Topic description
Comme la majorité des protéines de la surface neuronale, les récepteurs aux neurotransmetteurs sont modifiés au cours de leur biogenèse par liaison covalence de sucres complexes lors de la N-glycosylation. Les N-glycans ont un impact majeur sur la structure des protéines membranaires et régulent leur fonction (1,2). Bien que ce processus soit particulièrement marqué dans le cerveau et soit altéré dans de nombreuses neuropathologies humaines (3,4), la N-glycosylation des protéines neuronales a été très peu étudiée.
Comme montré par nous et d'autres groupes (5-8), la majorité des N-glycans trouvés dans le cerveau et à la surface neuronale sont des core-glycans, i.e. des N-glycans qui identifient normalement les protéines membranaires immatures intracellulaires dans les cellules non- neuronales. Nos travaux récents (données non publiées) montrent que ces N-glycans atypiques régulent l'adressage aux synapses et la durée de vie des récepteurs au glutamate exprimés à la surface neuronale. Ces N-glycans leurs confèrent des propriétés électrophysiologiques spécifiques et influencent ainsi la plasticité synaptique. Les mécanismes cellulaires qui déterminent l'acquisition de ce type de N-glycosylation ne sont pas connus.
La voie canonique de la N-glycosylation a été caractérisée dans des lignées de cellules non polarisées. Dans ces cellules, les enzymes qui assurent la maturation séquentielle des core-glycans sont toutes localisées dans l'appareil de Golgi. Les core-glycans sont ainsi maturés en N-glycans « Golgiens » et envoyés ensuite à la surface cellulaire.
Des données préliminaires nouvellement acquises au laboratoire indiquent que dans les neurones, et contrairement à ce modèle, les enzymes qui assurent la synthèse des core-glycans trouvés à la surface neuronale (i.e. MAN1A1) sont localisées dans le soma mais aussi dans les dendrites. De façon différente, les enzymes qui assurent la maturation de ces core-glycans (i.e. MGAT1 et MAN2) sont localisées exclusivement dans le soma. Ces données indiquent donc que la voie de N-glycosylation neuronale est organisée selon des principes spécifiques aux neurones, permettant l'acquisition de core-glycans par les nombreuses protéines membranaires synthétisées dans les dendrites et qui accèdent à la surface neuronale en contournant l'appareil de Golgi localisé dans le corps cellulaire (5,6).
Le but du projet de Thèse que nous proposons ici est de confirmer ces résultats et de déterminer les mécanismes moléculaires qui contrôlent la distribution de ces enzymes de la N-glycosylation dans les neurones. Le projet aura trois objectifs spécifiques :
1) Identifier les compartiments membranaires où sont localisées ces enzymes.
2) Déterminer le rôle de l'activité neuronale dans la régulation de la distribution et de l'activité de ces enzymes.
3) Déterminer l'influence de ces processus sur la N-glycosylation des protéines de la surface neuronale et plus particulièrement les récepteurs AMPA et les récepteurs GABAA où les core-glycans sont particulièrement abondants.
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Like most surface proteins, neurotransmitter receptors are modified during their biogenesis by the covalent attachment of complex sugars during N-glycosylation. N-glycans have a profound impact on the structure of these proteins and regulate their fonction (1,2) Although this process is particularly marked in the brain and is altered in many human neuropathologies (3,4), N-glycosylation of neuronal proteins has been little studied.
As shown by us and other groups (5-8), the majority of N-glycans found in the brain and at the neuronal surface are core-glycans, i.e. N- glycans that normally earmark immature intracellular membrane proteins in non-neuronal cells. Our recent work (unpublished data) shows that these atypical N-glycans regulate the synaptic targeting and the lifespan of glutamate receptors expressed at the neuronal surface. These N-glycans confer specific electrophysiological properties to AMPA and NMDA receptors and thus influence synaptic plasticity. The cellular mechanisms that determine the acquisition of this type of N-glycosylation are not known.
The canonical N-glycosylation pathway has been characterised in non-polarized cell lines. In these cells, the enzymes responsible for the sequential maturation of core-glycans are all localized in the Golgi apparatus. Core-glycans are hence matured into 'Golgi' N-glycans and then sent to the cell surface.
Preliminary data recently acquired in the laboratory indicate that, contrary to this model, in neurons, the enzymes responsible for synthesizing the core-glycans found at the neuronal surface (i.e. MAN1A1) are localized not only in the soma but also in dendrites. In contrast, the enzymes responsible for the maturation of core-glycans (i.e. MGAT1 and MAN2) are located exclusively in the soma. These data therefore indicate that the neuronal N-glycosylation pathway is organized according to neuron-specific principles, enabling the acquisition of core-glycans by the numerous membrane proteins that are synthesized in dendrites and which access the neuronal surface by bypassing the Golgi apparatus located in the cell body (5,6).
The aim of the Thesis project that we are proposing here is to confirm these results and decipher the molecular mechanisms controlling the distribution of these N-glycosylation enzymes in neurons. The project will have three specific objectives:
1) to identify thes membrane compartments where these enzymes are localized
2) to determine the role of neuronal activity in regulating the distribution and activity of these enzymes.
3) to determine the influence of these processes on the N-glycosylation of neuronal surface proteins, particularly AMPA and GABAA receptors, where core-glycans are particularly abundant.
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Début de la thèse : 01/10/
Funding category
Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
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