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1/X Papier publié ! Sur les mécanismes de désensibilisation des récepteurs GABAA. Je me doute bien que ce n’est pas le sujet le plus brûlant et que peu partageront mon enthousiasme sur la question, mais tant pis je me lance avec un petit thread. Warning : coupage de cheveu en 4
2/X Déjà, qu’est-ce que les récepteurs GABAA ? Ce sont les principaux récepteurs synaptiques inhibiteurs dans le cerveau des vertébrés :
a) ils sont trouvés aux synapses, points de communication entre les neurones. Le neurone pré-synaptique, lors de sa stimulation,
a) ils sont trouvés aux synapses, points de communication entre les neurones. Le neurone pré-synaptique, lors de sa stimulation,
3/X relargue du GABA (neurotransmetteur inhibiteur) qui diffuse dans la fente synaptique (qui fait environ 30 nm d’épaisseur).
b) le GABA se lie ensuite à des protéines situées sur la membrane cellulaire du neurone post-synaptique,
b) le GABA se lie ensuite à des protéines situées sur la membrane cellulaire du neurone post-synaptique,
4/X les fameux récepteurs GABAA (il y a aussi les GABAB, que je vais passer sous silence). Survient alors leur activation, qui correspond à l’ouverture d’un canal ionique, c’est-à-dire d’un pore qui permet le passage sélectif d’ions Cl- à travers la membrane cellulaire.
5/X Cela entraîne une diminution du potentiel électrique transmembranaire (hyperpolarisation), ce qui éloigne le neurone post-synaptique du seuil électrique qui aboutirait à son activation (déclenchement d’un potentiel d’action) : on a donc une inhibition.
6/X Cet effet d’inhibition est fondamental en physiologie ainsi qu’en pathologie - exemple d’un manque d’inhibition qui conduit à un emballement de réseaux neuronaux : l’épilepsie. D’où, bien sûr, un intérêt fort pour comprendre comment leur activité est/peut être régulée.
7/X Vous connaissez d’ailleurs une grande famille de médicaments ciblant les rGABAA : les benzodiazépines, dont le fameux Valium, qui ont des effets anxiolytiques, myorelaxants, anti-épileptiques…
8/X Maintenant ; qu’est-ce que la désensibilisation ? Cela correspond au fait qu’en présence continue de la molécule qui les active (l’agoniste, ici le GABA), les rGABAA entrent progressivement dans un état inactif malgré la liaison de l’agoniste : l’état désensibilisé.
9/X Cet état étant réfractaire à toute activation, cela module les propriétés de signalisation des rGABAA lors de stimulations répétées favorisant la persistance de GABA dans la synapse. Néanmoins, le rôle exact de la désensibilisation in vivo reste énigmatique,
10/X ainsi que les mécanismes moléculaires responsables de cette propriété pharmacologique fondamentale. De plus, il est légitime de penser qu’ils sont conservés au sein de la superfamille de récepteurs à neurotransmetteurs à laquelle appartiennent les rGABAA :
11/X les récepteurs-canaux pentamériques (RCP), qui comprennent aussi les récepteurs Glycine (inhibition dans la partie postérieure du cerveau – cervelet – et la moëlle épinière), les récepteurs nicotiniques à l’acétylcholine et les récepteurs à la sérotonine de type 5HT3.
12/X Les récepteurs nicotiniques du système nerveux central sont la cible de la nicotine, et sont impliqués dans divers processus physiologiques (notamment cognition) et pathologiques (Alzheimer, addictions). Les récepteurs 5HT3 sont notamment connus en tant que cible
13/X des antiémétiques de la famille des sétrons, utilisés en particulier pour contrer les vomissements induits par certaines chimiothérapies. Bref, une superfamille de récepteurs très importante que l’on cherche à parfaitement comprendre.
14/X Nous nous sommes penchés sur les fondements structuraux et biophysiques de la désensibilisation. Il y a quelques temps, nous avons d’abord montré que, chez les rGABAA et les récepteurs Glycine, la désensibilisation implique la fermeture du pore transmembranaire
15/X à son extrémité intracellulaire – alors que l’activation du récepteur consiste en une ouverture du pore à un niveau plus proche de la partie extracellulaire. Autrement dit, il y aurait 2 « portes » dans le canal ionique, une qui s’ouvre lors de l’activation,
16/X et une qui se ferme lors de la désensibilisation. A ce stade vous me direz que, pour ce qui est de la désensibilisation, « la question elle est vite répondue ». Oui, mais non. Une fois qu’on a dit ce que je vous ai dit plus haut, il reste plein de questions en suspens.
17/X Notamment : quelle est la contribution de chaque sous-unité ? Car, comme leur nom l’indique, les récepteurs-canaux pentamériques sont des pentamères, c’est-à-dire qu’ils sont constitués de 5 sous-unités. Ces sous-unités, très similaires d’un point de vue structural,
18/X sont arrangées selon un axe de symétrie passant par le pore ionique, formant ainsi une espèce de rosace quand on regarde le récepteur depuis le milieu extracellulaire (depuis la synapse). Dans le cas des rGABAA qui nous intéressent,
19/X il y a 2 sous-unités alpha1, 2 beta2 et une gamma2. Les deux interfaces beta2/alpha1 forment les 2 sites de liaison du GABA, alors que l’interface alpha1/gamma2 forme le site de liaison pour les benzodiazépines.
