Long-term cerebral plasticity-related gene expression : a study of the respective role of CBP and CRTC1 in CREB transcriptional activation

1.1 AbstractThe treatment of memory disorders and cognitive deficits in various forms of mental retardation may greatly benefit from a better understanding of the molecular and cellular mechanisms of memory formation. Different forms of memory have distinct molecular requirements.Short-term memory (STM) is thought to be mediated by covalent modifications of existing synaptic molecules, such as phosphorylation or dephosphorylation of enzymes, receptors or ion channels. In contrast, long-term memoiy (LTM) is thought to be mediated by growth of new synapses and restructuring of existing synapses. There is extensive evidence that changes in gene expression and de novo protein synthesis are key processes for LTM formation. In this context, the transcription factor CREB (cAMP-response element-binding protein) was shown to be crucial. Activation of CREB requires phosphorylation of a serine residue (Ser-133), and the subsequent recruitment of a coactivator called CREB-binding protein (CBP). Moreover, we have recently shown that another coactivator called CREB Regulated Transcription Coactivator 1 (CRTC1) functions as a calcium- and cAMP-sensitive coincidence detector in neurons, and is involved in hippocampal long-term synaptic plasticity. Given the importance of cAMP and calcium signaling for plasticity-related gene expression in neurons and in astrocytes, we sought to determine the respective involvement of the CREB coactivators CBP and CRTC1 in CREB-mediated transcription.We developed various strategies to selectively interfere with these CREB coactivators in mouse primary neurons and in astrocytes in vitro. However, despite several pieces of evidence implicating CBP and/or CRTC1 in the regulation of neuronal plasticity genes, we could not clearly determine the respective requirement of these coactivators for the activation of these genes. Nevertheless, we showed that calcineurin activity, which is important for CRTC1 nuclear translocation, is necessary for the expression of some CREB-regulated plasticity genes. We associated this phenomena to physiopathological conditions observed in Down's syndrome. In addition, we demonstrated that in astrocytes, noradrenaline stimulates CREB-target gene expression through β-adrenergic receptor activation, intracellular cAMP pathway activation, and CRTC-induced CREB transactivation.Defining the respective role of CREB and its coactivators CBP and CRTC1 in neuronal and astrocytic cultures in vitro sets the stage for future in vivo studies and for the possible development of new therapeutic strategies to improve the treatment of memoiy and cognitive disorders.1.2 RésuméUne meilleure connaissance des mécanismes moléculaires et cellulaires responsables de la formation de la mémoire pourrait grandement améliorer le traitement des troubles de la mémoire ainsi que des déficits cognitifs observés dans différentes formes de pathologies psychiatriques telles que le retard mental. Les différentes formes de mémoire dépendent de processus moléculaires différents.La mémoire à court terme (STM) semble prendre forme suite à des modifications covalentes de molécules synaptiques préexistantes, telles que la phosphorylation ou la déphosphorylation d'enzymes, de récepteurs ou de canaux ioniques. En revanche, la mémoire à long terme (LTM) semble être due à la génération de nouvelles synapses et à la restructuration des synapses existantes. De nombreuses études ont permis de démontrer que les changements dans l'expression des gènes et la synthèse de protéine de novo sont des processus clés pour la formation de la LTM. Dans ce contexte, le facteur de transcription CREB (cAMP-response element-binding protein) s'est avéré être un élément crucial. L'activation de CREB nécessite la phosphorylation d'un résidu sérine (Ser-133), et le recrutement d'un coactivateur nommé CBP (CREB binding protein). En outre, nous avons récemment démontré qu'un autre coactivateur de CREB nommé CRTC1 (CREB Regulated Transcription Coactivator 1) agit comme un détecteur de coïncidence de l'AMP cyclique (AMPc) et du calcium dans les neurones et qu'il est impliqué dans la formation de la plasticité synaptique à long terme dans l'hippocampe. Etant donné l'importance des voies de l'AMPc et du calcium dans l'expression des gènes impliqués dans la plasticité cérébrale, nous voulions déterminer le rôle respectif des coactivateurs de CREB, CBP et CRTC1.Nous avons développé diverses stratégies pour interférer de façon sélective avec les coactivateurs de CREB dans les neurones et dans les astrocytes chez la souris in vitro. Nos résultats indiquent que CBP et CRTC1 sont tous deux impliqués dans la transcription dépendante de CREB induite par l'AMPc et le calcium dans les neurones. Cependant, malgré plusieurs évidences impliquant CBP et/ou CRTC1 dans l'expression de gènes de plasticité neuronale, nous n'avons pas pu déterminer clairement leur nécessité respective pour l'activation de ces gènes. Toutefois, nous avons montré que l'activité de la calcineurine, dont dépend la translocation nucléaire de CRTC1, est nécessaire à l'expression de certains de ces gènes. Nous avons pu associer ce phénomène à une condition physiopathologique observée dans le syndrome de Down. Nous avons également montré que dans les astrocytes, la noradrénaline stimule l'expression de gènes cibles de CREB par une activation des récepteurs β- adrénergiques, l'activation de la voie de l'AMPc et la transactivation de CREB par les CRTCs.Définir le rôle respectif de CREB et de ses coactivateurs CBP et CRTC1 dans les neurones et dans les astrocytes in vitro permettra d'acquérir les connaissances nécessaires à de futures études in vivo et, à plus long terme d'éventuellement développer des stratégies thérapeutiques pour améliorer les traitements des troubles cognitifs.

