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Dans quelles conditions se forment les épines dendritiques ?


Je suis à la recherche de ressources ou d'informations sur la formation des épines dendritiques et la synaptogenèse, notamment en ce qui concerne la façon dont de nouvelles connexions se forment au quotidien.

La signalisation électrotonique le long des axones et à travers les épines provoque-t-elle l'établissement de nouvelles connexions basées sur une sorte de condition spatiale (peut-être une attraction électrique ou chimique), ou existe-t-il ici une heuristique plus large ?


La formation de la colonne vertébrale (spinogenèse) est presque certainement due à une signalisation chimique, plutôt qu'électrique, entre les neurones. Bien qu'il existe des exceptions (jonctions lacunaires, par exemple), la plupart des formes de communication intercellulaire sont médiées par des produits chimiques libérés par une cellule et détectés par une autre. Vous avez raison de dire que les signaux de synaptogenèse sont probablement localisés (la "condition spatiale"), mais je suis prêt à parier que ces signaux locaux sont de nature chimique.

Un article récent de Kwon et Sabatini (2011) montre que la libération locale du neurotransmetteur glutamate est suffisante pour provoquer la formation d'une colonne vertébrale fonctionnelle. Les récepteurs de glutamate sur la dendrite détectent le glutamate et une colonne vertébrale se forme (en quelques secondes). Au moins dans ces conditions, la machinerie présynaptique n'est pas du tout nécessaire ! Bien sûr, dans une préparation moins réduite, l'activité électrique dans l'axone signalera la libération de glutamate du côté présynaptique. Ainsi, dans ce cas, la formation de la colonne vertébrale dépend de l'activité mais est médiée par des signaux chimiques.


On pense que les épines dendritiques grandissent et reculent sous LTP et LTD, respectivement. Voir (Bosch et Hayoshi 2011) pour une revue.

À partir de là, une grande partie de la synaptogenèse se produit en raison des molécules de surface présentes à la fois sur la dendrite et l'axone présynaptique dans le cône de croissance. La localisation et le guidage sont obtenus grâce à des gradients de facteurs de croissance dans le système nerveux en développement Voir (Kolodkin et Tessier-Lavigne 2011) pour une revue de l'ensemble de ces mécanismes.

La façon dont cela se répercute sur le SNC humain et sur la réflexion/l'apprentissage/la mémorisation fait toujours l'objet d'un débat, mais certains de ces mécanismes doivent avoir été préservés chez les espèces supérieures.


Les références:

Bosch M, Hayashi Y. (2012) Plasticité structurelle des épines dendritiques. Curr Opin Neurobiol.,22(3) :383-8. (Publication en ligne du 28 septembre 2011).

Kolodkin AL, Tessier-Lavigne M. (2011). Mécanismes et molécules du câblage neuronal : une amorce. Cold Spring Harb Perspect Biol., 3(6). [EST CE QUE JE]


Deux classes de facteurs contribuant à la spinogenèse ont été décrites dans la littérature, selon qu'ils peuvent être considérés comme extrinsèques ou intrinsèques à la dendrite (ma classification). Voici une courte liste de preuves en faveur de l'un ou l'autre :

A. Extrinsèque :

  1. la présence de glutamate extracellulaire facilite la formation de la colonne vertébrale dans les tissus de très jeunes souris (Richards et al., 2005; Kwon et Sabatini, 2011)

  2. les nouvelles épines se forment préférentiellement vers des boutons avec des contacts synaptiques préexistants (Toni et al., 1999, 2007; Knott et al., 2006; Nägerl et al., 2007)

B. Intrinsèque :

  1. de nouvelles épines ont tendance à se former loin des épines préexistantes sur la dendrite (Fu et al. 2012)

  2. les dendrites avec des densités d'épines plus faibles présentent un degré plus élevé de spinogenèse (Holtmaat et al. 2005)

Un mécanisme proposé extrinsèque à la dendrite qui peut conduire à la spinogenèse est le débordement du glutamate. Les mécanismes envisageables intrinsèques à la dendrite qui peuvent contrôler la spinogenèse peuvent être la compétition pour les ressources (protéines structurales, ARNm etc.).

Les dendrites des cellules pyramidales dans certaines zones du cortex et de l'hippocampe présentent un renouvellement relativement élevé de la formation et de l'élimination de la colonne vertébrale (Holtmaat et al. 2005, Attardo et al. 2005), au moins par rapport aux boutons axonaux (par exemple de Paola 2006). Alors que certaines de ces nouvelles épines se stabilisent, beaucoup disparaissent peu après leur formation. Cela indique que, au moins en partie, leur création n'est pas entièrement spécifiée par l'existence d'un partenaire pré-synaptique, si l'on suppose que le partenaire pré-synaptique continue de les "attirer" (et c'est un gros si). L'indépendance relative de la spinogenèse par rapport à l'activité présynaptique est encore corroborée par le fait que la plupart des nouvelles épines n'ont pas de synapse (Knott et al., 2006).

Il semble donc que les dendrites surproduisent des épines afin d'échantillonner leur environnement pour des partenaires synaptiques potentiels. L'avantage d'un tel mécanisme peut être vu lorsque l'on considère les changements potentiels de schéma de câblage que les neurones peuvent réaliser avec de tels changements microscopiques relativement peu coûteux (Stepanyants et al. 2002). On ne sait pas encore à quel moment entre la spinogenèse et la formation des synapses, l'activité présynaptique devient un facteur d'influence dans le cerveau adulte intact. Une théorie intégrant les informations existantes sur la spinogenèse est à venir.


Les références

  • Attardo A, Fitzgerald JE, Schnitzer MJ. (2015) Impermanence des épines dendritiques dans l'hippocampe CA1 adulte vivant. La nature, 523(7562), 592-596. https://doi.org/10.1038/nature14467

  • De Paola, V., Holtmaat, A., Knott, G., Song, S., Wilbrecht, L., Caroni, P., & Svoboda, K. (2006). Plasticité structurelle spécifique au type de cellule des branches axonales et des boutons dans le néocortex adulte. Neurone, 49(6), 861-875. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2006.02.017

  • Fu, M., Yu, X., Lu, J. et Zuo, Y. (2012). L'apprentissage moteur répétitif induit la formation coordonnée d'épines dendritiques groupées in vivo. La nature, 483(7387), 92-95. https://doi.org/10.1038/nature10844

  • Holtmaat, A.J.G.D., Trachtenberg, J.T., Wilbrecht, L., Shepherd, G.M., Zhang, X., Knott, G.W. et Svoboda, K. (2005). Épines dendritiques transitoires et persistantes dans le néocortex In Vivo. Neurone, 45(2), 279-291. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2005.01.003

  • Knott, G. W., Holtmaat, A., Wilbrecht, L., Welker, E. et Svoboda, K. (2006). La croissance de la colonne vertébrale précède la formation des synapses dans le néocortex adulte in vivo. Neurosciences de la nature, 9(9), 1117-1124. https://doi.org/10.1038/nn1747

  • Kwon, H.-B., & Sabatini, B. L. (2011). Le glutamate induit la croissance de novo des épines fonctionnelles dans le cortex en développement. La nature, 474(7349), 100-104. https://doi.org/10.1038/nature09986

  • Nägerl, U.V., Köstinger, G., Anderson, J.C., Martin, K.A.C. et Bonhoeffer, T. (2007). Synaptogenèse prolongée après spinogenèse dépendante de l'activité dans les neurones de l'hippocampe. Le Journal des Neurosciences, 27(30), 8149-56. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0511-07.2007

  • Richards, D.A., Mateos, J.M., Hugel, S., de Paola, V., Caroni, P., Gahwiler, B.H., & McKinney, R.A. (2005). Le glutamate induit la formation rapide de protubérances de la tête de la colonne vertébrale dans les cultures de tranches d'hippocampe. Actes de l'Académie nationale des sciences, 102(17), 6166-6171. https://doi.org/10.1073/pnas.0501881102

  • Stepanyants, A., Hof, P. R. et Chklovskii, D. B. (2002). Géométrie et plasticité structurelle de la connectivité synaptique. Neurone, 34(2), 275-88. Extrait de http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11970869

  • Toni, N., Buchs, P.A., Nikonenko, I., Bron, C.R. et Muller, D. (1999). LTP favorise la formation de plusieurs synapses de la colonne vertébrale entre un seul axone terminal et une dendrite. La nature, 402(6760), 421-5. https://doi.org/10.1038/46574

  • Toni, N., Teng, E. M., Bushong, E. a, Aimone, J. B., Zhao, C., Consiglio, A.,… Gage, F. H. (2007). Formation de synapses sur des neurones nés dans l'hippocampe adulte. Neurosciences naturelles, 10(6), 727-734. https://doi.org/10.1038/nn1908


Reconstruction 3D robuste et identification des épines dendritiques à partir de l'imagerie par microscopie optique

En neurobiologie, la reconstruction 3D des neurones suivie de l'identification des épines dendritiques est essentielle pour étudier la morphologie, la fonction et les propriétés biophysiques des neurones. La plupart des méthodes existantes souffrent de problèmes de faible fiabilité, de faible précision et nécessitent beaucoup d'interaction avec l'utilisateur. Dans cet article, nous présentons une méthode pour reconstruire les dendrites en utilisant une représentation de surface du neurone. Le squelette de la dendrite est extrait par une procédure basée sur la fonction géodésique médiane qui est robuste et topologiquement correcte, et il est utilisé pour identifier avec précision les épines. La sensibilité de l'algorithme sur les différents paramètres est explorée en détail et la méthode s'avère robuste.


Résultats

Le remodelage médié par le NMDA des épines et des synapses dendritiques matures est bloqué par la cofiline phospho-mimétique S3D.

