Projet ANR-13-JSV4-0005 – SYN CITY : Remodelage des complexes d’échafaudage: Dynamique et fonction du réceptosome de mGlu5 dans la plasticité synaptique
Programme : JCJC - SVSE 4 - Neurosciences (JCJC SVSE 4)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Madame Julie PERROY (Institut de Génomique Fonctionnelle)
Partenaires : Institut de Génomique Fonctionnelle
Montant : 305230.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 42 mois
Résumé : Dynamique de la communication entre les neuronesCe projet vise à comprendre comment les acteurs de la transmission synaptique (les récepteurs du glutamate) s’associent physiquement et fonctionnellement à différents partenaires pour élaborer une réponse complexe, adaptée aux stimuli de notre environnement.
Proposer de nouvelles cibles thérapeutiques pour les maladies mentales, sans effet secondaireL’intérêt de cette étude, qui vise à comprendre comment la fonction d’un récepteur est spécifiée de façon très dynamique dans le temps et l’espace du neurone, c’est qu’en attribuant une fonction précise à chacune des associations du récepteur avec ses partenaires, nous pourrons modifier une fonction du récepteur déficiente dans une maladie mentale sans toucher aux autres fonctions du récepteur. Ces récepteurs jouent en effet des rôles fondamentaux dans la physiologie du neurone et parfois, une des fonctions peut être défectueuse justement parce qu’il n’arrive pas à interagir avec un partenaire. Cette fonction défectueuse peut être à l’origine d’une maladie mentale. Les médicaments actuellement sur le marché ciblent le récepteur dans sa globalité et donc tendent à corriger la fonction défectueuse mais modifient également les autres fonctions du récepteur, ce qui est source d’effets secondaires indésirables. En définissant de nouvelles cibles thérapeutiques (l’interface entre le récepteur et un de ses partenaires) nous allons réparer une fonction spécifique du récepteur et éviter les effets secondaires.
Technologies innovantes pour identifier la dynamique des interactions du récepteurLes interactions entre protéines sont très dynamiques. Pour pouvoir comprendre la fonction d’une interaction, nous développons des technologies innovantes qui permettent de mettre en évidence dans des neurones vivants la dynamique spatio-temporelle des interactions. Nous construisons également des outils de biologie moléculaire permettant de contraindre les interactions d’intérêt pour réparer la communication entre les neurones dans des modèles murins de maladies mentales.
Résumé de la soumission : La notion de « Réceptosome » apparaît aujourd’hui comme un phénomène essentiel à l’origine de la complexité des propriétés d’un récepteur. Les fonctions d’un récepteur dépendent de sa capacité à s’engager dans des interactions protéine-protéine spécifiques pour former des complexes régulés de façon hautement dynamique par les stimuli environnants. Des protéines intracellulaires interagissent avec les récepteurs pour contrôler leur adressage sub-cellulaire spécifique, leur expression à la surface cellulaire, et leurs fonctions physiologiques. Si de tels échafaudages multi-protéiques sont des structures relativement stables, les protéines adaptatrices peuvent s’échanger de manière individuelle sur une échelle de temps courte et de façon hautement régulée, pour contrôler la spécificité et l’efficacité de la signalisation du récepteur. Il est donc indispensable, pour comprendre la fonction de ces protéines activées en tant que molécules libres ou composantes d’un complexe, d’étudier les dynamiques des interactions entre les récepteurs et leurs partenaires. D’un point de vue thérapeutique, plutôt que de cibler la poche de liaison du ligand d’un récepteur, contrôler sélectivement ses interactions avec une protéine d’échafaudage permettra de modifier une fonction spécifique du récepteur et éviter ainsi les effets secondaires indésirables.Dans l’hippocampe, les récepteurs postsynaptiques métabotropiques (mGlu5) et ionotropiques (NMDA) du glutamate peuvent induire des changements d’efficacité de la transmission synaptique (plasticité), base moléculaire de l’apprentissage et la mémorisation. Un complexe de protéines d'échafaudage constitué des protéines PSD95-GKAP-Shank-Homer relie physiquement les récepteurs mGlu5 et NMDA. Cet exemple est un excellent modèle pour comprendre les conséquences fonctionnelles du remodelage dynamique des interactions protéine-protéine au sein d'un réceptosome. En effet, des mutations de ces protéines d'échafaudages et/ou altération de leurs interactions engendrent des désordres neurologiques présentant des défauts de plasticité neuronale comme le retard mental, ce qui offre des opportunités d'interventions thérapeutiques très excitantes. Le but de ce projet est de caractériser la dynamique spatio-temporelle des interactions protéiques et la stœchiométrie des protéines du réceptosome mGlu5 afin de comprendre la fonction du remodelage de ces complexes dans la plasticité synaptique physiologique et le retard mental. Pour cela nous développerons des technologies innovantes dans les neurones vivants telles que BRET imaging / 3D-SIM (Bioluminescent Resonance Energy Transfer combiné à de la super-resolution 3D-Structured Illumination Microscopy) pour suivre la dynamique des interactions, mais aussi FFM (Fluorescence Fluctuation Microscopy) pour déterminer le nombre et la stoechiométrie des protéines du complexe en temps reel pendant la plasticité. Pour comprendre la fonction de ce remodelage, nous fabriquerons des outils moléculaires pour favoriser ou empêcher ces interactions et étudierons leur rôle dans la plasticité synaptique à long terme dans les neurones d’hippocampe (synthèse protéique / électrophysiologie / morphologie) et les comportements associés in vivo. La restauration des interactions défaillantes dans le retard mental permettra de retrouver une plasticité synaptique physiologique. En parallèle de cette étude du complexe contenant Homer, nous chercherons à identifier d’autres gènes dont la traduction est induite par un conditionnement sollicitant la mémoire hippocampique. Ce crible d’ARN messagers en cours de traduction permettra de proposer d’autres cibles thérapeutiques pour contrer les déficits d apprentissage et mémorisation dans le retard mental. Cette étude démontrera le rôle fonctionnel du remodelage du réceptosome mGlu5 pour contrôler la plasticité synaptique. Les nouvelles stratégies développées dans le cadre de ce projet pourront être appliquées à d’ autres complexes oligomériques.
Résultats : L’efficacité de la communication entre les neurones est altérée dans le retard mental. Les outils que nous avons développés nous permettent d’étudier les interactions des acteurs de la communication neuronale dans un modèle murin de retard mental et de les comparer à des souris contrôles. Nous avons mis en évidence des défauts d’interaction entre 2 partenaires jouant un rôle clé dans la communication en condition physiologique. En modifiant ces interactions déficientes nous améliorons la communication neuronale.
Perspectives : Etant données les fonctions multiples jouées par un récepteur, décoder la fonction de chacune de ses associations à d’autres partenaires nous permettra de proposer une solution adaptée à chacun de ses dysfonctionnements.
Publications et brevets : 3 articles sur le développement et l’optimisation des technologies permettant de suivre les interactions protéiques sont publiés ou en cours de publication. 2 autres articles mettent en évidence des fonctions différentes jouées par un même récepteur en fonction de son association avec 2 partenaires distincts. L’une de ces interactions serait impliquée dans les défauts de signalisation neuronale dans le retard mental.