Role de MAP6d1 dans la physiologie du cerveau

Role of MAP6d1 in brain physiology

• Auteur / Autrice : Juliette Wu
• Direction : Annie Andrieux
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences - Neurobiologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Institut des Neurosciences

Mots clés

Mots clés libres

Microtubule

Neuroanatomie

Comportement

Map6

Neurone

Cerveau

Neuroanatomy

Microtubule

Neuron

Map6

Brain

Behavior

Résumé

Dans mes recherches, je me concentre sur le rôle de la protéine MAP6d1 dans la physiologie cérébrale, en examinant spécifiquement sa fonction dans la structure et le maintien des microtubules neuronaux. MAP6d1 fait partie de la famille des protéines SAXO, connues pour stabiliser les microtubules axonémaux, essentiels à la structure neuronale et à la signalisation. Les protéines SAXO contribuent généralement à réguler l'architecture ciliaire, MAP6d1 se distingue par son expression exclusive dans le cerveau postnatal, où son rôle reste en grande partie inconnu. Mon travail vise à comprendre comment MAP6d1 contribue à l'organisation et à la stabilisation des microtubules dans les cils primaires – des structures cellulaires spécialisées essentielles à la transmission de signaux dans les neurones. En m'appuyant sur des découvertes in vitro d'une collègue doctorante, Dharshini Gopal, qui a démontré que MAP6d1 assemble des doublets de microtubules stables en nucléant de nouveaux tubules B sur des tubules A existants, j'ai étendu ce travail au niveau cellulaire. J'ai montré que MAP6d1-GFP se localise dans les cils neuronaux primaires, en particulier dans la région des doublets de microtubules, et aide à réguler la longueur des cils. Grâce à des études de délétion de MAP6d1, j'ai identifié que certaines régions de la protéine, telles que le motif Mn2, sont cruciales pour le ciblage de MAP6d1 vers les cils. Mes résultats indiquent qu'elle joue un rôle dans la régulation ciliaire, probablement via une liaison double sur les deux surfaces des tubules du doublet. En parallèle, nous avons étudié les impacts physiologiques de MAP6d1 in vivo en examinant des souris MAP6d1-KO. Des scans IRM haute résolution n'ont révélé aucun changement majeur de volume cérébral, sauf une légère réduction de la taille des bulbes olfactifs, en accord avec le profil d'expression postnatale de MAP6d1. Cependant, des études de connectivité neuronale, via l'imagerie par tenseur de diffusion (DTI), ont révélé une augmentation marquée des ''streamline fibres'' de matière blanche, en particulier dans le corps calleux. Afin de comprendre les modifications structurelles potentielles sous-jacentes à ce résultat, nous analysons l'organisation des gaines de myéline chez les souris KO. Compte tenu de la localisation de MAP6d1 dans les dendrites et les oligodendrocytes — cellules clés pour la myélinisation — cette analyse pourrait révéler un lien entre MAP6d1 et la structure de la myéline dans le cerveau. Sur le plan comportemental, les souris MAP6d1-KO ont montré des changements significatifs dans les comportements liés à l'anxiété et à l'interaction sociale. Bien que ces souris n'aient pas présenté de symptômes dépressifs dans le test de préférence au saccharose, elles ont montré des réponses anxieuses altérées et une locomotion réduite dans les tests en champ libre et dans les labyrinthes. De plus, les souris KO ont manifesté une sociabilité et une reconnaissance sociale altérées, passant notamment plus de temps avec des objets inanimés qu'avec d'autres souris dans une tâche de préférence sociale. Ces résultats comportementaux suggèrent une influence potentielle de MAP6d1 sur les voies de régulation de l'anxiété et des émotions, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour confirmer ces observations. Globalement, mes travaux suggèrent jusqu'à présent que MAP6d1 est probablement une protéine importante pour la stabilisation des assemblages de doublets de microtubules dans les cils, influençant la structure et la fonction neuronale. Il semble également que MAP6d1 pourrait moduler l'anxiété et la sociabilité chez les souris. Dans l'avenir, je prévois d'approfondir la compréhension de l'implication de MAP6d1 dans la myélinisation et son impact sur les voies de l'anxiété et de la sociabilité (peut-être via le système sérotoninergique), ce qui devrait éclairer son rôle plus large dans la physiologie cérébrale.

In my research, I focus on the role of the MAP6d1 protein in brain physiology, specifically examining its function in the structure and maintenance of neuronal microtubules. MAP6d1 is part of the SAXO protein family, known for stabilizing axonemal microtubules, which are essential to neuronal structure and signaling. SAXO proteins typically help regulate ciliary architecture, MAP6d1 stands out because it is exclusively expressed in the postnatal brain, where its role is still largely unknown. My work aims to understand how MAP6d1 contributes to the organization and stabilization of microtubules within primary cilia—specialized cellular structures that are crucial for signal transduction and structural support in neurons. Building on in vitro findings from a fellow PhD candidate, Dharshini Gopal, who demonstrated that MAP6d1 assembles stable microtubule doublets by nucleating new B-tubules onto existing A-tubules, I extended this work to the cellular level. I have shown that MAP6d1-GFP localizes to primary neuronal cilia, specifically enriched in the microtubule doublet region, and helps regulate ciliary length. Using deletion studies of MAP6d1, I identified that specific regions of the protein, such as the Mn-motif, are crucial for targeting MAP6d1 to cilia. My findings indicate that it plays a role in ciliary regulation, likely through a dual binding on both doublet tubule surfaces. In parallel, we investigated the physiological impacts of MAP6d1 in vivo by studying MAP6d1-KO mice. High-resolution MRI scans revealed no major changes in brain volume except for a slight reduction in the size of the olfactory bulbs, aligning with MAP6d1's postnatal expression pattern. However, neuronal connectivity studies, via diffusion tensor imaging (DTI) revealed a marked increase in white matter streamlines, particularly in the corpus callosum. To understand the potential structural changes underlying this result, we are analyzing the organization of myelin sheaths in the KO mice. Given MAP6d1's localization in dendrites and oligodendrocytes—key cells for myelination—this analysis may reveal a link between MAP6d1 and myelin structure in the brain. On the behavioral front, MAP6d1-KO mice showed significant changes in anxiety-related behaviors and social interaction. While these mice did not display depressive-like symptoms in the Sucrose Preference Test, they did show altered anxiety responses and reduced locomotion in open-field and maze-based tests. Additionally, the KO mice exhibited impaired sociability and social recognition, notably spending more time with inanimate objects than with other mice in a social preference task. These behavioral outcomes suggest a potential influence of MAP6d1 on anxiety and emotional regulation pathways, though we need further research to confirm these findings. Overall, my work thus far suggests that MAP6d1 is likely an important protein in stabilizing microtubule doublet assemblies within cilia, affecting neuronal structure and function. It seems that MAP6d1 also would modulate anxiety and sociability in mice. Going forward, I plan to delve deeper into understanding MAP6d1's involvement in myelination and its impact on anxiety and sociability pathways (maybe via the serotonergic system), which will hopefully shed light on its broader role in brain physiology.