Nos études précédentes ont montré que l'activation du récepteur NMDA favorise le remodelage de la colonne vertébrale dendritique dans les neurones hippocampiques en culture (18). Pour déterminer si la cofiline sous-tend cet événement, nous avons induit une LTD chimique dépendante du NMDA dans des neurones hippocampiques en culture exprimant la GFP de contrôle, la cofiline de type sauvage (WT), la cofiline S3A constitutivement active ou la cofiline phospho-mimétique S3D. Les neurones de l'hippocampe de contrôle présentaient une fréquence élevée d'épines dendritiques matures en forme de champignon avec de grandes têtes et des cous courts, résultant en un rapport surface/longueur de la tête de la colonne vertébrale élevé (Fig. 1). Les épines matures étaient associées à des points lacrymaux positifs à la synaptophysine, démontrant la proximité des boutons présynaptiques, et contenaient respectivement la protéine de densité postsynaptique (PSD) PSD-95, ainsi que les sous-unités NR2A/B et GluR2 des NMDAR et des AMPAR (Fig. 1 A𠄿 ). L'activation de NMDAR a augmenté la proportion d'épines dendritiques immatures, indiquée par une diminution de la taille de la tête de la colonne vertébrale et du rapport surface/longueur de la tête de la colonne vertébrale (Fig. 1 H et je ), et induit la croissance de nouveaux filopodes entraînant une augmentation globale de la densité de protrusion ( Fig. 1J ). L'activation de NMDAR a également conduit à une diminution du nombre de synaptophysine, PSD-95, NR2A/B et GluR2 puncta qui étaient associés aux têtes de la colonne vertébrale dendritiques, ce qui pourrait être le résultat du rétrécissement de la tête de la colonne vertébrale (Fig. 1 K–N ). Il y a eu une augmentation subséquente des points synaptiques le long de la tige dendritique sans changement du nombre total de ces points pré- et post-synaptiques après l'activation du NMDAR, suggérant leur redistribution des têtes de la colonne vertébrale vers la tige dendritique plutôt que leur élimination.

Le remodelage médié par le NMDA des épines et des synapses dendritiques matures est bloqué par la cofiline phospho-mimétique S3D. (A𠄿) Images confocales montrant les dendrites de 14 jours in vitro (DIV) des neurones hippocampiques exprimant la GFP (UNE, C, et E) ou de la cofiline S3D marquée GFP (cofiline S3D -GFP B, , et F). Les neurones ont été non traités (Cntl) ou traités avec 50 μM de NMDA dans une solution sans Mg 2+ pendant 5 min pour activer les récepteurs NMDA, suivis d'un lavage au NMDA et d'une incubation de 60 min dans un milieu conditionné (NMDA). Les sites pré- et post-synaptiques ont été identifiés par immunocoloration contre la synaptophysine (Syn, UNE et B), PSD-95 (C et ), les sous-unités NMDAR NR2A/B (A𠄽), et la sous-unité AMPAR GluR2 (E et F). La F-actine a été détectée par la phalloïdine couplée à la rhodamine (E et F). Les pointes de flèches indiquent les points positifs associés aux épines dendritiques, et les flèches indiquent les points positifs dans la tige dendritique. (Barres d'échelle, 10 μm.) (G–J) Analyse quantitative de la longueur du rachis (g), zone de la tête (H), rapport surface de la tête/longueur (je) et la densité (J) dans les neurones non traités (Cntl) et traités au NMDA (NMDA) exprimant la GFP, la cofiline WT, la cofiline S3A constitutivement active ou la cofiline phospho-mimétique S3D. Les histogrammes montrent la moyenne ± SEM (m = 100� épines de 7� neurones par condition). L'analyse statistique a été réalisée à l'aide d'une ANOVA à un facteur suivie du post-test de comparaison multiple de Tukey (*P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001). (K–N) Analyse quantitative des nombres de synaptophysine (Syn-), PSD-95–, NR2A/B-, GluR2- et Phalloidin (Phall)-positives associées aux épines dendritiques par 10 μm de dendrite dans non traité (Cntl ) ou des neurones traités au NMDA (NMDA) exprimant la GFP ou la cofiline S3D . Les histogrammes montrent la moyenne ± SEM (m = 7� neurones par condition). L'analyse statistique a été réalisée à l'aide d'une ANOVA à un facteur suivie du post-test de comparaison multiple de Tukey (*P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001).

Les changements induits par le NMDA dans la morphologie de la colonne vertébrale dendritique et le nombre de sites synaptiques associés aux épines dendritiques dépendaient de l'activation de la cofiline, car son inhibition par la surexpression de la cofiline phospho-mimétique S3D a bloqué le rétrécissement induit par le NMDA des têtes de la colonne vertébrale dendritique et a empêché la perte ultérieure de synaptique. protéines des épines dendritiques ( Fig. 1 K–N ). En revanche, la surexpression de la cofiline S3A constitutivement active a induit un rétrécissement de la tête de la colonne vertébrale dendritique, similaire aux effets du traitement NMDA. L'activation de NMDAR n'a pas induit de rétrécissement supplémentaire de la tête de la colonne vertébrale dans les neurones exprimant la cofiline S3A, peut-être parce que ces épines présentent déjà des têtes plus petites avant le traitement NMDA (Fig. 1 G–J ). Nos résultats suggèrent que le NMDA peut induire un remodelage des épines dendritiques et des synapses par le biais de la régulation de l'activation de la cofiline dans les épines dendritiques.

L'activation NMDAR favorise la translocation rapide de la cofiline active vers les épines dendritiques, qui est perturbée dans les neurones KO β-Arrestin-2.

Nous avons constaté qu'en plus de la déphosphorylation de la cofiline, une localisation appropriée de la cofiline active est essentielle pour ses effets sur les épines dendritiques et les synapses. Nos études indiquent qu'un traitement aigu au NMDA de 14 jours in vitro (DIV) des neurones hippocampiques entraîne une translocation rapide de la cofiline WT et de la cofiline constitutivement active non phosphorylée S3A (film S1), mais pas du mutant phospho-mimétique de la cofiline S3D, vers le têtes d'épines dendritiques dans les 5 minutes suivant le traitement NMDA (Fig. 2). De plus, la cofiline S3A est distribuée de manière diffuse dans les épines et la tige dendritique avant le traitement au NMDA, ce qui indique que la déphosphorylation seule n'est pas suffisante pour déclencher le regroupement de la cofiline dans les épines dendritiques.

L'activation de NMDAR favorise la translocation rapide de la cofiline vers les épines dendritiques, qui est perturbée dans les neurones KO β-arrestin-2. (A𠄼) Images fluorescentes en accéléré montrant les dendrites des neurones hippocampiques WT, β-arrestin-1 KO ou β-arrestin-2 KO à 14 DIV exprimant DsRed (rouge) et WT cofiline-GFP (UNE), cofiline S3A -GFP (B), ou cofiline S3D -GFP (C), avant (Cntl) ou 5 min après le traitement au NMDA. (Barres d'échelle, 10 μm.) Voir aussi les films S1 et S2. (–G) L'analyse quantitative de la distribution de la GFP et de la cofiline marquée par la GFP avant et après le traitement NMDA est illustrée par le rapport tête-base (tête/base) de la colonne vertébrale dendritique de fluorescence GFP, normalisé par rapport à la fluorescence DsRed. Un rapport de 1 indiquerait une distribution uniforme de la GFP ou de la cofiline marquée GFP dans les têtes de la colonne vertébrale et la tige dendritique (base), tandis qu'un rapport significativement ϡ indiquerait un ciblage spécifique de la cofiline marquée GFP sur les épines dendritiques. Les histogrammes montrent la moyenne ± SEM (m = 100� épines de cinq neurones par condition). L'analyse statistique a été réalisée à l'aide d'une ANOVA à un facteur suivie du post-test de comparaison multiple de Tukey. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001 par rapport au témoin respectif une indique une valeur significativement différente de celle des neurones WT non traités (P < 0,001) b indique une valeur significativement différente de celle des neurones WT traités au NMDA (P < 0,01) c indique une valeur significativement différente de celle des neurones KO β-arrestin-2 traités au NMDA (P < 0,001).

Les protéines d'échafaudage β-arrestines, qui ont été récemment suggérées pour réguler la localisation de la cofiline dans les cellules en migration (33, 34), étaient des candidats de choix pour la régulation de la translocation de la cofiline en réponse à l'activation de NMDAR. Tout d'abord, nous avons examiné les effets du NMDA sur la localisation de la cofiline WT, de la cofiline S3A constitutivement active ou de la cofiline phospho-mimétique inactive S3D dans les neurones hippocampiques β-arrestin-1 KO et β-arrestin-2 KO (Fig. 2 ). La translocation déclenchée par le NMDA de la cofiline S3A constitutivement active dans les épines a été observée dans les neurones hippocampiques de WT (Fig. 2 B et F et Movie S1), mais était altéré dans les neurones KO β-arrestin-2 (Fig. 2 B et F et Film S2). Cette réduction du niveau de regroupement de la cofiline dans les épines après un traitement au NMDA démontre que la β-arrestine-2 est nécessaire pour une translocation appropriée de la cofiline active non phosphorylable S3A vers les épines en réponse à l'activation de NMDAR. Contrairement à la cofiline S3A active non phosphorylable, la translocation induite par le NMDA de la cofiline WT vers les épines dendritiques n'a pas été affectée dans les neurones β-arrestin-1 KO ou β-arrestin-2 KO (Fig. 2 UNE et E ). Il est possible que la β-arrestine-1 puisse réguler la translocation de la cofiline dans les neurones KO de la β-arrestine-2, qui est bloquée par la substitution de Ser à Ala dans la cofiline active non phosphorylable S3A, tandis que la β-arrestine-2 contrôle la translocation de la cofiline S3A non phosphorylable active dans les neurones KO β-arrestine-1. Ces résultats suggèrent que les deux β-arrestines peuvent être impliquées dans la translocation de la cofiline, mais que la β-arrestine-2 est nécessaire pour la translocation de la forme active de la cofiline vers les épines en réponse à l'activation de NMDAR.

β-Arrestin-2 Les neurones KO sont résistants au remodelage de la colonne vertébrale dendritique induit par le NMDA.