Increased mobility of major histocompatibility complex I-peptide complexes decreases the sensitivity of antigen recognition.

CD8(+) cytotoxic T lymphocytes (CTL) can recognize and kill target cells expressing only a few cognate major histocompatibility complex (MHC) I-peptide complexes. This high sensitivity requires efficient scanning of a vast number of highly diverse MHC I-peptide complexes by the T cell receptor in the contact site of transient conjugates formed mainly by nonspecific interactions of ICAM-1 and LFA-1. Tracking of single H-2K(d) molecules loaded with fluorescent peptides on target cells and nascent conjugates with CTL showed dynamic transitions between states of free diffusion and immobility. The immobilizations were explained by association of MHC I-peptide complexes with ICAM-1 and strongly increased their local concentration in cell adhesion sites and hence their scanning by T cell receptor. In nascent immunological synapses cognate complexes became immobile, whereas noncognate ones diffused out again. Interfering with this mobility modulation-based concentration and sorting of MHC I-peptide complexes strongly impaired the sensitivity of antigen recognition by CTL, demonstrating that it constitutes a new basic aspect of antigen presentation by MHC I molecules.

Glutamate exocytosis from astrocytes controls synaptic strength.

The release of transmitters from glia influences synaptic functions. The modalities and physiological functions of glial release are poorly understood. Here we show that glutamate exocytosis from astrocytes of the rat hippocampal dentate molecular layer enhances synaptic strength at excitatory synapses between perforant path afferents and granule cells. The effect is mediated by ifenprodil-sensitive NMDA ionotropic glutamate receptors and involves an increase of transmitter release at the synapse. Correspondingly, we identify NMDA receptor 2B subunits on the extrasynaptic portion of excitatory nerve terminals. The receptor distribution is spatially related to glutamate-containing synaptic-like microvesicles in the apposed astrocytic processes. This glial regulatory pathway is endogenously activated by neuronal activity-dependent stimulation of purinergic P2Y1 receptors on the astrocytes. Thus, we provide the first combined functional and ultrastructural evidence for a physiological control of synaptic activity via exocytosis of glutamate from astrocytes.

Variant ionotropic glutamate receptors as chemosensory receptors in Drosophila.

