Lieu : Centre Broca Nouvelle-Aquitaine 
Soutenance en anglais
Agatha Nowacka
IINS
Equipe : Dynamique de l’organisation et des fonctions synaptiques
Directeur de thèse : Daniel Choquet
Titre
Rôles différentiels des composants pré- et postsynaptiques dans le contrôle de la plasticité synaptique à court terme à haute fréquence
Résumé
Au cours de la plasticité synaptique à court terme à haute fréquence (HF-STP), l’amplitude des réponses synaptiques change lors d’une série de stimulations présynaptique appliquée entre environs 1 et 100 HZ, ce qui est crucial pour le traitement de l’information par le cerveau. Cependant, les fonctions précises de la HF-STP restent inconnues. La HF-STP est régulée principalement par des mécanismes présynaptiques, mais également par des mécanismes postsynaptiques, bien que leur rôle ici reste à comprendre. Nous avons démontré précédemment que les récepteurs AMPA (AMPAR), les principaux récepteurs excitateurs du cerveau, sont transportés entre les compartiments extra-synaptiques et synaptiques par diffusion de surface. J’ai étudié le rôle fonctionnel des transmetteurs présynaptiques, de la biophysique et de la diffusion de surface des AMPARs dans l’HF-STP dans des modèles intégrés de tissus en tranches. J’utilise le modèle de souris knock-in (KI) AP-GluA2 que nous avons développé, où les sous-unités GluA2 des AMPAR sont étiquetées avec un peptide accepteur de biotin (AP) et peuvent être spécifiquement biotinylées lorsqu’elles sont co-exprimées avec une biotine ligase. Ceci permet de les immobiliser à la surface de la cellule avec une protéine tértravalente de liaison à la biotine, la NeutrAvidin. Avec ces outils, je montre que l’immobilisation des AMPARs endogènes module la HF-STP en augmentant la dépression synaptique à la synapse SC-CA1 de tranches organotypiques d’hippocampe. Cet effet est inversé par des bloqueurs de la désensibilisation des AMPAR, ce qui suggère que la modulation du HF-STP est obtenue en empêchant le remplacement des AMPAR désensibilisés par des récepteurs naïfs dans la synapse. De plus, l’imagerie de la libération de glutamate avec le senseur iGluSnFr ne révèle aucun changement dans la libération présynaptique de glutamate lors de l’immobilisation des AMPAR. Cela suggère une contribution postsynaptique de la mobilité des AMPAR dans la régulation de la HF-STP. De manière surprenante, l’immobilisation des AMPAR n’a aucun effet sur la HF-STP dans les synapses SC-CA1 dans des tranches ex vivo. Par contre, l’immobilisation des AMPAR augmente fortement la dépression synaptique dans la synapse L4-L2/3 du cortex somatosensoriel primaire (S1) de tranches ex vivo, sans changement dans la libération de glutamate. Nous constatons que le taux de diffusion de surface des AMPAR est plus élevé dans les synapses L2/3 que dans les CA1. Cela indique un effet spécifique à la synapse de la mobilité des AMPAR sur l’HF-STP qui dépend de la contribution mutuelle de la libération présynaptique de glutamate, la désensibilisation des AMPAR et la diffusion de surface. Je démontre que GSG1L, une protéine auxiliaire des AMPAR fortement exprimée dans le cortex mais pas dans le CA1, peut réguler la mobilité des AMPAR et le HF-STP. Ensuite, nous montrons que la mobilité des AMPAR règle l’intégration synaptique du calcium et l’activité du réseau neuronal. Enfin, nous démontrons que l’immobilisation des AMPAR en aval de l’activation de paCaMKII et de l’induction du LTP entraîne une augmentation de la dépression synaptique. Dans la dernière partie du projet, je montre que l’immobilisation des AMPAR peut également favoriser la facilitation synaptique à certaines synapses, un effet constaté dans la synapse SC-CA1 juvénile ainsi que dans la synapse LPP-DG du le gyrus dentelé adulte. Ce résultat souligne les effets spécifiques de l’immobilisation des AMPAR sur l’HF-STP au niveau de la synapse et du développement. Mon étude a ainsi permis d’analyser les rôles respectifs des transmetteurs présynaptiques, de la biophysique et de la mobilité des AMPAR dans la HF-STP, ainsi qu’à identifier les processus physiologiques régulant leur cinétique et mobilité. De plus, l’immobilisation des AMPAR pourrait servir d’outil pour bloquer spécifiquement la HF-STP, validant ainsi son rôle fonctionnel via des preuves expérimentales.
Mots clés
AMPAR, diffusion de surface de l’AMPAR, plasticité synaptique à court terme, intégration synaptique
Jury
Dr. Aude Panatier, Neurocentre Magendie
Dr. Maria Passafaro, Università di Milano
Dr. Andrea Barberis, Instituto Italiano di Tecnologia
Dr. Kirill E. Volynski, University College London
Dr. Daniel Choquet, IINS
Publications
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