La translocation induite par le NMDA de la cofiline aux épines, qui s'est produite rapidement dans les 5 minutes suivant le traitement au NMDA, est suivie par la transformation d'épines matures avec de grosses têtes en épines minces immatures avec de petites têtes (Fig. S1). Pour déterminer si la capacité de la β-arrestine-2 à localiser la cofiline active dans les épines dendritiques est requise pour le remodelage de la colonne vertébrale induit par le NMDA, nous avons examiné les effets de la NMDA sur la morphologie de la colonne vertébrale dans les neurones de l'hippocampe dépourvus de β-arrestine-1 ou β-arrestin-2. Nos résultats indiquent que la suppression de la protéine d'échafaudage β-arrestin-2 a aboli la capacité du NMDA à induire un remodelage de la colonne vertébrale dendritique.Alors que le traitement NMDA des neurones WT a entraîné un phénotype de la colonne vertébrale plus immature, la morphologie des neurones KO β-arrestin-2 n'a pas changé avec le traitement NMDA (Fig. 3 UNE, B, et F–I ). L'analyse statistique n'a montré aucun changement significatif dans la longueur de la colonne vertébrale, la surface de la tête de la colonne vertébrale et le rapport surface/longueur de la tête de la colonne vertébrale dans les neurones KO β-arrestin-2 traités au NMDA par rapport aux neurones KO β-arrestine-2 non traités ( 3 F–H ). Bien que la suppression de β-arrestine-2 ait bloqué le remodelage de la colonne vertébrale induit par le NMDA, elle n'a pas affecté le développement normal des épines dendritiques, car les neurones KO de β-arrestine-2 ont développé des épines matures avec de grosses têtes similaires aux neurones WT. dans 14 cultures hippocampiques DIV ( Fig. 3 UNE, B, et F–J ). En revanche, les neurones KO β-arrestin-1 présentaient des épines plus immatures qui étaient plus longues avec des têtes plus petites et des rapports surface/longueur de la tête de la colonne plus faibles que les neurones WT, mais la cofiline phospho-mimétique S3D a sauvé un phénotype de colonne vertébrale mature dans le & #x003b2-arrestin-1 Neurones KO (Fig. 3 E et J ). Ce résultat suggère que la β-arrestine-1 est nécessaire au développement normal de la colonne vertébrale dendritique et peut agir pour supprimer l'activité excessive de la cofiline dans les épines dendritiques, entraînant la maturation de la colonne vertébrale, tandis que la perte de β-arrestine-1 peut augmenter la vulnérabilité de β-arrestin-1 neurones KO à des conditions pathologiques. En effet, la surexpression de la cofiline active non phosphorylable S3A dans les neurones KO β-arrestine-1 a entraîné la formation de structures ressemblant à des bâtonnets de cofiline�tine (Fig. 2B ) qui ont été rapportés dans des conditions de stress cellulaire (35, 36). Ces résultats suggèrent que la capacité de la β-arrestine-2 à contrôler le remodelage de la colonne vertébrale induit par le NMDA et le développement dépendant de la β-arrestine-1– des épines matures dépendent de l'activation de la cofiline.

Les neurones KO β-Arrestin-2 développent des épines matures normales qui sont résistantes au remodelage de la colonne vertébrale induit par le NMDA ou la cofiline S3A constitutivement active. (A𠄾) Images confocales montrant les dendrites de 14 neurones hippocampiques DIV de WT, β-arrestin-1 KO, ou β-arrestin-2 KO neurones hippocampiques exprimant DsRed et GFP (UNE et B) ou DsRed et WT cofiline-GFP (C), cofiline S3A -GFP (), ou cofiline S3D -GFP (E). (B) Les neurones ont été traités avec du NMDA (50 μM, 5 min), suivi d'un lavage et d'une incubation dans des milieux conditionnés pendant 60 min. (Barre d'échelle, 10 μm.) (F–K) Analyse quantitative de la longueur du rachis (F), zone de la tête (g), rapport surface de la tête/longueur (H et J), densité (je) et le pourcentage de filopodes (K). Les graphiques affichent la moyenne ± SEM (m = 600� épines de 12� neurones par condition). L'analyse statistique a été réalisée à l'aide d'une ANOVA à un facteur suivie du post-test de comparaison multiple de Tukey. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001 une indique une valeur significativement différente de celle des neurones WT exprimant la GFP, la cofiline WT ou la cofiline S3D (P < 0,001) b indique une valeur significativement différente de celle des neurones KO β-arrestin-2 exprimant la GFP (P < 0,05), WT cofiline (P < 0,01), ou cofiline S3D (P < 0,001) c indique une valeur significativement différente de celles de toutes les autres conditions du génotype correspondant (P < 0,001).

La suppression de β-Arrestin-2 affecte le remodelage de la colonne vertébrale dendritique induit par la cofiline S3A constitutivement active.

Si la capacité de β-arrestine-2 à réguler la localisation de la cofiline dans les épines dendritiques sous-tend le remodelage de la colonne vertébrale médié par le NMDA, alors la suppression de β-arrestine-2 pourrait également affecter le remodelage de la colonne vertébrale dendritique induit par la cofiline S3A constitutivement active. En effet, la cofiline S3A constitutivement active n'a pas réussi à se regrouper dans les épines dendritiques des neurones déficients en β-arrestine-2𠄾n réponse au traitement NMDA (Fig. 2B ), et la capacité de la cofiline S3A constitutivement active à induire un remodelage de la colonne vertébrale dendritique a également été perturbée dans les neurones déficients en β-arrestine-2– (Fig. 3 ). Alors que la cofiline S3A constitutivement active a induit un phénotype de colonne vertébrale immature dans les neurones hippocampiques WT, similaire aux effets du traitement NMDA, les neurones KO β-arrestin-2 exprimant la cofiline S3A constitutivement active présentaient des épines matures avec un rapport surface/longueur de la tête plus important. et un pourcentage plus faible de protubérances immatures ressemblant à des filopodes que les neurones WT exprimant la cofiline S3A constitutivement active ou les neurones β-arrestin-1 KO (Fig. 3 , J, et K ). Nos résultats suggèrent que la β-arrestine-2 joue un rôle important dans la translocation de la cofiline active vers les épines dendritiques pour réguler le remodelage de la colonne vertébrale en réponse au NMDA.

La surexpression de β-Arrestin-1 ou β-Arrestin-2 inverse l'effet de la suppression de β-Arrestin sur la morphologie de la colonne vertébrale dendritique sous une activité synaptique normale ou en réponse à la NMDA.

Nous avons pu inverser les effets de β-arrestin-1 KO sur la morphologie de la colonne vertébrale dendritique en surexprimant β-arrestin-1 qui a été marqué avec la séquence peptidique FLAG (DYKDDDDK) dans β-arrestin-1�icient neurones (Fig. 4 UNE, C, et E ). L'analyse de la distribution de la transfectée FLAG-tagged β-arrestin-1 a révélé une localisation diffuse à travers les arbres dendritiques et les épines (Fig. 4 C et F ). De plus, la surexpression de FLAG-tagged β-arrestin-2 a sauvé le remodelage de la colonne vertébrale induit par le NMDA dans les neurones déficients en β-arrestin-2– (Fig. 4 B, , et E ), confirmant que la β-arrestine-2 est impliquée dans le remodelage de la colonne vertébrale dendritique médié par le NMDA.

La surexpression de β-arrestin-1 ou β-arrestin-2 inverse l'effet de la suppression de β-arrestine sur la morphologie de la colonne vertébrale dendritique dans le cadre d'une activité synaptique normale ou en réponse à la NMDA. (A𠄽) Images confocales montrant les dendrites de 14 neurones hippocampiques DIV de souris β-arrestin-1 KO ou β-arrestin-2 KO exprimant la GFP seule (UNE et B) ou GFP avec FLAG-tagged β-arrestin-1 (C) ou FLAG-tagged β-arrestin-2 (). (Barre d'échelle, 10 μm.) (E et F) Analyse quantitative de la morphologie du rachis dendritique (rapport surface de la tête du rachis/longueur, E) et la distribution des β-arrestins étiquetés FLAG (F). Le rapport d'immunoréactivité de la β-arrestine a été mesuré dans la tête de la colonne vertébrale par rapport à la tige dendritique (rapport tête de la colonne vertébrale/base), dans les neurones WT ou KO exprimant la β-arrestine-1 ou -2 étiquetée FLAG. L'arrestine-1 ou -2 marquée FLAG a été détectée par immunocoloration contre FLAG et les niveaux ont été normalisés par rapport à la fluorescence de la GFP. Les graphiques affichent la moyenne ± SEM (m = 600 épines de 10 cellules par condition). L'analyse statistique a été réalisée à l'aide d'une ANOVA à un facteur suivie du post-test de comparaison multiple de Tukey (*P < 0,05, ***P < 0,001). (g) La liaison moyenne de la β-arrestine-2 marquée par GST a été déterminée pour la cofiline WT, la cofiline S3A et la cofiline S3D. Intensité intégrée à partir d'expériences répétées (m = 3) a été déterminé et normalisé au signal maximal. Les courbes ont été ajustées à l'aide d'un modèle dose/réponse de régression non linéaire.

Nous avons également constaté que la β-arrestine-2 peut interagir directement avec la cofiline WT, la cofiline S3A et la cofiline S3D , avec la plus grande affinité envers la cofiline S3A constitutivement active (Fig. 4g ). Ces résultats sont cohérents avec un modèle dans lequel β-arrestin-2 se lie à la cofiline activée et favorise sa translocation vers les épines dendritiques. β-Arrestin-2 est également distribué de manière égale entre les épines et les tiges dendritiques, mais semble former des grappes en réponse au traitement NMDA, qui sont détectées dans les têtes des épines dendritiques (Fig. 4 et F ). Ces résultats suggèrent que les deux β-arrestines sont impliquées dans le développement et le maintien de la colonne vertébrale sous une activité synaptique normale, tandis que la β-arrestine-2 est également impliquée dans le remodelage de la colonne vertébrale dendritique médié par la cofiline en réponse au NMDA.

