Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé - Spécialité Neurosciences

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

actine,nanostructures,présynapse,,

Keywords

actin,nanostructures,presynapse,,

Titre de thèse

Rôles des nanostructures d'actine dans l'assemblage et la fonction présynaptique
Roles of actin nanostructures in presynaptic assembly and function

Date

Jeudi 7 Juillet 2022 à 10:30

Adresse

Faculté de Médecine campus Timone 27 Bd Jean Moulin 13385 Marseille Not Confirmed

Jury

Directeur de these M. Christophe LETERRIER INP, Marseille
Président M. Francois FERON INP, Marseille
Rapporteur Mme Lydia DANGLOT IPNP, Paris
Rapporteur M. Etienne HERZOG IINS, Bordeaux
Examinateur M. Serge MARTY ICM, Paris
Examinateur Mme Sophie CHAUVET AMU

Résumé de la thèse

L'organisation de l'actine présynaptique est actuellement mal comprise, et son rôle est controversé. Cette thèse vise à révéler l'organisation de l'actine présynaptique à l'échelle nanométrique et à clarifier ses rôles dans le fonctionnement des présynapses. Pour visualiser l'architecture de l'actine présynaptique, j'ai mis en place un modèle de présynapses induites par des billes. Dans ce modèle, une population de présynapses enrichies en actine présente des concentrations plus élevées de composants présynaptiques et des niveaux plus élevés de cycles vésiculaires que les présynapses non enrichies en actine. Les perturbations qui désassemblent ou stabilisent les filaments d'actine modulent le contenu présynaptique et diminuent toutes deux le cycle vésiculaire, ce qui indique que le contenu en actine est régulé pour assurer le fonctionnement présynaptique. Des inhibiteurs de la nucléation des filaments d'actine médiée par Arp2/3 ou les formines ont des effets distincts sur le contenu présynaptique et le cycle vésiculaire, suggérant l'existence de différentes nanostructures d'actine dans les présynapses. La microscopie à super-résolution STORM révèle trois structures d'actine principales dans les présynapses induites : un maillage fin au niveau de la zone active, des rails entre la zone active et les réserves de vésicules, et des corrals enveloppant toute la présynapse. Ces structures sont modulées par les inhibiteurs de nucléation de l'actine, ce qui est cohérent avec les expériences quantitatives et avec leur rôle hypothétique au niveau de la présynapse. Dans des travaux complémentaires, j'ai testé différentes approches pour stimuler des cultures de neurones, visualiser l’activité synaptique, marquer l'actine de manière endogène et perturber sélectivement l'actine dans des compartiments subcellulaires. Enfin, j'ai étudié en DNA-PAINT bicolore le réarrangement de l'α-synucléine présynaptique après stimulation pour un projet collaboratif. Mots-clés : actine, présynapse, cytosquelette, cycle vésiculaire, microscopie de super-résolution.

Thesis resume

The organisation of presynaptic actin is currently poorly understood, and its role is controversial: depending on the model used, actin has conflicting effects on presynaptic functions. This thesis aimed to reveal the nanoscale presynaptic actin organisation and clarify its roles in the physiological functioning of presynapses. To visualise presynaptic actin content and architecture, I implemented a model of bead-induced presynapses. In this model, a population of actin-enriched presynapses shows higher concentrations of presynaptic components, and higher levels of vesicular cycling than presynapses non-enriched in actin. Perturbations that disassemble or over-stabilise actin filaments modulate presynaptic content, and both decrease vesicular cycling, suggesting that actin content is balanced for proper presynaptic function. Drugs that target Arp2/3 or formins-mediated actin filament nucleation resulted in distinct effects on presynapse content and vesicular cycling, further suggesting the existence of different actin nanostructures within synapses. STORM super-resolution microscopy indeed revealed that induced presynapses contain three main actin structures: a fine mesh at the active zone, rails between the active zone and the reserve pools, and large corrals encasing the whole presynapse. These structures were differently modulated by actin nucleation inhibitors, consistent with the effects observed on quantitative experiments and with their hypothesised role at the presynapse. In complementary work, I tested different approaches to stimulate neuronal cultures chemically and electrically, optically visualise synaptic activity, endogenously tag actin, and selectively perturb actin in subcellular compartments. Finally, I conducted a 2-color DNA-PAINT study of the nanoscale rearrangement of presynaptic α-synuclein after stimulation for a collaborative project. Keywords: actin, presynapse, cytoskeleton, vesicular cycling, super-resolution microscopy.