Marianne Simon Un trafic de récepteurs post-synaptiques support d’une forme d’apprentissage associatif. S. Rumpel, J. Ledoux, A. Zador, R. Malinow

Introduction

Problématique LTP: transformation d’un changement bref des patrons d’activité électrique en modifications de l’efficacité synaptique Cette augmentation d’efficacité semble liée à une incorporation de récepteurs GluR1 dans la synapse (études précédentes). GluR1= une des sous unité du récepteur AMPA Peut former des récepteurs fonctionnels en homoquadrimères. Quel est le rôle du trafic des récepteurs GluR1 vers les synapses thalamus – amygdale dans le phénomène de peurs associatives conditionnés?

Amygdale et mémoire émotionnelle Structure spécialisée dans le décodage des émotions et stimuli dangereux pour l’organisme Information sensorielle depuis thalamus sensoriel (auditif…) ou cortex sensoriels Siège d’une LTP Les connexions afférentes de l’amygdale Hippocampe: stockage et remémoration souvenirs explicites => souvenir déclanche émotion particulière Cortex préfrontal: impliqué dans décision de comportement permettant de se soustraire au danger Lésions et traitements pharmacologiques: rôle de l’amygdale dans l’acquisition et le stockage des peurs mémorisées.

Structure cérébrale étudiée Modèle d’étude Structure cérébrale étudiée Les différents noyaux de l’amygdale Synapses avec les neurones du thalamus auditif (voie rapide) Deux voies de traitement d’un stimulus conduisant à la peur Etude des premières synapses de l’amygdale recevant un stimulus Tranche d’amygdale présentant les localisations des électrodes de stimulation et d’enregistrement Étude du courant post-synaptique issu des récepteurs AMPA (synapse glutamatergique), après stimulation des fibres provenant du thalamus auditif.

Type de mémorisation étudié Modèle d’étude Type de mémorisation étudié Test de la mémoire émotionnelle associative induite par un protocole de peur conditionnée. Protocole de peur conditionnée: shbam shbam Test de mémoire à court terme (3h) ou long terme (24h) Conditionnement Mémoire associée à la peur conditionnée = mémoire à long terme

Expériences et résultats

Méthode Expression de récepteurs recombinants dans les cellules de l’amygdale latérale Expression contrôlée dans l’espace et le temps. Vecteur = virus herpes simplex non réplicatif, injecté dans l’amygdale latérale. Protéine recombinante par lesquelles les cellules sont transfectées Enregistrement (current clamp) dans un neurone infecté ou non infecté pendant des injections de courants de différentes intensités Expression de la GFP dans l’amygdale latérale transmission épifluorescence Section coronale de l’hémisphère droit, incluant l’amygdale L’infection n’altère pas les propriétés électrophysiologiques de base des neurones.

Le vecteur « marqueur de plasticité » Méthode Méthode Le vecteur « marqueur de plasticité » Le vecteur « marqueur de plasticité » Code un récepteur AMPA homomérique : sous-unité GluR1 uniquement. Entraîne une plus grande rectification que les récepteurs endogènes => les synapses incorporant le récepteur recombinant présentent une rectification accrue. => Marqueur de l’incorporation des récepteurs. Mesure de la rectification dans des neurones infectés ou non, chez des rats naïfs Mesures sur des tranches de cerveau, 36h après l’infection in vivo. Pas d’incorporation de récepteurs GluR1 dans les synapses thalamus-amygdale des rats naïfs

Le vecteur « bloqueur de plasticité » Méthode Le vecteur « bloqueur de plasticité » Mesures de l’amplitude de courants post-synaptiques provoqués par AMPA dans des cellules transfectées ou non. P < 0,001 Evolution de l’amplitude des courants post-synaptiques AMPA après une induction de la LTP Tranches de cerveau préparées 14 à 20h après l’injection Si incorporation de R endogène pdt expression du R recombinant, amplitude courants synaptiques eut été plus basse dans cellules infectées + contrôle: que GFP Ce vecteur: Ne modifie pas l’amplitude de la transmission AMPA chez des rats naïfs Empêche la LTP

