Rôle de la Cadhérine-13 dans le développement des synapses des cellules de Golgi

Role of Cadherin-13 in development of Golgi cell synapses

• Auteur / Autrice : Alyssa Pereira
• Direction : Jean-Raymond Fabrice Ango
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 22/04/2022
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Julie Perroy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Raymond Fabrice Ango, Julie Perroy, Fekrije Selimi, Ludovic Telley
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Fekrije Selimi, Ludovic Telley

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interneurones

Cervelet

Cadhérines

Mots clés libres

Molécule d'adhésion

Interneurone inhibiteur

Cervelet

Synaptogénèse

Synaptogenesis

Inhibitory interneuron

Cerebellum

Cell adhesion Molecule

Résumé

Différentes études ont montré que des altérations du gène codant pour la Cadhérine-13 (CDH13) sont impliquées dans de nombreux troubles neurologiques (autisme (TSA), troubles de déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité, déficiences intellectuelles, maladies psychiatriques). La CDH13 est un membre atypique de la superfamille des cadhérines, car elle est dépourvue de domaine transmembranaire et intracellulaire et, contrairement aux autres cadhérines, elle est fixée à la membrane par une ancre glycosylphosphatidylinositol (GPI). Il a été démontré que la CDH13 joue un rôle dans le guidage et la croissance des axones ainsi que dans la régulation de l'apoptose au cours du développement cérébral. Les souris KO de la CDH13 montrent une augmentation des courants synaptiques inhibiteurs ainsi que des déficits d'apprentissage et de mémoire. Dans le cervelet, la CDH13 est exprimée uniquement dans un sous type de neurones : les cellules de Golgi. La délétion de la CDH13 spécifiquement dans les cellules de Golgi entraine des déficits comportementaux rappelant les TSA chez les souris. Nous avons donc cherché à déterminer les mécanismes moléculaires et cellulaires de la CDH13 dans le développement du cervelet et plus particulièrement dans la mise en place des synapses des cellules de Golgi. En utilisant des souris mutantes constitutives ou conditionnelles pour la CDH13 et différentes approches de biologie cellulaire, de biochimie et d’immunohistochimie in vitro et in vivo, nous avons caractérisé les mécanismes d’action de la CDH13 dans la synaptogénèse des cellules de Golgi. Nous avons montré que la CDH13 est localisée à la présynapse inhibitrice des cellules d e Golgi au sein des glomérules et que la suppression de son expression entraine une diminution de la densité des marqueurs synaptiques dans les glomérules. La CDH13 est donc nécessaire pour un développement normal de la synapse glomérulaire et est impliquée dans la mise en place du circuit cérébelleux. Nous avons identifié que le partenaire trans-synaptique de la CDH13 était la protéine Neuroligine-2 (NLG2), un élément crucial pour la différenciation postsynaptique des synapses inhibitrices. Enfin, nous avons montré que l’expression de la CDH13 était suffisante pour induire la différenciation synaptique via son interaction avec NLG2. Nos résultats démontrent ainsi le rôle clé de la CDH13 dans la synaptogénèse du glomérule au niveau du cervelet et identifient un nouvel acteur moléculaire présynaptique dans la mise en place d es synapses inhibitrices.

Various studies have shown that alterations in the gene coding for Cadherin-13 (CDH13) are involved in many neurological disorders (autism (ASD), attention deficit disorders with or without hyperactivity, intellectual disabilities, psychiatric diseases). CDH13 is an atypical member of the cadherin superfamily. It lacks a transmembrane and intracellular domain and, unlike other cadherins, is attached to the membrane by a glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchor. CDH13 plays several roles in axon guidance and growth and in the regulation of apoptosis during brain development. In the CDH13 KO mice, an increase in inhibitory synaptic currents and deficits in learning and memory were observed. In the cerebellum, CDH13 expression is restricted to the inhibitory Golgi cells. Deletion of CDH13 specifically in Golgi cells leads to ASD-like behavioral deficits in mice. Therefore, we sought to determine the molecular and cellular mechanisms of CDH13 in the formation of Golgi cell synapses during cerebellar development. Using constitutive or conditional mutant mice for CDH13, together with cell biology, biochemistry and immunohistochemistry approaches, both in vitro and in vivo, we characterized the mechanisms of action of CDH13 in Golgi cell synaptogenesis. We show that CDH13 is localized at the presynaptic sites of Golgi cells within glomeruli. In CDH13 knock-out mice, we observe a decrease in the density of synaptic markers at the pre and postsynaptic sites in glomeruli, demonstrating that CDH13 is required for normal glomerular synapse formation during cerebellar circuit development. In addition, we show that CDH13 trans-synaptically interacts with NLG2A, a splicing isoform of NLG2 that is crucial for the postsynaptic differentiation of inhibitory synapses. Finally, we demonstrate that CDH13 expression is sufficient to induce synaptic differentiation via its interaction with NLG2. Altogether, our results identify a new presynaptic molecular pl ayer in the establishment of inhibitory synapses and characterize the cellular and molecular mechanisms of glomerular synapse formation in the cerebellum.