Ionotropic glutamate receptors (iGluRs) mediate neuronal communication at synapses throughout vertebrate and invertebrate nervous systems. We have characterized a family of iGluR-related genes in Drosophila, which we name ionotropic receptors (IRs). These receptors do not belong to the well-described kainate, AMPA, or NMDA classes of iGluRs, and they have divergent ligand-binding domains that lack their characteristic glutamate-interacting residues. IRs are expressed in a combinatorial fashion in sensory neurons that respond to many distinct odors but do not express either insect odorant receptors (ORs) or gustatory receptors (GRs). IR proteins accumulate in sensory dendrites and not at synapses. Misexpression of IRs in different olfactory neurons is sufficient to confer ectopic odor responsiveness. Together, these results lead us to propose that the IRs comprise a novel family of chemosensory receptors. Conservation of IR/iGluR-related proteins in bacteria, plants, and animals suggests that this receptor family represents an evolutionarily ancient mechanism for sensing both internal and external chemical cues.

Siglec-1 is a novel dendritic cell receptor that mediates HIV-1 trans-infection through recognition of viral membrane gangliosides.

Dendritic cells (DCs) are essential antigen-presenting cells for the induction of immunity against pathogens. However, HIV-1 spread is strongly enhanced in clusters of DCs and CD4(+) T cells. Uninfected DCs capture HIV-1 and mediate viral transfer to bystander CD4(+) T cells through a process termed trans-infection. Initial studies identified the C-type lectin DC-SIGN as the HIV-1 binding factor on DCs, which interacts with the viral envelope glycoproteins. Upon DC maturation, however, DC-SIGN is down-regulated, while HIV-1 capture and trans-infection is strongly enhanced via a glycoprotein-independent capture pathway that recognizes sialyllactose-containing membrane gangliosides. Here we show that the sialic acid-binding Ig-like lectin 1 (Siglec-1, CD169), which is highly expressed on mature DCs, specifically binds HIV-1 and vesicles carrying sialyllactose. Furthermore, Siglec-1 is essential for trans-infection by mature DCs. These findings identify Siglec-1 as a key factor for HIV-1 spread via infectious DC/T-cell synapses, highlighting a novel mechanism that mediates HIV-1 dissemination in activated tissues.

Molecular determinants of vesicular storage and release of the gliotransmitter D-serine from cortical astrocytes

Neuron-astrocyte reciprocal communication at synapses has emerged as a novel signalling pathway in brain function. Astrocytes sense the level of synaptic activity and, in turn, influence its efficacy through the regulated release of 'gliotransmitters' such as glutamate, ATP or D-serine. A calcium-dependent exocytosis is proposed to drive the release of gliotransmitters but its existence is still debated. Over the last years, we have been studying the molecular determinants governing D-serine release from glia using different approaches. Using a novel bioassay for D-serine, we have been able to show that D-serine release occurs mainly through a calcium- and SNARE proteindependent mechanism just supporting the idea that this amino acid is released by exocytosis from glia. We next have pursued our exploration by confocal imaging and tracking of the exocytotic routes for Dserine- mediated gliotransmission and have shown that D-serine releasable pools are confined to synaptobrevin2/cellubrevin-bearing vesicles. To shed light onto the mechanisms controlling the storage and the release of gliotransmitters and namely D-serine, we have developed a new method for the immunoisolation of synaptobrevin 2- positive vesicles from rat cortical astrocytes in culture while preserving their content in gliotransmitters. The purified organelles are clear round shape vesicles of excellent purity with homogeneous size (40 nm) as judged by electron microscopy. Immunoblotting analysis revealed that isolated vesicles contain most of the major proteins already described for neuron-derived vesicles like synaptic vesicle protein 2 (SV2) and the proton pump H?-ATPase. In addition, we have analyzed the content for various amino acids of these vesicles by means of chiral capillary electrophoresis coupled to laser-induced fluorescence detection. The purified vesicles contain large amount of D-serine. We also detect peaks corresponding to unidentified compounds that may correspond to others amino acids. Postembedding immunogold labelling of the rat neocortex further revealed the expression of D-serine in astrocytes processes contacting excitatory synapses. Finally, we have examined the uptake properties for Dserine and glutamate inside the isolated glial vesicles. Our results provide significant support for the existence of an uptake system for D-serine in secretory glial vesicles and for the storage of chemical substances like D-serine and glutamate. 11th International Congress on Amino Acids, Peptides and Proteins 763 123

Identification of an agrin mutation that causes congenital myasthenia and affects synapse function.

