----

FR

----

La potentialisation à long terme (PLT) des synapses excitatrices est considérée comme un corrélat cellulaire de l'apprentissage et de la mémoire. En parallèle de l'augmentation caractéristique de la force de la transmission synaptique qui la défini, la PLT s'accompagne d'une augmentation de la taille du compartiment postsynaptique et de la formation de spinules nanométriques sur la tête des épines. Ces variations morphologiques sont orchestrées par un remodelage du cytosquelette d'actine dont les détails moléculaires ne sont à ce jour que partiellement compris (Nakahata & Yasuda, Front. Synaptic Neurosci., 2018). Notamment, il est largement admis que ce remodelage résulte de cascades de signalisation initiées par l'entrée de calcium via les récepteurs au glutamate de type NMDA. De nombreuses recherches soulignent pourtant la nécessité d'un autre régulateur d'actine dans le maintien de la PLT : l'intégrine-beta1.



Les intégrines sont des récepteurs transmembranaires dont les ligands se trouvent dans le dense maillage protéique de la matrice extracellulaire (MEC). Elles n'ont pas d'activité enzymatique intrinsèque mais représentent des hub d'interactions au cœur d'assemblages moléculaires reliés au cytosquelette d'actine et responsables de l'adhésion et de la migration cellulaire. Dans les cellules non neuronales, on distingue deux façons dont les intégrines transmettent de l'information à travers la membrane plasmique : une signalisation biochimique via, entre autres, les kinases Src et FAK et une signalisation biophysique médiée par des interactions protéine-protéine entre les intégrines et l'actine. Ce lien physique entre la matrice extracelluaire et le cytosquelette intracellulaire permet le déroulement d'un phénomène connu sous le nom de mécanotransduction : l'interprétation d'un signal mécanique en une cascade de signalisation biochimique. Ainsi, la rigidité de la MEC et les forces générées par les mouvements des cellules et tissus environnants sont ressenties par les intégrines pour remodeler le cytosquelette d'actine et former divers types de protrusions membranaires. Dans ce contexte, l'expertise scientifique de l'équipe d'accueil de ce projet réside principalement dans l'étude de l'organisation nanométrique et de la dynamique moléculaire des protéines impliquées dans les structures adhésives dépendantes des intégrines et au sein de protrusions d'actine (Rossier, Nat. Cell Bio., 2012 ; Mehidi, Nat. Cell Bio., 2021).



Si l'activation des intégrines et leur signalisation biochimique via FAK ont été étudiées dans le contexte de la PLT de la synapse hippocampique mature (Park & Goda, Nat. Rev. Neurosci., 2016), on sait peu de choses quant à l'existence d'un lien physique entre la MEC et le cytosquelette synaptique. Un tel lien adhésif serait pourtant idéalement placé pour réguler les changements morphologiques observés au cours de la PLT. Le projet de thèse proposé explorera donc cet aspect négligé de la signalisation mécanique des intégrines dans le contexte de la PLT. Il combinera imagerie optique dite de super-résolution, biologie moléculaire, mécanobiologie et chimie biologique pour i) révéler l'existence d'un lien MEC-intégrine-actine à la synapse, ii) identifier la ou les protéine.s adaptatrice.s impliquée.s, iii) cartographier l'organisation nanoscopique de ces composants moléculaires, entre eux et par rapport à d'autres composants postsynaptiques et iv) étudier l'impact fonctionnel d'un tel lien sur divers aspects de la PLT. Dans l'ensemble, ce projet et ses développements technologiques éclaireront les mécanismes moléculaires par lesquels l'intégrine-beta1 régule les changements morphlogiques des synapses au cours de la PLT, ouvrant ainsi la porte à l'étude de la mécanotransduction dans la communication neuronale.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

----

EN

----

Long-term potentiation (LTP) of excitatory synapses is considered a cellular correlate of learning and memory. Alongside the characteristic increase in synaptic strength that defines it, LTP is accompanied by an increase in the size of the postsynaptic compartment and the formation of nanoscale spinules on spine heads. These morphological variations are orchestrated by remodellings of the actin cytoskeleton, the molecular details of which are to date only partially understood (Nakahata & Yasuda, Front. Synaptic Neurosci., 2018). It is widely accepted that such remodellings result from signalling cascades initiated by calcium entry via NMDA-type glutamate receptors. However, numerous studies have highlighted the need for another actin regulator in the maintenance of LTP: integrin-beta1.



Integrins are transmembrane receptors whose ligands are found in the dense protein meshwork of the extracellular matrix (ECM). They have no intrinsic enzymatic activity but represent interaction hubs at the heart of molecular assemblies linked to the actin cytoskeleton and responsible for cell adhesion and migration. In non-neuronal cells, there are two ways via which integrins can transmit information across the plasma membrane: biochemical signalling, via Src and FAK kinases among others, and biophysical signalling mediated by protein-protein interactions between integrins and actin. This physical link between the extracellular matrix and the intracellular cytoskeleton underlies a phenomenon known as mechanotransduction: the interpretation of a mechanical signal into a biochemical signalling cascade. Thus, the rigidity of the ECM and the forces generated by the movements of surrounding cells and tissues are sensed by integrins to remodel the actin cytoskeleton and form various types of membrane protrusions. In this context, the scientific expertise of this project's host team primarily lies in the study of the nanoscale organisation and molecular dynamics of proteins involved in integrin-dependent adhesive structures and within actin protrusions (Rossier, Nat. Cell Bio., 2012; Mehidi, Nat. Cell Bio., 2021).



While integrin activation and biochemical signalling via FAK have been studied in the context of LTP at the mature hippocampal synapse (Park & Goda, Nat. Rev. Neurosci., 2016), little is known about the existence of a physical link between the ECM and the synaptic cytoskeleton. Yet such an adhesive link would be ideally located to regulate the morphological changes observed during LTP. The proposed thesis project will therefore explore this neglected aspect of integrin mechanical signalling in the context of LTP. It will combine so-called super-resolution optical imaging, molecular biology, mechanobiology and biological chemistry to i) reveal the existence of an ECM-integrin-actin link at the synapse, ii) identify the adaptor protein(s) involved, iii) map the nanoscale organisation of these molecular components, relative to each other and to other postsynaptic components, and iv) study the functional impact of such a link on various aspects of LTP. Overall, this project and its technological developments will shed light on the molecular mechanisms by which integrin-beta1 regulates morphological changes at synapses during LTP, opening the door to studying mechanotransduction in neuronal communication.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : http://www.iins.u-bordeaux.fr/GIANNONE

Funding category: Autre financement public

Financement ANR