Topic description
Les astrocytes modulent la transmission synaptique en contrôlant l'homéostasie ionique et en éliminant les neurotransmetteurs de la fente synaptique. Ils agissent également comme partenaires actifs en répondant aux neurotransmetteurs par la libération de gliotransmetteurs. Ces fonctions dépendent en partie de l'étroite proximité physique des astrocytes avec les neurones au sein de la synapse tripartite.
Au niveau morphologique, les compartiments pré- et post-synaptiques sont entourés de fines protrusions astrocytaires dynamiques appelées perisynaptic astrocyte processes (PAP). Du côté postsynaptique, l'épine dendritique, petite structure composée d'une tête et d'un cou émergeant de la dendrite, est cruciale car elle abrite le compartiment postsynaptique des synapses excitatrices. Comme les PAP, les épines sont hautement dynamiques et plastiques : elles bougent en condition basale et peuvent croître ou rétrécir lors de la plasticité synaptique.
L'existence de mouvements dynamiques au sein de la synapse tripartite, où les différents éléments sont liés par des molécules d'adhésion, soulève la question de leur impact mécanique réciproque. En d'autres termes, les épines dendritiques et/ou les astrocytes sont-ils sensibles aux mouvements ou aux changements de forme de leurs partenaires ?
La mécanosensibilité apparaît comme un mécanisme clé régulant des fonctions neuronales telles que le développement neuronal et la transmission synaptique. Malgré l'implication probable de protéines d'adhésion et du cytosquelette, les mécanismes moléculaires sous-jacents restent mal compris. Ce projet vise à répondre à cette question fondamentale.
Très récemment, nous avons observé que l'élimination de la spectrine, une molécule clé du cytosquelette de l'actine, entraîne une réduction drastique du nombre d'épines dendritiques, diminue leurs mouvements en condition basale et empêche les changements de forme lors de la plasticité synaptique (Sarzynski… Brachet, en préparation). Plusieurs indices issus de la littérature, ainsi que des données du laboratoire (Charbonnier… Brachet, en préparation), suggèrent que les spectrines pourraient également réguler la morphologie et la mécanosensibilité des astrocytes.
Les spectrines possèdent des domaines de liaison à l'actine et divers sites d'interaction membranaire. Elles sont particulièrement importantes pour le système nerveux, où plusieurs variants pathogènes ont été décrits dans des maladies du développement, notamment associées à des retards neurodéveloppementaux et à des caractéristiques autistiques. À ce jour, leur impact a surtout été étudié dans les neurones, et les données concernant les astrocytes sont encore limitées. Les spectrines comportent aussi des domaines capables de se déplier sous l'action de forces mécaniques, comme observé pour des protéines impliquées dans la mécanosensibilité et la mécanotransduction. Cela a conduit à l'hypothèse selon laquelle le réseau actine–spectrine pourrait jouer un rôle de mécanotransduction lors de la transmission et/ou de la plasticité synaptique.
L'étudiant(e) en doctorat étudiera l'impact des perturbations de la spectrine sur le comportement mécanique et fonctionnel des épines dendritiques et des astrocytes. Il/elle tirera parti de la construction et de la validation par l'équipe de plusieurs mutants de β-spectrine, incluant des variants pathogènes, ainsi que de méthodes CRISPR/Cas9 pour générer des neurones et des astrocytes knock-out (KO). Les effets de ces perturbations seront étudiés en déformant les synapses par application de forces mécaniques externes (étirement global des neurones/astrocytes et déformations locales du substrat). Les conséquences sur la forme des épines et des PAP, la stabilité mécanique et la transmission synaptique seront analysées en combinant outils moléculaires, électrophysiologie et imagerie de pointe (microscopie de super-résolution et capteurs de force).
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Approximately 25 years ago, the concept of the tripartite synapse emerged, as evidence of bidirectional communication between astrocytes and neurons was obtained by several laboratories.
Astrocytes modulate synaptic transmission by controlling ionic homeostasis and clearing neurotransmitters from the synaptic cleft. They also act as interactive partners by responding to neurotransmitters and, in turn, releasing gliotransmitters. These functions partly rely on the close physical apposition of astrocytes to synapses.
At the morphological level, the pre- and postsynaptic compartments form the classical synapse, surrounded by dynamic thin astrocytic protrusions called perisynaptic astrocyte processes (PAPs). On the postsynaptic side, the dendritic spine—a small protrusive structure consisting of a head and a narrow neck emerging from the dendritic shaft—is crucial for neuronal physiology, as it contains the postsynaptic compartment of excitatory synapses. Like PAPs, spines are highly dynamic and plastic. Dendritic spines continuously move under baseline conditions, and they can grow or shrink during synaptic plasticity.
The dynamic movements of these tightly connected elements within the tripartite synapse raise questions about their mechanical effects on each other. In other words, are dendritic spines and/or astrocytes sensitive to their partners' movements or changes in shape?
Mechano-sensing is emerging as a key mechanism regulating neuronal function during physiological processes, including neuronal development and synaptic transmission. Despite the likely involvement of adhesion and cytoskeletal proteins, the molecular mechanisms underlying synaptic mechano-sensing remain unclear. This PhD project aims to address this fundamental question.
Very recently, we observed that removal of spectrin, a key component of the neuronal actin cytoskeleton, leads to a drastic reduction in dendritic spine number, decreases baseline spine movements, and prevents dendritic spine shape changes during synaptic plasticity (Sarzynski… Brachet, in preparation). Interestingly, several lines of evidence from the literature, as well as data from the laboratory (Charbonnier… Brachet, in preparation), suggest that spectrins could also regulate astrocyte morphology and mechano-sensing.
Spectrins possess actin-binding domains and various membrane-interacting sites along their length. They are particularly important in the nervous system, and several pathogenic variants have recently been described in central nervous system disorders, including developmental delay and autistic features. To date, the impact of these variants has been studied mainly in neurons, and information on their effects on astrocytic function is lacking. Spectrins also contain specific domains that unfold under mechanical force, as shown for proteins involved in mechano-sensing and mechano-transduction. This supports the hypothesis that the actin–spectrin network may play a mechano-transduction role during synaptic transmission and/or plasticity.
The PhD student will investigate the impact of spectrin perturbations on the morphological, mechanical, and functional behavior of dendritic spines and astrocytes. To this end, the candidate will take advantage of the construction and validation of several β-spectrin mutants by the team, including pathogenic variants, as well as CRISPR/Cas9 methods to generate knockout neurons and astrocytes. The impact of these perturbations will be studied using various approaches to deform synapses by applying external mechanical forces (global neuron/astrocyte stretching and local substrate deformations). Their effects on dendritic spine and PAP shape, mechanical stability, and synaptic transmission will be analyzed using a combination of molecular tools, electrophysiology, and state-of-the-art imaging methods, including super-resolution microscopy (STORM, PALM, STED) and FRET-based force-sensor imaging.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Début de la thèse : 01/10/
WEB :
Funding category
Other public funding
Funding further details
Financement ANR
En cliquant sur "JE DÉPOSE MON CV", vous acceptez nos CGU et déclarez avoir pris connaissance de la politique de protection des données du site jobijoba.com.