Institut Pasteur Rapport d'activité de l'unité Neurobiologie moléculaire pour l'année 1999

CNRS URA 2182


Responsable : Changeux, Jean-Pierre (changeux@pasteur.fr)

Résumé du rapport

Les travaux de recherche de l'Unité de Neurobiologie Moléculaire portent sur le récepteur nicotinique de l'acétylcholine, une protéine qui intervient dans la transduction du signal chimique en signal électrique au niveau de la membrane plasmique des cellules excitables. L'Unité poursuit trois objectifs : l'identification des structures élémentaires du récepteur engagées dans la reconnaissance des effecteurs cholinergiques, dans le transport ionique et dans leurs divers couplages "allostériques" ; l'identification des mécanismes régulateurs d'expression génique responsables de la distribution des récepteurs nicotiniques au niveau de la membrane post-synaptique du muscle ; l'étude de l'ensemble des processus nicotiniques intervenant au niveau des neurones du système nerveux central, dans le contrôle moteur, l'apprentissage, la dépendance à la nicotine et diverses pathologies cérébrales.

Abstract

The activity of the Unit of Molecular Neurobiology is centered on the nicotinic acetylcholine receptor, an "allosteric" membrane protein involved in the transduction of chemical signals into electrical response at the level of the plasma membrane of the excitable cells. The three main objectives are : 1) identification, at the amino acid level, of the elementary structure engaged in the recognition of nicotinic ligands, in ionic selectivity and transport and their diverse modes of "allosteric" coupling ; 2) study of regulatory mechanisms of gene expression involved in the focal distribution of nicotinic receptors in muscle endplate post-synaptic membrane (in the course of development and in the adult) and 3) the neural processes, in the dendritic vs. axonal compartments of central neurons involved in learning and reward mechannisms associated with nicotine addiction and various brain pathologies.

Texte du rapport

  1. Organisation fonctionnelle à haute résolution des récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine musculaires et neuronaux (S. Bohler, P.-J. Corringer, A. Devillers-Thiéry, S. Edelstein, R. Grailhe, K. Martinez, N. Le Novère, Y. Paas, avec l’aide technique de S. Pons et C. Le Poupon).

Dans le but d'obtenir des informations sur la structure tri-dimensionnelle du récepteur nicotinique, la purification et la formation de cristaux ont été entreprises sur le récepteur de Torpille dans son état membranaire et sur des fragments solubles du récepteur nicotinique neuronal alpha7. En parallèle, sont menés des travaux permettant d’obtenir des informations sur l’architecture fonctionnelle des récepteurs nicotiniques par mutagenèse dirigée et fabrication de microchimères au niveau du site de liaison des ligands cholinergiques, des sites régulateurs allostériques et du canal ionique, complétés par des études en spectroscopie de fluorescence. La construction de récepteurs fonctionnels couplés à des molécules fluorescentes (GFP) permet une analyse par fluorescence, RMN ou CD. Enfin, les approches bio-informatiques sont utilisées pour prédire et modéliser la structure du récepteur.

2. Régulation de l’expression du récepteur de l'acétylcholine musculaire au cours du développement de la plaque motrice (A. de Kerchove d'Exaede, H. Nghiem, L. Schaeffer, T. Serroz, avec l’aide technique de N. Duclert et M. Huchet-Dymanus).

Le laboratoire poursuit la recherche des mécanismes responsables de la formation de la jonction neuromusculaire et de la compartimentation d’expression au niveau sous synaptique. Cette étude implique la cascade des seconds messagers unissant la membrane plasmique aux gènes codant les sous-unités du récepteur nicotinique, ainsi que les modulations d'expression du récepteur. D’autre part, l’identification des éléments transcriptionnels et post-traductionnels (assemblage des sous-unités, ciblage du récepteur à la synapse et interaction avec le cytosquelette, phosphorylations) sont analysés.

3. Récepteurs nicotiniques du système nerveux central (P. Benoit, N. Borde, J.P. Bourgeois, N. Champtiaux, M. Cordero-Erausquin, Z.H. Han, A. de Kerchove d’Exaerde, R. Klink, N. Le Novère, L. Marubio, F. Rossi, avec l’aide technique de A.M. Le Sourd et A. M. Salmon).

