Analyse structure/fonction de la plasticité synaptique à long terme à l'échelle nanométrique

Structure/function analysis of long-term synaptic plasticity at the nanoscale

• Auteur / Autrice : Vasika Venugopal
• Direction : Mathieu Letellier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 15/10/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Interdisciplinaire de Neurosciences
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Molécules d'Adhérence Cellulaires dans l'Assemblage Synaptique

Mots clés

Mots clés libres

Plasticité synaptique

Marquage synaptique

Nanoarchitecture synaptique

Patch-clamp recordings

3D multicolor live imaging

Expansion microscopy

Synaptic plasticity

Synaptic tagging

Synaptic nanoarchitecture

Patch-clamp recordings

3D multicolor live imaging

Expansion microscopy

Résumé

La capacité du cerveau à adapter en permanence son organisation à des stimuli en constante évolution est appelée 'plasticité' et constitue une caractéristique majeure de l'apprentissage et de la mémoire chez l'adulte, mais aussi de l'assemblage des circuits neuronaux au cours des périodes critiques du développement. Les connexions qui véhiculent des informations importantes et qui sont les plus actives se renforcent et se stabilisent, tandis que les moins actives s'affaiblissent et sont éliminées. Bien que notre compréhension des mécanismes soutenant la plasticité synaptique, y compris la potentialisation et la dépression à long terme (LTD), se soit considérablement améliorée ces dernières années, de nombreuses questions fondamentales restent en suspens : Comment les neurones décident-ils de maintenir et de stabiliser les connexions importantes (pour le stockage et le traitement d'informations) et d'affaiblir ou d'éliminer celles qui le sont moins ? Quels sont les rôles respectifs des partenaires pré ou postsynaptiques dans ces processus de plasticité? Dans les circuits immatures et matures, les changements à long terme dans la fonction et la structure des synapses impliquent des signalisations qui régulent le trafic des protéines synaptiques, y compris les molécules d'adhérence cellulaire (CAM), les protéines d'échafaudage, les récepteurs et les protéines liées au cytosquelette. Cependant, les mécanismes par lesquels l'activité neuronale façonne l'organisation précise des synapses à l'échelle nanométrique pour réguler le stockage de l'information à long terme restent largement inexplorés.

The ability of the brain to constantly adapt its organization to ever-changing stimuli is termed ‘plasticity' and is a prominent feature of learning and memory in the adult, but also of neuronal circuit assembly during developmental critical periods. Connections that carry important information and are the most active become stronger and get stable, whereas the less active ones weaken and get eliminated. While our understanding of the mechanisms supporting synaptic plasticity, including long-term potentiation (LTP) and depression (LTD), have been much improved in the last years, many fundamental questions remain: How do neurons decide to maintain and stabilize relevant connections and to weaken or eliminate the less important ones? How does it serve information storage in the long-term and neuron homeostasis? Which of the pre or postsynaptic partners play the primarily role in these processes? In both immature and mature circuits, long-term changes in synapse function and structure involve signaling which regulate the traffic of synaptic proteins including cell adhesion molecules (CAMs), scaffolding proteins, receptors and cytoskeleton-related proteins. However, the mechanisms by which neuronal activity shapes the precise nanoscale organization of synapses to regulate the storage of information in the long term remains largely unexplored.This project aims at providing a comprehensive picture of the molecular and cellular events that enable long-term plasticity of specific synapses in the hippocampus known for its role in learning and memory. To reach this objective, we propose to use innovative approaches allowing to label and genetically manipulate neuronal activity or synaptic proteins at individual connections. We will investigate the effect of those manipulations on the function, structure and molecular organization of synapses by combining patch-clamp recordings, 3D live imaging and expansion microscopy.