MUTANTS REELER ET LE ROLE DE LA REELIN
DURANT LE DEVELOPPEMENT ____________________________ 49
A- LES DIFFERENTS MUTANTS DU GENE REELIN ______________ 49
1- Le mutant Jackson ________________________________________ 49
2- Le mutant Orleans 49
4
3- Les autres mutants ________________________________________ 50
4- Mutations reproduisant un phénotype reeler ______________________ 50
B- ANOMALIES ANATOMIQUES CHEZ LES REELER ET LES
FONCTIONS DEVELOPPEMENTALES DE LA REELIN ___________ 51
1- L’hippocampe ____________________________________________ 51
2- Le cervelet ______________ 53
3- Le cortex cérébral _________ 54
C- LE CORTEX PREFRONTAL _ 57
1- Anatomie chez les rongeurs __________________________________ 57
2- Organisation cellulaire du PFC: couches et colonnes ________________ 58
a) Les différentes couches
b) Organisation en colonnes
3- Altérations dans le cortex chez les HRM _________________________ 60
a) Altérations anatomiques
b) Altérations de l’expression de la reelin

IV. TRANSMISSION ET PLASTICITE SYNAPTIQUE
GLUTAMATERGIQUE _____________________________________ 62
A- LA SYNAPSE GLUTAMATERGIQUE _________________________ 62
1- Structure _______________ 62
2- Les récepteurs au glutamate __ 64
a) Les récepteurs ionotropiques
b) Les récepteurs métabotropiques
3- La densité post-synaptique: PSD _______________________________ 66
4- Transmission synaptique glutamatergique ________________________ 67
B- LES RECEPTEURS NMDA __________________________________ 69
1- Généralités ______________ 70
2- Structure des NMDAR______ 70
3- Propriétés cinétiques _______ 72
4- Propriétés pharmacologiques _ 74
5
5- Distribution et patron d’expression des sous-unités composant les
NMDAR ________________________________________________ 75
a) Localisation dans le SNC
b) Changement de la composition en sous-unités
c) Composition différentielle des NMDAR dans les compartiments
synaptiques et extra-synaptiques
d) Les NMDAR pré-synaptiques
6- Interactions des NMDAR avec les protéines d’échafaudage de la
densité post-synaptique __________________________________________________ 78
7- Régulation de l’activité des NMDAR par phosphorylation _______________ 79
a) Tyrosines kinases
b) Sérine/Thréonine kinases
C- LA PLASTICITE SYNAPTIQUE ______________________________ 80
1- Généralités sur la plasticité à long terme _________________________ 83
2- Potentialisation à long terme, LTP dépendante des NMDAR ___________ 84
a) Induction de la LTP
b) Les mécanismes de signalisation
c) Sites d’expression et maintien de la LTP
- Dans la post-synapse
- Des mécanismes pré-synaptiques participeraient également à
l’induction de la LTP
- Le maintien de la LTP
3- L’orientation de la plasticité synaptique serait contrôlée par différentes
sous-populations de NMDAR ________________________________________ 89

V. ROLES DE LA REELIN DANS LA PHYSIOLOGIE
SYNAPTIQUE DU SNC POSTNATAL ET ADULTE _____________ 91
A- REELIN ET CROISSANCE DENDRITIQUE ____________________ 91
B- EFFETS DE LA REELIN SUR LA PLASTICITE ET LA
TRANSMISSION SYNAPTIQUES ______________________________ 94
1- Plasticité synaptique _______________________________________ 94
a) Effet de la reelin et mécanismes potentiels
6
b) La plasticité chez les HRM
2- Modulation de la transmission glutamatergique ____________________ 97
a) Potentialisation de l’activité des NMDAR
- Evidences d’interactions physiques entre les effecteurs de la reelin,
les NMDAR et leurs molécules de signalisation associées
- Phosphorylation des sous-unités des NMDAR
- Changement de l’expression protéique et des taux de
phosphorylation des sous-unités des NMDAR et molécules
associées chez les HRM
b) Effets de la reelin sur l’activité des AMPAR
3- Maturation des synapses glutamatergiques _______________________100
a) Changement de la composition en sous-unités des NMDAR
b) Maturation des synapses silencieuses: mise en place des AMPAR
C- EFFETS COMPORTEMENTAUX ET TROUBLES
PSYCHIATRIQUES _________________________________________101
1- Test comportementaux: mémoire et apprentissage __________________101
2- Les HRM: un modèle de pathologies psychiatriques ? ________________102


RESULTATS ___________________________________________ 105

Problématique ____________________106

- PUBLICATION Nº1 __________108
Reelin Secreted by GABAergic Neurons Regulates Glutamate Receptor
Homeostasis.
- PUBLICATION Nº 2 _________________________________________111
Glutamatergic cerebellar granule neurons synthesize and secrete reelin in vitro.
- PUBLICATION Nº 3 _________113
Delayed maturation of glutamatergic synaptic functions in the prefrontal cortex of
reelin haploinsufficient mice.






7
DISCUSSION ET CONCLUSION _________________________ 116
A- MODALITES D’EXPRESSION ET DE SECRETION DE LA
REELIN ___________________________________________________117
B- REELIN ET PLASTICITE GLUTAMATERGIQUE DANS LE
CORTEX PREFRONTAL _____119










































8
ABREVIATIONS

ADN: Acide Désoxyribonucléique
AMPA: Amino-3-hydroxy-5-Méthyl-4-isoxazole Propionate
AMPAR: AMPA receptor
ApoE: Apolipoprotein E
ApoER2: Apolipoprotein E Receptor 2
ARC: Activity-Regulated Cytoskeletal protein
ARNm: Acide Ribonucléique messager
BDNF: Brain-derived neurotrophic factor
2+Ca : Calcium
2+CaMKII: Ca /calmoduline-dependent kinase II
CNR: Cadherin-related Neuronal Receptor
cp: cortical plate
CRKL: CRK-Like
CREB: Cyclic AMP-Response Element Binding protein
CSPG: Chondroïtine sulfate protéoglycane
Dab1: Disabled 1
DNMT: DNA Méthyltransférase
EAATs: Excitatory Amino Acid Transporters
EGF: Epidermal Growth Factor
EGL: External Granular Layer
EGTA: Ethylene Glycol Tetraacetic Acid
EPSC: Excitatory Post Synaptic Current
FAK: Focal Adhesion Kinase
fEPSP: field Excitatory Post Synaptic Potential
GABA: Gamma Amino Butyric Acid
GAD65/67: Glutamic Acid Decarboxylase 65/67
GAG: Glycosaminoglycane
GSK-3 β: Glycogène Synthase Kinase-3β
HFS: High Frequency Stimulation
+H : Protons
9

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