L'étude des récepteurs nicotiniques du système nerveux englobe un champ particulièrement vaste de thèmes et de méthodologies. La distribution des récepteurs est étudiée par autoradiographie immunocytochimie et hybridation in situ et leurs propriétés pharmacologiques et électrophysiologiques, à la fois in vitro sur des systèmes membranaires et moléculaires et in vivo par la méthode du patch-clamp. L’identification des différents sous types de récepteurs est menée par détection des mRNA exprimés au niveau d’une cellule unique par RT-PCR couplé à une analyse électrophysiologique des propriétés de la cellule. L’importance physiologique des récepteurs au sein du tissu est analysée par libération sur des tranches ou dans des synaptosomes. La génération par recombinaison homologue de souris déficientes en sous-unités définies du récepteur nicotinique permet de remonter au niveau de l’organe (EEG) et de l’organisme (comportement). 4. Modèles formels de morphogénèse et de fonctions cognitives (T. Gisiger, M. Kerszberg)

Des méthodes mathématiques et informatiques sont utilisées pour modéliser le contrôle de la transcription génétique au cours du développement embryonnaire et de la morphogénèse. Ont été étudiés successivement: la restriction de la transcription des sous-unités du récepteur nicotinique de l'acétylcholine dans la fibre musculaire, sous l'influence de l'activité électrique du nerf et de facteurs diffusibles synaptiques; le contrôle, par le gradient maternel de Bicoid, de l'expression du gène-gap Krüppel dans le blastoderme syncytial de Drosophile; la réponse transcriptionnelle à des concentrations variables d'acide rétinoïque, en particulier dans la détermination du rhombomère r4. En examinant la manière dont la réponse transcriptionnelle à des morphogènes tels que la chordine module le mouvement cellulaire, on a pu étudier la morphogénèse comparée du tube neural (Vertébrés) et de la corde neurale (Insectes).

Enseignement

Cours au Collège de France par le Professeur J.P. Changeux. Cours DEA, Anne Devillers-Thiéry, Pierre-Jean Corringer.

Personnel de l'unité

Secrétariat de l'unité

ADJEMIAN, Martine, IP

GEX, Jacqueline, IP

Chercheurs de l'unité

BENOIT Pierre, Université Paris X
BOURGEOIS Jean-Pierre CNRS
CHANGEUX Jean-Pierre IP, CDF
CORRINGER Pierre-Jean IP, CNRS
DEVILLERS-THIERY Anne CDF
KERSZBERG Michel CNRS
NGHIEM Hoang-Oanh CNRS
SCHAEFFER Laurent, CNRS

Stagiaires de l'unité

BOHLER Sébastien, Thèse
BORDE Nathalie, Post-doc
CHAMPTIAUX Nicolas, Thèse
CORDERO-ERAUSQUIN Matilde, Thèse
EDELSTEIN Stuart, Professeur Université Genève GRAILHE Régis, Post-doc
HAN Zhi Yan, Thèse
De KERCHOVE d'EXAERDE Alban, Post-doc
KLINK Ruby, Post-doc
LAUDENBACH Vincent, Interne des Hôpitaux LENA Clément, Post-doc
LE NOVERE Nicolas, Post-doc
MARTINEZ Karen, Thèse
MARUBIO Lisa, Post-doc
PAAS Yoav, Post-doc
ROSSI, Francesco, Post-doc
SEROZ, Thierry, Post-doc
TSUNEKI Hiroshi Post-doc

Autre personnel de l'unité

PONS, Stéphanie, Ing. CNRS
HUCHET-DYMANUS, Monique, Ing. Collège de France SALMON, Anne-Marie, Ing. IP

DUCLERT, Nathalie T, IP
LE POUPON, Chantal T, Collège de France LE SOURD, Anne-Marie T, CNRS
SOUDANT, Martine T, IP

JEAN, Colette A, IP
MASSON, Claudine A, IP

Publications de l'unité

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