Investigating the molecular pathways driving the sumoylation/desumoylation balance in rat hippocampal synapses
Étude des mécanismes de régulation synaptique de la balance sumoylation/désumoylation
Résumé
Sumoylation is a vital eukaryotic posttranslational modification. Sumoylation occurs as an enzymatic cycle that conjugates SUMO proteins to target proteins. SUMO proteases (SENP) deconjugate SUMO from modified proteins and thus maintain balanced levels of SUMOylated and un-SUMOylated proteins required for physiological homeostasis. Neuronal synapses are protein-rich structures that underlie synaptic transmission and plasticity. Strong evidence exists that sumoylation occurs in synapses and regulates the function of synaptic proteins. Indeed, distortion of the SUMO balance has been linked to several pathologies of the synapse. Gaining a deeper understanding into the molecular mechanisms regulating the SUMO balance is a prerequisite to envisaging the development of novel therapies. In my PhD work, I used a combination of live-cell confocal imaging, protein biochemistry and pharmacological approaches to identify SENP1 regulatory mechanisms at synapses. I provided evidence that synaptic activation increases SENP1 protein levels at synapses. I showed that the increase in synaptic SENP1 upon synaptic activation is a result of two processes: Although (a) fewer SENP1 proteins enter into spines at low diffusion speed (b) a significant proportion of SENP1 becomes immobile and is retained in spines. I demonstrate that the regulatory mechanisms of SENP1 dynamics involve a direct activation of mGlu1/5 receptors. Moreover, I suggest that phosphorylation may play an important regulatory role in SENP1 synapto-dendritic diffusion. Altogether, I propose a novel mechanism driving for the SUMO balance at synapses.
La SUMOylation est une modification post-traductionnelle essentielle pour toutes les cellules eucaryotes. C’est un processus enzymatique qui permet la liaison covalente du polypeptide SUMO sur des résidus lysine de protéines cibles. La SUMOylation est un processus réversible sous l’action de désumoylases appelées SENP. Il est critique de maintenir un équilibre entre forme modifiée et non modifiée d’un substrat donné. En effet, la dérégulation de la balance SUMOylation/déSUMOylation a été mise en évidence dans plusieurs pathologies cérébrales. La synapse est le point de contact entre les neurones où s’effectue la communication synaptique. Ce sont des structures très denses où le processus de SUMOylation régule l’interaction et la fonction de multiples protéines. Durant ma thèse, j'ai combiné l’utilisation de l'imagerie en temps réel sur cellules vivantes avec des approches biochimiques et pharmacologiques pour identifier les mécanismes de régulation du transport de SENP1. J'ai ainsi démontré que l'activation neuronale augmente les niveaux synaptiques de SENP1. Cette augmentation synaptique résulte de la modification de la vitesse de diffusion de l’enzyme SENP1 entre les dendrites et les synapses d’une part, et d’autre part, de l’augmentation importante du temps de rétention synaptique de l’enzyme. Je rapporte également que ce mécanisme de régulation dynamique de SENP1 implique l'activation des récepteurs métabotropiques du glutamate. De plus, je suggère la participation du processus de phosphorylation dans cette régulation synapto-dendritique de SENP1 mettant ainsi en lumière un nouveau mécanisme de régulation de la balance neuronale entre SUMOylation et déSUMOylation.
Origine : Version validée par le jury (STAR)