PLASTICITE SYNAPTIQUE... CHEZ L'APLYSIE! Aplysie

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1 PLASTICITE SYNAPTIQUE... CHEZ L'APLYSIE! Aplysie

2 Réflexe de retrait des branchies de l Aplysie Sensibilisation Manteau Siphon Branchies Stimulus tactile Stimulus tactile Choc douloureux Chez l Aplysie (limace de mer) on peut déclencher plusieurs d apprentissages simples: l habituation, la sensibilisation et l apprentissage associatif en étudiant le réflexe de retrait des branchies. En effet, une stimulation légère du siphon ou du manteau entraîne un réflexe défensif de retrait des branchies. L habituation qui se traduit par une perte de ce réflexe, est produites par des stimulations tactiles (inoffensives et non gratifiantes) répétées. La sensibilisation observée par une rétraction maximale des Branchies à une stimulation tactile est obtenue en associant une stimulation tactile à un choc douloureux. Un des avantages de l Aplysie est le faible nombre de neurones (20000) qui permet de les caractériser facilement.

3 PRESSION Neurone sensoriel Siphon ou manteau Motoneurone Circuit synaptique activé par une stimulation légère du manteau ou siphon et entraînant une rétraction de la branchie chez l Aplysie. Aplysie naïve Aplysie habituée Branchie Neurone sensoriel Motoneurone Neurone sensoriel Motoneurone Conséquences électrophysiologiques et cellulaires de l habituation.

4 STIMULUS DOULOUREUX Tête Interneurone à 5HT PRESSION Neurone sensoriel Siphon ou manteau Synapses axo-axoniques Motoneurone Branchie Circuit synaptique impliqué dans la sensibilisation chez l Aplysie.

5 Interneurone à 5HT Neurone sensoriel K + P PKC PKA P Ca 2+ Sensibilisation à court terme: la 5HT libérée lors de la stimulation de la tête active des récepteurs situés sur les éléments présynaptiques. L activation des récepteurs entraîne l activation des kinases PKA et PKC. Celles-ci peuvent alors phosphoryler les canaux Ca 2+ et K +. La phosphorylation a des effets différents suivant les canaux: elle augmente l activité des canaux Ca 2+ alors qu elle inhibe les canaux K +. La modulation de ces deux canaux rend la terminaison synaptique plus excitable : il y aura plus de neurotransmetteur libéré lors d une stimulation du manteau ou siphon.

6 + PKA PKA PKA Sensibilisation à long terme: la PKA peut transloquer vers le noyau du neurone sensoriel et provoquer la synthèse de nouvelles protéines nécessaire à la formation de nouvelles synapses. Neurone sensoriel Motoneurone Aplysie naïve Aplysie sensibilisée Neurone sensoriel Motoneurone

7 Siphon ou manteau CS+ SNC CS+ SNC CS- CS-

8 Sur CS- CS- SNC (décalé/cs-) Neurone sensoriel CS- Motoneurone Sur CS+ CS+ SNC + CS+ Neurone sensoriel Motoneurone SNC 5HT PKA CS+ AMPc AC G + Ca 2+ Sur CS+, il se produit une synergie au niveau de la stimulation de l adénylate cyclase (AC) par la sérotonine et le Ca 2+ entrant dans la terminaison. Il y aura une forte activation de la PKA et sensibilisation à long terme.

9 Amplitude du réflexe (% du contrôle) contrôle Choc aversif (SNC) Après le choc (min) Adulte Sénescent Durée du réflexe (% du con ntrôle) Choc aversif Adulte Sénescent contrôle Après le choc (min) Vieillissement de l aplysie : effet sur le réflexe de retrait après sensibilisation

10 Adulte Choc aversif MN NS Sénescent MN NS Choc aversif Vieillissement de l aplysie : effet sur la neurotransmission entre le NS et le MN lors de la sensibilisation Amplitude des PPSE (mv) Choc aversif Adulte Sénescent contrôle Après le choc (min)

11 Adulte MN NS Sénescent MN NS Effet du vieillissement sur la modulation sérotoninergique de la neurotransmission entre le NS et le MN lors de la sensibilisation Amplitude des PPSE (mv) Adulte Sénescent contrôle Après le choc (min)