β-Arrestin-2 médie la translocation de la cofiline induite par le NMDA indépendamment de la déphosphorylation de la cofiline.

β-Arrestins peut également réguler les niveaux de phosphorylation de la cofiline par l'échafaudage de la cofiline avec sa kinase LIM kinase 1 (LIMK1, où LIM est un acronyme des trois produits génétiques Lin-11, Isl-1 et Mec-3)-1 ou phosphatase chronophin (CIN) (33, 34), nous avons donc examiné si la déphosphorylation de la cofiline induite par le NMDA est affectée dans les neurones KO β-arrestin-2. Alors que la suppression de β-arrestine-2 affectait la translocation induite par le NMDA de la cofiline active vers les épines dendritiques et le remodelage de la colonne vertébrale, elle n'était pas suffisante pour bloquer la déphosphorylation de la cofiline médiée par le NMDA, car nous avons observé des niveaux réduits de cofiline phosphorylée dans #x003b2-arrestin-2 neurones KO par rapport aux témoins non traités (Fig. 5 UNE et B ). Semblable aux rapports publiés précédemment, nous avons constaté que l'activation de la calcineurine induite par le NMDA et une voie Ras-PI3K est responsable de la déphosphorylation de la cofiline induite par le NMDA (37, 38), en tant que traitement simultané des neurones de l'hippocampe avec un inhibiteur de la calcineurine [50 μM la cyclosporine A (CycA)] et un inhibiteur de PI3K [50 μM LY294,002 (LY)] ont complètement bloqué la déphosphorylation de la cofiline induite par le NMDA dans les neurones de l'hippocampe (Fig. 5 UNE et B ). Cependant, la déphosphorylation n'est pas nécessaire pour le regroupement de la cofiline dans les épines dendritiques après l'activation du NMDAR, car l'inhibition de la déphosphorylation de la cofiline n'a pas empêché la translocation induite par le NMDA de la cofiline WT vers les épines dendritiques, un effet qui a été bloqué par l'inhibiteur spécifique du NMDAR MK801 (Fig. 5 C et F ). Néanmoins, l'inhibition de la déphosphorylation de la cofiline avec les inhibiteurs de la calcineurine et de PI3K a bloqué les changements induits par le NMDA dans la morphologie de la colonne vertébrale dendritique, suggérant que la cofiline peut être transloquée vers les épines dendritiques sous sa forme phosphorylée, mais ne parvient pas à remodeler les épines (Fig. 5 Je–K ). Ces études montrent que la déphosphorylation de la cofiline médiée par la calcineurine et la PI3K et la translocation médiée par la cofiline vers les épines dendritiques sont nécessaires pour le remodelage de la colonne vertébrale dendritique médié par le NMDA (Fig. S2).

La déphosphorylation de la cofiline n'est pas requise pour la translocation de la cofiline vers les épines dendritiques, mais est nécessaire pour le remodelage de la colonne dendritique. (UNE et B) Quatorze neurones hippocampiques DIV ont été traités avec 50 μM NMDA dans une solution sans Mg 2+ pour activer les récepteurs NMDA pendant 5 min avec ou sans MK801 (10 μM), cyclosporine A (CycA, 50 μM), ou 294 002 LY (AL, 50 μM). Les lysats cellulaires ont été soumis à un immunoblot avec des anticorps anti-phospho-cofiline. Les transferts ont été enlevés et sondés contre la cofiline totale. Les niveaux de phospho-cofiline ont été quantifiés par densitométrie et normalisés aux niveaux de cofiline totale, respectivement. Les valeurs expérimentales représentent la moyenne ± SEM (m = 5�). L'analyse statistique a été réalisée à l'aide de la méthode de Student. t test (**P < 0,01, ***P < 0,001). (CE) Images fluorescentes time-lapse montrant les dendrites de 14 neurones hippocampiques DIV WT exprimant DsRed (rouge) et WT cofiline-GFP (C), cofiline S3A -GFP (), ou cofiline S3D -GFP (E), avant (Cntl) ou 5 min après le traitement au NMDA. (Barres d'échelle, 10 μm.) (F–H) Analyse quantitative de la distribution de la cofiline marquée GFP dans les neurones exprimant la cofiline WT-GFP (F), cofiline S3A -GFP (g), ou cofiline S3D -GFP (H), avant et après traitement NMDA, avec et sans MK801, CycA ou CycA et LY294,002 (CycA+LY). Le rapport tête-base (tête/base) de la colonne vertébrale dendritique de la fluorescence GFP est normalisé par rapport à la fluorescence DsRed. Les histogrammes montrent la moyenne ± SEM (m = 100� épines de 5 neurones par condition). L'analyse statistique a été réalisée à l'aide d'une ANOVA à un facteur suivie du post-test de comparaison multiple de Tukey. *P < 0,05, ***P < 0,001 par rapport au témoin respectif une et b indiquent des valeurs significativement différentes de celles des neurones traités au NMDA sans inhibiteurs (une, P < 0,05 b, P < 0,001) c indique une valeur significativement différente de celle des neurones non traités (c, P < 0,01). (Je–K) Analyse quantitative de la longueur du rachis (je), zone de la tête (J) et le rapport surface/longueur de la tête (K) dans les neurones hippocampiques WT exprimant la cofiline WT, avant (Cntl) et après traitement avec NMDA, avec et sans MK801, CycA ou CycA+LY. Les graphiques affichent la moyenne ± SEM (m = 100� épines de 7� cellules par condition). L'analyse statistique a été réalisée à l'aide d'une ANOVA à un facteur suivie du post-test de comparaison multiple de Tukey (*P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001).

La suppression de β-Arrestin-1, mais pas de β-Arrestin-2, perturbe le développement d'épines dendritiques matures dans l'hippocampe de souris in Vivo.

Nous avons ensuite examiné si le développement des épines dendritiques matures est affecté dans l'hippocampe des souris β-arrestine-1 KO et β-arrestine-2 KO in vivo. Les neurones de l'hippocampe CA1 des souris β-arrestin-1 KO présentaient des épines plus longues avec une surface de la tête significativement plus petite et un rapport surface/longueur de la tête plus faible que les neurones WT ou β-arrestine-2 KO (Fig. 6 A𠄿 et je ). En revanche, les neurones KO β-arrestin-2 ont développé des épines dendritiques matures normales, similaires à celles des neurones WT. Il n'y a eu aucun changement dans le nombre d'épines ou le pourcentage de filopodes parmi les neurones WT et β-arrestine KO (Fig. 6 g et H ). Alors que le développement d'épines dendritiques matures est affecté dans les neurones KO β-arrestine-1, les neurones KO β-arrestine-2 développent des épines matures normales à la fois in vitro et in vivo, mais ne parviennent pas à remodeler les épines en réponse à NMDA- LTD chimique dépendante in vitro.

La suppression de β-arrestin-1, mais pas de β-arrestin-2, perturbe le développement d'épines dendritiques matures dans l'hippocampe de souris in vivo. (A𠄼) Images confocales montrant les dendrites des neurones CA1 marqués au 1,1′-dioctadécyl-3,3,3′,3′-perchlorate de tétraméthylindocarbocyanine (DiI) dans des tranches d'hippocampe de WT, β-arrestin-1 KO , ou souris KO β-arrestin-2. (Barre d'échelle, 10 μm.) (–I) Analyse quantitative de la longueur du rachis (), zone de la tête (E), rapport surface de la tête/longueur (F et je), nombre de saillies par 10 μm de dendrite (g) et le pourcentage de filopodes (H). Les histogrammes montrent la moyenne ± SEM (m = 700� épines de six à huit neurones par condition). L'analyse statistique a été réalisée à l'aide d'une ANOVA à un facteur suivie du post-test de comparaison multiple de Tukey (**P < 0,01, ***P < 0,001).

β-Arrestin-2 Les souris KO présentent une LTP normale, mais une LTD considérablement altérée, dans des tranches d'hippocampe aiguës.

La plasticité anormale de la colonne vertébrale dendritique induite par le NMDA observée dans les neurones KO β-arrestine-2 in vitro a suggéré que la suppression de β-arrestine-2 pourrait entraîner une altération de la plasticité synaptique. Nous avons induit la LTP dans des tranches d'hippocampe aiguës avec deux tetani de 100 Hz d'une durée de 1 s de collatéraux de Schaffer (39). Une potentialisation de 150% des potentiels postsynaptiques excitateurs de champ (EPSP) a été trouvée dans les hippocampes WT et β-arrestin-2 KO après 60 min de stimulation à haute fréquence, suggérant que les souris β-arrestin-2 KO présentent niveaux normaux de LTP ( Fig. 7 UNE et B ).

Les souris β-Arrestin-2 KO présentent une LTP normale, mais une LTD significativement altérée, dans des tranches d'hippocampe aiguës. (UNE) LTP des synapses collatérales-CA1 de Schaffer évoquées par deux trains d'impulsions de 100 Hz à une durée de 1 s chez les souris WT (symboles pleins) et β-arrestin-2 KO (symboles ombrés). Le graphique montre la moyenne ± SEM (WT, m = 7 β-arrestin-2 KO, m = 7). (B) Analyse quantitative des potentiels postsynaptiques excitateurs de champ extracellulaire (fEPSP) pendant des minutes 60 & 0201375 chez des souris WT (barre pleine) et &# x003b2-arrestin-2 KO (barre ombrée). L'histogramme montre la moyenne de ± SEM Student t test, non significatif (NS). (C) LTD des synapses collatérales-CA1 de Schaffer évoquées par des LFS à impulsions appariées à 1 Hz pendant 15 min chez des souris WT (symboles pleins) et β-arrestin-2 KO (symboles ombrés). Le graphique montre la moyenne ± SEM (WT, m = 9 β-arrestin-2 KO, m = 10). () Analyse quantitative des fEPSPs pour les minutes 75� chez les souris WT (barre pleine) et β-arrestin-2 KO (barre ombrée). L'histogramme montre la moyenne de ± SEM Student t test, *P = 0.027. (E) Courbes d'entrée/sortie (E/S) comme indication de la transmission synaptique basale pour les souris WT (symboles pleins) et β-arrestin-2 KO (symboles ombrés). Le graphique montre la moyenne ± SEM (WT, m = 17 β-arrestin-2 KO, m = 15) de l'étudiant t test, non significatif (NS).