L’apprentissage entraîne un trafic des récepteurs GluR1 Méthode: Test de mémoire sur les rats Mesures de rectification sur des tranches de cerveau Ce conditionnement stimule fortement l’incorporation du récepteur GluR1 dans les synapses « thalamus auditif – amygdale latérale »

Le trafic de récepteurs, un élément de la LTP Le trafic de récepteurs concerne-t-il toutes les synapses d’un neurone stimulé? Méthode: Stimulation de deux réseaux de fibres thalamiques individuelles => activation de synapses différentes. Mesure des rectifications des courants venant de chacune de ces deux voies dans une cellule. Pas de corrélation entre les indices de rectification de deux voies thalamiques dans une même cellule. De plus, 7 sur 10 neurones présentant une plasticité ont une rectification accrue dans une seule des 2 voies. Le trafic de récepteurs induit par le conditionnement ne concerne pas toute une cellule mais est spécifique de certaines synapses stimulées Comme la LTP

Le trafic de récepteurs, un élément de la LTP L’incorporation des récepteurs AMPA est nécessaire à l’apprentissage Méthode: Injection du vecteur « bloqueur de plasticité » pour empêcher le trafic des récepteurs, ou de la GFP comme témoin (expérience en double aveugle). Conditionnement, test comportemental. Pas de lésion de l’amygdale, de problème au niveau de la transmission synaptique L’incorporation de récepteurs AMPA dans des neurones de l’amygdale latérale est indispensable à la formation d’une mémoire associative

Estimation du nombre minimal de neurones de l’amygdale présentant cette plasticité pour permettre la mémorisation Méthode: Test comportemental de chaque animal infecté par le vecteur « bloqueur de plasticité » Réalisation d’une série de tranches de cerveau (=> étude en 3D) Dans chaque tranche, mesure de la surface exprimant la GFP => calcul de la fraction d’amygdale infectée pour chaque animal Plusieurs tranches marquées avec un anticorps anti-NeuN => visualisation des neurones infectés ou non => mesure de la fraction de neurones exprimant la GFP dans une surface infectée: κ Fraction de neurones infectés dans les 2 amygdales latérales d’un animal = κ x fraction d’amygdale infectée Microscopie confocale sur l’amygdale latérale Vert: GFP Rouge: NeuN Epifluorescence, amygdales latérales des 2 hémisphères, séries de coupes

Estimation du nombre minimal de neurones de l’amygdale présentant cette plasticité pour permettre la mémorisation Pourcentage de neurones infectés selon le type d’injection Test comportemental sur des rats ayant subi les deux types d’injection Même pourcentage de neurones infectés par la GFP seule ou le vecteur « bloqueur de plasticité » => Différence de mémorisation observée non due directement au niveau d’infection, mais bien au niveau d’expression du « bloqueur de plasticité » Un blocage du trafic de récepteurs dans moins de 10% des neurones n’altère pas la mémorisation. Un blocage dans 25% au moins des neurones des amygdales latérales altère la mémorisation.

Conclusion

Études complémentaires Bilan Conditionnement par la peur => incorporation du récepteur GluR1 dans les synapses des neurones des amygdales latérales. Plasticité synapse spécifique => un même neurone peut participer à plusieurs mémorisations. Plasticité indispensable à la LTP Études complémentaires Souris GluR1 KO => diminution de la réponse à un protocole de « peur associative » conditionnée Souris dont GluR1 est muté sur ses sites de phosphorylation => plus d’incorporation dans la synapse => déficit de réponse à ce même conditionnement Relire LTP via NMDA Sans doute au niveau relocalisation et non Tc bien que je ne sache pas quel promoteur est utilisé dans vecteur « marqueur de plasticité » Questions en suspens Quel mécanisme permet l’incorporation des récepteurs AMPA dans les synapses? (quel promoteur pour le vecteur « marqueur de plasticité?)

Sources Publications: Postsynaptic Receptor Trafficking Underlying a Form of Associative Learning, S. Rumpel, J. LeDoux, A. Zador, R. Malinow, Science (2005) Sites internet: Wikipedia Le cerveau à tous les niveaux  http://lecerveau.mcgill.ca/flash/index_i.html