NMDARs are indispensable for developmental plasticity in the mammalian brain, but their roles in vivo are difficult to ascertain as NMDAR-knockouts are lethal. To circumvent this problem, we utilized NR1-knockdown mice to examine plasticity at the calyx of Held-MNTB synapse in the auditory brainstem. Previous work shows NMDARs at this synapse are rapidly down-regulated following the onset of hearing (P12), leading to the hypothesis that transient NMDAR expression is indispensable for modulating functional and morphological remodelling during development. We tested this by performing electrophysiological recordings, fluorescence tracing in vitro, and auditory brainstem responses in vivo, and surprisingly found that reducing postsynaptic NMDARs appears to promote functional maturation via presynaptic mechanisms in the absence of morphological and acoustic transmission differences in the mature calyx. This suggests a novel role for NMDARs to function as an activity-dependent control for setting the pace of consolidation and maturation in the calyx of Held synapse.

NMDARs are indispensable for developmental plasticity in the mammalian brain, but their roles in vivo are difficult to ascertain as NMDAR-knockouts are lethal. To circumvent this problem, we utilized NR1-knockdown mice to examine plasticity at the calyx of Held-MNTB synapse in the auditory brainstem. Previous work shows NMDARs at this synapse are rapidly down-regulated following the onset of hearing (P12), leading to the hypothesis that transient NMDAR expression is indispensable for modulating functional and morphological remodelling during development. We tested this by performing electrophysiological recordings, fluorescence tracing in vitro, and auditory brainstem responses in vivo, and surprisingly found that reducing postsynaptic NMDARs appears to promote functional maturation via presynaptic mechanisms in the absence of morphological and acoustic transmission differences in the mature calyx. This suggests a novel role for NMDARs to function as an activity-dependent control for setting the pace of consolidation and maturation in the calyx of Held synapse.

L’autisme et la déficience intellectuelle (DI) définissent un spectre de troubles neuro-développementaux à composante génétique significative et impliquant au moins 1% de la population générale. Suite à l’identification de mutations dans les gènes PTCHD1 et GRID1 chez des sujets avec autisme et/ou DI, nous avons étudié leur rôle neuro-développemental par des approches translationnelles en modèle cellulaire et/ou animal Nos résultats montrent que PTCHD1 est un nouveau récepteur post-synaptique dont l'inactivation chez la souris Ptchd1-/y induit des troubles comportementaux et un dysfonctionnement des synapses glutamatergiques. En outre, PTCHD1 interagit avec les protéines PSD95, SAP102 (protéome postsynaptique glutamatergique), et RAC1 (cytosquelette d'actine et voie RhoGTPase). Concernant le gène GRID1, l’étude fonctionnelle in vitro d’une mutation homozygote (Arg161His) associée à une DI a révélé des altérations de la morphologie neuronale et synaptique, et souligne le rôle essentiel de ce récepteur sur la formation des terminaisons présynaptiques excitatrices. Ces données fournissent de nouveaux éléments sur les mécanismes physiopathologiques impliqués dans l’autisme et la DI, soulignant le rôle essentiel des récepteurs de la synapse excitatrice glutamatergique dans la cognition et la communication. / Autism and intellectual disability (ID) define a spectrum of neurodevelopmental disorders with a significant genetic component and involving at least 1% of the general population. Following the identification of mutations in the PTCHD1 and GRID1 genes in subjects with autism and/or ID, we sought to study their respective neurodevelopmental role by translational approaches in cell and/or animal models. Our results show that PTCHD1 is a novel post-synaptic receptor whose inactivation in Ptchd1-/y mice induces behavioral disorders and dysfunction of glutamatergic synapses. In addition, PTCHD1 interacts with PSD95, SAP102 (glutamatergic postsynaptic proteome), and RAC1 (actin cytoskeleton and RhoGTPase pathway) proteins. The in vitro functional study of a homozygous mutation (Arg161His) associated with ID revealed alterations in neuronal and synaptic morphology and underlines the essential role of this receptor in the formation of excitatory presynaptic terminations. These data provide new insights into the physiopathological mechanisms involved in autism and ID, highlighting the essential role of glutamatergic excitatory synapse receptors in cognition and communication.

