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Soutenance de thèse – Paul Lapios

vendredi 6 décembre / 09:30

Lieu : CARF

Soutenance en anglais

Paul Lapios
Equipe Perrais (IINS)
Directeur de thèse : David Perrais

Titre

Ultrastructural and molecular analysis of cortico-striatal dopamine hub synapses
(Analyse ultrastructurale et moléculaire des synapses pivots de la dopamine dans le striatum)

Résumé

La dopamine est un neurotransmetteur qui module l’activité neuronale et régule des fonctions essentielles telles que la prédiction de la récompense, la motivation et le contrôle moteur. Dans le striatum, la dopamine agit généralement sur un large volume via des récepteurs métabotropes à action lente. Cependant, des études récentes ont montré que la dopamine peut également agir localement dans des espaces mesurant quelques micromètres. De plus, il a été démontré que la dopamine renforce la force synaptique lorsque sa libération coïncide avec l’action du glutamate. Ces découvertes suggèrent que la dopamine pourrait être libérée dans des espaces confinés, favorisant ainsi la plasticité synaptique. Malgré ces avancées, les études moléculaires et ultrastructurales ont été limitées par des défis techniques. Durant mon doctorat, j’ai utilisé des techniques de pointe pour explorer les caractéristiques moléculaires et ultrastructurales des terminaisons dopaminergiques et leur relation avec les synapses dans le striatum de souris.

Pour analyser la composition des terminaisons dopaminergiques (DA), nous avons combiné le tri cellulaire et l’immunomarquage. Nous avons spécifiquement marqué les neurones dopaminergiques avec une protéine fluorescente verte. Après fractionnement cellulaire du striatum, nous avons isolé les synaptosomes verts (synapses closes avec leurs partenaires) par le tri de synaptosomes par fluorescence activée (FASS). L’immunomarquage de ces synaptosomes isolés a révélé que 30 % des synaptosomes dopaminergiques étaient situés près des synapses cortico-striatales (GLU). Nous avons nommé ces structures synapses pivots de la dopamine (DHS). Nous avons démontrer que les protéines présynaptiques bassoon et VGLUT1, ainsi que la protéine d’échafaudage postsynaptique Homer1, étaient régulés à la hausse dans les DHS, tandis que PSD-95 était moins présente par rapport aux synapses classiques. Ces résultats indiquent que la présence de terminaisons dopaminergiques à proximité des synapses cortico-striatales induit une plasticité moléculaire. Les synapses pivot dopaminergiques pourraient ainsi servir de substrat structurel pour l’activité localisée de la dopamine dans le striatum et pourraient également augmenter la signalisation glutamatergique.

Ensuite, nous avons utilisé la cryo-microscopie électronique corrélée à la lumière (cryo-CLEM) pour déterminer l’ultrastructure des terminaisons dopaminergiques et des DHS en trois dimensions. Par rapport aux présynapses cortico-striatales, les synaptosomes DA sont trois fois plus petits et contiennent dix fois moins de vésicules synaptiques (SV). La taille et la forme des SV dans les terminaisons DA est plus hétérogènes, elles sont généralement plus grandes et parfois allongées. Alors que les synapses GLU présentent des zones actives (AZ) et des densités postsynaptiques, les terminaisons DA manquent de groupement visibles de vésicules ou d’organisation synaptique claire. Seules 35 % des terminaisons dopaminergiques comportent au moins une vésicules arrimée nécessaire à l’exocytose. Dans ces terminaisons, les SV sont plus nombreuses et plus proches de la membrane plasmique, suggérant une activité plus élevée. Cependant, les SV en état de « priming » (arrimées à moins de 5 nm de la membrane plasmique) sont absentes des synaptosomes DA. De plus, les terminaisons GLU dans les DHS ont plus de SV en état de « priming », ce qui implique que la présence de terminaisons DA réorganise les SV dans les terminaisons glutamatergiques. Ces résultats suggèrent que l’interaction des terminaisons DA avec les synapses modifie les propriétés de libération du glutamate par un mécanisme local de plasticité dans le striatum.

Étant donné que l’activité de la dopamine est dérégulée dans l’addiction, moduler artificiellement l’interaction entre les synapses DA et GLU in vivo pourrait fournir un moyen de rétablir une signalisation dopaminergique normale.

Mots clés : Synapse, Dopamine, Synaptic plasticity, Striatum, Cryo-CLEM