12 Adulte Sénescent contrôle 10 min HT 10 min lavage Amplitu ude des courants (% du contrôle) Adulte Sénescent Temps (min) Effet du vieillissement sur la modulation sérotoninergique de la neurotransmission entre le NS et le MN lors de la sensibilisation: étude des courants obtenus par stimulation des récepteurs glutamatergiques dans un neurone sensoriel

13 contrôle 10 min HT 10 min lavage Amplitude des courants (% du contrôle) traitement Temps (min) Etude des courants obtenus par stimulation des récepteurs glutamatergiques dans un neurone sensoriel d aplysie sénescente: modulation par les activateurs de PKC (PMA, ester de phorbol) et de PKA (dbampc)

14 Reconsolidation de mémoire chez les rongeurs (et les humains)

15 Théorie de la consolidation de mémoire: Le passage de mémoire à court terme (STM) en mémoire à long terme nécessite la synthèse de nouvelles protéines. Apprentissage CS-US STM Anisomycine TEST 1 ~1heure STM LTM TEST 2 ~24heures LTM Théorie de la reconsolidation de mémoire: Le rappel de mémoire fait passer la mémoire dans un état actif ou fragile ou labile qui nécessite la synthèse protéique pour être reconsolidée et la faire repasser à l état inactif. Pour la mettre en évidence, on bloque la synthèse protéique après la post-réactivation (PR). Mémoire Inactive Mémoire Active Apprentissage CS-US TEST 1 ~24heure PR-STM Anisomycine TEST 2 ~24heures PR-LTM

16 Les animaux ayant reçu de l anisomycine à forte dose ne répondent pas au rappel du CS. On réalise le conditionnement de peur associé à un stimulus conditionnant CS. On injecte de l anisomycine à faible (6,2µg) et forte (62,5µg) dose après rappel du CS, dans l amygdale basolatérale. Le même protocole mais sans rappel du CS n altère pas la réponse au CS lors du test 2

17 Si l injection d anisomycine est retardée de 6h, on n observe plus l effacement du freezing en réponse au CS. L effet de l anisomycine est observée au-delà de 24h

18 Recherche des mécanismes impliqués dans la reconsolisdation. Rôle du trafic des rampa Manipulations de l endocytose des récepteurs AMPA peptides interférents qui empêchent l interaction avec la protéine AP2, nécessaire à l endocytose. Illustration avec la LTD dépendante des NMDA.

19

20 Le blocage de l endocytose des récepteurs GluA2 avec un peptide interférent (GluA2 3Y ) empêche l amnésie obtenue après réactivation + anisomycine

21 L expression membranaire de récepteurs AMPA perméables au Ca2+ sensibles au NASPM est requise pour la reconsolidation.

22 rampa imperméables au Ca 2+ NASPM rampa perméables au Ca 2+ Apprentissage SC + SNC rappel SC Transmission synaptique Consolidation de mémoire Trafic des rampa imperméables au Ca 2+ GluA2 3Y AP5 Anisomycine NASPM Trafic des rampa perméables au Ca 2+

23 Chez l humain, plusieurs voies pharmacologiques sont étudiées pour produire l inhibition de la reconsolidation notamment de mémoire aversive (stress posttraumatique), d addiction aux drogues et de troubles obsessionnels compulsifs Ce sont : l inhibition des récepteurs beta-adrénergiques avec le Propranolol, des récepteurs alpha2-adrénergiques avec la clonidine, le blocage des récepteurs NMDA avec de la kétamine ou encore le blocage la biosynthèse de cortisol avec la Metyrapone. Reconsolidation Extinction?

24 Reconsolidation de mémoire chez les rongeurs (et les humains)

25 Théorie de la consolidation de mémoire: Le passage de mémoire à court terme (STM) en mémoire à long terme nécessite la synthèse de nouvelles protéines. Apprentissage CS-US STM Anisomycine TEST 1 ~1heure STM LTM TEST 2 ~24heures LTM Théorie de la reconsolidation de mémoire: Le rappel de mémoire fait passer la mémoire dans un état actif ou fragile ou labile qui nécessite la synthèse protéique pour être reconsolidée et la faire repasser à l état inactif. Pour la mettre en évidence, on bloque la synthèse protéique après la post-réactivation (PR). Mémoire Inactive Mémoire Active Apprentissage CS-US TEST 1 ~24heure PR-STM Anisomycine TEST 2 ~24heures PR-LTM

