Eric Boué Grabot et al. dans Molecular Psychiatry

Un nouveau modèle murin mimant l’augmentation pathologique du nombre de récepteurs P2X4 révèle son implication dans l’anxiété et les troubles de la mémoire.

Le récepteur P2X4 de l’ATP est exprimé dans de nombreuses type cellulaires à travers tout l’organisme et plus particulièrement dans les neurones et cellules gliales du cerveau. Cette protéine faiblement présente à la surface des cellules en conditions normales est surexprimée par certains neurones et/ou cellules gliales dans les maladies neurodégénératives telles que les maladies d’Alzheimer, de Charcot ou la sclérose en plaque, les douleurs chroniques et d’autres pathologies comme celles liées à la consommation d’alcool. Cette augmentation est aussi observée également dans des cellules en périphérie en particulier dans des conditions inflammatoires comme l’asthme ou l’arthrose rhumatoïde suggérant que le récepteur P2X4 pourrait être un acteur clé de nombreuses pathologies et par conséquent une cible thérapeutique potentielle. Afin d’appréhender les rôles du récepteur P2X4, le groupe d’Eric Boué-Grabot, à l’IMN de Bordeaux a développé avec l’aide de la Clinique de la souris de Strasbourg une souris permettant d’augmenter le nombre des récepteurs P2X4 spécifiquement à la surface de certaines cellules. Les résultats publiés dans le journal Molecular Psychiatry qui résultent d’une collaboration avec plusieurs équipes françaises CNRS et Inserm et des chercheurs de l’institut d’immunologie de Hambourg et du Neuro de l’université McGill de Montréal valident cette stratégie chez la souris et montrent que l’augmentation du nombre de récepteurs P2X4 à la surface des neurones dans une structure du cerveau (l’hippocampe) impliquée dans la mémoire et l’apprentissage provoque des déficits mnésiques ainsi qu’une diminution de l’anxiété des souris. Ils démontrent aussi que la présence accrue de ces récepteurs altère les processus cellulaires à la base de la mémoire. Ces travaux suggèrent que l’augmentation des récepteurs P2X4 à la surface de neurones observée dans la maladie d’Alzheimer puisse contribuer aux déficits mnésiques et jouer de manière plus générale un rôle dans les maladies neuropsychiatriques.

Cette étude révèle aussi tout le potentiel de ce nouveau modèle murin dont la modification génétique du récepteur P2X4 permet aussi de visualiser directement l’augmentation du nombre de récepteurs P2X4 provoquée en situation pathologique. Ces souris devrait permettre dans le futur d’élucider le rôle de ces récepteurs spécifiquement dans différents modèles de pathologies non seulement du cerveau mais aussi du poumon, du cœur, ou lors d’infection et d’inflammation, situations pour lesquelles le nombre de ce récepteur augmente dans des cellules spécialisées.

Figure: Le récepteur P2X4 (en vert) est presque absent dans les neurones de hippocampes (en magenta) des souris témoins (en haut à gauche) mais fortement augmentée à la surface de ces mêmes neurones chez les souris P2X4mCherryIN exprimant la forme modifiée du récepteur P2X4. Bas, Agrandissement d’une prolongement d’un neurone (dendrite), montrant la présence du récepteur P2X4mCherryIN à l’intérieur (en rouge) et à la surface (en vert) du dendrite. Certain groupes de récepteurs P2X4mCherryIN sont à la surface proche des zones de communication entre les neurones (les synapses, en bleu) © Eric Boué-Grabot/CNRS.

Eléonore Bertin qui a obtenu son doctorat en décembre 2019, Thomas Deluc et Kjara Sophia Pilch, actuellement doctorants sont les 3 co-premiers auteurs de ce travail.

Pour en savoir plus :

Increased surface P2X4 receptor regulates anxiety and memory in P2X4 internalization-defective knock-in mice. Bertin E*, Deluc T*, Pilch KS*, Audrey Martinez A, Pougnet JT, Doudnikoff E, Allain AE, Bergmann P, Russeau M, Toulmé E, Bezard E, Koch-Nolte F, Séguéla P, Lévi S, Bontempi B, Georges F, Bertrand S, Nicole O and Boué-Grabot E. (*co-first authors)
Molecular Psychiatry
DOI : 1038/s41380-019-0641-8

https://www.nature.com/articles/s41380-019-0641-8

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Abstract

ATP signaling and surface P2X4 receptors are upregulated selectively in neurons and/or glia in various CNS disorders including anxiety, chronic pain, epilepsy, ischemia and neurodegenerative diseases. However, the cell-specific functions of P2X4 in pathological contexts remain elusive. To elucidate P2X4 functions, we created a conditional transgenic knock-in P2X4 mouse line (Floxed P2X4mCherryIN) allowing the Cre activity-dependent genetic swapping of the internalization motif of P2X4 by the fluorescent mCherry protein to prevent constitutive endocytosis of P2X4. By combining molecular, cellular, electrophysiological and behavioral approaches, we characterized two distinct knock-in mouse lines expressing non-internalized P2X4mCherryIN either exclusively in excitatory forebrain neurons or in all cells natively expressing P2X4. The genetic substitution of wild-type P2X4 by non-internalized P2X4mCherryIN in both knock-in mouse models did not alter the sparse distribution and subcellular localization of P2X4 but increased the number of P2X4 receptors at the surface of the targeted cells mimicking the pathological increased surface P2X4 state. Increased surface P2X4 density in the hippocampus of knock-in mice altered LTP and LTD plasticity phenomena at CA1 synapses without affecting basal excitatory transmission. Moreover, these cellular events translated into anxiolytic effects and deficits in spatial memory. Our results show that increased surface density of neuronal P2X4 contributes to synaptic deficits and alterations in anxiety and memory functions consistent with the implication of P2X4 in neuropsychiatric and neurodegenerative disorders. Furthermore, these conditional P2X4mCherryIN knock-in mice will allow exploring the cell-specific roles of P2X4 in various physiological and pathological contexts.