Les neurones KO β-arrestine-2 cultivés ont montré une résistance au rétrécissement de la tête de la colonne vertébrale induit par le NMDA, un mécanisme associé à la LTD, et Rust et al. (22) ont trouvé une LTD significativement altérée chez les souris KO à cofiline conditionnelle. Par conséquent, nous avons ensuite induit une LTD dans les synapses collatérales de Schaffer-CA1 en utilisant une stimulation basse fréquence à impulsions appariées (PP-LFS) à 1 Hz pendant 15 min. Fait intéressant, la LTD était significativement altérée chez les souris KO β-arrestin-2, car seule une dépression de 1,2% a été détectée après 60 minutes de PP-LFS, par rapport à une dépression de 16,1% observée chez les souris WT (Fig. 7 C et ). De plus, les EPSP dans les tranches des souris KO β-arrestin-2 sont revenus à la ligne de base 30 min après la stimulation, tandis que les EPSP dans les tranches WT sont restés à 85 % de la ligne de base 60 min après la stimulation. En revanche, il n'y avait pas de différences dans les courbes d'entrée/sortie (E/S) entre les souris β-arrestin-2 KO et les souris témoins (Fig. 7E ), indiquant que les réponses basales pré- et postsynaptiques ne sont pas altérées par le knock-out de β-arrestin-2. Pris ensemble, ces résultats impliquent la β-arrestine-2 dans les mécanismes cellulaires impliquant le rétrécissement de la colonne vertébrale dendritique et la LTD.

β-Arrestin-2𠄽éficits d'affichage des souris déficientes dans l'apprentissage spatial à long terme.

La résistance au remodelage de la colonne vertébrale dendritique induit par le NMDA et au LTD dépendant du NMDA altéré suggèrent que l'apprentissage et la mémoire dépendant de l'hippocampe peuvent également être affectés chez les souris KO β-arrestin-2. Pour examiner les capacités d'apprentissage spatial des souris KO β-arrestin-2, nous avons utilisé le labyrinthe aquatique à bras radial, un test très sensible de la mémoire spatiale dépendante de l'hippocampe (40, 41). Les souris WT et β-arrestin-2 KO ont eu des performances similaires au cours des jours 1𠄶 de l'entraînement, indiquant que la mémoire de référence à court terme n'était pas altérée chez les souris β-arrestin-2 KO (Fig. 8). Cependant, alors que les souris WT ont continué à s'améliorer au cours de 11 jours, les souris β-arrestin-2 KO n'ont pas montré d'améliorations du jour 7 au jour 11. Les souris β-Arrestin-2 KO ont eu besoin de beaucoup plus de temps pour localiser la plate-forme cachée à la fin du test aux jours 7� ( Fig. 8 UNE, C, et E ) et ont fait significativement plus d'erreurs dans le processus que les souris WT ( Fig. 8 B, , et F ). Ces résultats révèlent un déficit d'apprentissage spatial et de mémoire à long terme chez les souris KO β-arrestin-2.

Les souris déficientes en β-Arrestin2– présentent des déficits dans l'apprentissage spatial à long terme. (A𠄿) Analyse quantitative de la latence pour localiser la plateforme cachée (UNE, C, et E) et le nombre d'erreurs (B, , et F) dans le labyrinthe d'eau à bras radial pendant 11 jours d'essais. Les graphiques affichent la moyenne ± SEM (WT, symboles pleins, m = 13 β-arrestin-2 KO, symboles ombrés, m = 12). (UNE et B) L'analyse statistique a été réalisée à l'aide d'une ANOVA à un facteur suivie du post-test de comparaison multiple de Tukey. une, WT/D11/T4+5 montre une amélioration significative par rapport à WT/D1/T4+5 (P < 0,05) b et c, WT/D11/T4+5 montre une amélioration significative par rapport à WT/D11/T1 (b, P < 0,001 c, P < 0,05) , β-arrestin-2 KO/D11/T4+5 est significativement altéré par rapport à WT/D11/T4+5 (P < 0,05). (B et ) Latence pour trouver la plateforme (B) et le nombre d'erreurs (C) ont fait l'objet d'une moyenne pour les premiers jours de test (jours 1𠄶) et les derniers jours de test (jours 7�) afin d'évaluer les performances à long terme (**P < 0,01, ***P < 0,001). (E et F) Les histogrammes montrent la latence (E) et le nombre d'erreurs (F) pour les essais 4 et 5 (moyenne). L'analyse statistique pour chaque jour de test a été effectuée à l'aide de la méthode de Student. t test (*P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001).

β-Arrestin-2–Les neurones hippocampiques déficients sont résistants à la perte de la colonne vertébrale dendritique et des synapses induite par Aβ.

Le mutant phospho-mimétique de la cofiline S3D s'est avéré protecteur dans les tranches d'hippocampe contre la perte de la colonne vertébrale induite par Aβ1� oligomères impliqués dans la maladie d'Alzheimer (MA) (26). De plus, la formation de bâtonnets de cofiline induite par Aβ dans des tranches d'hippocampe et des neurones en culture a été empêchée en améliorant la phosphorylation de la cofiline par modulation de LIMK, de la phosphatase de fronde (SSH) et de CIN (25). Ici, nous avons démontré que les neurones déficients en β-arrestine-2– sont résistants au remodelage de la colonne vertébrale dendritique induit par le NMDA en raison de la localisation spatiale altérée de la cofiline dans les épines dendritiques. Nous avons donc testé si l'épuisement de β-arrestine-2 protégerait également les neurones contre la perte de la colonne vertébrale médiée par Aβ, similaire aux effets de la cofiline phospho-mimétique S3D, qui inhibe l'activité de la cofiline endogène. Alors que Aβ favorisait les épines immatures dans les neurones WT, les neurones déficients en β-arrestin-2– n'ont pas présenté de remodelage de la colonne vertébrale avec le traitement Aβ (Fig. 9 A–I ), et la délétion de la β-arrestine-2 était également protectrice contre la perte de la colonne vertébrale induite par le peptide Aβ (Fig. 9J ). De plus, alors que Aβ a induit une diminution significative du nombre total de sites post-synaptiques terminaux présynaptiques positifs à la synaptophysine contenant PSD-95–, NR2A/B- et GluR2-positif puncta et amas F-actine positifs pour la phalloïdine dans le WT les neurones de l'hippocampe, les neurones déficients en β-arrestine-2– étaient résistants à ces changements induits par le traitement Aβ (Fig. 9 K–M ). Le nombre de protéines pré- et postsynaptiques associées aux épines dendritiques n'a pas non plus changé dans les neurones déficients en β-arrestine-2– (Fig. 9). N–P ). Ces études suggèrent que la β-arrestine-2 peut également être impliquée dans certaines formes pathologiques de plasticité de la colonne vertébrale dendritique, telles que la perte de la colonne vertébrale induite par Aβ, et pourrait devenir une nouvelle cible pour les thérapies de la MA.

Les neurones hippocampiques déficients en β-Arrestin-2– sont résistants à la perte de la colonne vertébrale dendritique et des synapses induite par Aβ. (A𠄿) Images confocales montrant les dendrites exprimant la GFP de 14 neurones hippocampiques DIV de WT (UNE, C, et E) ou des souris KO β-arrestin-2 (B, , et F), non traité (Cntl) ou avec application de 225 pM Aβ1� oligomères pendant 24 h (Aβ). Les sites pré- et post-synaptiques ont été identifiés par immunocoloration contre la synaptophysine (Syn, UNE et B), PSD-95 (C et ), les sous-unités NMDAR NR2A/B (A𠄽), et la sous-unité AMPAR GluR2 (E et F). La F-actine a été détectée par la phalloïdine couplée à la rhodamine (E et F). Les pointes de flèches désignent les points positifs associés aux épines dendritiques. (Barres d'échelle, 10 μm.) (G–J) Analyse quantitative de la longueur du rachis (g), zone de la tête (H), rapport surface de la tête/longueur (je) et la densité (J) en non traité ou Aβ1�-neurones traités (Aβ). Les histogrammes montrent la moyenne ± SEM (m = 7� neurones par condition). L'analyse statistique a été réalisée à l'aide d'une ANOVA à un facteur suivie du post-test de comparaison multiple de Tukey (**P < 0,01, ***P < 0,001). (K–P) Analyse quantitative du nombre total de points positifs de synaptophysine (Syn-), PSD-95–, NR2A/B-, GluR2- et Phalloidin (Phall) détectés dans les épines et les tiges dendritiques (K–M) ou du nombre de points lacrymaux associés aux épines dendritiques (NP) par 10 μm en Aβ1�-traités (Aβ) WT ou neurones β-arrestine-2 KO. L'analyse statistique a été réalisée à l'aide d'une ANOVA à un facteur suivie du post-test de comparaison multiple de Tukey (*P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001).


Développement de la colonne vertébrale

Au début de la synaptogenèse, les tiges dendritiques sont recouvertes de filopodes, qui sont de longues protubérances étroites qui sont plus transitoires et contiennent moins d'actine F que les épines. Les cônes de croissance neuronale présentent également de nombreux filopodes, mais ceux-ci semblent être en quelque sorte distincts. Les filopodes des cônes de croissance sont impliqués dans la croissance et la ramification dendritiques indépendantes de l'activité, tandis que les filopodes qui dépassent de la tige dendritique sont impliqués dans la synaptogenèse dépendante de l'activité (87). Les filopodes dendritiques s'étendent et se rétractent de manière transitoire de la tige dendritique avec une durée de vie moyenne de

10 minutes (129). Les filopodes fonctionnent probablement pour maximiser la rencontre fortuite entre un axone en développement et une dendrite cible. Une fois le contact établi, soit physiquement via des adhérences cellule-cellule, soit chimiquement via des signaux libérés localement, une synapse peut être initiée et passer par les étapes de maturation appropriées. Une telle maturation nécessite une diaphonie complexe entre les parties présynaptiques et postsynaptiques naissantes de la synapse (31).

