Investigation fonctionnelle de l'évolution des récepteurs au glutamate des espèces aneurales aux espèces neurales

Functional investigation of glutamate receptor evolution from aneural to neuralspecies

• Auteur / Autrice : Lea Nehme
• Direction : David Stroebel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2023
• 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 (Paris ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Récepteurs du glutamate et synapses excitatrices
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)

Mots clés

Mots clés libres

Récepteurs au glutamate

Évolution fonctionnelle

Système nerveux central (CNS)

Espèces neurales et aneurales

Sélectivité aux neurotransmetteurs

Signalisation glycinergique

Glutamate receptors

Functional evolution

Central nervous system (CNS)

Aneural and neural species

Neurotransmitters selectivity

Glycinergic signaling

Résumé

Les récepteurs ionotropiques du glutamate (iGluRs) sont des acteurs clefs de la transmission synaptique dans le système nerveux central (CNS) des vertébrés. Les gènes d'iGluRs sont aussi largement présents dans le règne vivant, mais leur rôle chez les espèces non-vertébrées reste très mal connu, en particulier chez les organismes aneuraux. Nous -ainsi que d'autres équipes- avons récemment montré que certains iGluRs de vertébrés sont impliqués dans une signalisation neurale volumique glycinergique ‘eGlyR'. La signature moléculaire très ancienne de cette signalisation chez les Métazoaires interroge son rôle, et celui des iGluRs qui la porte dans l'émergence et évolution du système nerveux. Le sujet de thèse vise à explorer le rôle et la fonction des iGluRs d'espèces marine non-vertébrées représentant des étapes évolutives clefs dans l'émergence et l'évolution du système nerveux (échinodermes, cnidaires, porifères…). Il s'agira de tester l'activité de ces récepteurs recombinants nouvellement identifiés en combinant les techniques de biologie moléculaire, d'électrophysiologie (standard et couplée à la fluorescence - VCF) et d'analyse structure-fonction (modélisation in silico), un ensemble d'approches maîtrisées au laboratoire. Nous explorerons en particulier leur profil de réponse aux agonistes et antagonistes connus, mais aussi à des cocktails d'acides aminés et de neurotransmetteurs. Le sujet proposé fait partie d'un projet de recherche plus large impliquant trois équipes de biologie marine (Marseille, Nantes et Nice) qui ouvre la possibilité de tester l'influence physiologique des agonistes identifiés sur les organismes modèles. Dans ce cadre, l'objectif du projet de thèse est de décrypter le scénario d'évolution fonctionnelle des iGluRs, comment ils se sont adaptés et ont contribué à la transition entre les systèmes neuraux et aneuraux il y a 600 Millions d'années. En connexion directe avec les activités de l'équipe, cette nouvelle perspective évolutive devrait nourrir les recherches actuelles sur les fonctions et dysfonctions d'iGluRs dans le cerveau de mammifère.

Ionotropic glutamate receptors (iGluRs) are key players of the synaptic transmission in the central nervous system (CNS) of vertebrates. iGluR genes are also widely present in the living kingdom, but their role in non-vertebrate species remains poorly understood, especially in aneural organisms. We and others recently showed that mammals iGluRs are involved in non-canonical neural signaling 'eGlyR'. The ancient molecular signature of this signaling in Metazoans raises questions about its role, as well as the role of the iGluRs that carry it, in the emergence and evolution of the nervous system. The thesis topic aims to explore the role and function of iGluRs in non-vertebrate marine species representing key evolutionary steps in the emergence and evolution of the nervous system (echinoderms, jellyfishes, sponges ). This will involve testing the activity of these newly identified recombinant receptors using a combination of molecular biology techniques, electrophysiology (both standard and fluorescence-coupled - VCF), and structure-function analysis (in silico modeling), a set of approaches mastered in the laboratory. We will particularly investigate their response profiles to known agonists and antagonists, as well as to cocktails of amino acids and neurotransmitters. The proposed topic is part of a larger research project involving three marine biology teams (Marseille, Nantes, and Nice), which provides the opportunity to assess the physiological influence of the identified agonists on model organisms. Within this framework, the goal of the thesis project is to decipher the scenario of the functional evolution of iGluRs, how they have adapted and contributed to the transition between neural and aneural systems over 600 million years ago. In direct connection with the team's activities, this new evolutionary perspective is expected to contribute to ongoing research on the functions and dysfunctions of iGluRs in the mammalian brain.