Projet ANR-14-CE13-0032 – ADONIS : Role des récepteurs de l'adénosine dans la stabilisation des synapses
Programme : Une nouvelle représentation du vivant (DS0401)
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Madame Sabine Lévi (IFM-Institut du Fer à Moulin- Equipe Plasticité des réseaux corticaux et épilepsie)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; University of Coimbra Instituteof Biochemistry Faculty of Medicine
Montant : 490805.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 54 mois
Résumé : Découverte d’un mécanisme de stabilisation des synapses naissantesAu cours du développement du système nerveux, seules les synapses actives sont rapidement stabilisées. Ce projet a pour but d’identifier et de caractériser en détail un nouveau mécanisme de stabilisation des synapses impliquant les signalisations médiées par l’ATP et son produit de dégradation l’adénosine.
Mécanismes de stabilisation des synapses naissantes et effets délétères de la caféineLe processus de stabilisation/élimination des synapses est un processus clef du développement du cerveau. Bien que la stabilisation/retrait des synapses actives/inactives soit bien établi(e), les mécanismes concernés sont encore mal compris. Ce projet tend à identifier un tel mécanisme. L'adénosine, un produit de dégradation de l'ATP contrôle positivement ou négativement le relargage synaptique de neurotransmetteurs via l’activation respective des récepteurs de type A1 et A2. Si le rôle de ces récepteurs est relativement bien connu chez l’adulte, leur fonction dans le cerveau en développement reste peu explorée. Nous avons découvert que le récepteur A2A semble contrôler la stabilité des synapses naissantes. Cela nous a amené à proposer que les récepteurs A2A postsynaptiques agissent pendant le développement comme des détecteurs de l’activité présynaptique. Une libération d’ATP ou d’adénosine d’origine présynaptique et/ou gliale activerait les récepteurs A2As postsynaptiques. Les voies de signalisation ainsi activées par les récepteurs A2As stabiliseraient les synapses nouvellement formées. Un défaut d’activation des récepteurs A2As entrainerait la dislocation de la synapse après une période critique. Autrement dit, une fonction des récepteurs A2As postsynaptiques transitoires serait de signaler à l’élément postsynaptique que l’élément présynaptique est actif, et qu’il convient de maintenir la synapse. Les tâches d’ADONIS ont pour but de valider cette hypothèse. La découverte de nouveaux mécanismes de stabilisation synaptique devraient ouvrir la voie à l’élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques pour gérer certains troubles développementaux du cerveau et apporter une explication aux effets délétères sur le développement du cerveau d’une exposition à la caféine (un antagoniste naturel des récepteurs A2As) pendant la période de gestation et de lactation.
De la molécule à l’animalCe projet fait appel aux compétences complémentaires des différents leaders scientifiques du proet. Nous avons défini une approche multidisciplinaire, avec différents niveaux d’analyse (de la dynamique des molécules aux courants synaptiques), en utilisant la neuroanatomie cellulaire et moléculaire, l’électrophysiologie, et des techniques de pointe comme l’imagerie à super résolution, le suivi de molécules uniques, l’optogénétique, la microscopie biphotonique et la vidéomicroscopie dynamique des constituants synaptiques.
