Mécanismes moléculaires et pharmacologie de la signalisation des récepteurs glutamatergiques non canoniques de type delta

Molecular mechanisms of signaling of delta receptors, atypical synapse organizers

• Auteur / Autrice : Julia Doria
• Direction : Pierre Paoletti
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Récepteurs du glutamate et synapses excitatrices
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole normale supérieure

Mots clés

Mots clés libres

Récepteurs glutamatergiques

Récepteurs delta

Fluorescence

Relations structure-fonction

Électrophysiologie

Glutamate receptor

Delta receptor

Fluorescence

Structure-function relationship

Electrophysiology

Résumé

Les récepteurs ionotropiques du glutamate (iGluRs) sont les acteurs majeurs de la transmission excitatrice dans le cerveau des vertébrés. Leurs dysfonctions sont associées à de nombreuses pathologies comme l'épilepsie, l'autisme ou la schizophrénie qui sont des enjeux considérables de santé publique. La compréhension de leurs fonctions et de leurs mécanismes structuraux présente ainsi un intérêt majeur. Parmi les quatre classes d'iGluRs, les récepteurs Delta (GluDRs) sont largement moins étudiés malgré leur implication dans les pathologies susmentionnées. De plus, malgré leur classification comme récepteurs « ionotropiques », impliquant le passage d'un flux ionique par leur pore transmembranaire, de nombreuses preuves montrent que les GluDRs ont une signalisation majoritairement non ionotropique. Les GluDRs peuvent toutefois être activés de façon ionotropique, mais par le biais d'un mécanisme inhabituel de couplage avec un récepteur couplé à une protéine G (RCPG) qui reste inconnu. Cette méconnaissance est due au manque de techniques permettant l'étude directe de l'activité des GluDRs. Puisqu'ils sont généralement silencieux électriquement, cela empêche l'usage classique de l'électrophysiologie. Nous avons développé une méthode basée sur la fluorescence (VCF) dans le but de suivre les changements conformationnels locaux des GluDRs en temps réel, grâce à la fixation d'un fluorophore sensible à l'environnement sur une cystéine libre introduite dans la région d'intérêt du récepteur. L'utilisation de cette méthode permettra d'étudier les mécanismes moléculaires d'activation des GluDRs, ainsi que les dynamiques conformationnelles à l'origine de la transduction du signal. Nous étudierons dans un second temps les mécanismes d'interaction entre les GluDRs et les RCPG. A terme, ce projet devrait aboutir à des percées importantes dans la caractérisation des domaines et des interfaces de régulation sur GluD, identifiant des cibles thérapeutiques potentielles.

Ionotropic glutamate receptors (iGluRs) are the major mediators of excitatory transmission in the Vertebrate brain. Their dysfunctions are associated with numerous neuropathologies such as epilepsy, autism or schizophrenia that are currently major socio-economical burdens. Detailed understanding of their function and structural mechanisms is thus of high importance. Among the four iGluR classes, Delta receptors (GluDRs) are largely less studied despite their major role in the abovementioned neurological diseases. Moreover, despite their classification as “ionotropic” receptors, implying ion flux through their transmembrane pore, several evidence show that GluDRs mainly signal through non ionotropic mechanisms that are critical for synaptic maturation and plasticity. Ionotropic activation of GluDRs can be achieved but via an unusual and elusive mechanism involving coupling with a G-protein-coupled receptor (GPCR). GluDR studies have been hampered by a lack of techniques allowing direct monitoring of GluDR activity. Indeed, because GluDRs are usually electrically silent, they cannot be studied by classical electrophysiology. We have developed in the lab a fluorescent-based technique (VCF) to bypass this problem and monitor local conformational changes of GluDRs in real-time, thanks to an environment-sensitive fluorophore attached to a cysteine introduced in a specific region of the receptor. This method will allow to studying the molecular mechanisms of GluD activation, as well as the conformational dynamics of signal transduction from extracellular ligand binding to the intracellular receptor signaling. In the second aim we will study the interaction mechanisms between GluDRs and GPCRs. This ambitious project should lead to important breakthroughs on the identification and characterization of regulatory domains and interfaces on GluD, serving as potential targets for small molecule drug interventions to counteract GluD dysfunction.