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La maladie d’Alzheimer est caractérisée par un déclin progressif des capacités cognitives. Les Aßo induisent des dysfonctionnements de la transmission via une altération des récepteurs au glutamate et une perte de synapses.Nos récents résultats démontrent que le VEGF facilite la plasticité synaptique et la mémoire chez des souris via son action sur son récepteur VEGFR2. Nous avons montré que le VEGF stimule l’insertion synaptique des récepteurs glutamatergiques et la formation de synapses, suggérant ainsi un rôle dans la modulation des altérations synaptiques observées dans la maladie d’Alzheimer.Notre objectif est d’étudier le rôle du VEGF, spécifiquement dans la maladie d’Alzheimer. Tout d’abord, nous avons examiné son expression en relation avec les plaques séniles chez des patients et dans un modèle de la maladie d’Alzheimer. Nos résultats ont démontré une colocalisation entre le VEGF et ces plaques.Afin d’examiner plus finement l’interaction Aß-VEGF, nous avons analysé la liaison entre les Aßo et le VEGF en test ELISA et puces à peptides. Nous avons ainsi démontré un potentiel blocage de l’interaction entre le VEGF et son récepteur, menant à des défauts de son activation.Enfin, nous avons examiné si le VEGF prévient les altérations synaptiques par des approches électrophysiologiques, biochimiques et immunocytochimiques. Nos résultats démontrent que lors d’un traitement aux Aßo, le VEGF restaure la LTP, l’expression des récepteurs au glutamate et limite la perte synaptique.Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent que l’interaction Aß-VEGF altère la voie du VEGF chez les patients. De plus, le VEGF réduit la toxicité induite par les Aßo sur les synapses / Alzheimer disease (AD) is characterized by a progressive decline in cognitive abilities. Amyloid-ß oligomers (Aßo) trigger synapse dysfunction through defects in glutamate receptor function and subsequent dendritic spine loss. These synaptic impairments compromise memory and contribute to cognitive deficits.Our recent findings revealed that VEGF facilitates synaptic plasticity and memory in mice through its VEGFR2 receptor in neurons. We showed that VEGF promotes glutamate receptor synaptic insertion and stimulates dendritic spine formation, suggesting it may be a key candidate for alleviating synapse damage in AD.Our objective is to study the role of VEGF in synapse protection in AD models and unravel the underlying mechanisms.First, we examined the VEGF expression pattern in postmortem brain tissue from AD patients and APPPS1 model of AD. Our results showed a partial colocalization between VEGF and Aß plaques in AD patients and APPPS1 brains.To further investigate the Aß-VEGF interaction, we used Elisa assay and peptide arrays and demonstrated that Aßo binds several domains of VEGF, impedding VEGFR2 activation.Finally, we examined whether VEGF can prevent synapse damage induced by Aßo using electrophysiological, biochemical and 3D modelling approaches. Our results demonstrated that VEGF treatments can restore LTP in Aßo-treated hippocampal slices, glutamate receptor content at synapses and increase dendritic spine density.All together, our results suggest that Aß-VEGF interaction may alter VEGF pathway in AD and that VEGF reduces Aßo-induced toxicity at synapses by modulating glutamate receptor expression and promoting spine formation and/or stabilization

Les récepteurs glutamatergiques de type N-Méthyl-D-Aspartate (RNMDA) jouent un rôle majeur dans de nombreux processus physiologiques, et leur implication dans la physiopathologie de certains troubles neuropsychiatriques tels que la schizophrénie est suggérée par un robuste faisceau de données cliniques et précliniques. Cependant, les mécanismes cellulaires et moléculaires conduisant à une telle dérégulation des RNMDA restent inexpliqués. La diffusion membranaire, mécanisme de contrôle spatial et temporel de la distribution des RNMDA à la surface des neurones, constitue un puissant régulateur de la transmission synaptique. Mon projet de thèse repose ainsi sur l’hypothèse originale qu’une altération de la diffusion de surface des RNMDA jouerait un rôle central dans l’émergence de troubles psychotiques. Afin d‘explorer cette piste, j’ai étudié l’impact de molécules aux propriétés psychomimétiques (i.e induisant un état psychotique) sur la diffusion de surface des RNMDA. Les résultats obtenus au cours de ma thèse démontrent que des molécules psychomimétiques, aux modes d’action distincts (antagonistes du RNMDA et autoanticorps anti-RNMDA), perturbent la diffusion membranaire ainsi que la localisation synaptique des RNMDA, conduisant à terme à des défauts de transmission glutamatergique. Mon travail de thèse propose donc qu’un défaut de diffusion membranaire des RNMDA conduirait à des altérations fonctionnelles pouvant contribuer à l’émergence de troubles psychotiques. L’ensemble de mon travail apporte ainsi un regard nouveau sur la mécanistique des troubles psychotiques et ouvre la voie à de nouvelles pistes thérapeutiques. / Glutamatergic N-Methyl-D-Aspartate receptors (NMDAR) play a key role in many physiological processes, and their implication in the pathophysiology of several neuropsychiatric disorders is now well established. Multiple lines of evidence converge towards a dysregulation of the NMDAR in psychotic disorders such as schizophrenia (SCZ). However, the molecular and cellular deficits underlying NMDAR dysfunction remain misunderstood. By tightly controlling NMDAR synaptic localization, surface trafficking represents a powerful regulator of synaptic transmission. Could an alteration of NMDAR surface trafficking underlie NMDAR dysfunction and contribute to the emergence of psychotic disorders? To tackle this question, my PhD project aimed at investigating the impact of different psychotomimetic molecules on NMDAR surface trafficking. In the first part of my project, I explored the impact of NMDAR autoantibodies (NMDAR-Ab) from SCZ and healthy subjects. My results revealed that NMDAR-Ab from SCZ patients rapidly disturb NMDAR synaptic trafficking and distribution, through a loss of NMDAR-EphrinB2 receptor interaction, eventually preventing the induction of synaptic plasticity. In the second part of my PhD project, I showed that psychotomimetic NMDAR antagonists also alter NMDAR synaptic mobility and localization. Downregulation of PSD proteins expression prevented NMDAR antagonists-induced deficits, suggesting that such alterations ensue from modifications of NMDAR intracellular interactions. Taken together, these results demonstrate that psychotomimetic molecules profoundly impact NMDAR surface trafficking, supporting a pathogenic role of this unsuspected process in the emergence of psychotic symptoms.