We report the case of a congenital myasthenic syndrome due to a mutation in AGRN, the gene encoding agrin, an extracellular matrix molecule released by the nerve and critical for formation of the neuromuscular junction. Gene analysis identified a homozygous missense mutation, c.5125G>C, leading to the p.Gly1709Arg variant. The muscle-biopsy specimen showed a major disorganization of the neuromuscular junction, including changes in the nerve-terminal cytoskeleton and fragmentation of the synaptic gutters. Experiments performed in nonmuscle cells or in cultured C2C12 myotubes and using recombinant mini-agrin for the mutated and the wild-type forms showed that the mutated form did not impair the activation of MuSK or change the total number of induced acetylcholine receptor aggregates. A solid-phase assay using the dystrophin glycoprotein complex showed that the mutation did not affect the binding of agrin to alpha-dystroglycan. Injection of wild-type or mutated agrin into rat soleus muscle induced the formation of nonsynaptic acetylcholine receptor clusters, but the mutant protein specifically destabilized the endogenous neuromuscular junctions. Importantly, the changes observed in rat muscle injected with mutant agrin recapitulated the pre- and post-synaptic modifications observed in the patient. These results indicate that the mutation does not interfere with the ability of agrin to induce postsynaptic structures but that it dramatically perturbs the maintenance of the neuromuscular junction.

Synaptic transmission with the glia.

For decades, scientists thought that all of the missing secrets of brain function resided in neurons. However, a wave of new findings indicates that glial cells, formerly considered mere supporters and subordinate to neurons, participate actively in synaptic integration and processing of information in the brain.

Impact d'une alcoolisation précoce sur le rat juvénile et conséquences sur la consommation d'alcool à l'âge adulte.

