Dans le cerveau et d’autres parties du système nerveux, les synapses sont des points de jonction clés entre les neurones (les cellules nerveuses) où les signaux critiques sont transmis. Plus précisément, les synapses « glutamatergiques » sont les principales jonctions synaptiques « excitatrices » que les neurones utilisent pour s’activer mutuellement et sont connues pour avoir une grande diversité de taille et de forme.
Une pièce manquante de longue date du puzzle synaptique a été une explication de la façon dont les synapses glutamatergiques sont assemblées et maintenues, ce qui soulève d’autres questions quant à savoir si un mécanisme ou une voie de développement commun existe même pour le grand nombre et de nombreux types de synapses glutamatergiques.
Des scientifiques de l’Université de Californie à San Diego ont reconstitué les mécanismes qui semblent combler cette lacune dans les connaissances neurobiologiques.
Le chercheur postdoctoral Yue Ban, le professeur Yimin Zou et leurs collègues fournissent de nouvelles preuves prometteuses le 6 octobre dans la revue Avancées scientifiques que la « polarité cellulaire planaire », ou PCP, une puissante voie de signalisation qui polarise systématiquement les cellules et les tissus le long du plan des tissus, est un mécanisme largement utilisé pour la formation et le maintien d’un grand nombre de synapses.
Une conclusion principale de cet article est que la voie de polarité cellulaire planaire est responsable de la formation et du maintien d’une très grande majorité de synapses glutamatergiques. S’appuyant sur une étude précédente où nous avons initialement montré la fonction des membres de la voie de signalisation PCP dans la formation des synapses, ce nouvel article souligne davantage l’importance de cette voie dans le contrôle du nombre de synapses dans le cerveau en développement et mature. »
Yimin Zou, professeur, Université de Californie à San Diego
Dans la nouvelle étude, le laboratoire Zou s’est concentré sur le rôle d’un composant clé du PCP appelé Prickle, qui chez la souris comprend quatre membres de la famille. Après que Prickle1 et Prickle2 ont été spécifiquement assommés dans l’hippocampe et le cortex préfrontal, les chercheurs ont constaté une réduction de 70 à 80 % du nombre de synapses glutamatergiques. Lorsque ces gènes ont été supprimés au début du développement, 70 à 80 % des synapses ne se sont pas formées. Lorsque ces gènes ont été supprimés à l’âge adulte, 70 à 80 % des synapses ont disparu.
Pour explorer davantage comment Prickle régule le nombre de synapses, le laboratoire Zou a généré des souris qui imitent une mutation humaine de Prickle2, connue pour provoquer l’autisme. Ces souris ont montré une réduction ou un retard dans la formation des synapses et une forte réduction du nombre de protéines clés dans les synapses, telles que les récepteurs du glutamate, qui sont des canaux ioniques qui détectent le glutamate libéré par les neurones présynaptiques pour activer les neurones postsynaptiques.
Ces résultats suggèrent que certaines des mutations de Prickle2 peuvent rendre la protéine mutante Prickle2 moins efficace dans l’assemblage des synapses ou le recrutement de protéines clés essentielles au fonctionnement des synapses. Ces mutations fournissent des avancées précieuses pour disséquer davantage les mécanismes de formation et de maintenance des synapses.
Également dans cette étude, les chercheurs ont découvert que Prickle2 favorise la formation de synapses et agit comme une force stabilisatrice pour le complexe protéique clé formé par les protéines PCP qui réunissent les deux neurones au niveau des synapses. Une protéine mutante de Prickle n’a pas été capable de stabiliser ce complexe protéique.
« Une autre conclusion principale de cette recherche est que la stabilité du complexe intercellulaire des protéines PCP, que nous avons récemment trouvée critique pour la formation et le maintien des synapses, est favorisée par Prickle », a déclaré Zou. « Savoir comment le complexe PCP régule la formation et la maintenance des synapses ouvre la voie à la compréhension de nombreux processus biologiques et pathologiques importants qui impliquent des changements dans le nombre de synapses. Par exemple, la fonction de Prickle peut être comprise dans des conditions pathologiques, ce qui peut conduire à l’instabilité des synapses dans les maladies neurodégénératives. troubles ou d’autres maladies. »
« Nous avons déjà découvert qu’une autre protéine PCP, appelée Vangl2, déstabilise les synapses », a déclaré Zou. « Ici, nous montrons que Prickle antagonise Vangl2 avec un mécanisme que nous essayons toujours de découvrir. Par conséquent, nos synapses sont constamment sous le contrôle des forces stabilisatrices et déstabilisantes et cela fait partie de la raison pour laquelle notre cerveau, ou du moins une partie de elle, subit des changements constants. » (Voir la figure ci-jointe adaptée de Yue et al, Science Advances, 2021).
Zou et ses collègues pensent maintenant que ce complexe intercellulaire de protéines PCP est intrinsèquement asymétrique et fournit le signal directionnel clé pour polariser les jonctions cellule-cellule. C’est ainsi que la signalisation PCP introduit la polarité cellulaire et tissulaire. Les chercheurs du laboratoire Zou ont obtenu des preuves que l’asymétrie de ce complexe reliant les deux neurones peut conduire à l’assemblage asymétrique de complexes présynaptiques et postsynaptiques à travers la synapse et détermine finalement la direction du flux de signaux neuronaux, une caractéristique fondamentale des synapses neuronales. .
« C’est la première fois qu’une voie contrôlant la direction des structures synaptiques et la transmission synaptique est identifiée », a déclaré Zou.
