Role of KCC2 in neuronal plasticity

Abstract

Lors du développement, la différentiation neuronale et la création de réseaux neuronaux sont accompagnés de changements majeurs de l expression et de la fonction de canaux et transporteurs ioniques contrôlant l activité neuronale (Ben Ari, 2002). Un des plus grands changements concerne la signalisation médiée par les récepteurs GABA (GABAAR). Le GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur du cerveau adulte. Cependant, à un état précoce du développement (lors des deux premières semaines post-natales chez le rongeur), son effet est différent. Paradoxalement, son action est dépolarisante et excitatrice sur des neurones immatures (Leinekugel et al., 1999;Ben Ari et al., 1989). Il a été démontré plusieurs rôles physiologiques pour ce GABA dépolarisant et excitateur dans le cerveau en développement. La dépolarisation produite par le GABA provoque des potentiels d action sodiques, active les canaux calcium voltage-dépendant et facilite l activité des récepteurs NMDA par l atténuation du blocage magnésium de ces récepteurs (Leinekugel et al., 1997). Le GABA dépolarisant est un acteur critique de la génération des potentiels dépolarisants géants (GDPs), schéma d activité caractéristique de l activité de réseau dans le cortex immature (Garaschuk et al., 2000;Ben Ari et al., 1989;Ben Ari, 2002). Selon plusieurs articles, le GABA dépolarisant joue un rôle de facteur trophique sur le développement cérébral, contrôlant la différentiation neuronale (Loturco et al., 1995), la croissance neuronale (Barbin et al., 1993;Groc et al., 2002) et le phénotype neuronal (Marty et al., 1996). Le passage de l action du GABA d excitateur à inhibiteur implique non seulement le mode de fonctionnement du réseau neuronal mais aussi les effets trophiques du GABA (Represa & Ben Ari, 2005). Le GABA dépolarisant participe dans l induction de la plasticité à long terme des synapses GABAergiques (Caillard et al., 1999b) et glutamatergiques (Pavlov et al., 2004) dans l hippocampe de rat nouveau-né. Le blocage des GABAARs de l hippocampe de rats nouveau-nés inhibe la formation des synapses GABAergiques (Colin-Le Brun et al., 2004). L action dépolarisante du GABA est due à une concentration intracellulaire élevée de chlore dans les neurones immatures (Ben Ari et al., 1989), qui est elle-même due au développement postnatal du système d homéostasie du chlore. Ce système est principalement régi par le co-transporteur potassium-chlore KCC2 (Rivera et al., 1999). Le niveau d expression de KCC2 est relativement bas dans les neurones de l hippocampe de rat immature, mais augmente durant la seconde semaine postnatale. Cette augmentation est associée avec le décalage progressif du potentiel de réversion de la réponse médiée par les GABAARs. Cela change l action du GABA d excitateur à inhibiteur (Ludwig et al., 2003;Rivera et al., 2005;Stein et al., 2004). De récentes données montrent que KCC2 serait aussi impliqué dans la neurotoxicité (Rivera et al., 2004). Une des conséquences d une libération excessive de glutamate lors d une pathologie cérébrale est la modification de l homéostasie du chlore favorisant la dilatation cellulaire, la dépolarisation de la membrane et ainsi contribue à la neurotoxicité. Une telle augmentation de la concentration intracellulaire de chlore est due à l inactivation de KCC2 (Woodin et al., 2003;Palma et al., 2006). En effet, dans des neurones pyramidaux de CA1 de tranches d hippocampe adulte, une activité de type inter-ictale soutenue diminue l expression de l ARNm de KCC2 et de sa protéine. Cela conduit à une moindre sortie de chlore et change le GABA d inhibiteur à excitateur (Rivera et al., 2004). Cela facilite l activation des RNMDAs, selon le scénario décrit précédemment pour des neurones immatures (Leinekugel et al., 1997), ce qui conduit alors à la mort neuronale.L ensemble de ces données suggère donc que l activité neuronale synchrone dirigée par la neurotransmission GABA excitatrice participe à la formation du réseau neuronal lors du développement cérébral précoce. Comme, lors du développement, le passage de l effet du GABA d excitateur à inhibiteur est sous le contrôle de KCC2, nous postulons que ce transporteur joue un rôle important dans la formation du réseau neuronal. Le but principal de ce travail de thèse est de vérifier cette hypothèse en utilisant différents modèles permettant la modification de l expression de KCC2. Le travail de thèse inclut quatre parties complémentaires: I) la mise en place des modèles expérimentaux et des outils de biologie moléculaire permettant la surexpression de KCC2 dans des neurones vivants; II) l étude du rôle de régulation de KCC2 dans la synaptogenèse en utilisant la surexpression de cette protéine; III) l étude de la synaptogenèse dans un modèle comportant un déficit en KCC2; IV) l étude des implications possible de KCC2 comme agent neuroprotecteur.AIX-MARSEILLE2-BU Sci.Luminy (130552106) / SudocSudocFranceF