Contexte : l'adolescence est une période de transition au cours de laquelle l'enfant développe les capacités physiques et cognitives qui lui permettent de s'intégrer au monde adulte et qui se caractérise notamment par une prise de risque, une grande impulsivité et une constante recherche de sensations. Bien que des déterminants sociaux et familiaux entrent en jeu dans ce domaine, il y a également une composante neurobiologique importante. Les avancées techniques dans le domaine de l'imagerie ont permis de mettre en évidence plusieurs changements structurels à l'adolescence tels qu'un remodelage de la matière grise avec une perte de synapses plus ou moins importante selon la région observée et une augmentation de la myélinisation. En outre, le développement cérébral n'est pas uniforme dans le temps. En effet, la maturation du cortex préfrontal est ultérieure au développement du système limbique. Cet asynchronisme pourrait expliquer l'impulsivité des adolescents (consécutive à l'immaturité du cortex préfrontal) et leur comportement de recherche de sensation et/ou de prise de risque (consécutif au développement précoce du noyau accumbens notamment). Ces régions font également partie intégrante du système de récompense et modulent la motivation pour des récompenses naturelles et non-­‐naturelles, comme l'alcool et d'autres drogues. L'émergence d'une consommation d'alcool excessive est justement préoccupante chez les adolescents. En 2007, l'étude ESPAD (The European School Survey Project On Alcohol and Other Drugs) menée auprès de jeunes de 15 à 16 ans relève que 41% des jeunes questionnées ont régulièrement bu jusqu'à l'ivresse dans les 12 mois précédant l'entretien. Les conséquences neuropsychologiques à long terme de ce comportement de « binge-­‐drinking » commencent à alarmer le corps médical, mais l'interrogation demeure sur les risques de ce type de comportement vis-­‐à-­‐vis du développement d'un alcoolisme chronique à l'âge adulte. Objectifs du travail : en s'appuyant sur une revue de la littérature, ce travail a pour objectif d'expliquer les comportements qui émergent à l'adolescence à la lumière des modifications neurobiologiques qui s'opèrent durant cette période critique. Au niveau expérimental, nous proposons d'évaluer la propension de rats juvéniles exposés précocement à de l'alcool à développer un comportement d'abus de consommation d'alcool à l'âge adulte en comparaison avec un groupe contrôle. Dans un deuxième temps nous souhaitons déterminer la propension des rats exposés précocement à de l'alcool à montrer une préférence pour l'alcool par rapport à la saccharine, puis par rapport à de l'eau en comparaison au groupe contrôle. Méthode : nous comparons deux groupes de rongeurs adolescents (âgés de 32 jours à 67 jours). Le groupe test (groupe E, n=8), qui est exposé par un accès ad libitum à une solution d'éthanol 10 % contenant de la saccharine 0.2%, ceci afin de limiter l'aspect gustatif aversif de l'éthanol. Et le groupe témoin (groupe S, n=8), qui est exposé par un accès ad libitum à une solution de saccharine 0.2%. Ce conditionnement se fait sur 13 semaines. Une fois atteinte l'âge adulte, les animaux sont ensuite entraînés à appuyer sur un levier afin de recevoir de l'éthanol (0,1 ml d'une solution à 10%). Nous nous proposons d'évaluer la quantité d'alcool ainsi consommée, puis la motivation des animaux pour obtenir de l'éthanol et enfin leur capacité de résistance à un choc électrique non douloureux mais aversif, lorsque celui-­‐ci est associé à l'éthanol. Enfin, nous évaluerons, via un paradigme de choix à deux leviers, la propension des animaux à choisir de consommer volontairement de l'éthanol quand ils ont le choix entre de l'éthanol 10% et une solution de saccharine à différentes concentrations, puis entre de l'éthanol 10% et de l'eau. Résultats : la phase de tests de comportements à risque d'abus ne permet pas de mettre en évidence une différence significative entre les deux groupes. La phase de test de choix montre une diminution significative du pourcentage d'appuis sur le levier associé à la saccharine avec la diminution de la concentration de saccharine pour les deux groupes. Le groupe S a un pourcentage d'appuis sur le levier associé à l'éthanol significativement plus important que les rats du groupe E et a tendance à préférer l'éthanol pour une concentration de saccharine plus grande que le groupe E. Le groupe S montre également une préférence significative pour l'éthanol quand il n'a plus que le choix avec l'eau alors que le groupe E ne montre pas de préférence. Conclusions : chez des rats élevés dans les mêmes conditons, la consommation précoce d'éthanol n'est pas un facteur de risque de comportements d'abus de consommation d'alcool à l'âge adulte. Cependant un phénomène dit de « sensiblisation croisée » entre le goût sucrée et l'éthanol a été soulevé au cours de cette étude permettant de se questionner sur l'impact d'une consommation intermittente de substances au goût sucré à l'adolescence sur la consommation d'alcool à l'âge adulte.

Podocalyxin is a novel polysialylated neural adhesion protein with multiple roles in neural development and synapse formation

Neural development and plasticity are regulated by neural adhesion proteins, including the polysialylated form of NCAM (PSA-NCAM). Podocalyxin (PC) is a renal PSA-containing protein that has been reported to function as an anti-adhesin in kidney podocytes. Here we show that PC is widely expressed in neurons during neural development. Neural PC interacts with the ERM protein family, and with NHERF1/2 and RhoA/G. Experiments in vitro and phenotypic analyses of podxl-deficient mice indicate that PC is involved in neurite growth, branching and axonal fasciculation, and that PC loss-of-function reduces the number of synapses in the CNS and in the neuromuscular system. We also show that whereas some of the brain PC functions require PSA, others depend on PC per se. Our results show that PC, the second highly sialylated neural adhesion protein, plays multiple roles in neural development.

Botulinum neurotoxin type A blocks the morphological changes induced by chemical stimulation on the presynaptic membrane of Torpedo synaptosomes.

