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Anne Sophie Hafner, Daniel Choquet et al. dans Neuron

Stabilisation des rAMPA à la synapse: "La longueur ça compte !”

Le 2 avril 2015

Lengthening of the Stargazin Cytoplasmic Tail Increases Synaptic Transmission by Promoting Interaction to Deeper Domains of PSD-95
Anne-Sophie Hafner, Andrew C. Penn, Dolors Grillo-Bosch Natacha Retailleau,1,2 Christel Poujol,3 Amandine Philippat,1,2 Francoise Coussen, Matthieu Sainlos, Patricio Opazo,* and Daniel Choquet,* 2015, Neuron 86, 1–15 April 22, 2015 a2015 Elsevier Inc. Interdisciplinary Institute for Neuroscience (IINS) and Bordeaux Imaging Center (BIC) 




Les récepteurs du glutamate de type AMPA (rAMPA) sont les récepteurs ionotroniques responsables de la majeure partie des courants excitateurs rapides lors de la transmission synaptique dans le système nerveux central. La modulation du nombre de rAMPA à la synapse est à l'origine de phénomènes de « mémoire » à l'échelle moléculaire aussi appelé plasticité synaptique.
Ainsi comprendre comment les rAMPA sont stabilisés/déstabilisés est central dans la compréhension des processus mnéniques.


De nombreuses études ont montré que ces récepteurs sont stabilisés à la synapse par la liaison de la sous-unité auxiliaire « stargazin » avec la protéine PSD-95, protéine d'échafaudage la plus abondante de la densité post-synaptique des synapses excitatrices. Les protéines PSD-95 dans cette densité s'organisent en filaments verticaux perpendiculaires à la membrane plasmique. De précédents travaux du laboratoire ont démontré que la phosphorylation de stargazin sur son domaine cytoplasmique a proximité de la membrane plasmique (domaine RS) favorise l'immobilisation des rAMPA. Parallèlement, un groupe de recherche a montré que le domaine cytoplasmique de stargazin est sensible à la charge de la membrane plasmique.

Ainsi dans cette étude nous avons cherché à décortiquer les mécanismes moléculaires responsables de l'immobilisation des rAMPA par la phosphorylation de stargazin. En prenant avantage des nombreuses techniques d'imagerie disponibles au laboratoire et sur la plateforme du Bordeaux Imaging Center, nous avons démontré que la charge du domaine cytoplasmique de stargazin permet de moduler directement la liaison à PSD-95. En effet, en absence de phosphorylation ce domaine est fortement positivement chargé ce qui le contrait par des liaisons électrostatiques à proximité de la membrane plasmique. Ainsi stargazin non-phosphorylée à difficilement accès aux sites de liaison de PSD-95 qui se situent plus en profondeur dans le cytoplasme cellulaire. Lorsque stargazin est phosphorylée les charges positives du domaine RS sont compensées par les charges négatives amenées par les groupes phosphates. Par conséquent, le domaine cytoplasmique de stargazin se détache de la membrane ce qui favorise sa liaison avec les domaines de PSD-95. Finalement, nous avons pu démontrer qu'allonger artificiellement le domaine cytoplasmique de stargazin est suffisant pour augmenter la transmission synaptique en augmentant la liaison à PSD-95 et le nombre de rAMPA à la synapse.

 

“For AMPAR stabilization at synapses : length matters!”

AMPA-type glutamate receptors (AMPARs) are ionotropic receptors that mediate most excitatory transmission in the central nervous system. The modulation of AMPAR number at synapses is the core of several « memory » phenomenon at the molecular scale known as synaptic plasticity. Understanding how AMPARs are stabilized/destabilized at synapses will shed lights on the mechanisms of memory formation in the brain.

Numerous studies have shown that AMPARs are stabilized at synapses through the binding of the auxiliary protein « stargazin » to PSD-95, the most abundant scaffolding protein of the postsynaptic density of excitatory synapses. PSD-95 is organized at the synapse as vertical filaments toward the plasma membrane. We have shown previously that phosphorylation of stargazin cytoplasmic domain close to the plasma membrane (domain RS) favors AMPAR immobilization. In parallel, an other group found that stargazin cytoplasmic domain is sensitive to membrane charge.

In this study we investigated the molecular mechanisms responsable for AMPAR immobilization through stargazin phosphorylation. We took advantage of the numerous imaging techniques available in the laboratory and in the Bordeaux Imaging Center. We demonstrated that the charge of stargazin cytoplasmic domain directly modulates its binding to PSD-95. In the absence of phosphorylation this domain is highly positively charged. As a result it is associated with the membrane through an electrostatic-bound. Non-Phosphorylated stargazin can hardly access PSD-95 domains deep into the cytoplasm. However, phosphorylation of stargazin reverses its charge by addition of negatively charged phosphate groups. Phosphorylation of stargazin releases its cytoplasmic domain and favors the interaction with PSD-95 domains. Finally, we demontrated that artificial lengthening of stargazin cytoplasmic domain is sufficient to increase synaptic transmission through increase binding to PSD-95 and AMPAR number at synapses.

Anne Sophie Hafner, Ph.D Max Planck Institute, annesophie.hafner(a)gmail.com
Dernière mise à jour le 02.04.2015

1er auteur



Anne-Sophie Hafner, Ph.D 
est actuellement Postdoc au Max Planck Institute for Brain Research Schuman department Max-von-Laue St. 4 60438 Frankfurt am Main.
 
Anne Sophie Hafner a bénéficié 
d’une bourse "PhD extension grant" du LabEx 

  

Sa thèse à Bordeaux sous la direction de Daniel Choquet