20/X Ici, je vais passer directement à nos conclusions, sans m’étendre sur le comment – qui m’intéresse beaucoup, mais risque d’être franchement rébarbatif pour ceux qui ne sont pas dans le domaine. Ce que nous venons de montrer,
21/X c’est que, lors de la désensibilisation, les sous-unités peuvent « bouger » indépendamment les unes des autres, et qu’il faut que 2 sous-unités aient « bougé » pour aboutir à une fermeture suffisante de la « porte » de désensibilisation pour occlure le pore.
22/X Autrement dit, on a ici un mécanisme « non-concerté », qui contredit un modèle largement accepté dans laquelle les sous-unités bougent de concert. C’est une hypothèse clef des modèles allostériques de type Monod-Wyman-Changeux (MWC).
23/X C’est le premier apport (très « pharmaco fondamentale ») de notre étude, qui souligne l’existence de conformations asymétriques dans *la* famille de récepteurs-canaux utilisée comme étude de cas pour les modèles allostériques.
24/X Le second apport, plus concret, c’est que nous avons montré dans le cas des rGABAA que la sous-unité gamma2 a un rôle prépondérant dans les propriétés de désensibilisation. Par conséquent, pour moduler pharmacologiquement (-> médicaments…) la désensibilisation des rGABAA
25/X de type alpha1/beta2/gamma2, il serait intéressant de cibler la sous-unité gamma2 (et plus particulièrement l’extrémité cytoplasmique de son domaine transmembranaire). Une telle stratégie offrirait plusieurs avantages :
26/X d’abord, la désensibilisation étant une propriété « fine » qui n’entre en jeu que lors de libérations prolongées d’agoniste, moduler la désensibilisation n’affecterait pas la transmission GABAergique synaptique « classique », mais seulement des modalités
27/X de transmission particulières comme une libération de GABA à haute fréquence ou la persistance d’une forte concentration tonique de GABA (c’est-à-dire « ambiante », contrairement aux concentrations transitoires atteintes lors de libérations transitoires, dite « phasiques »).
28/X On est donc en droit d’attendre des effets toxiques assez faibles avec des modulateurs de désensibilisation, et donc des fenêtres thérapeutiques larges. Ensuite, cette stratégie devrait permettre d’épargner les rGABAA ne contenant pas la sous-unité gamma2.
29/X C’est la cas de sous-types de rGABAA dits extrasynaptiques qui ont des propriétés de signalisation assez différentes. En étant spécifiques des rGABAA contenant la sous-unité gamma2, on peut là aussi espérer être assez peu délétère (peu toxique).
30/X Petite note finale dédiée aux « utilitaristes » de la recherche : ce genre de travail vous semble peut-être abscons et « peu utile ». Prenons alors le cas de mon travail de postdoc publié en 2015. Nous avons réutilisé des mutations que nous avions découvertes
31/X dans cette étude pour
a) obtenir des récepteurs suffisamment stables biochimiquement pour obtenir leur structure cristallographique. Cela nous a permis de décrire les sites de liaison aux neurostéroïdes avec une précision atomique
a) obtenir des récepteurs suffisamment stables biochimiquement pour obtenir leur structure cristallographique. Cela nous a permis de décrire les sites de liaison aux neurostéroïdes avec une précision atomique
32/X afin, peut-être, d’aider au design rationnel de médicament ciblant les mêmes sites.
b) introduire des récepteurs comportant ces mutations dans des neurones et examiner l’impact de la désensibilisation sur la signalisation cellulaire des rGABAA.
b) introduire des récepteurs comportant ces mutations dans des neurones et examiner l’impact de la désensibilisation sur la signalisation cellulaire des rGABAA.
33/X Il y a à ce sujet un travail pré-publié (quasi accepté pour publication) par mon ancien labo de post-doc, qui met en évidence une nouvelle forme de plasticité synaptique induite par la désensibilisation des rGABAA. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.06.02.128900v2
34/X Comme quoi, le coupage de cheveu en quatre, ça a du bon ! Et vive la curiosité, il faut se méfier des visions « utilitaristes ». Les ampoules électriques ne sont pas venues de l’amélioration continue des bougies…
35/X Last but not least, lien vers une revue qu’on a écrite récemment si vous souhaitez en savoir plus sur les récepteurs-canaux pentamériques et les mécanismes moléculaires régissant leurs propriétés biophysiques / pharmacologiques : https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1113/JP275100
36/36 Et bien sûr, pour ceux qui aiment se faire du mal, le lien vers notre dernier article de recherche :
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19218-6
Merci à nos tutelles, @cnrs @INSB_CNRS @institutpasteur
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19218-6
Merci à nos tutelles, @cnrs @INSB_CNRS @institutpasteur
Oups, j'ai oublié de mentionner @Sorbonne_Univ_ , désolé !