The action of botulinum neurotoxin on acetylcholine release, and on the structural changes at the presynaptic membrane associated with the transmitter release,was studied by using a subcellular fraction of cholinergic nerve terminals (synaptosomes) isolated from the Torpedo electric organ. Acetylcholine and ATP release were continuously monitored by chemiluminescent methods.To catch the membrane morphological changes, the quick-freezing method was applied. Our results show that botulinum neurotoxin inhibits the release of acetylcholine from these isolated nerve terminals in a dose-dependent manner, whereas ATP release is not affected. The maximal inhibition (70%) is achieved at neurotoxin concentrations as low as 125 pM with an incubation time of 6 min. This effect is not linked to an alteration of the integrity of the synaptosomes since, after poisoning by botulinum neurotoxin type A, they show a nonmodified occluded lactate dehydrogenase activity. Moreover, membrane potential is not altered by the toxin with respect to the control, either in resting condition or after potassium depolarization. In addition to acetylcholine release inhibition, botulinum neurotoxin blocks the rearrangement of the presynaptic intramembrane particles induced by potassium stimulation. The action of botulinum neurotoxin suggests that the intramembrane particle rearrangement is related to the acetylcholine secretion induced by potassium stimulation in synaptosomes isolated from the electric organ of Torpedo marmorata.

A framework to understand the variations of PSD-95 expression in brain aging and in Alzheimer's disease.

The postsynaptic density protein PSD-95 is a major element of synapses. PSD-95 is involved in aging, Alzheimer's disease (AD) and numerous psychiatric disorders. However, contradictory data about PSD-95 expression in aging and AD have been reported. Indeed in AD versus control brains PSD-95 varies according to regions, increasing in the frontal cortex, at least in a primary stage, and decreasing in the temporal cortex. In contrast, in transgenic mouse models of aging and AD PSD-95 expression is decreased, in behaviorally aged impaired versus unimpaired rodents it can decrease or increase and finally, it is increased in rodents grown in enriched environments. Different factors explain these contradictory results in both animals and humans, among others concomitant psychiatric endophenotypes, such as depression. The possible involvement of PSD-95 in reactive and/or compensatory mechanisms during AD progression is underscored, at least before the occurrence of important synaptic elimination. Thus, in AD but not in AD transgenic mice, enhanced expression might precede the diminution commonly observed in advanced aging. A two-compartments cell model, separating events taking place in cell bodies and synapses, is presented. Overall these data suggest that AD research will progress by untangling pathological from protective events, a prerequisite for effective therapeutic strategies.

Etude de l'activation et de l'inactivation pH-dépendantes des canaux ASICs (Acide-Sensing Ion Channels)

