Axe : NBS - NanoBioSciences Plasticité des Réseaux Corticaux
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Axe : NBS - NanoBioSciences Plasticité des Réseaux Corticaux & Epilepsie http://lab.jcponcer.info Institut du Fer à Moulin INSERM-UPMC UMR_S 839 17 rue du Fer à Moulin 75005 Paris http://www.ifm-institute.fr Responsable d’équipe : Jean Christophe PONCER & Sabine LEVI [email protected] sabine/[email protected] Membres permanents de l’équipe : Eric J SCHWARTZ [email protected] Emmanuel EUGENE [email protected] _________________________________________________________________________ Activité scientifique de l’équipe : Notre équipe s’intéresse aux mécanismes moléculaires régissant l’efficacité de la transmission synaptique dans le cortex. En particulier, nous étudions les altérations de ces mécanismes dans le contexte de diverses pathologies du système nerveux central, telles que l’épilepsie et les certaines affections psychiatriques. Pour cela, nous mettons en œuvre des techniques d’électrophysiologie que nous combinons notamment à des approches d’imagerie moléculaire par suivi de particule unique et d’autres approches d’imagerie super-résolutive. Recherche(s) et résultat(s) obtenu(s) dans les domaines d’actions des nanosciences : Depuis plusieurs années, Sabine Lévi a mis au point puis utilisé la technique de suivi de molécules uniques à l’aide de nano-cristaux de type quantum dots afin d’étudier la dynamique membranaire de récepteurs et transporteurs ioniques dans les neurones. Elle a été l’un des pionniers dans le développement et l’utilisation de ces techniques et a obtenu des résultats importants illustrés par de nombreuses publications prestigieuses, dans l’équipe d’Antoine Triller à l’ENS puis à l’institut du Fer à Moulin (Science 2003, Neuron 2008, 2009, PNAS 2011, J Neurosci 2013…). Modulation des propriétés diffusives des récepteurs postsynaptiques inhibiteurs par l’activité neuronale Diffusion latérale du récepteur de la glycine à la surface des neurones de la moelle épinière. La technique de suivi de particules uniques permet d’explorer les propriétés diffusives de protéines membranaires grâce à des nanocristaux (quantum dots) couplés à un anticorps spécifique. A et B, projections maximales (blanc) de trajectoires de quantum dots couplés à un anticorps dirigé contre le récepteur de la glycine à distance (A) ou à proximité d’une synapse (visualisée en rouge par un marquage au FM4-64). Echelle, 1m. C, déplacement quadratique moyen (MSD) au cours du temps correspondant à ces deux trajectoires. En bleu, la relation quasi-linéaire indique un déplacement peu contraint de type Brownien d’un récepteur extrasynaptique. En rose, MSD d’une trajectoire synaptique révélant l’existence de contraintes à la diffusion. Copyright Cell Press 2008. Nous utilisons la technique de suivi de molécules uniques à l’aide de nanocristaux de CdSe (quantum dots) afin d’explorer les propriétés diffusives de protéines transmembranaires telles que les récepteurs postsynaptiques ou certains transporteurs ioniques. Ces études visent à identifier le rôle de l’échafaudage sousmembranaire dans les processus de diffusion-capture de ces protéines et leur modulation par l’activité neuronale normale et pathologique. Titre du résultat 2 Diffusion latérale d’un récepteur du glutamate de type AMPA dans une épine dendritique d’un neurone cortical. La même technique est mise en œuvre afin de suivre les conséquences d’une altération de l’organisation du cytosquelette d’actine dans l’adressage et le confinement des récepteurs de type AMPA dans les épines dendritiques qui portent l’essentiel des synapses excitatrices dans les neurones corticaux. En rouge est figuré le contour d’une épine dendritique d’un neurone hippocampique en culture. En vert, image du signal fluorescent émis par un quantum dot unique (3 premières images) et projection maximale de la trajectoire (image de droite) sur 24 secondes d’enregistrement. Cet exemple montre qu’un récepteur AMPA localisé dans la tête d’une épine dendritique peut rapidement s’échapper de l’épine et diffuser vers le tronc du dendrite, un comportement favorisé par une désorganisation du cytosquelette. Copyright National Academy of Sciences of the United States of America 2011. Nous explorons les conséquences d’une altération du cytosquelette d’actine dans les épines dendritiques sur le confinement et l’adressage des récepteurs du