Lieu: Amphi 12, Campus Carreire
Langue de la soutenance: anglais
IINS
Directeur de thèse : David Perrais
Titre
Organisation spatiale et dynamique du trafic membranaire neuronal dans les dendrites et son rôle dans la plasticité synaptique
Résumé
L’endocytose est un mécanisme cellulaire fondamental par lequel les neurones régulent la signalisation intercellulaire, l’absorption des nutriments et la transmission synaptique. Elle intervient également dans le recyclage des récepteurs post-synaptiques, un processus essentiel à l’expression de la plasticité synaptique, un mécanisme cellulaire sous-jacent à l’apprentissage et à la mémoire. L’internalisation des récepteurs se produit au niveau des zones d’endocytose (EZ), localisées dans les épines dendritiques, à proximité des densités post-synaptiques (PSD), ou le long de l’arbre dendritiques. L’organisation spatiale de ces EZ près des PSD est médiée par les protéines Shank, dont les dysfonctionnements sont associés à des troubles neurologiques comme l’autisme. Alors que les EZ, marquées par la clathrine, apparaissent très statiques dans les neurones matures in vitro, des observations en tranches organotypiques révèlent une dynamique bien plus marquée, ce qui pourrait s’expliquer par les contraintes mécaniques subies par les neurones, le cerveau étant l’un des tissus biologiques les plus mous, avec une rigidité d’environ 0,17 kPa, contre 2 à 4 GPa pour le verre.
Pour étudier ces effets, nous avons développé une méthode de culture de neurones sur des hydrogels de rigidité contrôlée, reproduisant les propriétés mécaniques du cerveau. À 17 jours in vitro (DIV), les neurones cultivés sur des substrats mous présentaient une arborisation dendritique comparable à celle des neurones sur substrats rigides, mais affichaient une densité accrue d’épines dendritiques plus volumineuses ainsi qu’un allongement des segments initiaux de l’axone (SIA), les sites de génération des potentiels d’action modulant l’excitabilité neuronale. L’analyse par microscopie confocale a montré que PSD95, un marqueur des PSD, ne présentait pas d’augmentation significative de densité sur les hydrogels mous, alors que Shank2, un autre marqueur des PSD, affichait une hausse significative en microscopie haute résolution. Par ailleurs, les neurones sur substrats mous présentaient une proportion plus élevée de PSD associées à une EZ dans les épines. De plus, l’association entre les marqueurs pré- et post-synaptiques restait constante, indépendamment de la rigidité.
Pour évaluer les fonctions neuronales, nous avons réalisé des enregistrements électrophysiologiques en configuration patch-clamp. L’amplitude et la fréquence des courants post-synaptiques excitateurs miniatures (mEPSC) restaient inchangées dans toutes les conditions de rigidité. Cependant, les neurones sur hydrogels mous montraient des modifications mineures de leur activité excitatrice, avec des réponses initiées à un courant injecté plus élevé, soit 50 pA de plus que dans les autres conditions. Ces différences étaient rapidement compensées à des courants injectés plus élevés, où aucune distinction n’était observable entre les conditions.
Ces résultats indiquent que les neurones cultivés sur des hydrogels mous adaptent leur structure, notamment au niveau des épines et des SIA, tout en préservant leur fonction neuronale, probablement grâce au processus d’homéostasie. Pour les perspectives futures, nous explorerons les forces mécaniques et les interactions entre les protéines de la matrice extracellulaire, telles que les intégrines, les protéines impliquées dans les adhésions focales et réticulaires, et les épines dendritiques, afin d’élucider les mécanismes sous-jacents au maintien de la fonction neuronale.
Mots clés: Synapse, zone d’endocytose, dynamiques, microscopie à haute résolution, matrice extracellulaire, plasticité
Jury
- Harold MacGillavry
- Amélie Fréal
- Stéphane Vassilopoulos
- Fekrije Selimi