RESUME: Etude de l'activation et de l'inactivation pH-dépendantes des canaux ASICs (Acid-Sensing Ion Channels) Benoîte BARGETON, Département de Pharmacologie et de Toxicologie, Université de Lausanne, rue du Bugnon 27, CH-1005 Lausanne, Suisse Les canaux sodiques ASICs (Acid-Sensing Ion Channels) participent à la signalisation neuronale dans les systèmes nerveux périphérique et central. Ces canaux non voltage dépendants sont impliqués dans l'apprentissage, l'expression de la peur, la neurodégénération consécutive à une attaque cérébrale et la douleur. Les bases moléculaires sous-tendant leur activité ne sont pas encore totalement comprises. Ces canaux sont activés par une acidification du milieu extracellulaire et régulés, entre autres, par des ions tels que le Ca2+, le Zn2+ et le CI". La cristallisation de ASIC inactivé a été publiée. Le canal est un trimére de sous-unités identiques ou homologues. Chaque sous-unité a été décrite en analogie à un avant bras, un poignet et une main constituée d'un pouce, d'un doigt, d'une articulation, une boule β et une paume. Nous avons appliqué une approche bioinformatique systématique pour identifier les pH senseurs putatifs de ASICIa. Le rôle des pH senseurs putatifs a été testé par mutagénèse dirigée et des modifications chimiques combinées à une analyse fonctionnelle afin de comprendre comment les variations de ρ H ouvrent ces canaux. Les pH senseurs sont des acides aspartiques et glutamiques éparpillés sur la boucle extracellulaire suggérant que les changements de pH contrôlent l'activation et l'inactivation de ASIC en (dé)protonant ces résidus en divers endroits de la protéine. Par exemple lors de l'activation, la protonation des résidus à l'interface entre le pouce, la boule β et le doigt d'une même sous-unité induit un mouvement du pouce vers la bouie β et le doigt. De même lors de l'inactivation du canal les paumes des trois sous-unités formant une cavité se rapprochent. D'après notre approche bioinformatique, aucune histidine n'est impliquée dans la détection des variations de pH extracellulaire c'est-à-dire qu'aucune histidine ne serait un pH-senseur. Deux histidines de ASIC2a lient le Zn2+ et modifient l'affinité apparente du canal pour les protons. Une seule des deux est conservée parmi tous les ASICs, hASICIa H163. Elle forme un réseau de liaison hydrogène avec ses voisins conservés. L'étude détaillée de ce domaine, Pinterzone, montre son importance dans l'expression fonctionnelle des canaux. La perturbation de ce réseau par l'introduction d'un résidu hydrophobe (cystéine) par mutagénèse dirigée diminue l'expression du canal à la membrane plasmique. La modification des cystéines introduites par des réactifs spécifiques aux groupements sulfhydryle inhibe les canaux mutés en diminuant leur probabilité d'ouverture. Ces travaux décrivent les effets de l'acidification du milieu extracellulaire sur les canaux ASICs. ABSTRACT: Study of pH-dependent activation and inactivation of ASIC channels Benoîte BARGETON, Department of Pharmacology and Toxicology, University of Lausanne, Rue du Bugnon 27, CH-1G05 Lausanne, Switzerland The ASIC (Acid-Sensing Ion Channels) sodium channels are involved in neuronal signaling in the central and peripheral nervous system. These non-voltage-gated channels are involved in learning, the expression of fear, neurodegeneration after ischemia and pain sensation. The molecular bases underlying their activity are not yet fully understood. ASICs are activated by extracellular acidification and regulated, eg by ions such as Ca2+, the Zn2+ and CI". The crystallization of inactivated ASIC has been published. The channel is a trimer of identical or homologous subunits. Each subunit has been described in analogy to a forearm, wrist and hand consisting of a thumb, a finger, a knuckle, a β-ball and a palm. We applied a systematic computational approach to identify putative pH sensor(s) of ASICIa. The role of putative pH sensors has been tested by site-directed mutagenesis and chemical modification combined with functional analysis in order to understand how changes in pH open these channels. The pH sensors are aspartic and glutamic acids distributed throughout the extracellular loop, suggesting that changes in pH control activation and inactivation of ASIC by protonation / deprotonation of many residues in different parts of the protein. During activation the protonation of various residues at the interface between the finger, the thumb and the β-ball induces the movement of the thumb toward the finger and the β-ball. During inactivation of the channel the palms of the three subunits forming a cavity approach each other. No histidine has been shown to be involved in extracellular pH changes detection, i.e. no histidine is a pH- sensor. Two histidines of ASIC2 bind Zn2+ and alter the apparent affinity of channel for protons. Only one of the two His is conserved among all ASICs, hASICIa H163. This residue is part of a network of hydrogen bonding with its conserved neighbors. The detailed study of this area, the interzone, shows its importance in the functional expression of ASICs. Disturbance of this network by the introduction of hydrophobic residues decreases the cell surface channel expression. Chemical modification of the introduced cysteines by thiol reactive compounds inhibits the mutated channels by a reduction of their open probability. These studies describe the effects of extracellular acidification on ASICs. RESUME GRAND PUBLIC: Etude de l'activation et de l'inactivation pH-dépendantes des canaux ASICs (Acid-Sensing Ion Channels) Benoîte BARGETON, Département de Pharmacologie et de Toxicologie, Université de Lausanne, rue du Bugnon 27, CH-1005 Lausanne, Suisse La transmission synaptique est un processus chimique entre deux neurones impliquant des neurotransmetteurs et leurs récepteurs. Un dysfonctionnement de certains types de synapses est à l'origine de beaucoup de troubles nerveux, tels que certaine forme d'épilepsie et de l'attention. Les récepteurs des neurotransmetteurs sont de très bonnes cibles thérapeutiques dans de nombreuses neuropathologies. Les canaux ASICs sont impliqués dans la neurodégénération consécutive à une attaque cérébrale et les bloquer pourraient permettre aux patients d'avoir moins de séquelles. Les canaux ASICs sont des détecteurs de l'acidité qui apparaît lors de situations pathologiques comme l'ischémie et l'inflammation. Ces canaux sont également impliqués dans des douleurs. Cibler spécifiquement ces canaux permettrait d'avoir de nouveaux outils thérapeutiques car à l'heure actuelle l'inhibiteur de choix, l'amiloride, bloque beaucoup d'autres canaux empêchant son utilisation pour bloquer les ASICs. C'est pourquoi il faut connaître et comprendre les bases moléculaires du fonctionnement de ces récepteurs. Les ASICs formés de trois sous-unités détectent les variations de l'acidité puis s'ouvrent transitoirement pour laisser entrer des ions chargés positivement dans la cellule ce qui active la signalisation neuronale. Afin de comprendre les bases moléculaires de l'activité des ASICs nous avons déterminé les sites de liaison des protons (pH-senseurs), ligands naturels des ASICs et décrit une zone importante pour l'expression fonctionnelle de ces canaux. Grâce à une validation systématique de résultats obtenus en collaboration avec l'Institut Suisse de Bioinformatique, nous avons décrit les pH-senseurs de ASICIa. Ces résultats, combinés à ceux d'autres groupes de recherche, nous ont permis de mieux comprendre comment les ASICs sont ouverts par une acidification du milieu extracellulaire. Une seconde étude souligne le rôle structural crucial d'une région conservée parmi tous les canaux ASICs : y toucher c'est diminuer l'activité de la protéine. Ce domaine permet l'harmonisation des changements dus à l'acidification du milieu extracellulaire au sein d'une même sous-unité c'est-à-dire qu'elle participe à l'induction de l'inactivation due à l'activation du canal Cette étude décrit donc quelle région de la protéine atteindre pour la bloquer efficacement en faisant une cible thérapeutique de choix.

