The origin and evolution of synapses

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

2 Étude évolutive basée sur la protéomique comparative
Introduction région pré-synaptique 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 région post-synaptique modifié d’après Sophie L. Rovner chemical and engineering news, 2007 Étude évolutive basée sur la protéomique comparative Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrés Analyse

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

4 Composants protosynaptiques
Recherche d’orthologues 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 l’ancêtre 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 l’ancêtre commun des métazoaires. Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrés Analyse

5 Synapses des vertébrés
Ursynapse Recherche d’orthologues du signalosome de Mus musculus (souris) dans les génomes de Nematostella vectensis (cnidaire)  Identification des composants de la synapse de l’ancêtre commun des eumétazoaires (ursynapse) Apparition des récepteurs ionotropes glutamatergiques postsynaptiques NMDA et AMPA. Récepteurs clés dans la transmission de l’information Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrés Analyse

6 comparaison protostomiens - deutérostomiens
Identifier les composants de la synapse de l’ancêtre 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 d’origine évolutive ancestrale (71% des composants du signalosome de Drosophila melanogaster ont des orthologues chez S. cerevisiae) Signalosome des deutérostomiens principalement d’origine 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 vertébrés Analyse

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

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

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

10 Évolution des synapses chez l’Homme
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 l’Homme réponses environnementales selon différents types de synapses modifié d’après Emes et al., Nat. Neuro., 2008 Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrés Analyse

11 Synapses des vertébrés
Analyse Revue très complète, focalisée sur l’évolution de la synapse humaine  analyse de la branche Fungi / Métazoaires Résultats basés sur l’analyse d’organismes modèles  généralisations discutables Utilisation de termes taxonomiques non cohérente basé sur cours de E. Deniel, 2009 Mus musculus Drosophila melanogaster Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrés Analyse

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).