Neurophysiologie : synapse chimique
Variations de structure
Synapse à ruban : cycle vésiculaire

Recrutement des vésicules

Le recrutement des vésicules s'effectue vers la membrane de la zone active (ZA) et implique :

• la translocation du pool de réserve (RP) vers le pool rapidement libérable ou RRP (readily releasable pool),
• l'attache (tethering) des vésicules.

1. Au niveau des synapses neuronales, les deux premières phases du cycle vésiculaire de vetopsy.fr décrivent bien ces processus.

a. La translocation pourrait faire appel à la phosphorylation de la synapsine et aux réseaux d'actine-F (1. translocation des VS).

b. Les protéines d'attache de la CAZ (Cytomatrix Active Zone) recrutent des canaux calciques et des composants clés impliqués dans la libération de vésicules comme (attache (tethering) des VS) :

• les RIM (Regulating synaptic membrane exocytosis protein), en particulier RIM1α, formerait une attache longue, raccourcie par des interactions avec d'autres protéines, i.e. les RIM-BP (RIM-Binding Protein), ELKS/CAST, la liprine-α,
• Bassoon (Ca_v1 impliqués dans l'électrosécrétion).
• les réseaux d'actine, qui semblent être dépendants de Piccolo, contribuent à la mobilité des VS vers la membrane de la ZA.

2. Au niveau des synapses du ruban, les protéines impliquées sont différentes.

Ribeye

La principale composante des SR est Ribeye, une isoforme CtBP2 unique aux synapses de ruban, et peut-être l'adaptation évolutive la plus frappante aux exigences fonctionnelles de la ZA sensorielle (Multiple RIBEYE–RIBEYE Interactions Create a Dynamic Scaffold for the Formation of Synaptic Ribbons 2008).

1. Ribeye est constitué d'un domaine A spécifique N-terminal et d'un domaine B C-terminal qui est identique au CtBP2 du corepresseur transcriptionnel, à l'exception des 20 premiers acides aminés.

Le domaine B de Ribeye se lie à NAD⁺/NADH avec une affinité élevée.

2. L'expression de RIBEYE in vitro est suffisante pour la formation d'agrégats sphériques non structurés, car RIBEYE peut s'auto-assembler, via cinq sites distincts, par des interactions hétérotypiques entre ses domaines A et B.

NAD^+/NADH inhibe ces interactions.

3. Ribeye travaille avec différentes protéines d'échafaudage, comme Bassoon et Piccolo, pour contrôler la fission de la membrane vésiculaire, l'assemblage de rubans synaptiques et l'expression des gènes nucléaires (How to make a synaptic ribbon: RIBEYE deletion abolishes ribbons in retinal synapses and disrupts neurotransmitter release 2016)

• 

  Par exemple, l'interaction de PIccolino avec Ribeye joue un rôle important dans l'assemblage et l'ancrage des rubans synaptiques (
• CtBP avec Bassoon et Piccolo est aussi impliquée dans le trafic de membranes au sein de la présynapse et de la synapse (Formation of Golgi-Derived Active Zone Precursor Vesicles 2012).

3. Cependant, la seule expression de RIBEYE ne suffit pas à créer les SR allongés en forme de plaque comme, par exemple, dans les photorécepteurs vertébrés ou les cellules bipolaires de la tige de la rétine.

Piccolino

1. Piccolino est un variant d'épissage spécifique de Piccolo, tronqué de son extrémité C-terminale, qui se trouve dans les synapses à ruban (A Multiple Piccolino-RIBEYE Interaction Supports Plate-Shaped Synaptic Ribbons in Retinal Neurons 2019).

Le KO de Piccolino dans les bâtonnets a disloqué la synapse à ruban en forme de plaque en plusieurs agrégats, suggérant un rôle de Piccolino dans le maintien de leur architecture, mais affecte modérément la transmission synaptique (In vivo knockdown of Piccolino disrupts presynaptic ribbon morphology in mouse photoreceptor synapses 2014).