Au fur et à mesure que la formation des synapses progresse sur plusieurs jours, les nombreux filopodes dendritiques sont progressivement remplacés par des épines (67). Il semble que de nombreuses synapses de la colonne vertébrale, mais pas toutes, se produisent lorsque des synapses se forment initialement sur des filopodes, qui se « convertissent » ensuite directement en épines. Cependant, d'autres synapses se forment directement sur la tige dendritique, suivies de l'émergence progressive d'épines au site de contact (24). Les observations en laboratoire suggèrent que les deux mécanismes peuvent se produire et se produisent même dans un seul neurone (22). Il convient toutefois de noter que tous les filopodes ne sont pas transformés en épines (129). On trouve également des filopodes sur les neurones non épineux au début de la synaptogenèse (121). Ainsi, de multiples facteurs, y compris les molécules de reconnaissance cellulaire et les signaux en aval, orchestrent à la fois l'identité et la forme des synapses au cours de la maturation neuronale.


Anomalies de la colonne vertébrale dendritique et troubles cognitifs

Il est reconnu depuis longtemps que les maladies neurodégénératives et autres pathologies neurologiques se manifestent souvent par une altération de l'anatomie neuronale et en particulier du nombre, de la forme et de la distribution des épines dendritiques (Goldman-Rakic, 1996 DeFelipe, 2004 Alonso-Nanclares et al., 2005 Glausier et Lewis, 2013 He et Portera-Cailliau, 2013 Licznerski et Duman, 2013 Pozueta et al., 2013 Smith et Villalba, 2013 Villalba et Smith, 2013 Wong et Guo, 2013), très probablement en corrélation avec des altérations de la signalisation neuronale et mort axonale et neuronale. De plus, les traitements qui réduisent les symptômes cognitifs des maladies neurodégénératives inversent également la pathologie de la colonne vertébrale (Smith et al., 2009). Malheureusement pour les patients et les cliniciens, ces altérations ne peuvent être observées que dans une petite quantité de tissus prélevés dans des zones spécifiques du cerveau via une biopsie, ou des tissus post-mortem reçus de patients décédés. L'accumulation de plaques séniles et de faisceaux tau sont les caractéristiques anatomiques les plus connues de la maladie d'Alzheimer, mais il s'agit de la perte de synapses, illustrée par une réduction de la densité de la colonne vertébrale dendritique dans le cortex cérébral et l'hippocampe, qui correspond le mieux à la progression de la maladie ( Moolman et al., 2004). Une diminution de la longueur et de la complexité de l'arbre dendritique ainsi qu'une réduction significative de la densité de la colonne vertébrale dans les neurones épineux moyens des zones de réception de la dopamine du cerveau ont longtemps été observées comme des caractéristiques pathologiques de la maladie de Parkinson (Stephens et al., 2005 ). Les patients atteints du syndrome de Rett présentent une réduction importante de la complexité de l'arbre dendritique, de la densité de la colonne vertébrale dendritique, du nombre total de neurones et du volume cérébral total qui apparaît au cours de la première année de vie du patient (Belichenko et Dahlstr&# x000f6m, 1995a,b Armstrong, 2005 ). Le fait que ces anomalies anatomiques soient récapitulées dans des modèles animaux (Smrt et al., 2007 Belichenko et al., 2009) de la maladie révèle que le syndrome de Rett est un trouble du développement neuronal et reconfirme la corrélation entre l'anatomie de la colonne vertébrale dendritique et la fonction ou le dysfonctionnement neuronal.

L'épilepsie est un trouble neurologique résultant d'une hyperactivité du réseau dans les circuits neuronaux qui provoque des crises chroniques (Bromfield et al., 2006). Les principaux neurones hyperactifs de l'épilepsie se trouvent dans le lobe temporal médian et sont caractérisés par des entrées synaptiques excitatrices denses à travers les épines dendritiques. Comme on pouvait s'y attendre, l'hyperactivité chronique trouvée dans l'épilepsie est en corrélation avec des changements significatifs dans la densité de la colonne vertébrale, mais il n'est pas clair si la perte de la colonne vertébrale est une cause de l'épilepsie ou un changement compensatoire en réponse à celle-ci (Wong et Guo, 2013). Pour compliquer davantage le problème, les changements anatomiques et fonctionnels dans le cerveau coïncident avec les chances de transcription des gènes, mais aucune relation de cause à effet n'a été établie dans les deux sens (Arion et al., 2006). Cette situation n'est pas l'exception mais la règle pour les études post mortem de tissus humains malades.

Ici, les modèles animaux de maladies humaines sont extrêmement utiles pour élucider les causes et les mécanismes du dysfonctionnement synaptique. Non seulement ils offrent l'absence de facteurs génétiques et environnementaux de confusion trouvés chez les patients humains, mais ils offrent aux chercheurs la possibilité d'étudier la progression de la maladie à des moments définis. Pourtant, l'utilisation de modèles animaux imparfaits de maladies humaines permet une compréhension de ces maladies et de leurs mécanismes qui est trop simpliste (Chesselet et Carmichael, 2012) et la validité de ces modèles pour prédire avec précision les maladies humaines est très variable. Seules une intégration complète et une itération d'études cliniques et d'études mécanistiques dans des modèles animaux (sous évaluation constante) peuvent fournir une vision précise des causes et des mécanismes des maladies neurodégénératives complexes.

Les études anatomiques dirigées des neurones et des populations de neurones ainsi que l'expression des protéines et les études électrophysiologiques ont joué un rôle déterminant dans le développement de modèles qui prédisent comment les propriétés électriques des neurones varient avec les changements dans la forme des cellules. Ces travaux ont contribué à un grand nombre de progiciels populaires qui modélisent l'activité neuronale dans diverses conditions (Hines et Carnevale, 2001 Bower et Beeman, 2007). Le domaine des systèmes et des neurosciences computationnelles est mature et continue de prospérer. En outre, une large gamme de connaissances complémentaires peut être acquise par l'analyse systématique des ensembles de données disponibles et l'acquisition de nouveaux ensembles de données à haut débit, parmi lesquels figurent des ensembles de données d'images à plusieurs échelles et à partir d'une variété de modalités qui restent largement sous-utilisées. .


Dans quelles conditions se forment les épines dendritiques ? - La biologie

Intersectin-short (intersectin-s) est une protéine d'échafaudage multimodule fonctionnant dans des formes constitutives et régulées d'endocytose dans les cellules non neuronales et dans le recyclage des vésicules synaptiques (SV) à la jonction neuromusculaire de Drosophile et Caenorhabditis elegans. Chez les vertébrés, l'épissage alternatif génère une seconde isoforme, intersectine longue (intersectine-l), qui contient des domaines modulaires supplémentaires fournissant une activité de facteur d'échange de nucléotide guanine pour Cdc42. Chez les mammifères, l'intersectine-s est exprimée dans plusieurs tissus et cellules, y compris la glie, mais exclue des neurones, alors que l'intersectine-l est une isoforme spécifique des neurones. Ainsi, l'intersectine-I peut réguler de multiples formes d'endocytose dans les neurones de mammifères, y compris l'endocytose SV. Nous rapportons maintenant, cependant, que l'intersectine-l est localisée dans les régions somatodendritiques des neurones hippocampiques en culture, avec une certaine accumulation juxtanucléaire, mais est exclue des terminaisons axonales marquées par la synaptophysine. De manière cohérente, le knockdown de l'intersection-l (KD) n'affecte pas le recyclage des SV. Au lieu de cela, l'intersectine-l co-localise avec la chaîne lourde de la clathrine et la protéine adaptatrice 2 dans la région somatodendritique des neurones, et son KD réduit le taux d'endocytose de la transferrine. La protéine co-localise également avec la F-actine au niveau des épines dendritiques, et l'intersectine-l KD perturbe la maturation de la colonne vertébrale au cours du développement. Nos données indiquent que l'intersectine-l est en effet un régulateur important de l'endocytose constitutive et du développement neuronal, mais qu'elle n'est pas un acteur de premier plan dans l'endocytose régulée des SV.

Ce travail a été soutenu par les subventions MOP-15396 et MOP-86724 des Instituts de recherche en santé du Canada (à P. S. M. et R. A. M.), respectivement, et de Sciences naturelles et génie Rgpin 341942-07 (à R. A. M.).

Soutenu par une bourse Jeane-Timmins Costello de l'Institut neurologique de Montréal.


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Dans : Neurosciences, Vol. 122, n° 2, 2003, p. 305-315.

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T1 - Régulation spécifique à l'isoforme de l'apolipoprotéine E de la morphologie de la colonne vertébrale dendritique chez les souris transgéniques à l'apolipoprotéine E et les patients atteints de la maladie d'Alzheimer

N1 - Informations sur le financement : Ce travail a été soutenu par les subventions NIH AG15408, AG17617 et AG13956.

