Rôle de la protéine de densité post-synaptique 95 (PSD-95) dans la myélinisation du système nerveux central

Role of the postsynaptic density protein 95 (PSD-95) in central nervous system myelination

• Auteur / Autrice : Mary-Amélie Masson
• Direction : Brahim Nait oumesmar
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 20/11/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau et de la moelle épinière
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Myelin Plasticity and Regeneration
• Jury : Président / Présidente : Céline Louapre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Brahim Nait oumesmar, Maria-Cecilia Angulo, Tim Czopka, Laurence Goutebroze, Arne Battefeld
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Maria-Cecilia Angulo, Tim Czopka

Mots clés

Mots clés libres

Psd-95

Protéine de densité post-synaptique

Oligodendrocytes

Communication axone-oligodendroglie

Myélinisation

Activité neuronale

Psd-95

Post-synaptic density proteins

Oligodendrocytes

Axon-oligodendroglia communications

Myelination

Neuronal activity

Résumé

Les oligodendrocytes (OL) sont les cellules responsables de la myélinisation du système nerveux central (SNC), processus physiologique nécessaire aux fonctions motrices, cognitives et sensorielles. La gaine de myéline est une extension de la membrane cytoplasmique des OL, qui a pour rôle principal d'isoler les axones et d'augmenter la vitesse de conduction des potentiels d'actions. La différenciation des ces cellules à partir de cellules précurseurs d'OL (OPC) ainsi que la myélinisation sont régulées par des facteurs intrinsèques et extrinsèques, telle que l'activité neuronale via la sécrétion vésiculaire de neurotransmetteurs. L'activité neuronale est relayée aux cellules oligodendrogliales via des interactions spécialisées de types synaptiques et extra-synaptiques, impliquant des molécules d'adhésion trans- et postsynaptiques, comme notamment la protéine de densité post-synaptique (PSD) 95. PSD-95 est l'une des protéines d'ancrage caractéristiques des synapses neuronales glutamatergiques. PSD-95 permet notamment l'ancrage de récepteurs et canaux à la membrane postsynaptique. L'expression du gène Dlg4, codant PSD-95, dans les cellules oligodendrogliales a été démontrée par séquençage d'ARN, et au sein de notre laboratoire, nous avons démontré une expression punctiforme de PSD-95 dans les OPC et les OL chez la souris. Cependant la fonction de cette protéine dans la régulation du développement des OL et la myélinisation reste encore peu explorée. Ma thèse de doctorat avait donc pour objectifs de déterminer : 1) le patron d'expression de PSD-95 au cours du développement des OL, 2) son rôle dans la régulation de la différenciation des OL et la myélinisation et 3) les voies de signalisation régulées par PSD-95 dans les cellules oligodendrogliales. Nos résultats montrent que l'expression ponctiforme de PSD-95 augmente au cours de la différenciation oligodendrogliale, avec une augmentation de la densité de puncta PSD-95 dans les segments de myéline des OL myélinisants. De plus, la perte de fonction de PSD-95 par microARN interférents dans des cultures primaires d'OPC conduit à une augmentation du nombre d'OL matures, ainsi qu'à une augmentation de la surface de pseudo-myéline. La traduction de la protéine MBP est aussi augmentée, alors que l'expression relative des transcrits Mbp n'est pas affectée, suggérant une régulation de la traduction des protéines de la myéline par PSD-95. PSD-95 apparaît comme un régulateur de la maturation des OL, de manière cellule autonome et indépendante de l'activité neuronale. Nous avons également développé une lignée de poisson zèbre avec une perte de fonction de PSD-95 dans les cellules oligodendrogliales, dans laquelle les OL myélinisants présentent des segments de myéline plus courts. Ainsi, nos données montrent que PSD-95 est un régulateur de la myélinisation du SNC, impactant la maturation des OL et l'élongation des internœuds de myéline. Nous étudions actuellement les voies de signalisation sous-jacentes à PSD-95, notamment la voie de la kinase Fyn, mais aussi dans quelle mesure la communication axone-oligodendrogliale est synaptique ou extra-synaptique. Mes travaux de thèse devraient permettre de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans les communications axone-oligodendroglie, qui sous-tendent la régulation de la myélinisation en fonction de l'activité neuronale dans des conditions physiologiques et pathologiques.

Oligodendrocytes (OL) are the myelin-forming cells of the central nervous system (CNS). Myelin is a multilamellar structure, which is required for the saltatory conduction of actions potentials and for trophic and metabolic supports to axons. Myelin is vital for proper motor, cognitive and sensory functions. Myelination is regulated by several intrinsic and extrinsic factors, among which neuronal activity. The electrical activity along axons is relayed to oligodendroglial cells via specialized interactions involving trans- and postsynaptic adhesion molecules, such as the postsynaptic density protein (PSD) 95. PSD-95 is one of the main scaffolding proteins of glutamatergic synapses in neurons, enabling receptors and ion channels clustering at the postsynaptic membrane. Expression of the Dlg4 gene, encoding PSD-95, has been detected by RNA sequencing in oligodendroglial lineage cells. PSD-95 expression in oligodendroglial cells was also demonstrated by several laboratories, including ours. However, the role this PDZ protein in oligodendroglial cell development and myelination remain poorly understood. Therefore, my PhD thesis aims to define: 1) the expression pattern of PSD-95 during oligodendroglial development, 2) the functional role of PSD-95 in OL differentiation and myelination, and 3) the downstream signaling pathways regulated by PSD-95 in oligodendroglial cells. Our results show that PSD-95 puncta expression increases during oligodendroglial differentiation, with more protein puncta in myelin sheaths of myelinating OL. Moreover, miRNA-mediated PSD-95 knockdown in primary OPC cultures leads to an increased number of mature OL, with an increase pseudo-myelin surface. MBP protein translation is also enhanced, while Mbp mRNA relative expression is not affected, suggesting a role of PSD-95 in myelin protein translation. PSD-95 appears as an OL maturation regulator, in a cell-autonomous and activity-independent manner. We also developed an oligodendroglia cell-specific CRISPR-mediated PSD-95 knockout zebrafish line, in which myelinating OL exhibit shorter myelin internodes. Thus, our data argue for a role of PSD-95 as a regulator of CNS myelination, impacting OL maturation and myelin elongation. We are currently studying PSD-95 downstream signaling pathways, including the Fyn kinase pathway, and also to what extent PSD-95 is involved in axon-oligodendroglial synaptic or extra-synaptic communications. Overall, my PhD thesis should lead to a better understanding of axon-oligodendroglial communications regulating myelination under physiological and pathological conditions.