Transport intracellulaire des récepteurs AMPA et régulation par leurs protéines associées

Abstract

L’apprentissage et la mémoire se fondent sur les événements de plasticité synaptique lors desquels le neurone module l’efficacité de la transmission synaptique. Ces événements nécessitent un contrôle spatial et temporel strict du nombre de récepteurs AMPA (alpha-amino-3-hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropionate : AMPAR) à la membrane plasmique (MP) post-synaptique et plus particulièrement à la synapse. Ce contrôle est un réel challenge pour les neurones chez lesquels une synapse peut être localisée à des centaines de micromètres du corps cellulaire et du noyau où les gènes sont transcrits. Le trafic et la localisation des AMPAR sont assurés par une coopération complexe entre différents mécanismes : le transport intracellulaire (TI) des récepteurs néosynthétisés jusqu’à la MP, leur diffusion membranaire et stabilisation à la post-synapse ou leur recyclage lors duquel les récepteurs sont endocytés puis réinsérés à la MP ou dégradés. Le TI des récepteurs néosynthétisés concerne tous les récepteurs et est un contributeur important de l’augmentation du nombre de récepteurs à la synapse observée lors de la potentialisation à long terme (Long term potentiation : LTP). Les récepteurs maturent dans les compartiments de la voie de sécrétion et sont ensuite transportés dans des vésicules jusqu’à la MP. Le TI est très peu étudié car il est composé de petites vésicules rapides de faible contraste, impossibles à distinguer de celles contenant les récepteurs recyclés. Grâce à un outil moléculaire permettant la rétention des AMPAR dans le réticulum endoplasmique combiné à la vidéo-microscopie, notre laboratoire a montré que le TI de GluA1 possède des caractéristiques stables en conditions basales. Ce TI est régulé par la concentration de Ca2+ qui varie après l’induction de la LTP comme lors de la phase tardive où le nombre de vésicules et leur vitesse sont augmentées. Il est également modulé par des mutations ponctuelles au niveau du domaine C-terminal (CTD) des AMPAR.Notre objectif était d’éclaircir les mécanismes moléculaires qui régissent cette régulation. Les AMPAR possèdent beaucoup d’interacteurs protéiques dont leurs protéines auxiliaires, des protéines transmembranaires qui modulent leurs propriétés et leur trafic. Gamma8, la protéine auxiliaire la plus abondante de l’hippocampe, a un rôle majeur pour l’expression de la LTP. Le TI que nous avons observé dans des neurones de souris Gamma8-KO est diminué par rapport au WT avec un nombre de vésicules et des vitesses diminués alors que le temps passé en pause est augmenté. Nos données suggèrent donc que Gamma8 participe au TI de GluA1.Les AMPAR interagissent également avec des protéines cytosoliques par le biais de leur CTD. GluA1 possède deux interacteurs cytosoliques connus : 4.1N et SAP97. L’interaction avec 4.1N est régie par deux phosphorylations. 4.1N est impliquée dans l’exocytose des récepteurs en particulier lors de la LTP. SAP97 est impliquée dans la sortie de l’appareil de Golgi et sert d’adaptateur au moteur moléculaire MyoVI. En plus de son rôle dans l’exocytose, nos données suggèrent que 4.1N régule le TI de GluA1 lors de la LTP mais pas en conditions basales. En effet, après l’induction, le TI du mutant S816A S818A qui ne lie pas 4.1N a des vitesses réduites. A l’inverse, SAP97 régule le TI en conditions basales en contrôlant le nombre de vésicules bourgeonnant de l’appareil de Golgi et en modulant la vitesse des vésicules, une régulation qui pourrait être maintenue après l’induction de la LTP.Les AMPAR majoritaires sont des hétéromères composés des sous-unités GluA1 et GluA2. Le TI de la sous-unité GluA2 que nous avons observé a les mêmes caractéristiques que celui de GluA1. GluA2 est liée à d’autres interacteurs qui pourraient moduler le TI lors de l’activité mais leurs effets restent à déterminer. Nous proposons donc que le TI des AMPAR est très fortement modulé par leurs protéines auxiliaires et les interactions de leur CTD avec des protéines cytosoliques.