Projet ANR-13-BSV4-0007 – COAGO : Site co-agoniste des récepteurs NMDA: de la dynamique synaptique à des mécanismes de signalisation nouveaux
Programme : Blanc - SVSE 4 - Neurosciences (Blanc SVSE 4)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Stéphane OLIET (INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE)
Partenaires : Institut Interdisciplinaire de Neurosciences; Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure; Institut national de la santé et de la recherche médicale
Montant : 577200.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 42 mois
Résumé : Modulation du site glycine des récepteurs NMDALes récepteurs NMDA du glutamate sont au cœur des processus cognitifs de notre cerveau comme l’apprentissage, la mémoire et ils sont aussi impliqués dans de nombreuses maladies neurodégénératives. Le projet COAGO vise à identifier la nature du coagoniste endogène et son implication dans le fonctionnement des récepteurs NMDA.
Réguler les récepteurs NMDA pour soigner les maladies neurodégénérativesLes maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer ou de Parkinson sont associées à des déficits cognitifs prononcés reflétant des dysfonctionnements majeurs de la transmission de l‘information dans le cerveau. Cette transmission de l’information se fait au niveau de structure spécialisée appelées synapses qui possèdent la capacité d’être plastiques, c’est-à-dire de pouvoir adapter leur fonction au grès des modifications de leurs environnement  et de l’activité neuronale. Ce phénomène repose sur un type de récepteur du glutamate bien particulier, les récepteurs NMDA. Afin de mieux appréhender les désordres cognitifs associés aux maladies neurodégénératives, il est donc essentiel de mieux comprendre le mode opératoire des récepteurs NMDA. C’est ce que nous proposons de faire avec le projet COAGO qui vise à disséquer la régulation des récepteurs NMDA par leur coagoniste endogène qui peut être soit la glycine, soit la D-sérine.
Activité et dynamique des récepteurs NMDAL’étude du cerveau et de ses connexions nerveuses se fait sur des modèles animaux de type rongeur. L’activité des récepteurs NMDA est mesurée par l’intermédiaire d’enregistrements électrophysiologiques à des manipulations pharmacologiques permettant d’identifier la nature et la composition de ces récepteurs. Nous combinons ces approches avec l’imagerie cellulaire par nanoparticule qui permet de visualiser la mobilité des récepteurs d’intérêt à la surface des cellules.
Résumé de la soumission : Le fonctionnement plastique du cerveau humain repose sur la dynamique des synapses chimiques. Aux synapses excitatrices, le glutamate est responsable de la transmission rapide en agissant sur les récepteurs AMPA, kainate et NMDA. Les récepteurs NMDA (rNMDA) sont particulièrement intéressants car, du fait leur grande perméabilité calcique, ils sont capables de déclencher des changements d’efficacité synaptique à long-terme. Une activité normale des rNMDA est requise pour l’apprentissage et la mémoire tandis que des dysfonctionnements de ces récepteurs sont impliqués dans de nombreuses maladies neurologiques et psychiatriques.En accord avec leur rôle central dans le SNC et la nécessité d’une régulation fine de leur activité, les rNMDA contiennent de nombreux sites modulateurs capables de lier de petites molécules d’intérêt biologique. C’est le cas notamment du «site-glycine» qui lie le co-agoniste D-sérine ou glycine. Remarquablement, la est enrichis aux synapses excitatrices. Toutefois, si l’action de la D-sérine/glycine sur les rNMDA recombinants sont bien caractérisés, leur action sur les récepteurs au sein de leur environnement synaptique naturel reste mal connue. La D-sérine serait libérée par les astrocytes qui couvrent les synapses excitatrices. La nature de la modulation du récepteur dépend à la fois de la dynamique temporelle et du profil de concentration du modulateur à la synapse, deux paramètres encore non caractérisés. En outre, dans le cas de la D-sérine et de la glycine, lequel des deux co-agonistes se fixe préférentiellement sur les rNMDA synaptiques reste peu clair, tout comme la dynamique d’occupation du «site-glycine». Très récemment, plusieurs observations majeures ont été faite par des membres de notre consortium. Nous avons démontré que les rNMDA synaptiques et extrasynaptiques des neurones pyramidaux CA1 de l’hippocampe étaient modulés par des coagonistes endogènes distincts et que cette différence de modulation correspondait à une différence au niveau de la composition en sous-unités des rNMDA. Ces travaux ont aussi mis en évidence que la glycine et la D-sérine impactaient de façon distincte le trafic membranaire des rNMDA indépendamment de l’activité de ces récepteurs et en fonction là aussi de la composition en sous-unités, suggérant un nouveau mode de signalisation non-canonique. Ce projet se base donc sur nos récents travaux et à pour objectif d’élucider la régulation des rNMDA par le site glycine dans un  environnement natif. Nous comptons déterminer en particulier la nature du coagoniste endogène au niveau de différentes synapses et à des âges différents pour établir la relation entre la composition  sous-unitaire des rNMDA et  l’identité de ce coagoniste. Nous voulons également caractériser les profiles synaptiques de la glycine et de la D-sérine à l’intérieur et à l’extérieur de la synapse sous différentes conditions d’activité et de microenvironnement. Enfin, nous souhaitons étudier les processus moléculaires qui sous-tendent l’impact des coagonistes sur la signalisation et la dynamique membranaire des rNMDA. Pour cela nous proposons de combiner des approches électrophysiologiqiues avec des « bio-senseurs » génétiquement encodés ainsi qu’avec l’imagerie de récepteur unique par quantum dot. Les expériences proposées visent à obtenir une description détaillée de la nature et de l’impact des coagonistes endogènes sur les fonctions sous-tendues par les  rNMDA dans le contexte de la transmission synaptique, de la plasticité synaptique, du trafic membranaire et de l’excitotoxicité.Ce projet devrait fournir des avancées significatives sur le mode de fonctionnement des rNMDA et de manière plus générale, sur la physiologie des synapses excitatrices et sur leur dysfonctionnement dans des conditions pathologiques.
Résultats : Nos travaux effectués au cours des derniers 18 mois indiquent que les récepteurs NMDA sont dans un 1er temps modulés par la glycine jusqu’à la 2e semaine de développement du cerveau avant que la D-sérine ne remplace la glycine dans ce rôle. Ce changement de coagoniste intervient en parallèle à la modification de la composition des récepteurs NMDA en terme de sous-unités. Nous avons donc étudié si ces deux phénomènes étaient reliés. Il apparait que les récepteurs NMDA n’ont pas une préférence pour l’un ou l’autre des coagoniste en fonction de leur composition. Inversement, nos données indiquent que la présence de glycine ou de D-sérine influence le sous-type de récepteur NMDA présent à la synapse.
Perspectives : La glycine et la D-sérine ont une origine différente. Nos travaux antérieurs ont démontré que la D-sérine était produite par les cellules astrogliales présentes dans l’environnement synaptique. Il semblerait donc qu’à partir de la 2e semaine de développement du cerveau de la souris, les astrocytes entre en jeu et jouent un rôle clé dans l’activation des récepteurs NMDA et des processus qui en dépendent comme l’apprentissage et la mémoire. Nous comptons poursuivre notre étude en disséquant les mécanismes moléculaires responsables de ce changement de coagoniste et du contrôle de la composition des récepteurs NMDA
Publications et brevets : Article en préparation