2. Piccolino entre en interaction, via plusieurs motifs PxDLS de son extrémité N-terminale, avec le domaine B de Ribeye.

En outre, Piccolino interagit avec plusieurs molécules de Ribeye pour former des agrégats allongés.

La carence en piccolino conduit à la désintégration des plaques des rubans, mais affecte modérément la transmission synaptique.

Différentes synapses à ruban ?

Photorécepteurs (bâtonnets) et cellules bipolaires rétiniennes

La fonction d'échafaudage de Piccolino semble s'appliquer notamment aux synapses à ruban des bâtonnets et des cellules bipolaires rétiniennes.

Dans les cônes, le déficit en Piccolino produit des rubans plus petits, mais pas des agrégats sphériques.

Une molécule organisatrice supplémentaire pourrait être présente dans ces cellules pour faciliter la formation de la synapse à ruban plate par Ribeye.

Cellules ciliées cochléaires

Les cellules ciliées internes de la cochlée expriment également Piccolino et Ribeye, mais elles présentent principalement des SR de forme sphérique (Relating structure and function of inner hair cell ribbon synapses 2015).

• Dans la rétine, le rapport Ribeye/Piccolino est de 1:1.
• Dans l'oreille, le nombre de molécules de Ribeye est bien supérieur à celui de Piccolino, pouvant empêcher Piccolino d'imposer une disposition régulière des protéines Ribeye en forme de plaque .

Autres protéines

1. Ce serait RIM2α qui interviendrait dans l'attache, versus RIM1α dans les synapses classiques (Rab3-interacting molecules 2α and 2β promote the abundance of voltage-gated CaV1.3 Ca2+ channels at hair cell active zones 2015 et Analysis of RIM Expression and Function at Mouse Photoreceptor Ribbon Synapses 2017).

a., Les autres protéines sont :

• 

  la complexine 3 dans les neurones autres que les CCI (Complexin cooperates with Bruchpilot to tether synaptic vesicles to the active zone cytomatrix 2019),
• l'otoferline, senseur calcique comme les synaptotagmines, dans les cellules ciliées internes ( fonctions de l'otoferline).

b. RIM-BP2 interagit avec RIM, Bassoon et Ca_v1.3 pour réguler la distance des VS à la membrane présynaptique et la localisation des canaux calciques (RIM-Binding Protein 2 Promotes a Large Number of CaV1.3 Ca2+-Channels and Contributes to Fast Synaptic Vesicle Replenishment at Hair Cell Active Zones 2017).

3. Comme pour les synapses classiques, les réseaux d'actomyosine, en particulier les myosines VI et VIIa, contribueraient à ces processus d'attache (Actin Filaments Regulate Exocytosis at the Hair Cell Ribbon Synapse 2015 et Myosin VI is required for the proper maturation and function of inner hair cell ribbon synapses 2009).

Amarrage et amorçage des vésicules

L'amarrage (docking) et l'amorçage (priming) qui préparent les vésicules synaptiques pour la fusion avec la membrane présynaptique et la libération du neurotransmetteur lors d'un afflux calcique.

1. Une séquence analogue à celle des synapses classiques semble se dérouler également dans les synapses à ruban, en particulier avec le complexe SNARE.

a. Contrairement aux synapses neuronales centrales conventionnelles, les cellules ciliées internes matures (CCI) sont dépourvues des senseurs (ou capteurs) calciques classiques, i.e. synaptotagmine I/II, i.e. senseur calcique, et Munc13, qui jouent un rôle crucial dans l'exocytose des vésicules.

L'oterfiline les remplace dans les IHC, en jouant un rôle primordial et en se liant :

• à la membrane vésiculaire,
• aux canaux calciques (Cav1.3),
• aux protéines SNARE sur la membrane présynaptique

2. Toutefois, les taux de reconstitution des VS sont extrêmement rapides et il est difficile d'analyser ces phénomènes.

Exocytose et endocytose des vésicules

La fusion classique par le complexe SNARE est suivie par une endocytose ultra-rapide (UFE) pilotée par la dynamine qui est enrichie au niveau de la ZA autour des rubans et de l'actine-F ( mécanisme de l'UFE).

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