Rôle des récepteurs de l’AMPA dans les conditions physiopathologiques du système nerveux central

Role of AMPA receptors in physiopathological conditions in the central nervous system

• Auteur / Autrice : Francesca Cisani
• Direction : Sara Morley-Fletcher, Anna Pittaluga
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé - FST
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 23/06/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021) en cotutelle avec Université de Gênes
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UGSF - Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle
• Jury : Président / Présidente : Giambattista Bonanno
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sara Morley-fletcher, Anna Pittaluga, Domenico Pellegrini-giampietro, Barbara Viviani, Richard N'gomba, Stefania Maccari
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Domenico Pellegrini-giampietro, Barbara Viviani

Mots clés

Mots clés libres

Récepteurs de l’AMPA

Synapse glutamatergique

Maladies auto-immunes

Programmation précoce

AMPA receptors

Glutamatergic synapse

Autoimmune diseases

Early programming

Résumé

Les récepteurs AMPA jouent un rôle clé dans la transmission glutamatergique synaptique aussi bien dans des conditions physiologiques que pathologiques du système nerveux central. Dans ma thèse, j'ai cherché à analyser et à apporter des réponses sur des aspects encore inexplorés ou controversés en utilisant des synaptosomes (isolation de terminaisons nerveuses) comme modèle expérimental. Dans une première approche, j’ai cherché à définir la composition des sous-unités GluA, qui est une condition nécessaire pour comprendre le rôle des récepteurs AMPA dans des conditions physiologiques mais aussi dans les troubles neurologiques. En utilisant des antcorps reconnaissant les séquences externes de la sous-unité du récepteur AMPA (GluA) comme outil pharmacologique («approche immunopharmacologique»), j’ai pu démontrer que les autorécepteurs corticaux AMPA sont constitués des sous-unités GluA2 et GluA3 qui se déplacent de façon constitutive. L’utilisation des anticorps anti-GluA2 et anti-GluA3 a déterminé la stabilisation des autorécepteurs AMPA au niveau membranaire résultant en une augmentation de l'activité de libération induite par l'agoniste AMPA. J'ai également démontré que la formation du complexe antigène-anticorps (GluA / anti-GluA) dans les membranes synaptosomales active le complément par la voie classique, induisant une augmentation de la libération de glutamate. Les résultats ont ainsi révélé des augmentations de glutamate indépendantes et dépendantes du complément qui pourraient expliquer les altérations centrales et les événements excitotoxiques observés dans les maladies auto-immunes centrales caractérisées par la présence d'autoanticorps anti-GluA. C'est le cas des patients atteints de démence frontotemporale (DFT) qui présentent un taux élevé d'autoanticorps anti-GluA3 circulants. Contrairement aux attentes, cependant, l'incubation de synaptosomes corticaux de souris avec un LCR positif pour les autoanticorps anti-GluA3 a entraîné une réduction de la libération de glutamate évoquée par l'agoniste AMPA, au lieu de l'amplification attendue. Des études complémentaires seront nécessaires pour mieux résoudre le problème. Les récepteurs AMPA sont également des cibles potentielles d'événements délètères dans les maladies liées au stress. Ces maladies peuvent être étudiées à l'aide de divers modèles animaux, y compris le modèle de stress périnatal (PRS) chez le rat. En utilisant ce modèle, j'ai pu étudier les effets de la programmation à long terme du PRS sur la synapse glutamatergique chez les mâles et femelles. J'ai montré que les mâles PRS présentent une expression réduite de GluA2 et GluA3 dans l'hippocampe dorsal et le cortex préfrontal de rats âgés (20-22 mois) en ligne avec la performance réduite observée dans le test comportemental. Ces résultats confirment que la transmission altérée du glutamate est à la base du phénotype pathologique induit par le PRS. De manière surprenante, les effets de programmation à long terme causés par le PRS dépendent strictement du sexe. En particulier, les mâles sont vulnérables au stress périnatal, tandis que les femelles semblent être protégées des effets néfastes du stress précoce. De façon générale, les résultats obtenus au cours de mon programme de doctorat ont renforcé l'importance d'une meilleure compréhension du rôle des sous-unités des récepteurs AMPA dans le fonctionnement du cerveau.

AMPA receptors play a key role in synaptic glutamatergic transmission in both physiological and pathological conditions of the central nervous system. Particularly, I have tried to analyze and to give some answers on aspects that are still unexplored or controversial using synaptosomes (pinched-off nerve terminals) as an experimental model. As a first approach, I focused on the composition of the GluA subunits, which is a requisite to encompass the role of AMPA receptors in physiological conditions but also in neurological disorders. By using the “immuno- pharmacological approach”, which consists of using antibodies recognizing the outer sequences of the target protein as a pharmacological tool, I propose that cortical AMPA autoreceptors consist of GluA2-GluA3 subunit assembly, which moves in-out synaptosomal plasma membranes in a constitutive manner. The commercially available anti-GluA2 and anti-GluA3 antibodies hugely facilitated the releasing activity of the AMPA autoreceptors by stabilizing them in plasma membranes. Interestingly, the consequent presence of the antigen-antibody complex in synaptosomal plasma membranes caused the activation of complement through the classic pathway, then reinforcing the complement-induced evoked releasing activity of the immune complex in these terminals. The results unveile d therefore a complement-dependent and a complement-independent pathway that could account for central derangements and excitotoxic events occurring during central autoimmune diseases typified by anti-GluA autoantibodies overproduction. It is the case of patients suffering from frontotemporal dementia (FTD) that have elevated levels of circulating anti-GluA3 autoantibodies. Contrary to expectation, however, the incubation of mice cortical synaptosomes with FTD patients’ CSF (cerebrospinal fluid) positive for anti-GluA3 autoantibodies causes the reduction of the glutamate release evoked by the agonist AMPA, instead of the predicted amplification. Further studies are required to address the point. AMPA receptors are also potential targets of detrimental events in stress-related diseases, which are recapitulated by several animal models, including the perinatal restrain stress (PRS) rat model. By using this model, I investigated the long-term programming effects of PRS on the glutamatergic synapse in males and females. I demonstrated that male PRS rats displayed a reduced expression of GluA2 and GluA3 subunits in the dorsal hippocampus and prefrontal cortex in old age rats (20-22 months), in line with their impaired performance in the behavioral test. These results confirmed that the impaired glutamatergic transmission lies at the core of the pathological phenotype induced by PRS. Remarkably, the long-term programming effects triggered by PRS are strictly sex-dependent. Particularly, PRS mainly affects males whereas females seem to be protected against the detrimental effects triggered by early life stress. Taken together these results strengthened the importance of understanding more about the role of AMPA receptor subunits in brain functions.