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The origin and evolution of synapses Tomás J. Ryan and Seth G. N. Grant, Nature Reviews Neuroscience, published online 9 September 2009 présenté par Alexandra.

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1 The origin and evolution of synapses Tomás J. Ryan and Seth G. N. Grant, Nature Reviews Neuroscience, published online 9 September 2009 présenté par Alexandra Weber & Fabian Roger

2 Synapse: Zone de communication entre cellules nerveuses Signalosome: Ensemble des protéines (Protéome) post-synaptiques impliquées dans la signalisation Récepteurs AMPA/NMDA: Canaux ioniques post-synaptiques impliqués dans la signalisation cellulaire et activés par le Glutamate Étude évolutive basée sur la protéomique comparative région post-synaptique région pré-synaptique Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrésAnalyse modifié daprès Sophie L. Rovner chemical and engineering news, 2007

3 Comparaison du signalosome des vertébrés avec 1) Organismes eucaryotes unicellulaires et métazoaires sans système nerveux Définir la protosynapse 2) Métazoaires non-bilatériens avec système nerveux Définir lursynapse 3) Métazoaires protostomiens Trouver les caractéristiques propres aux synapses des vertébrés. Approches des auteurs Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrésAnalyse modifié daprès Ryan and Grant, Nat. Rev. Neuro., 2009

4 Composants protosynaptiques Recherche dorthologues du signalosome de Mus musculus (souris) dans les génomes de : Saccharomyces cerevisiae (levure) ¼ des gènes post-synaptiques sont présents chez la levure 15 % sont impliqués dans la signalisation protéines protosynaptiques de lancêtre commun des eucaryotes Monosiga brevicollis (choanoflagellé) Composants postsynaptiques présents chez M. musculus apparus chez les choanoflagellés Amphimedon queenslandica (éponge) Composants impliqués dans la plasticité synaptique présents chez M. musculus retrouvés chez A. queenslandica. Protéines clés pour le fonctionnement des synapses présentes chez lancêtre commun des métazoaires. Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrésAnalyse

5 Ursynapse Recherche dorthologues du signalosome de Mus musculus (souris) dans les génomes de Nematostella vectensis (cnidaire) Identification des composants de la synapse de lancêtre commun des eumétazoaires (ursynapse) Apparition des récepteurs ionotropes glutamatergiques postsynaptiques NMDA et AMPA. Récepteurs clés dans la transmission de linformation Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrésAnalyse

6 comparaison protostomiens - deutérostomiens Identifier les composants de la synapse de lancêtre commun des bilatériens Synapse complexe possédant de nombreux récepteurs de neurotransmetteurs présents actuellement dans les synapses des deux clades Identifier les caractéristiques propres à chaque clade Signalosome des protostomiens principalement dorigine évolutive ancestrale (71% des composants du signalosome de Drosophila melanogaster ont des orthologues chez S. cerevisiae) Signalosome des deutérostomiens principalement dorigine évolutive plus récente (21% des composants du signalosome de Mus musculus ont des orthologues chez S. cerevisiae) Signalosome plus complexe et plus diversifié chez les deutérostomiens Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrésAnalyse

7 Synthèse: évolution des composants post-synaptiques Protéines du signalosome post-synaptique des deutérostomiens présentes chez les clades plus ancestraux Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrésAnalyse modifié daprès Ryan and Grant, Nat. Rev. Neuro., 2009

8 Caractéristiques de la synapse des vertébrés exemple de la sous-unité NR2 du récepteur NMDA Subfonctionnalisation des protéines dupliquées Augmentation et complexification des interactions entre les protéines du signalosome évolution du récepteur NMDA Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrésAnalyse modifié daprès Ryan and Grant, Nat. Rev. Neuro., 2009

9 Diversité synaptique au sein des vertébrés plasticité synaptique: Capacité des synapses de réguler lintensité du signal transmis Rôle crucial pour les capacités cognitives exemple: Changement de la densité de récepteurs post-synaptiques régulé par un changement de lexpression des gènes Parallèle entre la variabilité de lexpression des gènes post-synaptiques et leur origine au cours de lévolution Les gènes avec une grande variabilité dexpression sont généralement dorigine évolutive plus récente Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrésAnalyse modifié daprès Ryan and Grant, Nat. Rev. Neuro., 2009

10 Évolution des synapses chez lHomme Mécanismes: Observation de sélection positive (évolution accélérée) pour des synapses à plasticité synaptique élevée Augmentation de la complexité du réseau neuronal du cerveau humain, notamment le néocortex Augmentation des capacités cognitives propres à lHomme réponses environnementales selon différents types de synapses Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrésAnalyse modifié daprès Emes et al., Nat. Neuro., 2008

11 Analyse Revue très complète, focalisée sur lévolution de la synapse humaine analyse de la branche Fungi / Métazoaires Résultats basés sur lanalyse dorganismes modèles généralisations discutables Utilisation de termes taxonomiques non cohérente Mus musculus Drosophila melanogaster Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrésAnalyse basé sur cours de E. Deniel, 2009

12 Références Tomás J. Ryan and Seth G. N. Grant; The origin and evolution of synapses. Nature Reviews Neuroscience, published online 9 september 2009 Emes, R. D. et al. Evolutionary expansion and anatomical specialization of synapse proteome complexity. Nature Neurosci. 11, 799–806 (2008). Kosik, K. S. Exploring the early origins of the synapse by comparative genomics. Biol. Lett (2008). Xia, S. et al. NMDA receptors mediate olfactory learning and memory in Drosophila. Curr. Biol. 15, 603–615 (2005).


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