Les transporteurs dans le SNC

Les transporteurs dans le SNC Les transporteurs dans le SNC I. Les transporteurs membranaires I.1 les transporteurs dependants du Na+ et du Cl- (SERT-DAT-NET- GAT-GLYT) I.1.a Structure I.1.b Dépendance ionique et propriétés électrochimiques I.1.c Localisation cellulaire et subcellulaire I.1.d Aspects fonctionnels et pathologiques 1

Les transporteurs de NT dans le SNC Dopamine Noradrénaline Sérotonine Substrats transportés : GABA Glycine PHARMACOLOGICAL REVIEWS 1999,Vol. 51, 439 2

Alignement des séquences en AA des Na 1 /Cl 2 -dépendant transporteurs Topologie identique et 40 à 60% homologie de séquences PHARMACOLOGICAL REVIEWS 1999,Vol. 51, 439 3

PHARMACOLOGICAL REVIEWS 1999,Vol. 51, 439 Structural models of members of the Na+/Cl -dependent neurotransmitter transporter family Structure en miroir des TM1-5 et TM6-10 Sites de liaison du Na+ ( ) et du substrat ( ) entre les 2 blocs Current Opinion in Neurobiology 2007, 17:304 312 4

Structural models of members of the Na+/Cl -dependent neurotransmitter transporter family Na+ ClTM1 TM6 Current Opinion in Neurobiology 2007, 17:304 312 Transporteurs des Amines : propriétés électrochimiques 5

Transporteurs NET, GAT, GLYT : propriétés électrochimiques 3 2 4 1 Transporteurs SERT : propriétés électrochimiques mécanisme probable du transport de sérotonine: 1 antiport et 1 synport dans le même transporteur J. Membrane Biol. 213, 101 110 (2006) 6

Localisations cellulaires et subcellulaires Cellulaire DAT et NET : uniquement sur neurones GAT3 : uniquement glie GAT1, GLYT1-2, SERT : neurones et glie Subcellulaire NET et SERT sur dendrites, perikarya, axones et terminaisons nerveuses des neurones monoaminergiques correspondants GAT et GLYT restreints aux terminaisons axonales DAT : localisation générale (substance noire) ou restreinte aux zones extrasynaptiques (cortex préfrontal) Activity-dependent changes in the subcellular localization of the noradrenaline transporter (NET) Dans le cortex préfrontal Current Opinion in Neurobiology 2007, 17:304 312 7

Pathologies/Thérapeutiques DAT impliqué dans de nombreux syndromes neurologiques ou psychiatriques: Expression diminuée chez les AD patients Idem dans l ataxie spinocérébelleuse de type 1 Pathologies/Thérapeutiques Transporteurs des Monoamines sont les sites d action des antidépresseurs tri et hétérocycliques Inhibiteurs sélectifs de SERT très efficaces dans traitement de la dépression Niveau cérébral de serotonine diminué trouvé chez certains patients présentant des troubles de l humeur -> défaut structural? -> Dérégulation de SERT? 8

Pathologies/Thérapeutiques Transmission GABAergique est modulée par benzodiazepines et barbituriques Efficace dans anxiété, épilepsie, douleur et troubles du sommeil Inhibiteurs spécifiques des différentes formes de GAT -> Nouveaux agents thérapeutiques potentiels pour traitement epilepsie et anxiété (Tiagabine=GAT1) Recherche = Composés pharmaco réversant le GAT = libération de GABA = inhibition des décharges excessives de NT excitateur vues lors des accidents cérébraux-vasculaires ou crises épileptiques 1.2 Les transporteurs dependants du Na+ (et du K+) Les EEAT I.2.a Structure I.2.b Localisation cellulaire et subcellulaire I.2.c Dépendance ionique et propriétés électrochimiques I.2.d aspects fonctionnels et pathologiques 9

EEAT-1 = EEAT-2 = EEAT-3 = PHARMACOLOGICAL REVIEWS 1999,Vol. 51, 439 Topologies hypothétiques des transporteurs du glutamate PHARMACOLOGICAL REVIEWS 1999,Vol. 51, 439 10

Structural models of the glutamate transporter family. Basé sur cristallographie GltPh (bactérien) Na+ glutamate HP1 : hairpin loop1 HP2 : hairpin loop2 HP 1 et 2: «portes» intra et extracellulaire Current Opinion in Neurobiology 2007, 17:304 312 Structural models of the glutamate transporter family. Les hélices N terminales (grises) entourent les hélices des domaines de translocation en C-terminal (couleurs) 11