glutamate de type AMPA. Ces mécanismes sont à l’origine de formes de plasticité synaptique qui pourraient représenter le substrat moléculaire des processus de mémoire et d’apprentissage. Nous cherchons à comprendre comment des altérations physiologiques et pathologiques de l’organisation du cytosquelette perturbent l’ancrage et l’exocytose de ces récepteurs en combinant électrophysiologie cellulaire, suivi de molécules uniques et imagerie super-résolutive. Programme de recherche : Peut-être plus qu'aucune autre affection neurologique, l'épilepsie est avant tout une maladie synaptique. Les crises résultent de l'activité coordonnée et synchrone d'assemblées neuronales. Des altérations de l'excitabilité neuronale et de la transmission synaptique jouent donc un rôle déterminant dans l'émergence de ces activités anormales des réseaux neuronaux. De telles altérations peuvent avoir une origine génétique ou être consécutives à diverses agressions ou traumas neurologiques ou à une crise initiale. En particulier, de nombreux travaux associent des altérations affectant vraisemblablement la signalisation GABAergique à des syndromes d'épilepsie du lobe temporal (ELT), une forme d'épilepsie du l'adulte particulièrement résistante aux pharmacothérapies actuellement disponibles. Cependant, le lien causal entre ces altérations et l’émergence de crises récurrentes, dont la prise en charge est souvent difficile, demeure méconnu. Des traitements ciblant les récepteurs GABAA s'avèrent souvent inefficaces et parfois même accentuent les symptômes, rendant nécessaire la recherche d'approches alternatives. Notre projet, en combinant des approches d'imagerie à super-résolution, d'électrophysiologie in vitro et in vivo et des modèles expérimentaux d'ELT vise à explorer l'impact d'altérations de la signalisation GABAergique dans l'hippocampe épileptique sur l'activité des synapses et des réseaux. Spécifiquement, nous explorerons deux voies qui nous semblent particulièrement originales et prometteuses en termes de débouchés thérapeutiques : nous étudierons d’une part comment des altérations du transport des ions chlorure - d’origine génétique ou induites par l’activité neuronale – favorisent l’émergence des crises dans le cortex hippocampique ; d’autre part, nous explorerons les réarrangements anatomiques et fonctionnels des réseaux inhibiteurs périsomatiques et leur contribution à l’épileptogenèse. Notre objectif est d'identifier des mécanismes cellulaires et moléculaires qui pourraient représenter de nouvelles cibles pour prévenir l'émergence d'un réseau épileptique. Références : Chamma I, Heubl M, Chevy Q, Renner M, Moutkine I, Eugène E, Poncer JC, Lévi S (2013) Activitydependent regulation of the K/Cl transporter KCC2 membrane diffusion, clustering, and function in hippocampal neurons. J Neurosci. 2013 Sep 25;33(39):15488-503 Renner M, Schweizer C, Bannai H, Triller A, Lévi S (2012) Diffusion barriers constrain receptors at synapses. PLoS One. 2012;7(8):e43032 Bouthour W, Leroy F, Emmanuelli C, Carnaud M, Dahan M, Poncer JC, Lévi S (2012) A human mutation in Gabrg2 associated with generalized epilepsy alters the membrane dynamics of GABAA receptors. Cereb Cortex. 2012 Jul;22(7):1542-53 Gauvain G, Chamma I, Chevy Q, Cabezas C, Irinopoulou T, Bodrug N, Carnaud M, Lévi S, Poncer JC (2011) The neuronal K-Cl cotransporter KCC2 influences postsynaptic AMPA receptor content and lateral diffusion in dendritic spines. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Sep 13;108(37):15474-9 Lévi S, Dahan M, Triller A (2011) Labeling neuronal membrane receptors with quantum dots. Cold Spring Harb Protoc. 2011 Mar 1;2011(3):prot5580 Bannai H, Lévi S, Schweizer C, Inoue T, Launey T, Racine V, Sibarita JB, Mikoshiba K, Triller A (2009) Activity-dependent tuning of inhibitory neurotransmission based on GABAAR diffusion dynamics. Neuron. 2009 Jun 11;62(5):670-82 Lévi S, Schweizer C, Bannai H, Pascual O, Charrier C, Triller A (2008) Homeostatic regulation of synaptic GlyR numbers driven by lateral diffusion. Neuron. 2008 Jul 31;59(2):261-73 Bannai H, Lévi S, Schweizer C, Dahan M, Triller A (2006) Imaging the lateral diffusion of membrane molecules with quantum dots. Nat Protoc. 2006;1(6):2628-34 Dahan M*, Lévi S*, Luccardini C, Rostaing P, Riveau B, Triller A (2003) Diffusion dynamics of glycine receptors revealed by single-quantum dot tracking. Science. 2003 Oct 17;302(5644):442-5.
