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Thèse Laetitia Etchepare

Role of glutamate NMDA receptors on the firing pattern of midbrain dopaminergic neurons

Le 8 décembre 2017

Date de soutenance : 8 décembre 2017, 9h30 à l'auditorium Broca-Nouvelle Aquitaine
Supervision : Laurent Groc, Team leader “Développement et adaptations des circuits neuronaux”, IINS-CNRS UMR 5297

 Midbrain dopaminergic (DA) neurons play several key functions in the brain such the processing of salient information but are also associated with the emergence of pathologies
including Parkinson’s disease and drug addiction. Because these processes have in common to modify the firing activity of midbrain DA neurons, it is of crucial importance to understand the mechanisms underlying this activity. 
Among the various ions channels and receptors involved in the generation of the firing activity of midbrain DA neurons, glutamate N-methyl-D-aspartate receptors (NMDAR) and calcium-dependent potassium SK channels strongly modulate the firing pattern and functionally interact in several neuronal types including DA neurons. 
However, the mechanisms by which they regulate the firing pattern are poorly understood. Since the functional coupling between NMDAR and SK channels depends on their relative membrane distribution, we hypothesized that the lateral diffusion of NMDAR, which regulates the surface localization of the receptor, could play a role in the firing pattern of midbrain DA neurons through the modulation of the SK channel function. We showed first that membrane NMDAR was highly mobile on cultured DA neurons. 
Alteration of its surface trafficking by a crosslink with NMDAR antibodies profoundly modify the regularity of the firing pattern of DA neurons in midbrain slices, whereas pharmacology blockade of NMDAR did not affect it. Furthermore, a SK channels blocker, which induces a similar change in the firing regularity in control conditions, was less effective when NMDAR surface trafficking was altered. 
Taken together, these results demonstrate that NMDAR surface dynamics modulate the firing pattern of midbrain DA neurons by regulating the SK channels function.

Keywords : glutamate NMDA receptors, surface trafficking, dopamine, firing pattern, crosslink, electrophysiologya

Résumé : Les neurones dopaminergiques (DA) mésencéphaliques jouent un rôle prépondérant dans de nombreuses fonctions cérébrales telles que la motivation, mais ils sont également impliqués dans l’émergence de pathologies telles que la maladie de Parkinson et l’addiction aux drogues. Ces processus ayant en commun de modifier l’activité de décharge des neurones DA mésencéphaliques, il est d’une importance primordiale de comprendre les mécanismes sous-tendant cette activité.
Parmi les différents canaux ioniques et récepteurs impliqués dans la génération de l’activité de décharge des neurones DA, les récepteurs au glutamate de type N-Methyl-D-Aspartate (NMDAR) et les canaux potassiques calcium-dépendant SK régulent fortement le patron de décharge, et interagissent fonctionnellement dans divers types neuronaux incluant les neurones DA.
Cependant, les mécanismes mis en jeu dans cette régulation restent méconnus. Le couplage fonctionnel des NMDAR et des canaux SK dépendant notamment de leur distribution membranaire relative, nous avons émis l’hypothèse que la diffusion latérale des NMDAR, processus qui régule la localisation de surface du récepteur, pouvait jouer un rôle dans le patron de décharge des neurones DA via la modulation de la fonction des canaux SK. Nous avons tout d’abord montré que les NMDAR membranaires étaient mobiles dans les neurones DA en culture.

L’altération de leur trafic de surface par immobilisation avec des anticorps anti-NMDAR modifie profondément la régularité du patron de décharge des neurones DA issus de tranches aigües de mésencéphale, alors que le blocage pharmacologique des NMDAR est sans effet.
De plus, j’ai mis en évidence qu’un bloqueur des canaux SK, l’apamine, qui induit un changement similaire de la régularité du patron de décharge en condition contrôle, était moins efficace lorsque la mobilité latérale des NMDAR était altérée. Ainsi, ces résultats démontrent que la dynamique de surface des NMDAR module le patron de décharge des neurones DA en régulant la fonction des canaux SK.


Publications : Varela JA, Dupuis JP, Etchepare L, Espana A, Cognet L, Groc L (2016a) Targeting neurotransmitter receptors with nanoparticles in vivo allows single-molecule tracking in acute brain slices. Nat Commun 7:10947.

Etchepare L, Grea H, Durand P, Bouchet D, Groc L. Role of NMDAR surface trafficking in midbrain dopaminergic neurons. In preparation

Jury

Ana Luisa Carvalho
PU, Univ of Coimbra (Portugal)
rapporteur
Vincent Seutin,

PU, Uni. Liège (Belgique)
rapporteur
Constance Hammond

DR, INSERM (Marseille)
examinateur
Valérie Fénélon

PU. Uni. de Bordeaux
Laurent Groc

DR, CNRS (IINS)
Directeur de Thèse