Résumé de la soumission : L'adénosine, un produit de dégradation de l'ATP, est un signal paracrine prototype. Dans le cerveau, il contrôle positivement ou négativement le relargage synaptique de neurotransmetteurs via l’activation respective des récepteurs de type A1 et A2. Si le rôle de ces récepteurs est relativement bien connu chez l’adulte, leur fonction dans le cerveau en développement reste peu explorée. Nous avons récemment montré que le récepteur de l’adénosine de type A2 (RA2A) contrôle la migration de certains neurones GABAergiques à des traces précoces du développement. Ce mécanisme nous a permis de montrer que la consommation de caféine (un antagoniste naturel des RA2As) au cours de la gestation a des effets délétères sur le fœtus. Nous avons aussi découvert à ce moment que le RA2A semble contrôler la stabilité des synapses, observation qui constitue le socle de ce projet. Nous avons en effet montré que le blocage aigu des RA2A diminue l’efficacité de la transmission synaptique inhibitrice portée par les récepteurs GABA de type A (RGABAA) et affecte la stabilisation dans la membrane postsynaptique des RGABAAs et de la géphyrine, sa protéine d’ancrage au cytosquelette. Cela nous a amené à proposer que les RA2A postsynaptiques agissent pendant le développement comme des détecteurs de l’activité présynaptique. Une libération d’ATP d’origine présynaptique et/ou gliale activerait, après sa transformation dans la fente synaptique en adénosine, les RA2As postsynaptiques. Les voies de signalisation ainsi activées par les RA2As stabiliseraient les synapses inhibitrices nouvellement formées. Un défaut d’activation des RA2As entrainerait la dislocation de la synapse après une période critique. Autrement dit, une fonction des RA2As postsynaptiques transitoires serait de signaler à l’élément postsynaptique que l’élément présynaptique est actif, et qu’il convient de maintenir la synapse. Les tâches d’ADONIS ont pour but de valider cette hypothèse et d’explorer le rôle des RA2As dans les mécanismes de stabilisation/élimination des synapses. La Tâche 1 déterminera la fenêtre développementale et les étapes au cours de la synaptogenèse pendant lesquelles le mécanisme adénosine/RA2A est actif. La Tâche 2 sera dévouée aux mécanismes moléculaires de stabilisation/élimination des synapses nouvellement formées. La Tâche 3 permettra d’identifier la source d’adénosine qui active les RA2As et validera l’hypothèse que la signalisation adénosine/RA2A agit comme un détecteur d’activité qui stabilise les synapses actives nouvellement formées. Pour étudier ces questions, nous avons défini une approche multidisciplinaire, avec différents niveaux d’analyse (de la dynamique des molécules aux courants synaptiques), en utilisant la neuroanatomie cellulaire et moléculaire, l’électrophysiologie, et des techniques de pointe comme l’imagerie à super résolution Stochastic optical reconstruction microscopy (STORM), le suivi de molécules uniques en utilisant les Quantums Dots, l’optogénétique, la microscopie biphotonique et la vidéomicroscopie dynamique des constituants synaptiques. Le consortium réunit trois experts dans leur champ de recherche respectif, incluant un partenaire étranger. Le projet ADONIS est équilibré entre des tâches à faibles et hauts risques mais à fort impact.
Résultats : Ces 18 derniers mois, nous avons accumulé un certain nombre d’évidences qui soutiennent notre hypothèse que la signalisation adénosine via les récepteurs A2As stabilise les synapses naissantes au cours du développement du système nerveux. 
Nous avons montré que le blocage aigu du récépteur A2A avec un antagoniste sélectif réduit la transmission synaptique GABAergique fonctionnelle dans des neurones d’hippocampes. La diminution de l’efficacité synaptique implique un échappement rapide des récepteurs GABAA des synapses du fait de la disparition de la géphyrine, la protéine responsable de l’accumulation des récepteurs GABAA aux synapses. Cette déstabilisation de l’élément postsynaptique entraine le détachement de l’élément présynaptique et donc la dislocation de la synapse. Le mécanisme sous-jacent de cette déstabilisation impliquerait une perte de la phosphorylation de la géphyrine suite à un défaut d’activation de la voie de signalisation en lien avec le récepteur A2A et impliquant la protéine kinase A elle-même activée suite à la production d’AMPc par l’adenylate cyclase. La rapidité des effets de l’antagoniste indique une disparition des synapses naissantes plutôt qu’un empêchement à former de nouvelles synapses. En accord avec un rôle de cette signalisation pendant la période critique de stabilisation des synapses naissantes, le profil d’expression du récepteur A2A dans les neurones d’hippocampe suit la période de synaptogenèse et l’antagoniste agit uniquement pendant cette période critique.
Perspectives : Il s’agit maintenant de préciser si l’activité du récepteur A2A postsynaptique suffit à stabiliser les synapses et à trouver les partenaires trans-synaptiques de cette régulation. Il faut aussi identifier la source d’adénosine (ATP ou adénosine directement, neuronal vs glial). Nos résultats préliminaires suggèrent l’ATP intervient dans la stabilisation synaptique via une voie de signalisation distincte de l’adénosine/RA2A. Nous évaluerons donc la contribution de ces deux voies dans la stabilisation des synapses. Afin de mieux comprendre l’implication de ces voies sur le développement du cerveau, il s’agira de déterminer si les synapses excitatrices glutamatergiques sont également déstabilisées par le blocage de ces voies. La majorité de ces expériences seront effectuées dans un modèle in vitro ou ex vivo. Il conviendra enfin de déterminer l’impact d’un dérèglement de ces mécanismes sur la synaptogenese in vivo et sur le comportement de l’animal.
Publications et brevets : Ce projet a donné lieu jusqu’à maintenant à des participations dans un congrès national et trois congrès internationaux. Un premier article est en cours de rédaction.