Rôle des vSNAREs dans le trafic post-synaptique des récepteurs AMPA, la transmission glutamatergique et la plasticité

Abstract

La plasticité synaptique, c'est-à-dire la modification de la force synaptique en fonction de l'activité, est une caractéristique remarquable du système nerveux et été considérée depuis longtemps comme la base cellulaire de l'apprentissage et de la mémoire. Une forme bien caractérisée de plasticité synaptique est la potentialisation à long terme (PLT) de la transmission synaptique excitatrice dans les neurones pyramidaux de la région CA1 de l'hippocampe. La PLT nécessite le recrutement et la stabilisation rapides des récepteurs α-amino-3-hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropionate (AMPAR) sur les sites postsynaptiques par le biais du trafic réglulé et de l'exocytose des endosomes de recyclage (RE). L'exocytose est médiée par une famille de protéines appelées récepteurs de la protéine soluble d'attachement à la NSF (N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein) ou SNARE. Ces protéines servent de médiateurs à la fusion membranaire en formant un complexe composé d'une R-SNARE, généralement sur une membrane, et de deux ou trois Q-SNARE, généralement sur l'autre membrane. La formation du complexe SNARE fournit une spécificité pour une fusion contrôlable comme celle proposée pour la première fois par Rothman et al en 1993. Les protéines SNARE ont été bien caractérisées pour leur fonction dans la fusion des vésicules présynaptiques lors de la libération des neurotransmetteurs. Cependant, leur rôle dans le trafic membranaire post-synaptique dépendant de l'activité, et en particulier le trafic des AMPAR, est resté peu clair jusqu'à récemment. Étant donné l'importance du recyclage somato-dendritique dans la physiologie neuronale, notre objectif était d'identifier les principaux acteurs de l'exocytose des RE dendritiques. Dans cette étude, nous identifions VAMP4 comme la principale protéine vésiculaire SNARE qui intervient dans la majorité des cas d'exocytose des RE dans les dendritiques. En revanche, VAMP2 ne joue qu'un rôle mineur, même si elle a été précédemment identifiée comme critique pour l'expression post-synaptique de la PLT. Le knockdown (KD) de VAMP4 réduit la fréquence d'exocytose du récepteur de la transferrine (TfR), un marqueur des ERs et un marqueur de substitution des voies de trafic de l'AMPAR. Étonnamment, l'expression de la neurotoxine tétanique (TeNT), qui clive VAMP2, n’affecte pas l'exocytose du TfR. De plus, VAMP4 KD augmente la fraction d'AMPAR à la surface de la cellule et son recyclage. Conformément à ce résultat, dans les tranches organotypiques d’hippocampe, le VAMP4 KD augmente l'amplitude des courants excitateurs post-synaptiques (EPSC) médiés par les AMPAR sans affecter les EPSC médiés par les NMDAR dans les neurones pyramidaux CA1. Enfin, VAMP4 KD réduit la PLT alors que TeNT la bloque totalement. Nos données suggèrent un modèle dans lequel l’absence de VAMP4 conduit à un mauvais tri des AMPAR à l'état basal vers la membrane plasmique, ce qui affecte le PLT, vraisemblablement par un mécanisme d'occlusion. De plus, les changements opposés des niveaux de TfR et d'AMPAR à la surface des cellules sur la KD du VAMP4 suggèrent que ces récepteurs peuvent être triés et faire l'objet d'un trafic indépendamment. Nous proposons donc que VAMP4 et VAMP2 servent de médiateurs à des voies de trafic fonctionnellement distinctes et complémentaires qui modulent la force et la plasticité synaptiques.