Structural models of the glutamate transporter family. subcellular localization of glutamate transporters in neurons and glia cells Current Opinion in Neurobiology 2007, 17:304 312 12

subcellular localization Localisation de EAAT1 et EAAT2 sur cellules gliales - distribution n est pas homogène Distribution enrichie autour des terminaisons synaptiques EAAT2 (GLT-1) aussi présent sur neurones subcellular localization EAAT3 (EAAC1) et EAAT4 : transporteur neuronaux, mais localisation post synaptique (pas d implication dans reuptake) EAAT3 dans épines dendritiques : pauvre au niveau densités post synaptiques (où sont les récepteurs glutamate), riche dans régions périsynaptiques EAAT3 : riche dans neurones pyramidaux de l hippocampe et du du cortex, mais aussi sur autres neurones glutamatergiques, des neurones GABAergiques et sur oligodendrocytes EAAT4: restreint aux cellules de Purkinje GABAergiques du cervelet en face des terminaisons qui libèrent le glutamate Aussi sur astrocytes (dans moindre mesure) EAAT5 : rétine uniquement (photorecepteurs et cellules bipolaires) 13

A.L. Sheldon, M.B. Robinson / Neurochemistry International 51 (2007) 333 355 Transporteurs glutamate 14

Les transporteurs glutamate sont aussi des canaux Cl- NATURE REVIEWS neuroscience volume 8 DECEMBER 2007 935 Structure quaternaire des transporteurs glutamate Vue de la face ext de la membrane Vue de la face cytosolique de la membrane Vue dans le plan de la membrane - Homomères trimériques avec sites de liaison glutamate de chaque monomère localisés vers le fond de la cavité -Clusters de transporteurs dans des microdomaines membranaires (raft lipidiques) - Question ouverte : nécessité de la structure quatenaire indispensable à la fonctionnalité du transporteur? 15

Fonctions / pathologies Transporteurs contrôlent la transmission synaptique excitatrice Temps de translocation du Glutamate de ext vers int : 10 à 75 ms Réponses excitatrices rapides : 10 ms En condition physiologique, capture de glutamate des neurones et de la glie limite le spillover. Ce phénomène est cependant utile et efficace dans certains cas précis (activité synchrone dans le CA1 de l hippocampe, rythmicité ) GLT-1 (EAAT2) très exprimé (1% des protéines du cerveau) GLAST (EAAT1) également mais localisation plus restreinte (glie de Bergmann ) EAAC1 (neuronal) : fournissent aux neurones GABAergiques leur précurseur au - module l excitabilité des récepteurs glutamate PHARMACOLOGICAL REVIEWS 1999,Vol. 51, 439 Fonctions / pathologies Expression de GLT-1 glial est contrôlé par les neurones EAAC1 transporte aussi cystéine: impliqué dans niveaux de anti-oxydant endogène (précurseur du glutathion) Souris EAAC1 -/- : maladie neurodégénérative associée à diminution des niveaux de glutathione dans cerveau Accumulation de glutamate extracellulaire : cytotoxicité 16

Fonctions / pathologies Destruction excitotoxique de neurones et astrocytes en coculture = -> diminution expression de GLT-1 et augmentation de GLAST Lesions de projections neuronales ou deafférentation = -> diminution expression de GLT-1 et diminution de GLAST Expression perturbée de transporteur glutamate (Knockdown anti-sens) = neurodégénération chez animaux normaux Souris GLT-1 -/- : - activité transport diminuée - épilepsie - sensibilité augmentée à la neurotoxicité Fonctions / pathologies Transporteurs Glutamate impliqués dans : - amyotrophic lateral sclérosis (ALS) -Alzheimer disease -Huntington disease - Parkinson disease - Epilepsy - Cerebral ischemia 17

Les transporteurs de neurotransmetteurs vésiculaires (VNT) II.1 Différents types et structure II.2 Fonctions II.3 Dépendance ionique et propriétés électrochimiques 18

Accumulation intravésiculaire Amplification de l uptake Na+ dpdt (gradient de concentration favorable) Protection contre métabolisme intraneuronal Protecion contre effets toxiques à forte concentration cytosolique Les transporteurs vésiculaires du glutamate 19

Annu Rev Pharmacol Toxicol. 2007 Sep 20 VGLUT-1 suffit pour donner phénotype glutamatergique 20