N2 - Les épines dendritiques sont des sites postsynaptiques d'entrée excitatrice dans le système nerveux des mammifères. L'apolipoprotéine (apo) E participe au transport des lipides plasmatiques et à la redistribution des lipides entre les cellules. Un rôle de l'apoE est impliqué dans la régénération des circuits synaptiques après une lésion neurale. L'allèle apoE4 est un facteur de risque majeur de la maladie d'Alzheimer (MA) familiale et sporadique d'apparition tardive et est associé à un mauvais pronostic après une lésion cérébrale. Il est suggéré que les isoformes d'ApoE ont des effets différentiels sur les mécanismes de réparation neuronale. Des études in vitro ont démontré les propriétés neurotrophiques de l'apoE3 sur l'excroissance des neurites. Nous avons étudié l'influence du génotype de l'apoE sur la densité de la colonne vertébrale dendritique des cellules neuronales chez la souris et dans le tissu post-mortem humain. Afin de comparer la morphologie des neurones se développant dans différentes conditions d'apoE, des études de marquage par canon à gènes d'épines dendritiques de cellules granulaires du gyrus denté (DG) de l'hippocampe ont été réalisées dans l'apoE de type sauvage (WT), l'apoE3 humaine, l'apoE4 humaine exprimant souris et souris knock-out apoE (KO), les mêmes paramètres de la colonne vertébrale dendritique ont également été évalués dans le DG post-mortem humain d'individus avec et sans le gène apoE4. Une analyse quantitative de la longueur, de la morphologie et du nombre de l'épine dendritique a été réalisée sur ces souris à 3 semaines, 1 et 2 ans. Les souris apoE3 et WT humaines avaient une densité d'épines dendritiques plus élevée que les souris E4 et apoE KO humaines dans les groupes d'âge de 1 et 2 ans (P<0,0001), alors qu'à 3 semaines, il n'y avait aucune différence entre les groupes. Ces différences liées à l'âge dans les effets des isoformes d'apoE sur l'intégrité neuronale peuvent être liées au risque accru de démence chez les personnes âgées ayant l'allèle apoE4. De manière significative dans le cerveau humain, la dose d'apoE4 était inversement corrélée avec la densité de la colonne vertébrale dendritique des cellules de neurones DG dans l'hippocampe des deux AD (P = 0,0008) et des témoins normaux âgés (P = 0,0015). Nos résultats fournissent une explication potentielle du déclin cognitif accru observé chez les patients âgés et atteints de MA exprimant l'apoE4.

AB - Les épines dendritiques sont des sites postsynaptiques d'entrée excitatrice dans le système nerveux des mammifères. L'apolipoprotéine (apo) E participe au transport des lipides plasmatiques et à la redistribution des lipides entre les cellules. Un rôle de l'apoE est impliqué dans la régénération des circuits synaptiques après une lésion neurale. L'allèle apoE4 est un facteur de risque majeur de la maladie d'Alzheimer (MA) familiale et sporadique d'apparition tardive et est associé à un mauvais pronostic après une lésion cérébrale. Il est suggéré que les isoformes d'ApoE ont des effets différentiels sur les mécanismes de réparation neuronale. Des études in vitro ont démontré les propriétés neurotrophiques de l'apoE3 sur l'excroissance des neurites.Nous avons étudié l'influence du génotype de l'apoE sur la densité de la colonne vertébrale dendritique des cellules neuronales chez la souris et dans le tissu post-mortem humain. Afin de comparer la morphologie des neurones se développant dans différentes conditions d'apoE, des études de marquage par canon à gènes d'épines dendritiques de cellules granulaires du gyrus denté (DG) de l'hippocampe ont été réalisées dans l'apoE de type sauvage (WT), l'apoE3 humaine, l'apoE4 humaine exprimant souris et souris knock-out apoE (KO), les mêmes paramètres de la colonne vertébrale dendritique ont également été évalués dans le DG post-mortem humain d'individus avec et sans le gène apoE4. Une analyse quantitative de la longueur, de la morphologie et du nombre de l'épine dendritique a été réalisée sur ces souris à 3 semaines, 1 et 2 ans. Les souris apoE3 et WT humaines avaient une densité d'épines dendritiques plus élevée que les souris E4 et apoE KO humaines dans les groupes d'âge de 1 et 2 ans (P<0,0001), alors qu'à 3 semaines, il n'y avait aucune différence entre les groupes. Ces différences liées à l'âge dans les effets des isoformes d'apoE sur l'intégrité neuronale peuvent être liées au risque accru de démence chez les personnes âgées ayant l'allèle apoE4. De manière significative dans le cerveau humain, la dose d'apoE4 était inversement corrélée avec la densité de la colonne vertébrale dendritique des cellules de neurones DG dans l'hippocampe des deux AD (P = 0,0008) et des témoins normaux âgés (P = 0,0015). Nos résultats fournissent une explication potentielle du déclin cognitif accru observé chez les patients âgés et atteints de MA exprimant l'apoE4.


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Dans : Journal of Biological Chemistry, Vol. 290, n° 26, 26.06.2015, p. 15909-15920.

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T1 - L'actinine-4 régit la dynamique de la colonne vertébrale dendritique et favorise leur remodelage par les récepteurs métabotropiques du glutamate

N1 - Copyright de l'éditeur : © 2015 par l'American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc. Publié aux États-Unis.

N2 - Les épines dendritiques sont des protubérances dynamiques riches en actine dans les neurones qui subissent un remodelage au cours du développement neuronal et une plasticité dépendante de l'activité dans le système nerveux central. Bien que les récepteurs métabotropiques du glutamate du groupe 1 (mGluR) soient essentiels pour le remodelage de la colonne vertébrale dans des conditions physiopathologiques, les composants moléculaires liant l'activité des récepteurs à la plasticité structurelle restent inconnus. Ici, nous identifions une protéine de liaison à l'actine sensible au Ca2+, la -actinine-4, en tant que nouveau partenaire interagissant avec le mGluR du groupe 1 qui orchestre la dynamique de la colonne vertébrale et la morphogenèse dans les neurones primaires. L'extinction fonctionnelle de l'-actinine-4 a aboli l'élongation et le renouvellement de la colonne vertébrale stimulés par les mGluR du groupe 1 malgré l'expression intacte des récepteurs de surface et la signalisation ERK1/2 en aval. Cette fonction de l'α-actinine-4 dans la dynamique de la colonne vertébrale a été soulignée par des phénotypes de gain de fonction dans les neurones non traités. Ici, la -actinine-4 a induit l'élargissement de la tête de la colonne vertébrale, un changement morphologique nécessitant le domaine C-terminal de la -actinine-4 qui se lie à CaMKII, une interaction dont nous avons montré qu'elle était régulée par l'activation du mGluR du groupe 1. Nos données fournissent des informations mécaniques sur le remodelage de la colonne vertébrale par signalisation métabotropique et identifient la -actinine-4 comme un effecteur critique de la plasticité structurelle au sein des neurones.

AB - Les épines dendritiques sont des protubérances dynamiques riches en actine dans les neurones qui subissent un remodelage au cours du développement neuronal et une plasticité dépendante de l'activité dans le système nerveux central. Bien que les récepteurs métabotropiques du glutamate du groupe 1 (mGluR) soient essentiels pour le remodelage de la colonne vertébrale dans des conditions physiopathologiques, les composants moléculaires liant l'activité des récepteurs à la plasticité structurelle restent inconnus. Ici, nous identifions une protéine de liaison à l'actine sensible au Ca2+, la -actinine-4, en tant que nouveau partenaire d'interaction mGluR du groupe 1 qui orchestre la dynamique de la colonne vertébrale et la morphogenèse dans les neurones primaires. L'extinction fonctionnelle de l'-actinine-4 a aboli l'élongation et le renouvellement de la colonne vertébrale stimulés par les mGluR du groupe 1 malgré l'expression intacte des récepteurs de surface et la signalisation ERK1/2 en aval. Cette fonction de l'α-actinine-4 dans la dynamique de la colonne vertébrale a été soulignée par des phénotypes de gain de fonction dans les neurones non traités. Ici, la -actinine-4 a induit l'élargissement de la tête de la colonne vertébrale, un changement morphologique nécessitant le domaine C-terminal de la -actinine-4 qui se lie à CaMKII, une interaction dont nous avons montré qu'elle était régulée par l'activation du mGluR du groupe 1. Nos données fournissent des informations mécaniques sur le remodelage de la colonne vertébrale par signalisation métabotropique et identifient la -actinine-4 comme un effecteur critique de la plasticité structurelle au sein des neurones.


Résultats

Des tranches organotypiques de l'hippocampe cultivées pendant au moins 10 jours présentaient des arbres dendritiques matures et des populations d'épines dendritiques telles que représentées par des reporters fluorescents basés sur l'EYFP introduits par voie biologique (Fig. ​ (Fig.1 1 UNE). Trois semaines après le placage, les neurones dissociés présentaient des populations de colonne vertébrale denses et de longs arbres dendritiques et axonaux (Fig. ​ (Fig.1 1 C). Ces observations sont cohérentes avec les caractérisations publiées précédemment des deux systèmes de culture hippocampique (19, 20) et ont fourni une base pour le calendrier des transfections, des manipulations pharmacologiques et des analyses utilisées dans cette étude.

Exemples de l'effet de la stimulation mGluR sur la longueur des épines dendritiques dans deux systèmes de culture hippocampique. Tranches (UNE et B) et des neurones dissociés (C et ) ont été fixés après traitement avec véhicule témoin (La gauche) ou 100 μM DHPG (Droit). Les cultures témoins et traitées préparées à partir des mêmes animaux ont été traitées en parallèle. Barre d'échelle = 5 μm.

Un traitement bref au DHPG augmente la longueur moyenne des épines dendritiques.

La longueur moyenne des épines sur les dendrites des cellules granulaires du gyrus denté dans des cultures de tranches d'hippocampe et des neurones cultivés en culture dissociée a été augmentée par une brève incubation avec l'agoniste du groupe 1 mGluR DHPG (Fig. ​ (Fig.1). 1). Des augmentations de la longueur de la colonne vertébrale étaient évidentes après 30 min d'incubation avec l'agoniste mGluR (100 μM), et dans certaines expériences ont été observées dès 10 min après le traitement. La distance radiale moyenne de la tête de la colonne vertébrale à la tige dendritique a augmenté par rapport aux témoins de 35,4 ± 5,7% (m = 10 P < 0,01) après une incubation de 30 min avec du DHPG (Fig. ​ (Fig.2 2 Supérieur). Dans les neurones dissociés, l'effet était d'amplitude similaire (29,0 ± 5,0% m = 9 P < 0,01 Fig. ​ Fig.2 2 Inférieur). Les cultures dans lesquelles l'antagoniste mGluR MCPG a été ajouté pendant 30 min n'étaient pas différentes des témoins non traités. Une incubation prolongée avec MCPG (2𠄳 jours) n'a pas entraîné de changements statistiquement significatifs dans la longueur globale de la colonne vertébrale (Fig. .

