Un trafic de récepteurs post-synaptiques support d’une

forme d’apprentissage associatif.

S. Rumpel, J. Ledoux, A. Zador, R. Malinow

Marianne Simon

Introduction

Problématique

LTP:

transformation d’un changement bref des patrons d’activité électrique en modifications de l’efficacité synaptique

Cette augmentation d’efficacité semble liée à une incorporation de récepteurs GluR1 dans la synapse (études précédentes).

Quel est le rôle du trafic des récepteurs GluR1 vers les synapses thalamus – amygdale dans le phénomène de

peurs associatives conditionnés?

GluR1= une des sous unité du récepteur AMPA

Peut former des récepteurs fonctionnels en homoquadrimères.

Amygdale et mémoire émotionnelle

Structure spécialisée dans le décodage des émotions et stimuli dangereux pour l’organisme

Information sensorielle depuis thalamus sensoriel (auditif…) ou cortex sensoriels

Siège d’une LTP

Les connexions afférentes de l’amygdale

Lésions et traitements pharmacologiques: rôle de l’amygdale dans l’acquisition et le stockage des

peurs mémorisées.

Modèle d’étude

Structure cérébrale étudiée

Les différents noyaux de l’amygdale

Etude des premières synapses de l’amygdale

recevant un stimulus

Tranche d’amygdale présentant les localisations des électrodes de stimulation et d’enregistrement

Étude du courant post-synaptique issu des récepteurs AMPA (synapse

glutamatergique), après stimulation des fibres provenant du thalamus auditif.

Synapses avec les neurones du

thalamus auditif (voie rapide)

Deux voies de traitement d’un stimulus conduisant à la peur

Modèle d’étude

Type de mémorisation étudié

Test de la mémoire émotionnelle associative induite par un protocole de peur conditionnée.

Protocole de peur conditionnée:

shbam

Conditionnement Test de mémoire à court terme (3h)

ou long terme (24h)

Mémoire associée à la peur conditionnée = mémoire à long terme

shbam

Expériences et résultats

Méthode

Expression de récepteurs recombinants dans les cellules de l’amygdale latérale

Expression contrôlée dans l’espace et le temps.

Vecteur = virus herpes simplex non réplicatif, injecté dans l’amygdale latérale.

Protéine recombinante par lesquelles les cellules sont transfectées

Enregistrement (current clamp) dans un neurone infecté ou non infecté pendant des injections de courants de différentes intensités

L’infection n’altère pas les propriétés électrophysiologiques de base des neurones.

Expression de la GFP dans l’amygdale latérale

transmission épifluorescence

Méthode

Le vecteur « marqueur de plasticité »

Code un récepteur AMPA homomérique : sous-unité GluR1 uniquement.

Entraîne une plus grande rectification que les récepteurs endogènes

=> les synapses incorporant le récepteur recombinant présentent une rectification accrue.

=> Marqueur de l’incorporation des récepteurs.

Mesure de la rectification dans des neurones infectés ou non, chez des rats naïfs

Pas d’incorporation de récepteurs GluR1 dans les synapses thalamus-amygdale des rats naïfs

Méthode

Le vecteur « marqueur de plasticité »

Méthode

Le vecteur « bloqueur de plasticité »

Mesures de l’amplitude de courants post-synaptiques provoqués par AMPA dans des

cellules transfectées ou non.

P < 0,001

Evolution de l’amplitude des courants post-synaptiques AMPA après une induction de la LTP

Ce vecteur:

Ne modifie pas l’amplitude de la transmission AMPA chez des rats naïfs

Empêche la LTP

L’apprentissage entraîne un trafic des récepteurs GluR1

Méthode:

Test de mémoire sur les rats Mesures de rectification sur des tranches de cerveau

Ce conditionnement stimule fortement l’incorporation du récepteur GluR1 dans les synapses « thalamus auditif – amygdale latérale »

Le trafic de récepteurs, un élément de la LTP

Le trafic de récepteurs concerne-t-il toutes les synapses d’un neurone stimulé?

Méthode: Stimulation de deux réseaux de fibres thalamiques individuelles => activation de synapses différentes.

Mesure des rectifications des courants venant de chacune de ces deux voies dans une cellule.

Pas de corrélation entre les indices de rectification de deux voies thalamiques dans une même cellule.

De plus, 7 sur 10 neurones présentant une plasticité ont une rectification accrue dans une seule des 2 voies.

Le trafic de récepteurs induit par le conditionnement ne concerne pas toute une cellule mais est spécifique de

certaines synapses stimulées

Comme la LTP

Le trafic de récepteurs, un élément de la LTP

L’incorporation des récepteurs AMPA est nécessaire à l’apprentissage

Méthode: Injection du vecteur « bloqueur de plasticité » pour empêcher le trafic des récepteurs, ou de la GFP comme témoin (expérience en double aveugle).

Conditionnement, test comportemental.

Pas de lésion de l’amygdale, de problème

au niveau de la transmission synaptique

L’incorporation de récepteurs AMPA dans des

neurones de l’amygdale latérale est indispensable à la formation d’une mémoire

associative

Estimation du nombre minimal de neurones de l’amygdale présentant cette plasticité pour permettre la mémorisation

Méthode:

Test comportemental de chaque animal infecté par le vecteur « bloqueur de plasticité »

Réalisation d’une série de tranches de cerveau (=> étude en 3D)

Dans chaque tranche, mesure de la surface exprimant la GFP => calcul de la fraction d’amygdale infectée pour chaque animal

Plusieurs tranches marquées avec un anticorps anti-NeuN => visualisation des neurones infectés ou non => mesure de la fraction de neurones exprimant la GFP dans une surface infectée: κ

Fraction de neurones infectés dans les 2 amygdales latérales d’un animal = κ x fraction d’amygdale infectée

Epifluorescence, amygdales latérales des 2 hémisphères, séries de coupes

Microscopie confocale sur l’amygdale latérale

Vert: GFP

Rouge: NeuN

Estimation du nombre minimal de neurones de l’amygdale présentant cette plasticité pour permettre la mémorisation

Pourcentage de neurones infectés selon le type d’injection

Test comportemental sur des rats ayant subi les deux types d’injection

Un blocage du trafic de récepteurs dans moins de 10% des neurones n’altère pas la mémorisation.

Un blocage dans 25% au moins des neurones des amygdales latérales altère la mémorisation.

Même pourcentage de neurones infectés par la GFP seule ou le vecteur « bloqueur de plasticité »

=> Différence de mémorisation observée non due directement au niveau d’infection, mais bien au niveau d’expression du « bloqueur de plasticité »

Conclusion

Bilan

Conditionnement par la peur => incorporation du récepteur GluR1 dans les synapses des neurones des amygdales latérales.

Plasticité synapse spécifique => un même neurone peut participer à plusieurs mémorisations.

Plasticité indispensable à la LTP

Études complémentaires

Souris GluR1 KO => diminution de la réponse à un protocole de « peur associative » conditionnée

Souris dont GluR1 est muté sur ses sites de phosphorylation => plus d’incorporation dans la synapse => déficit de réponse à ce même conditionnement

Questions en suspens

Quel mécanisme permet l’incorporation des récepteurs AMPA dans les synapses?

(quel promoteur pour le vecteur « marqueur de plasticité?)

Sources

Publications:

Postsynaptic Receptor Trafficking Underlying a Form of Associative Learning, S. Rumpel, J. LeDoux, A. Zador, R. Malinow, Science (2005)

Sites internet:

Wikipedia

Le cerveau à tous les niveaux http://lecerveau.mcgill.ca/flash/index_i.html