Le récepteur 5-ht6 de la sérotonine : caractérisation de son expression et de ses rôles neurodéveloppementaux

The serotonin 5-ht6 receptor : characterization of its expression and neurodevelopmental roles

• Auteur / Autrice : Vincent Dupuy
• Direction : Séverine Chaumont-Dubel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 02/07/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Génomique Fonctionnelle (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Christine Métin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Séverine Chaumont-Dubel, Christine Métin, Justine Masson, Philippe De Deurwaerdere, Susanne Schmidt, Philippe Marin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Justine Masson, Philippe De Deurwaerdere

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasticité neuronale

Autisme

Troubles du spectre de l'autisme

Récepteurs de la sérotonine

Mots clés libres

Neurodeveloppement

Voies de signalisations

Morphologie neuronale

Comportement

Récepteur 5-HT6

Cil primaire

Neurodevelopment

Signaling pathways

Neuronal morphology

Behaviour

5-HT6 receptor

Primary cilium

Résumé

La mise en place des circuits neuronaux est un processus complexe et finement régulé. Lorsque ce processus est altéré, des pathologies neurodéveloppementales telles que la schizophrénie ou les troubles du spectre de l’autisme apparaissent, dont la prise en charge thérapeutique est à ce jour insuffisante. Le récepteur 5-HT6 de la sérotonine est une cible thérapeutique intéressante pour le traitement des déficits cognitifs associés à ces pathologies. Cependant les mécanismes qui sous-tendent son rôle dans le neurodéveloppement ne sont pas complètement élucidés. En effet, l’étude des fonctions du récepteur 5-HT6 in vivo est à ce jour compliquée, car sa localisation exacte dans le système nerveux central est encore mal connue. Cette méconnaissance résulte de l’absence d’anticorps spécifiques permettant de réaliser des études d’immunomarquage in vivo. Mon travail de thèse a permis de contourner ce problème et de réaliser une cartographie complète de l’expression du récepteur 5-HT6 au cours du développement, grâce à l’utilisation d’un modèle murin de souris knock-in exprimant le récepteur 5-HT6 portant une étiquette fluorescente (GFP). Cette étude a permis de mettre en évidence non seulement les structures mais également les types cellulaires qui expriment le récepteur. J’ai ainsi pu déterminer que le récepteur est exprimé très tôt dans le développement, et que son expression persiste à l’âge adulte. On le retrouve aussi bien dans les neurones de projection que dans les astrocytes, où il est localisé de façon prépondérante dans le cil primaire, un organite impliqué dans divers phénomènes développementaux incluant la migration neuronale. Des animaux knock-out qui n’expriment plus le récepteur 5-HT6 présentent des cils raccourcis, indiquant un rôle du récepteur dans les fonctions ciliaires. De façon intéressante, j’ai pu montrer que cette localisation subcellulaire, conforme à ce qui a été décrit dans la littérature, est fortement modifiée pendant les 10 premiers jours post-nataux, où le récepteur se trouve majoritairement relocalisé dans le compartiment somato-dendritique. Cette relocalisation du récepteur au niveau du soma semble essentielle à son interaction avec certains de ses partenaires, comme GPRIN1. In vitro, le complexe formé par GPRIN1 et le récepteur promeut la complexification de l’arborisation dendritique. Mon travail a permis de mettre en évidence in vivo l’interaction entre GPRIN1 et le récepteur 5-HT6 au niveau de la membrane du soma des neurones, dans des tranches de cerveau de souris au stade post-natal. Enfin, j’ai démontré que l’inhibition pharmacologique de l’activité constitutive du récepteur par des composés agonistes inverses durant la période post-natale induit des déficits comportementaux de sociabilité mesurés à l’adolescence. Cela suggère un rôle critique de l’activité constitutive du récepteur spécifiquement pendant les premiers jours du neurodéveloppement postnatal, lorsqu’il est localisé dans le compartiment somato-dendritique. Ainsi, mon travail de thèse a permis de caractériser précisément la localisation du récepteur au cours du développement, du stade embryonnaire à l’adulte. Une découverte majeure de mon travail est la relocalisation dynamique du récepteur du cil vers le compartiment somato-dendritique au cours de la période post-natale et le fait que l’inhibition de l’activité constitutive du récepteur durant cette période induit une altération du comportement social. Cette observation originale pourrait expliquer le rôle clé joué par le récepteur à cette période critique du développement neuronal. Cette étude forme une base solide pour de futures recherches sur les fonctions du récepteur 5-HT6 au cours du développement et chez l’adulte et confirme son intérêt comme cible thérapeutique dans le cadre des pathologies neurodéveloppementales.

The establishment of neural circuits is a complex and finely regulated process. When this process is altered, neurodevelopmental pathologies such as schizophrenia or autism spectrum disorders can appear, for which treatment is insufficient to date. The serotonin 5-HT6 receptor is an interesting therapeutic target for the treatment of cognitive deficits associated with these pathologies. However, the mechanisms underlying its role in neurodevelopment are not fully understood. Indeed, the study of the functions of the 5-HT6 receptor in vivo is complicated so far, because its exact location in the central nervous system is still poorly known. This lack of knowledge results from the absence of specific antibodies allowing to perform immunostaining studies in vivo. My work allowed to overcome this problem and to carry out a complete mapping of the expression of the 5-HT6 receptor during development, thanks to the use of a knock-in mouse model expressing the 5-HT6 receptor tagged with a fluorescent label (GFP). This study made it possible to identify not only the structures but also the cell types which express the receptor. I was able to determine that the receptor is expressed very early in development, and that its expression persists into adulthood. It is found in projection neurons as well as in astrocytes, where it is predominantly located in the primary cilium, an organelle involved in various developmental phenomena including neuronal migration. Knock-out animals that no longer express the 5-HT6 receptor exhibit shortened cilia, indicating a role of the receptor in ciliary functions. Interestingly, I was able to show that this subcellular localization is strongly modified during the first 10 postnatal days, where the receptor is mainly relocated in the somatodendritic compartment. This relocation of the receptor to the soma seems essential for its interaction with some of its partners, such as GPRIN1. In vitro, the complex formed by GPRIN1 and the receptor promotes the complexification of dendritic arborization. My work demonstrated in vivo the interaction between GPRIN1 and the 5-HT6 receptor at the level of the somatic membrane of neurons, in postnatal mice brain slices. Eventually, I demonstrated that the pharmacological inhibition of the constitutive activity of the receptor by inverse agonist compounds during the postnatal period induces behavioral sociability deficits measured in adolescence. This suggests a critical role of the constitutive activity of the receptor specifically during the first days of postnatal neurodevelopment, when it is localized in the somatodendritic compartment. Thus, my thesis work made it possible to precisely characterize the location of the receptor during development, from the embryonic stage to the adulthood. A major discovery of my work is the dynamic relocation of the receptor from the cilium to the somatodendritic compartment during the postnatal period and the fact that the inhibition of the constitutive activity of the receptor during this period induces an alteration in social behaviour. This original observation could explain the key role played by the receptor at this critical period of neuronal development. This study forms a solid basis for future research on the functions of the 5-HT6 receptor during development and in adults and confirms its interest as a therapeutic target in the context of neurodevelopmental pathologies.