Projet ANR-11-BSV4-0001 – PARIS : Plasticité, assemblage et régulation du segment Initial de l’axone
Programme : Blanc - SVSE 4 - Neurosciences (Blanc SVSE 4)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame Benedicte DARGENT (UNIVERSITE AIX-MARSEILLE II  [DE LA MEDITERRANEE])
Partenaires : Centre de Recherche en Neurobiologie - Neurophysiologie de Marseille
Montant : 545876.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 48 mois
Résumé : Le Segment Initial de l’Axone, un domaine phare du neuroneLes enjeux sont d’analyser les mécanismes  moléculaires de la maintenance et du fonctionnement du segment initial de l’axone, un domaine  fonctionnel du neurone où le potentiel d’action est généré.
Analyse des mécanismes régissant l’assemblage et la maintenance du segment initial de l’axone (SIA)L’objectif général de ce projet, développé selon quatre axes, consistera à analyser les mécanismes dynamiques régissant l’assemblage et la maintenance du SIA in vivo et in vitro et à examiner leurs implications dans les processus de plasticité du SIA. Nos découvertes récentes font émerger un nouvel aspect de l’organisation intracellulaire du SIA : l’ankyrine G concentre et stabilise les protéines  EB1 et EB3 le long des microtubules du SIA. Nous proposons de disséquer le rôle fonctionnel des protéines EB1 et EB3 dans la maintenance du SIA et d’explorer leur contribution dans l’établissement de la polarité neuronale (objectif 1). Nous avons aussi montré que l’organisation du SIA est dynamique car le réseau complexe d’interaction du SIA est régulé par des kinases, dont la protéine kinase CK2. Nous analyserons le rôle de la CK2 dans l’organisation du SIA ainsi que dans sa relocalisation induite par l’activité neuronale dans des neurones au cours du développement (objectif 2). L’objectif 3 consistera à identifier les mécanismes de formation de la barrière de diffusion à la surface cellulaire du SIA, à préciser le rôle des protéines interagissant avec l’ankyrine G et à déterminer si l’activité neuronale influence la maintenance de la barrière. L’objectif 4 visera à mieux comprendre l’assemblage du SIA et à explorer l’impact du réseau neuronal sur ces événements. 
Méthodes de la neurobiologie moléculaire et cellulaire M• cibler et inhiber l’expression de protéines d’intérêts  du SIA par une approche d’interférence à ARN  ou bien de dominant négatif dans des cultures de neurones d’hippocampe et in vivo. • Designer  des modèles expérimentaux pour tester de nouvelles hypothèses sur la construction du SIA et sa régulation. Pour surmonter des difficultés éventuelles dans la mise au pont d’approche in vivo, nous avons réfléchi sur des stratégies alternatives comme l’élèctroporation in vivo et   l’expression of gènes  via des vecteurs viraux. • L’une des forces de notre projet est la complémentarité des compétences  techniques des membres de l’équipe en biochimie, biologie moléculaire et imagerie cellulaire.  Notre expertise assure la faisabilité et l‘accomplissement de ce projet. De plus ce projet bénéficie  d’un réseau de collaboration avec des neurobiologistes et des électrophysiologistes ainsi que des plateaux techniques bien établis  de la PFRN  qui nous permettra de surmonter des difficultés techniques éventuelles.
Résumé de la soumission : Le segment initial de l'axone (SIA) est un domaine neuronal complexe qui joue un rôle crucial dans la physiologie du neurone car il gouverne l’électrogenèse et la polarité neuronale. En outre, des observations récentes  ont montré que le SIA est le lieu d’une plasticité homéostatique. L’organisation moléculaire du SIA implique des composants structuraux tels que l’ankyrine G et la spectrine beta-IV qui permettent l’ancrage des canaux ioniques responsables de la génération des potentiels d’action. Elle nécessite aussi des connections entre l’échafaudage et le réseau de microtubules du SIA. Nous avons récemment démontré que le réseau d’interaction des composants du SIA est sujet à des régulations par différentes kinases. L’objectif général de ce projet, développé selon quatre axes, consistera à analyser les mécanismes dynamiques régissant l’assemblage et la maintenance du SIA in vivo et in vitro et à examiner leurs implications dans les processus de plasticité du SIA. Nos découvertes récentes font émerger un nouveau concept d’organisation intracellulaire du SIA : l’ankyrine G concentre et stabilise EB3 le long des microtubules du SIA, ce qui contraste avec le rôle d’EB3 comme protéine dynamique aux extrémités positives des microtubules. Nous proposons de disséquer le rôle fonctionnel des protéines EBs dans la maintenance du SIA et d’explorer leur contribution dans l’établissement de la polarité neuronale (objectif 1).  Nous avons aussi montré que l’organisation du SIA est dynamique car le réseau complexe d’interaction du SIA est régulé par des kinases, dont la protéine kinase CK2. Nous analyserons le rôle de la CK2 dans l’organisation du SIA ainsi que dans sa relocalisation induite par l’activité neuronale dans des neurones au cours du développement (objectif 2). L’objectif 3 consistera à identifier les mécanismes de formation de la barrière de diffusion à la surface cellulaire du SIA, à préciser le rôle des protéines interagissant avec l’ankyrine G et à déterminer si l’activité neuronale influence la maintenance de la barrière. En dépit de l’importance fonctionnelle du SIA, les bases moléculaires et cellulaires qui gouvernent son assemblage in vivo ne sont pas encore élucidées. L’objectif 4 visera à les identifier et à explorer l’impact du réseau neuronal sur ces événements. Le projet bénéficie déjà d’importants résultats initiaux qui démontrent la faisabilité des tâches proposées. En outre, nos connaissances approfondies du domaine, la complémentarité de nos expertises techniques, ainsi que nos nombreuses collaborations permettront la réussite des différents axes de ce projet. L’accomplissement de ce projet apportera des données nouvelles sur les mécanismes moléculaires qui régulent l’assemblage du SIA in vivo et l’adaptation de la structure du SIA en réponse à des changements physiologiques. De plus, il permettra la détermination de motifs d’interaction protéiques (conservés) au sein du SIA. Ceci devrait permettre d’identifier des mutations impliquées dans des pathologies humaines touchant le système nerveux, le muscle cardiaque ou squelettique dans lesquels on retrouve des complexes protéiques similaires. Il aidera également à mieux comprendre les fonctions et les dysfonctionnements du SIA dans des conditions pathologiques telles que l’ischémie et l’épilepsie. Enfin, du fait de l’organisation moléculaire très similaire entre le SIA et les nœuds de Ranvier, les résultats de ce projet ouvriront de nouvelles voies pour une meilleure compréhension de certaines maladies démyélinisantes comme l’encéphalite et la sclérose en plaques.
Résultats : Les résultats majeurs du projet seront indiqués lorsque le projet sera terminé.
Perspectives : Les retombées au niveau sociétal sont une production de connaissances fondamentales essentielle pour mieux comprendre des maladies du cerveau comme l’épilepsie, la sclérose en plaque et des maladies mentales.
Publications et brevets : Un manuscrit est  en cours de préparation, des présentations à des congrès internationaux ont eu lieu au cours de cette année.