Pathological and physiological relevance of the histidine-rich domain of neurexin 1β

La formation et l’intégrité des synapses sont essentielles au bon fonctionnement du cerveau tout au long de la vie. Un défaut dans les connexions synaptiques durant le développement peut conduire à des troubles neurodéveloppementaux tels que l’autisme. De même, des dysfonctionnements synaptiques apparaissant plus tard au cours de la vie participent aux processus neurodégénératifs observés dans des pathologies comme la maladie d’Alzheimer ou de Parkinson. En tant que plus petite unité intégrative du cerveau, une meilleure compréhension des acteurs moléculaires clés et des interactions qui gouvernent la formation, le fonctionnement et la dégradation des synapses constitue une étape fondamentale pour décrypter la manière dont les circuits neuronaux conservent leur stabilité et adaptabilité tout au long de la vie. Les Neurexines (Nrxns) forment une famille de protéines présynaptiques qui régulent les propriétés synaptiques à plusieurs niveaux, notamment grâce à la grande diversité de leurs isoformes, générées par la combinaison de plusieurs gènes, promoteurs et événements d’épissage alternatif. Une classification structurale des Nrxns distingue notamment les formes longues α-Nrxns des formes courtes β-Nrxns. Bien que ces deux isoformes aient été étudiées séparément, leur forte redondance structurale rend difficile l’attribution de fonctions spécifiques à chacune d’elles. Malgré le fait que des études structurales précoces aient fait mention d’une région N-terminale atypique propre aux β-Nrxns, aucune étude complémentaire n’a été lancé pour explorer cette particularité. Dans cette thèse, j’ai étudié le rôle du domaine riche en histidines (HRD), qui constitue la région N-terminale des β-Nrxns, dans des contextes physiologiques et pathologiques. Dans un premier temps, j’ai démontré que ce domaine HRD est crucial pour l’interaction pathologique avec les agrégats d’α-synucléine, qui sont les marqueurs moléculaires caractéristiques de la maladie de Parkinson. Des approches complémentaires, utilisant des plasmides exprimant des β-Nrxns tronquées ainsi qu’un anticorps reconnaissant spécifiquement ce domaine, ont montré une importante réduction de l’interaction avec l’α-synucléine dans des expériences d’interaction de surface. Plus important encore, dans des neurones issus de cultures primaires et des expériences de formation artificielle de synapse, j’ai montré que cette interaction entraîne des dysfonctionnements synaptiques spécifiquement médiés par les β-Nrxns, avec une sévère réduction dans l’accumulation des vésicules synaptique au niveau des sites présynaptiques. Dans un second travail, j’ai mis en évidence la contribution moléculaire et fonctionnelle du domaine HRD de Nrxn1β en caractérisant une nouvelle lignée murine exprimant une Nrxn1β dépourvue de ce domaine. L’analyse de neurones primaires issus de ce modèle a montré une altération de l’organisation présynaptique durant les tests de formation artificielle de synapses, révélant au passage une augmentation inattendue de l’accumulation de vésicules excitatrices au niveau des sites présynaptiques. Fonctionnellement, l’absence de HRD est corrélé à un renforcement de la facilitation à court terme observé au travers d’enregistrements électrophysiologiques provenant des synapses formées par les collatérale de Schaffer et les neurones du CA1 dans l’hippocampe. Dans l’ensemble, ces résultats révèlent que le domaine HRD n’est pas un simple insert structurel passif, mais un élément régulateur qui façonne les interactions moléculaires et les fonctions présynaptiques des β-Nrxns. Ce travail apporte ainsi de nouvelles perspectives sur la manière dont des domaines spécifiques de certaines isoformes contribuent à la diversité synaptique et offre un point de vue original sur la façon dont les dysfonctionnements des Nrxns peuvent participer à la pathogenèse des maladies neurodégénératives.