Etude du rôle de la CaMKII dans l’exocytose des récepteurs AMPA

Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en Biophotonique pour l’obtention du grade de Philosophiae doctor

1 Introduction
1.1 Du neurone à la synapse
1.2 La transmission synaptique
1.3 L’épine dendritique et la densité postsynaptique
1.4 Les récepteurs membranaires
1.5 Régulation de la transmission synaptique excitatrice
1.6 Diffusion latérale et variation du nombre de récepteurs synaptiques
1.7 Conclusion
CHAPITRE 2 Suivi de molécules uniques : développement et applications aux récepteurs membranaires 
2.1 Introduction
2.2 Matériel et méthodes
2.3 La méthode de suivi de molécules uniques
2.4 Application aux récepteurs AMPA
2.5 Discussion
2.6 Conclusion
CHAPITRE 3 La CaMKII immobilise les récepteurs AMPA aux synapses par la phosphorylation de stargazine
3.1 Avant-propos
3.2 Summary
3.3 Introduction
3.4 Experimental Procedures
3.5 Results
3.6 Discussion
3.7 References
3.8 Supplemental Material
CHAPITRE 4 Le rôle différentiel de la αCaMKII et de la βCaMKII dans l’adressage des récepteurs AMPA aux synapses durant la plasticité synaptique  
4.1 Introduction
4.2 Matériel et méthodes
4.3 Résultats
4.4 Discussion
4.5 Conclusion
4.6 Bibliographie
CHAPITRE 5 Étude du rôle de la CaMKII dans l’exocytose des récepteurs AMPA 
5.1 Avant-propos
5.2 Introduction
5.3 Matériel et méthodes
5.4 Résultats
5.5 Discussion
5.6 Conclusion
CHAPITRE 6 Discussion générale 
Conclusion générale

Rapport PFE, mémoire et thèse avec la catégorie biochimie, de microbiologie et de bioinformatique

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Suivi de molécules uniques : développement et applications aux récepteurs membranaires

Introduction

Le suivi de molécules uniques est une technique de microscopie optique qui mesure la position et le déplacement de molécules individuelles, donnant accès à la distribution complète du comportement des molécules. Cette technique permet de mesurer les dynamiques spatio-temporelles complexes d’une molécule donnée, celles-ci étant variables au fil du temps. Appliquée aux synapses, elle mesure la dynamique et les processus de régulation des récepteurs directement dans la fente synaptique. C’est donc un outil très puissant, mais l’information qui permet de bien comprendre son application est dispersée dans la littérature. Ce chapitre a pour but d’apporter un traitement concis sur cette méthode appliquée aux récepteurs synaptiques. En premier lieu, il décrira les types de marqueurs disponibles pour étiqueter les récepteurs, les méthodes appropriées du suivi de molécules uniques et les algorithmes nécessaires pour extraire les trajectoires synaptiques et extrasynaptiques d’une série d’images. Ensuite, les procédés mathématiques pour obtenir les paramètres de diffusion des trajectoires seront décrits ainsi que les analyses statistiques propres aux récepteurs membranaires.

Constitutively Active CaMKII Promotes a Strong Immobilization of AMPARs

If CaMKII indeed mediates the immobilization of AMPARs at activated synapses, one might expect that a constitutively active form of CaMKII (tCaMKII) could by itself immobilize AMPARs at synapses. We thus tracked the mobility of endogenous GluA1-containing AMPARs, 16–24 hr after transfection of tCaMKII::GFP. We found that tCaMKII produced a strong reduction in the diffusion of both synaptic and extrasynaptic AMPARs (Figures 4A–4C). Although it is unclear why AMPARs are immobilized at extrasynaptic sites in presence of tCaMKII, it is likely that scaffolding proteins present at extrasynaptic sites might be mediating these effects (Figure S4; see below) (Aoki et al., 2001). Though to a lesser extent, tCaMKII also promoted the immobilization of AMPARs containing the GluA2 subunit (Figures 4D–4F). In contrast, tCaMKII overexpression had no effect on the surface mobility of GABAA receptors (Figures S5A–S5D).

Conclusion

Le mouvement des récepteurs à la membrane est un mécanisme qui permet de changer rapidement le nombre de récepteurs fonctionnels aux synapses lors de la transmission et de la plasticité synaptique. Cet échange continuel des récepteurs aux synapses est une conséquence d’une régulation perpétuelle de l’endocytose/l’exocytose et de la régulation de la diffusion latérale des récepteurs dans la membrane. Tous ces mécanismes sont interdépendants et sont réglementés par l’activité neuronale et par les interactions avec les protéines de la PSD. Dans une synapse, la valeur moyenne du nombre de récepteurs correspond à un équilibre entre les récepteurs entrant ou sortant par la membrane. Alors, la stabilité de la PSD et de ses récepteurs associés doit être considérée dans un contexte d’assemblage moléculaire en équilibre, permettant la permutation de ses éléments, sans en changer la valeur moyenne. Au début de ce projet de doctorat, les mécanismes impliquant la variabilité du nombre de rAMPA aux synapses dans les paradigmes de plasticité synaptique n’étaient pas encore connus. C’est dans cette optique que j’ai développé des paradigmes de plasticité qui induisent la LTP dans les neurones de l’hippocampe en culture. J’ai développé des techniques d’imagerie à haute résolution spatiale et temporelle afin d’évaluer les mécanismes moléculaires qui permettent de mesurer l’augmentation du nombre de récepteurs aux synapses. Les résultats obtenus dans cette thèse nous permettent de conclure que la CaMKII déclenche la LTP en augmentant le nombre de récepteurs à la membrane et en piégeant les rAMPA aux synapses.

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