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D.Perrais, M. Rosendale dans Cell Reports

Plasticité synaptique et endocytose dendritique: une question de localisation

Le 23 février 2017

Rosendale M, Jullié D, Choquet D, Perrais D. (2017) Spatial and temporal regulation of receptor endocytosis in neuronal dendrites revealed by imaging of single vesicle formation. Cell Reports, Feb 21

David Perrais  /IINS Bordeaux / Nano-scale organization, dynamics of synaptic proteins and membrane trafficking. Morgane Rosendale: Brain Research Institute RIKEN, Japon




 David Perrais / Morgan Rosendale: Les synapses, éléments de base des réseaux de neurones, sont à la fois très stables mais aussi capables de modifications rapides et durables, phénomènes connus sous le nom de plasticité synaptique.
La modification d’une synapse passe souvent par l’ajout de récepteurs synaptiques (potentiation) ou le retrait d’une partie des récepteurs synaptiques (dépression à long terme ou DLT). Cette plasticité rapide est possible notamment parce que les récepteurs synaptiques ne sont pas immobiles dans la synapse mais voyagent vers des compartiments intracellulaires. Ainsi l’endocytose (internalisation à l’intérieur) des dendrites neuronales joue un rôle fondamental dans l’expression de la DLT qui est connu depuis plus de quinze ans. Les neurones sont des cellules très compartimentalisées où les synapses sont très fortement indépendantes les unes des autres. Il est donc important de connaître le lieu et le moment où se produit l’endocytose des récepteurs. Mais cette information faisait défaut car il n’existait pas de méthode pour détecter précisément la formation des vésicules d’endocytose dans les dendrites neuronales.

Apport de l’étude Nous avons mis au point une méthode, basée sur nos travaux antérieurs sur les lignées cellulaires non neuronales (Merrifield et al. 2005 ; Taylor et al. 2011 ; Shen et al. 2014), pour détecter la formation de vésicules individuelles contenant des récepteurs marqués avec la protéine GFP pH sensible pHluorin.

Nous montrons dans cette étude que les récepteurs de la transferrine (non synaptiques) ou les récepteurs du glutamate de type AMPA (synaptiques) sont internalisés à des structures stables enrichies en clathrine. Ces structures sont légèrement enrichies près des synapses. Par notre méthode nous montrons que ces sites proches des synapses sont des sites préférentiels d’internalisation des récepteurs AMPA mais pas des récepteurs non synaptiques de transferrine (voir Figure). Enfin, nous montrons que, dès l’induction d’une LTD dans l’ensemble de la cellule, la fréquence de l’endocytose des récepteurs AMPA augmente. Cependant cette augmentation se produit loin des synapses. Nous pouvons donc conclure que l’endocytose dans les dendrites neuronales est très dynamique, et qu’elle permet l’internalisation précise de récepteurs selon leur localisation.


 

Figure legend: Endocytic event detected with TfR-SEP occurring at time 0 in a spine. Right, merged TfR (pH 7.4) and Homer1c, a PSD marker, with the location of the event (cross). 


Spatial and temporal regulation of receptor endocytosis in neuronal dendrites revealed by imaging of single vesicle formation

Endocytosis in neuronal dendrites is known to play a critical role in synaptic transmission and plasticity such as long term depression (LTD). However, the inability to detect endocytosis directly in living neurons has hampered studies of its dynamics and regulation. Here we visualized the formation of individual endocytic vesicles containing pHluorin tagged receptors with high temporal resolution in dendrites of cultured hippocampal neurons. We show that transferrin receptors (TfRs) are constitutively internalized at optically static clathrin coated structures. These structures are slightly enriched near synapses which represent preferential sites for the endocytosis of postsynaptic AMPA-type receptors (AMPARs), but not for non-synaptic TfRs. Moreover, the frequency of AMPAR endocytosis events increases after induction of NMDAR-dependent chemical LTD but the activity of perisynaptic endocytic zones is not differentially regulated.

We conclude that endocytosis is a highly dynamic and stereotyped process which internalizes receptors in precisely located endocytic zones.

 
 Map of endocytic events detected in an 8 min recording overlaid on the corresponding Homer1c-RFP image. Blue and pink crosses locate events detected more or less than 300 nm away from a PSD, respectively.