L'effet de la DHPG sur la longueur moyenne des épines dendritiques des cellules granulaires du gyrus denté dans une culture en tranches et des neurones hippocampiques dissociés. Une incubation de 30 minutes avec 100 μM DHPG a entraîné une augmentation significative de la longueur moyenne des épines dendritiques (1,35 ± 0,06 μm) par rapport aux témoins traités de manière aiguë avec AP5˼NQX (0,99 ± 0,03 &# x003bcm m = 10 expériences, 2𠄳 cellules granulaires par expérience, � épines par cellule P < 0,001, test de Mann&# x02013Whitney bilatéral). Des effets similaires ont été obtenus en culture neuronale dissociée (contrôle 1,03 ± 0,03, DHPG 1,33 ± 0,05 P < 0,001). Une incubation prolongée avec MCPG n'a pas modifié la longueur moyenne des épines dendritiques (cellules granulaires dentées, 0,99 ± 0,03 neurones dissociés, 1,05 ± 0,05).

Ces changements dépendants de la DHPG ont également été obtenus lorsqu'une combinaison des antagonistes des récepteurs ionotropes de type NMDA et AMPA AP5 et CNQX a été incluse dans le milieu (données non présentées). Les longueurs des épines dans les cultures traitées avec AP5˼NQX en l'absence de DHPG n'étaient pas différentes de celles des témoins non traités. Ces résultats plaident en faveur d'un mécanisme qui nécessite l'activation directe des récepteurs métabotropiques postsynaptiques du groupe 1, plutôt qu'un effet indirect via les récepteurs ionotropes postsynaptiques déclenchés par la libération de glutamate suite à la liaison de la DHPG aux récepteurs présynaptiques (21).

DHPG décale la distribution des longueurs de la colonne vertébrale avec des changements minimes de la densité de la colonne vertébrale.

Les changements dans la longueur des épines dendritiques induits par la stimulation mGluR ont également été reflétés dans les analyses de distribution de fréquence de la longueur et du type d'épine. Fig. ​ Fig.3 3 montre les fréquences relatives des épines dendritiques regroupées dans des bacs de 0,3-μm. La distribution des longueurs des épines était biaisée vers les épines plus longues avec le traitement DHPG pour les deux cellules granulaires dentées (Fig. ​ (Fig.3 3 UNE) et des neurones dissociés (Fig. ​ (Fig.3 3 B). Cependant, les mesures de la densité de la colonne vertébrale étaient légèrement différentes entre les témoins (70,9 ± 4,1 épines pour 50 μm, m = 7) et cultures traitées au DHPG (82,6 ± 5,1 épines pour 50 μm, m = 9 P = 0,071 Mann–Whitney U test, bilatéral). Les résultats quantitatifs suggèrent que les changements observés résultent principalement de la croissance des épines existantes.

Histogrammes de distribution de fréquence de la longueur de l'épine dendritique dans les cultures témoins et traitées au DHPG. (Supérieur) La longueur des épines sur les dendrites des cellules granulaires dentées dans la culture en tranches a été mesurée et séparée dans des bacs de 0,3 μm. La distribution de fréquence composite de 10 expériences montre que l'occurrence d'épines plus longues augmente alors que celle d'épines plus courtes diminue. (Inférieur) Le même effet est évident dans les distributions de fréquences composites des longueurs de la colonne vertébrale dans les cultures neuronales dissociées.

Une analyse des types de colonne vertébrale, basée sur un schéma de classification qui prend en compte la longueur totale et les caractéristiques de la forme de la tête et du cou de la colonne vertébrale (voir Méthodes) a révélé une plus grande proportion d'épines ressemblant à des extensions filapodiales et d'épines de type non-champignon. Dans la figure ​ Fig.4, 4, des exemples de quatre types d'épines discriminés en utilisant ce schéma de classification sont étiquetés sur l'ensemble d'une image d'une dendrite traitée au DHPG. Dans le Inférieur panel, l'analyse des types d'épines montre que le plus grand effet du DHPG est sur le nombre d'épines fines (type 3) et sur celles ressemblant à des extensions filapodiales (type 4) une légère diminution de la proportion d'épines de type 1 semble accompagner ces effets . L'abondance relative des épines classiques en forme de champignon (type 2) était similaire à celle des cultures traitées de manière aiguë avec AP5 + CNQX ou avec MCPG pendant 2𠄳 jours.

Exemple de types de colonne vertébrale et analyse des changements dans l'abondance relative de ces types accompagnant le traitement par DHPG. (UNE) Projection d'intensité maximale d'une pile d'images provenant d'une cellule de granule dentée traitée au DHPG. Quatre types de colonne vertébrale sont étiquetés, classés comme décrit dans Méthodes et différenciées en ce qui concerne les caractéristiques de longueur et de forme. (B) Abondance relative des types de colonne vertébrale dans les tranches de contrôle et dans les tranches traitées de manière aiguë avec du DHPG ou de manière chronique pendant 2 jours avec MCPG (les traitements de contrôle et DHPG incluaient également AP5 + CNQX). Les épines identifiées comme de type 3 ou 4, caractérisées par des profils plus longs et plus minces avec des têtes de colonne vertébrale plus petites, sont augmentées en fréquence avec le traitement DHPG tandis que les épines plus courtes (“nubbin”), de type 1, sont diminuées. Un léger décalage dans la direction opposée avec le MCPG chronique est observé dans cette expérience, mais ce résultat ne s'est pas produit de manière suffisamment fiable pour influencer la longueur moyenne de la colonne vertébrale. La proportion d'épines de type 2, les profils classiques en forme de champignon, n'a pas changé avec le traitement DHPG.

La perturbation de la mobilisation du calcium et de la traduction de l'ARNm inhibe les effets de la DHPG.

L'atténuation de la mobilisation du calcium et de la synthèse des protéines a diminué les effets de la DHPG sur la longueur de la colonne vertébrale. La chélation du calcium interne en traitant les cultures de tranches avec du BAPTA a bloqué les augmentations de la longueur de la colonne vertébrale induites par le DHPG (DHPG 1,29 ± 0,04 μm DHPG + chélateur 0,98 ± 0,05 μm Contrôles 1,00 ± 0,04 &# x003bcm). L'inhibition de la synthèse des protéines par préincubation des tranches avec de la puromycine (100 μM) pendant 30 min a entraîné une légère diminution de la longueur moyenne de la colonne vertébrale après une coincubation ultérieure avec la DHPG (Fig. ​ (Fig.5 5 UNE). Le traitement à la puromycine seule n'a pas modifié la longueur moyenne des épines dendritiques sur les dendrites des cellules granulaires dentées.

(UNE) L'effet de la puromycine sur l'allongement de la colonne vertébrale induit par la DHPG dans les cultures de tranches d'hippocampe. Les longueurs moyennes de la colonne vertébrale dans les tranches traitées avec de la puromycine (Puro), DHPG et DHPG en présence de puromycine (DHPG + Puro) sont représentées graphiquement avec des échantillons d'images de chaque traitement ci-dessus. (B) L'effet de la manipulation simultanée des mGluR du groupe 1 et de la synthèse des protéines sur la densité de la colonne vertébrale. Le nombre moyen d'épines dendritiques par segment de 50-μm de dendrites secondaires de cellules granulaires dentées n'était pas significativement différent des témoins (70,9 ± 4.1, m = 7) après traitement par DHPG (82,6 ± 5,1, m = 9) ou après 2𠄳 jours d'incubation avec MCPG (66,5 ± 3,9, m = 11). L'ajout de puromycine simultanément avec l'un ou l'autre médicament n'a pas non plus modifié de manière significative la densité des épines, bien qu'une tendance à la diminution des épines ait été observée avec la DHPG + puromycine (56,3 ± 1,0, m = 3 P = 0,06, Mann–Whitney U test, bilatéral).

Pour caractériser davantage la nature des changements induits par l'activation des récepteurs métabotropes, la densité des épines dendritiques le long des dendrites secondaires des cellules granulaires dentées et des neurones hippocampiques dissociés a été mesurée. Bien que les données suggèrent une légère augmentation de la densité avec le traitement DHPG (Fig. ​ (Fig.5 5 B), ces changements n'étaient pas statistiquement significatifs et pourraient avoir reflété l'influence d'une longueur accrue sur notre capacité à discerner les éléments postsynaptiques existants.


Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l'absence de toute relation commerciale ou financière pouvant être interprétée comme un conflit d'intérêt potentiel.

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Mots-clés : synapses, plasticité synaptique, hippocampe, microscopie à fluorescence super-résolution, épines dendritiques

Citation : Tønnesen J et Nägerl UV (2016) Dendritic Spines as Tunable Regulators of Synaptic Signals. Devant. Psychiatrie 7:101. doi: 10.3389/fpsyt.2016.00101

Reçu : 04 avril 2016 Accepté : 27 mai 2016
Publié: 09 juin 2016

Alberto A. Rasia-Filho, Université fédérale des sciences de la santé, Brésil

Jon I. Arellano, Faculté de médecine de l'Université de Yale, États-Unis
Jochen Herms, Centre allemand des maladies neurodégénératives (DZNE), Allemagne
Hjalmar Brismar, Institut royal de technologie KTH, Suède

Copyright : © 2016 Tønnesen et Nägerl. Il s'agit d'un article en libre accès distribué sous les termes de la Creative Commons Attribution License (CC BY). L'utilisation, la distribution ou la reproduction dans d'autres forums est autorisée, à condition que le ou les auteurs originaux ou le concédant de licence soient crédités et que la publication originale dans cette revue soit citée, conformément à la pratique académique acceptée. Aucune utilisation, distribution ou reproduction non conforme à ces conditions n'est autorisée.


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