Impact des bloqueurs de canal ouvert sur la dynamique et l'organisation de surface des récepteurs NMDA

Abstract

Les récepteurs du glutamate N-méthyl-D-aspartate (RNMDA) sont des acteurs clés de la transmission synaptique excitatrice, de la plasticité synaptique et des fonctions cérébrales supérieures telles que la formation de la mémoire et l'apprentissage. En conséquence, les dysfonctionnements NMDAR sont associés à des maladies neuropsychiatriques sévères et des investissements importants ont été réalisés pour développer des modulateurs de l'activité NMDAR en vue d’applications cliniques. Si certains antagonistes des RNMDA comme la kétamine (anesthésique, antidépresseur) ou la mémantine (prescrite dans le traitement de la maladie d'Alzheimer) se sont avérés d'une grande valeur médicale, leur utilisation clinique est souvent limitée par des effets indésirables graves (ex.: états psychotiques induits par la kétamine) et plusieurs questions concernant leur mode d'action - y compris pourquoi certains antagonistes présentent des propriétés psychoactives alors que d'autres non - restent sans réponse. De nombreuses données suggèrent qu'au-delà de leur fonction de canal, la signalisation RNMDA physiologique et pathologique peuvent impliquer des voies non canoniques indépendantes du flux ionique. En utilisant une combinaison d'approches d'épifluorescence, de FRET-FLIM, de biochimie et de microscopie de localisation de molécule unique, nous avons étudié l'impact des antagonistes RNMDA compétitifs (D-AP5, CPP) et non-compétitifs (MK-801, kétamine, mémantine) sur les propriétés, la redistribution et l’organisation nanométrique des RNMDA de surface et de leurs partenaires cytosoliques dans les neurones d'hippocampe. Nous avons constaté que si tous les antagonistes produisent une inhibition comparable de l'activité ionotrope des récepteurs, l'exposition aux bloqueurs psychomimétiques MK-801 et kétamine déclenche sélectivement des changements de conformation des RNMDA. Ces réarrangements conformationnels sont associés à une diminution de la diffusion de surface et à une augmentation du temps de résidence des récepteurs aux synapses, suggérant que le MK-801 et la kétamine accroissent l'ancrage synaptique des RNMDA. Bien que l'exposition aux drogues (1h) ne modifie pas l'abondance globale des récepteurs aux synapses, l'imagerie de super-résolution révèle des réorganisations nanométriques profondes et antagoniste-spécifiques des clusters de RNMDA synaptiques, une exposition à l'antagoniste compétitif D-AP5 entraînant une réduction de la taille et une augmentation de la densité des nanodomaines de récepteurs tandis que l'inhibition par les bloqueurs psychotomimétiques non compétitifs MK-801 et kétamine déclenche un élargissement des nanodomaines récepteurs, et que l'exposition à la mémantine provoque la fragmentation de ces nanodomaines. De plus, nous avons constaté que le MK-801 et la kétamine augmentent de manière sélective la mobilité de la protéine kinase Ca2+/calmoduline-dépendante (CaMKII) dans les épines dendritiques via un mode d'action qui repose sur l'interaction directe entre les deux partenaires, suggérant que les redistributions des récepteurs induites par les antagonistes pourraient avoir un impact sur la dynamique intracellulaire et l'organisation des partenaires de signalisation en aval des RNMDA. Dans l'ensemble, nos résultats montrent qu'en plus de l'inhibition des flux ioniques à travers les récepteurs, les antagonistes compétitifs et non compétitifs ont un impact différent sur la dynamique de surface et l'organisation sous-synaptique des NMDAR, et suggèrent que les bloqueurs psychoactifs MK-801 et kétamine peuvent agir sur la fonction des récepteurs via des réarrangements non-canoniques de l'organisation des complexes de signalisation RNMDA.