Spatial, temporal and subcellular localization of islet-brain 1 (IB1), a homologue of JIP-1, in mouse brain.

Islet-brain 1 (IB1) was recently identified as a DNA-binding protein of the GLUT2 gene promoter. The mouse IB1 is the rat and human homologue of the Jun-interacting protein 1 (JIP-1) which has been recognized as a key player in the regulation of c-Jun amino-terminal kinase (JNK) mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways. JIP-1 is involved in the control of apoptosis and may play a role in brain development and aging. Here, IB1 was studied in adult and developing mouse brain tissue by in situ hybridization, Northern and Western blot analysis at cellular and subcellular levels, as well as by immunocytochemistry in brain sections and cell cultures. IB1 expression was localized in the synaptic regions of the olfactory bulb, retina, cerebral and cerebellar cortex and hippocampus in the adult mouse brain. IB1 was also detected in a restricted number of axons, as in the mossy fibres from dentate gyrus in the hippocampus, and was found in soma, dendrites and axons of cerebellar Purkinje cells. After birth, IB1 expression peaks at postnatal day 15. IB1 was located in axonal and dendritic growth cones in primary telencephalon cells. By biochemical and subcellular fractionation of neuronal cells, IB1 was detected both in the cytosolic and membrane fractions. Taken together with previous data, the restricted neuronal expression of IB1 in developing and adult brain and its prominent localization in synapses suggest that the protein may be critical for cell signalling in developing and mature nerve terminals.

Synaptic Plasticity at Intrathalamic Connections via CaV3.3 T-type Ca2+ Channels and GluN2B-Containing NMDA Receptors.

The T-type Ca(2+) channels encoded by the Ca(V)3 genes are well established electrogenic drivers for burst discharge. Here, using Ca(V)3.3(-/-) mice we found that Ca(V)3.3 channels trigger synaptic plasticity in reticular thalamic neurons. Burst discharge via Ca(V)3.3 channels induced long-term potentiation at thalamoreticular inputs when coactivated with GluN2B-containing NMDA receptors, which are the dominant subtype at these synapses. Notably, oscillatory burst discharge of reticular neurons is typical for sleep-related rhythms, suggesting that sleep contributes to strengthening intrathalamic circuits.