26 Les animaux ayant reçu de l anisomycine à forte dose ne répondent pas au rappel du CS. On réalise le conditionnement de peur associé à un stimulus conditionnant CS. On injecte de l anisomycine à faible (6,2µg) et forte (62,5µg) dose après rappel du CS, dans l amygdale basolatérale. Le même protocole mais sans rappel du CS n altère pas la réponse au CS lors du test 2

27 Si l injection d anisomycine est retardée de 6h, on n observe plus l effacement du freezing en réponse au CS. L effet de l anisomycine est observée au-delà de 24h

28 Recherche des mécanismes de la reconsolidation Rôle du trafic des récepteurs AMPA? Modulation de l endocytose des récepteurs AMPA et effet sur la LTD et reconnaissance visuelle.

29 Protéines d interaction avec les récepteurs du glutamate Récepteur AMPA Récepteur NMDA Les récepteurs du glutamate sont engagés dans des complexes multimériques grâce à des interactions avec des protéines de l élément postsynaptique. Ces complexes régulent le trafic des récepteurs entre la membrane et le milieu intracellulaire. Ils peuvent aussi permettre des couplages entre deux récepteurs comme NMDA et mglu.

30 Protéines d interaction avec les récepteurs AMPA

31 Trafic des récepteurs AMPA Le trafic des récepteurs AMPA est nécessaire à l expression de la LTP (exocytose) et de la LTD (endocytose).

32 Rôle du trafic des rampa Manipulations de l endocytose des récepteurs AMPA peptides interférents qui empêchent l interaction avec la protéine AP2, nécessaire à l endocytose. Illustration avec la LTD dépendante des NMDA.

33 Discrimination entre objet nouveau et connu. Discrimination entre la position d objets connus. Le peptide interférent d AP2 ne bloque que la reconnaissance de nouveauté.

34 Recherche des mécanismes impliqués dans la reconsolidation: utilisation d un peptide interférent GluA2 Le blocage de l endocytose des récepteurs GluA2 avec un peptide interférent (GluA2 3Y ) empêche l amnésie obtenue après réactivation + anisomycine

35 L expression membranaire de récepteurs AMPA perméables au Ca 2+ sensibles au NASPM est requise pour la reconsolidation.

36 rampa imperméables au Ca 2+ NASPM rampa perméables au Ca 2+ Apprentissage SC + SNC rappel SC Transmission synaptique Consolidation de mémoire Trafic des rampa imperméables au Ca 2+ GluA2 3Y AP5 Anisomycine NASPM Trafic des rampa perméables au Ca 2+

37 Chez l humain, plusieurs voies pharmacologiques sont étudiées pour produire l inhibition de la reconsolidation notamment de mémoire aversive (stress posttraumatique), d addiction aux drogues et de troubles obsessionnels compulsifs Ce sont : l inhibition des récepteurs beta-adrénergiques avec le Propranolol, des récepteurs alpha2-adrénergiques avec la clonidine, le blocage des récepteurs NMDA avec de la kétamine ou encore le blocage la biosynthèse de cortisol avec la Metyrapone. Reconsolidation Extinction?

38 Reconsolidation chez l'aplysie

39 Phénomène de reconsolidation de mémoire chez l aplysie Test de sensibilisation SWR: siphon withdrawal reflex

40 Phénomène de reconsolidation de mémoire chez l aplysie Le rappel de mémoire + inhibition de synthèse protéiqueperte de la sensibilisation

41 Phénomène de reconsolidation de mémoire chez l aplysie Application in vitro co-cultures NS + MN Electrophysiologie

42 Phénomène de reconsolidation de mémoire chez l aplysie Application in vitro co-cultures NS + MN Imagerie des varicosités

43 Variation du nombre de varicosités dans différentes conditions (1) Chelerythrine: bloqueur de PKM (variant de la PKC)

44 Variation du nombre de varicosités dans différentes conditions (2)

45 Dépendance de la PKM pour la maintenance de la LTS

46 Restauration de la LTS après effacement grâce au blocage de la synthèse protéique

47 Restauration de la LTS après effacement grâce au blocage de la PKM

48 Régulation épigénétique Inhibition de la dé-acétylation des histones (HDAC) avec la trichstatine (TSA) L inhibition de HDAC sensibilise à l apprentissage et inhibe l effacement de mémoire.