Régulation de la libération d'ocytocine et de vasopressine par les canaux endolysosomaux two-pore channels

New regulators in oxytocin and vasopressin release : role of the endolysosomal two-pore channels

• Auteur / Autrice : Lora Martucci
• Direction : Sabine De La Porte, José-Manuel Cancela
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie, physiopathologie
• Date : Soutenance le 09/07/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Handicap neuromusculaire : physiopathologie, biothérapie et pharmacologie appliquées (Versailles ; 2015-....) - Institut des neurosciences Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté de pharmacie (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Mohammed Taouis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandip Patel, Françoise Muscatelli, Régis Bobe, Freddy Jeanneteau, Thibault Collin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandip Patel, Françoise Muscatelli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sécrétion

Lysosomes

Hypothalamus

Calcium

Mots clés libres

Calcium

TPC

Hypothalamus

Comportement social

CD38

NAADP

Calcium

TPC

Hypothalamus

Social behaviour

CD38

NAADP

Résumé

L’ocytocine et la vasopressine sont produites et libérées par l’hypothalamus. Chez l’homme et les animaux, ces neurohormones sont d’importants régulateurs comportementaux et, par conséquent, leurs effets sont actuellement largement étudiés dans les maladies neuropsychiatriques pour lesquelles un déficit en ocytocine aggrave le phénotype. Malgré leur importance, les mécanismes régulant la libération d’ocytocine et de vasopressine restent aujourd’hui mal connus. L’enzyme CD38 dont des mutations sont retrouvé dans des formes familiales d’autisme, est un acteur important de la sécrétion d’ocytocine. Cette enzyme, en recrutant le Ca²⁺ du réticulum endoplasmique permet l’exocytose Ca²⁺-dépendante de l’ocytocine. Au cours de ma thèse, j’ai exploré si les souris CD38-/- reproduisent un phénotype autistique et j’ai démontré qu’en plus des défauts d’ocytocine, ces souris présentent des comportements altérés, une macrocéphalie, une excitation corticale plus élevée, et une plasticité altérée dans le cortex préfrontal, l’une des principales structures impliquées dans les comportements sociaux. Ces résultats ont renforcé l’utilisation des souris CD38-/- comme modèle d’étude pour l’autisme. J’ai ensuite exploré les mécanismes par lesquels CD38 contrôle la sécrétion l’ocytocine et de vasopressine. En plus du réticulum, CD38 mobilise le Ca²⁺ à partir des lysosomes en via le canal calcique « two-pore channel » (TPC). J’ai alors démontré que le Ca²⁺ lysosomal était essentiel pour la libération d’ocytocine et de vasopressine hypothalamique mais également dans la réponse Ca²⁺ évoquée par des agonistes dans les neurones hypothalamiques ainsi que dans la plasticité neuronale du cortex préfrontal. Enfin, j’ai proposé un nouveau modèle dans lequel les TPCs sont impliqués dans l’amorçage des vésicules d’ocytocine et de vasopressine à la membrane, un processus physiologique essentiel à la libération de neuropeptide et appelé « priming ». En bref, ces résultats démontrent le rôle crucial des réserves Ca²⁺ endolysosomales qui ont été ignorées jusqu’à présent dans la neurosécrétion et ouvrent la voie à de futures investigations des mécanismes hypothalamique.

Oxytocin and vasopressin are produced and released from the hypothalamus. In human and animals, these neurohormones are important behavioural regulators and therefore, their effects are extensively studied in neuropsychiatric diseases in which a deficit in oxytocin worsen the phenotype. Despite their importance, little is known about the regulation of oxytocin and vasopressin release. The enzyme CD38 has been identified as an important actor of oxytocin secretion and CD38 genetic mutations have been linked to autism. This enzyme, by recruiting the endoplasmic reticulum Ca²⁺ store, evokes the Ca²⁺-dependent exocytosis of oxytocin. During my thesis, I explored if CD38-/- mice reproduce the autistic phenotype and, in a first publication, I demonstrated that in addition to oxytocin defects, these mice exhibit altered behaviours, macrocephaly, higher cortical excitation, and altered plasticity in the prefrontal cortex, one of the main structures involved in social behaviours. These results strengthened the CD38-/- mouse as a mouse model for autism. I then further explored the mechanisms by which CD38 controls oxytocin and vasopressin secretion. In addition to the endoplasmic reticulum, CD38 mobilizes Ca²⁺ from lysosomes by recruiting the lysosomal two-pore channels (TPC). In a second publication, I showed that lysosomal Ca²⁺ is essential in both oxytocin and vasopressin hypothalamic release. Using TPC-/- mice, I also demonstrated that this lysosomal channel is involved in agonist-evoked Ca²⁺ signalling in hypothalamic neurons and the neuronal plasticity of the prefrontal cortex. Finally, I proposed a new model in which TPCs are involved in the priming of oxytocin and vasopressin vesicles into readily releasable vesicles, a physiological process essential in neuropeptide release. Altogether, these results demonstrate the crucial role of the endolysosomal Ca²⁺ stores that were ignored until now in neurosecretory functions and paved the way for future investigations in the hypothalamic machinery.