Etude du rôle du Syndécan à la jonction neuromusculaire de Caenorhabditis elegans

Study of the role of Syndecan at the neuromuscular junction of Caenorhabditis elegans

• Auteur / Autrice : Camille Vachon
• Direction : Jean-Louis Bessereau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et neurobiologie
• Date : Soutenance le 01/10/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d’inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut NeuroMyoGène (Lyon ; 2016-2021)
• Jury : Président / Présidente : Kathrin Gieseler
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Louis Bessereau, Claire Ridard Bénard, Fekrije Selimi, Romain Vivès
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Claire Ridard Bénard, Fekrije Selimi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Caenorhabditis elegans

Synapses

Récepteurs cholinergiques

Plaque motrice

Mots clés libres

HSPG

Jonction neuromusculaire

Récepteurs cholinergiques

Sous-unité alpha-7

ACR-16

Syndécan

C. elegans

Synapses

HSPG

C. elegans,neuromuscular junction

Cholinergic receptors

Alpha-7 subunit

ACR-16

Syndecan

C. elegans

Synapses

Résumé

L'organisation spatiale des composants de la synapse neurochimique conditionne l'efficacité du transfert d'information. En particulier, la localisation des récepteurs à proximité des sites de libération des neurotransmetteurs est un facteur déterminant de la réponse postsynaptique. Cette distribution dépend le plus souvent d'échafaudages protéiques cytoplasmiques qui ancrent les récepteurs à la synapse. Néanmoins, les protéines de la matrice extracellulaire (MEC) participent également de façon active à l'organisation de la synapse. Chez C. elegans, MADD-4 (ou Ce-punctin) est une protéine de la MEC sécrétée par les monotoneurones qui joue le rôle d'organisateur des jonctions neuromusculaires et contrôle l'identité excitatrice cholinergique ou inhibitrice GABAergique des domaines postsynaptiques. Au cours de ma thèse, j'ai montré que MADD-4 contrôle la localisation synaptique du syndécan, une protéine de la MEC appartenant à la famille des héparanes sulfate protéoglycans (HSPG). Les HSPG sont impliqués dans la migration cellulaire et axonale dans le système nerveux central des mammifères. Ils sont également présents aux synapses, mais leurs rôles sont mal caractérisés. Je me suis intéressée au rôle du syndecan dans le contrôle de la localisation des récepteurs de l'acétylcholine et du GABA aux jonctions neuromusculaires. Le syndecan (sdn-1) est une protéine transmembranaire de type I qui se compose d’un domaine extracellulaire portant des chaines de glycosaminoglycans, et d’un domaine intracellulaire dont les derniers acides aminés (EFYA) permettent la liaison aux protéines contenant un domaine PDZ. En absence de syndecan des défauts de guidage axonale ont été constatés lors de précédentes études. J’ai montré que le syndecan est enrichi aux jonctions neuromusculaires de C. elegans et se localise aux deux types de synapses. L’insertion d’une étiquette DEGRON a permis de dégrader de façon tissu-spécifique la protéine de syndecan, démontrant que sa présence à la synapse dépend majoritairement du tissu musculaire. J’ai également étudié les domaines de SDN-1 nécessaires à sa localisation synaptique. Le domaine extracellulaire s’avère nécessaire, en revanche les chaines de glycosaminoglycan ne semblent pas requises pour sa localisation à la synapse. De plus, la présence de MADD-4 apparait essentielle au recrutement de SDN-1 aux synapses. L’absence de syndecan entraine une diminution de la quantité de récepteurs aux synapses dont la plus drastique a été observée pour les récepteurs cholinergiques composés par la sous-unité ACR-16, sensibles à la nicotine. Le domaine de liaison aux domaines PDZ du syndecan est essentiel à la localisation de ces récepteurs. Cette étude positionne le syndecan comme un acteur majeur de la localisation synaptique des récepteurs cholinergiques sensibles à la nicotine, chez C. elegans. Ces résultats permettent de formuler de nouvelles hypothèses sur la fonction des syndécans dans le SNC des vertébrés

The spatial organization of the neurochemical synapse components conditions the efficiency of information transfer. In particular, the location of receptors close to neurotransmitter release sites is a determining factor in the postsynaptic response. This distribution most often depends on cytoplasmic protein scaffolding that anchors the receptors to the synapse. Nevertheless, extracellular matrix proteins (ECM) are also actively involved in the organization of the synapse. In C. elegans, MADD-4 (or Ce-punctin) is a ECM protein secreted by monotoneurons that acts as an organizer of neuromuscular junctions and controls the cholinergic excitatory or GABAergic inhibitory identity of the postsynaptic domains. During my thesis, I showed that MADD-4 controls the synaptic localization of syndecan, a MEC protein belonging to the heparan sulfate proteoglycan (HSPG) family. HSPGs are involved in cell and axonal migration in the mammalian central nervous system. They are also present at synapses, but their roles are poorly characterized. I have been interested in the role of syndecan in controlling the localization of acetylcholine and GABA receptors at neuromuscular junctions. Syndecan (sdn-1) is a type I transmembrane protein consisting of an extracellular domain bearing glycosaminoglycan chains, and an intracellular domain whose last amino acids (EFYA) allow binding to proteins containing a PDZ domain. In the absence of syndecan, axonal guidance defects have been observed in previous studies. I have shown that the syndecan is enriched at the neuromuscular junctions of C. elegans and is localized at both types of synapses. Insertion of a DEGRON label allowed tissue-specific degradation of the syndecan protein, demonstrating that its presence at the synapse is largely dependent on muscle tissue. I also studied the domains of SDN-1 necessary for its synaptic localization. The extracellular domain is necessary, but glycosaminoglycan chains do not seem to be required for its localization at the synapse. In addition, the presence of MADD-4 appears to be essential for the recruitment of SDN-1 at synapses. The absence of syndecan leads to a decrease in the quantity of receptors at synapses, the most drastic of which was observed for cholinergic receptors composed by the ACR-16 subunit, which are sensitive to nicotine. The PDZ binding domain of syndecan is essential for the localization of these receptors. This study positions syndecan as a major player in the synaptic localization of nicotine-sensitive cholinergic receptors in C. elegans. These results allow new hypotheses on the function of syndecans in the CNS of vertebrates