Role du canal lactate MCT1 dans le support energétique du transport axonal en situation normal et dans la maladie de Huntington

Role of the MCT1 lactate channel in the energetic support of axonal transport in health and Huntington disease

• Auteur / Autrice : Barbara Nicolas
• Direction : Frederic Saudou
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences - Neurobiologie
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2024
• 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
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Dynamique intracellulaire et Neurodégénérescence - CSV

Mots clés

Mots clés libres

Mct1

Lactate

Hcar1

Neurotransmisson

Pucs microfluidiques

Vésicules axonales

Mct1

Lactate

Hcar1

Neurotransmission

Microfluidic devices

Axonal vesicles

Résumé

Notre cerveau est un organe essentiel qui reçoit, traite et envoie des informations grâce aux neurones qui forment des circuits et communiquent entre eux par la transmission de messagers chimiques. Un défi majeur en neurobiologie est de comprendre les mécanismes qui contrôlent la transmission de ces informations au sein des réseaux neuronaux, permettant ainsi le bon fonctionnement du cerveau. La neurotransmission nécessite le transport finement régulé de vésicules depuis le corps cellulaire et la libération de leur contenu au niveau de la synapse. Ce transport s'effectue sur de très longues distances par le biais de ce que l'on appelle le transport axonal rapide et nécessite des moteurs moléculaires et de l'énergie. Des avancées récentes ont montré que la huntingtine (HTT), la protéine dont la mutation est à l'origine de la maladie de Huntington (MH), joue un rôle clé dans l'activité métabolique en couplant la production d'énergie par les enzymes glycolytiques sur les vésicules à la consommation par les moteurs moléculaires pour un transport axonal efficace. La protéine HTT sert d'échafaudage aux enzymes glycolytiques qui sont 'à bord' des vésicules (c'est-à-dire attachées aux vésicules et donc transportées par elles) et l'activité glycolytique est nécessaire et suffisante pour fournir de l'énergie et auto-propulser les vésicules. Ces résultats pionniers ont montré que le transport axonal rapide des vésicules est indépendant de la fourniture d'énergie par les mitochondries. Nous avons démontré que la lactate déshydrogénase A (LDHA) est également liée aux vésicules axonales et qu'elle est nécessaire au transport axonal des vésicules contenant le facteur trophique BDNF et des vésicules synaptiques. LDHA transforme préférentiellement le pyruvate en lactate et recycle le NADH en NAD+ pour maintenir la glycolyse dans les vésicules. L'objectif de ce projet est de décrypter le devenir du lactate produit par les vésicules axonales. Nous proposons que le lactate soit incorporé dans les vésicules via le canal lactate MCT1. Le lactate pourrait alors voyager à l'intérieur des vésicules et agir au niveau des synapses pour réguler la communication neuronale. Cette activité pourrait être altérée dans la MH. Les approches expérimentales pour tester ces hypothèses comprendront des approches biochimiques, de biologie cellulaire et moléculaire, des approches de super résolution et de vidéomicroscopie, ainsi que le développement et l'utilisation de dispositifs microfluidiques qui reconstituent les circuits neuronaux.

Our brain is an essential organ that receive, process and send information thanks to neurons that form circuits and communicate between them by transmitting chemical messengers. A major challenge in neurobiology is to understand the mechanisms that control the transmission of such information within neuronal networks thus allowing the proper functioning of the brain. Neurotransmission requires the finely tuned transport of vesicles from the cell body and the release of their content at the synapse. Such trafficking occurs over very long distances through the so-called fast axonal transport (FAT) and, requires molecular motors and energy. Recent advances have shown that huntingtin (HTT), the protein whose mutation causes Huntington's disease (HD), plays a key role in metabolic activity by coupling energy production by glycolytic enzymes on vesicles to consumption by the molecular motors for efficient axonal transport. HTT scaffolds the glycolytic enzymes “on-board” of vesicles (i.e., attached to and thus transported by vesicles) and glycolytic activity is necessary and sufficient to provide energy and self-propel the vesicles. These pioneering results showed that FAT of vesicles is independent of mitochondrial energy supply. We found recently that NAD+ is recycled for continuous glycolysis activity, again, independently of mitochondria. We demonstrated that lactate dehydrogenase A (LDHA) is also bound to brain vesicles and is necessary for the axonal transport of dense-core and synaptic vesicles. LDHA preferentially transforms pyruvate into lactate and recycles NADH into NAD+ to maintain glycolysis on vesicles. The objective of this project is to decipher the fate of the lactate produced by axonal vesicles. We propose that lactate is uptaken by vesicles through the lactate channel MCT1. Lactate could then travel within vesicles and acts at synapses to regulate neuronal communication. Such activity may be altered in HD. The experimental approaches to test these hypotheses will include, biochemistry, cellular and molecular biology including super resolution and videomicroscopy approaches, as well as the development and use of microfluidic devices that reconstitute neuronal circuits. This project may reveal new mechanisms controlling synapse function and new potential therapeutic strategies for neurodegenerative disorders.