La formation de la mémoire spatiale est un mécanisme complexe qui transforme les informations récemment acquises en traces mnésique robustes à long terme. D’un point de vue moléculaire, ces phénomènes sont dépendants de l’expression de deux formes opposées de plasticité synaptique ; la potentialisation à long terme (LTP) et la dépression à long terme (LTD). L’induction de la LTP/LTD dépend de la fine régulation entre des kinases et des phosphatases sensibles au Ca2+ qui vont activer respectivement la LTP et la LTD dans la densité postsynaptique (PSD). Cette régulation met également en jeu des interactions en avale entre les récepteurs et des protéines d’échafaudages spécialisées au sein de la PSD. Scribble1 (Scrib1) est une de ces protéines d’échafaudage appartenant à la famille des LAP (leucine-rich repeats & PDZ domains) avec 16 répétitions riches en leucine et 4 domaines PDZ (PSD-95/Dlg/ZO-1). Lors de cette étude, nous avons développé de souris « knock-out » conditionnelles avec une délétion complète de la Scrib1 dans les principaux neurones de l’encéphale antérieur, dont les neurones excitateurs de l’hippocampe, grâce au système Cre-lox (Scrib1f/f,CaMKII-cre). Les souris Scrib1f/f,CaMKII-cre présentent une altération de la morphologie des dendrites apicales sans modification de la morphologie ni de la densité des épines dans la région CA1 de l’hippocampe. Sur le plan fonctionnel, les neurones du CA1 des souris Scrib1f/f,CaMKII-cre présentent une augmentation du nombre de synapses silencieuses (non-fonctionnelles). Ceci réduit le nombre de synapses actives et entraine une diminution globale de la transmission basale des synapses CA3-CA1 comparée aux synapses Scrib1f/f. Les souris Scrib1f/f,CaMKII-cre montrent une augmentation de la LTP mais sont incapables d’exprimer une LTD ni la depotentiation à long terme. De plus, des protocoles de LTD induisent une LTP chez ces souris. Au niveau moléculaire, nous avons mis en évidence une interaction directe au sein des synapses entre Scrib1 et la phosphatase PP2A impliquée dans la LTD. De plus, l’absence de Scrib1 entraine une réduction des niveaux de PP2A dans la PSD chez les souris Scrib1f/f,CaMKII-cre. Ceci implique une diminution de l’activation de la voie de signalisation de la LTD via PP2A au profit de celle de la CAMKII et la LTP, ce qui pourrait expliquer l’induction d’une LTP à la place d’une LTD chez les souris Scrib1f/f,CaMKII-cre. Sur le plan cognitif, les souris Scrib1f/f,CaMKII-cre présentent des déficits dans la flexibilité de l’apprentissage spatial comparées aux souris Scrib1f/f. Chez les souris Scrib1f/f,CaMKII-cre, la la mémoire spatiale à court terme n’était pas altérée tandis que la mémoire à long terme était déficiente. Ainsi, ces données révèlent un rôle majeur de Srib1 dans consolidation de la mémoire spatiale. Lors de cette étude, nous avons montré un rôle pour Scrib1 dans les connections et la morphologie des neurones CA1, ainsi que la conversion fonctionnelle des synapses silencieuses en synapses actives. D’une manière importante, Scrib1 permet l’expression de la plasticité synaptique bidirectionnelle à travers une interaction avec PP2A et module la formation de la mémoire spatiale à long terme. / Spatial memory formation is a complex process that transforms newly-acquired information into long-lasting and solid memories. Molecularly, these phenomena rely on the expression of two opposite forms of synaptic plasticity; long-term potentiation (LTP) and long-term depression (LTD). LTP/LTD induction relies on a fine balance between Ca2+-sensitive kinases and phosphatases that activate specific pathways of either LTP or LTD, respectively. This regulation also involves downstream interactions between receptors and highly specialized scaffold proteins, at the PSD. Scribble1 (Scrib1) is a scaffold protein that belongs to the LAP (leucine-rich repeats and PDZ domains) protein family, with 16 leucine rich repeats and 4 PDZ (PSD-95/Dlg/ZO-1) domains. Here, we developed conditional knock-out mice with a complete loss of Scrib1 expression in the major neurons of the postnatal forebrain, including hippocampal excitatory neurons, using the Cre-Lox system (Scrib1f/f,CaMKII-cre). Scrib1f/f,CaMKII-cre presented altered morphology of apical dendrites but intact spine density and spine morphology in the CA1 region. Functionally, we found increased number of silent (non-functional) synapses that decreases the number of active synapses in Scrib1f/f,CaMKII-cre CA1 neurons leading to a global decrease in basal glutamatergic synaptic transmission at CA3-CA1 synapses compared to Scrib1f/f synapses. Scrib1f/f,CaMKII-cre synapses displayed enhanced LTP but were unable to express LTD or long-term depotentiation. More strikingly, LTD-inducing protocols generated LTP in Scrib1f/f,CaMKII-cre synapses. Molecularly, we revealed a direct interaction between Scrib1 and the phosphatase PP2A that signals LTD at the synapse. Moreover, we found that the absence of Scrib1 results in a reduction of synaptic PP2A levels in Scrib1f/f,CaMKII-cre mice. This probably leads to a decrease in PP2A signaling pathway activation which favors the competing pathway downstream CaMKII resulting in LTP induction instead of LTD in Scrib1f/f,CaMKII-cre mice. On the cognitive level, we found that spatial learning was slower and inflexible in Scrib1f/f,CaMKII-cre compared to Scrib1f/f mice. Short-term spatial memory was intact while long-term memory was impaired. These results argue for an important role of Scrib1 in spatial memory consolidation. We here report that Scrib1 is important for appropriate neuronal shaping and wiring of CA1 neurons as well as functional conversion of silent synapses into active ones. Importantly, it allows bidirectional synaptic plasticity through interaction with PP2A and modulates long-term spatial memory formation

Le cerveau contient environ cent milliards de cellules nerveuses, ou neurones. Ces neurones communiquent entre eux par des structures fonctionnellement distinctes – l’axone et la dendrite – capables d’émettre et recevoir des signaux électriques ou chimiques à partir d’un compartiment présynaptique vers un compartiment, dit post-synaptique. Nous avons focalisé notre étude sur les synapses des neurones hippocampiques, qu’on estime responsables de fonctions cérébrales dites supérieures, comme la mémoire et l’apprentissage. Plus particulièrement, on s’est intéressé au développement et au maintien des épines dendritiques, dont les changements morphologiques sont intimement liés à la plasticité synaptique, autrement dit, capacité de réponse à l’activité synaptique. Les épines dendritiques ont pour origine les filopodes qui évoluent en épines lors du contact axonal. La transition entre filopode et épine implique une myriade de molécules, dont des récepteurs glutamatergiques, des protéines d’échafaudage et du cytosquelette d’actine capables de recevoir, transmettre et intégrer le signal présynaptique. Cependant, la coordination spatiale et temporelle de tous ces composants moléculaires au long de la formation et maturation d’une synapse reste largement méconnue.Scribble1 (Scrib1) est une protéine de polarité cellulaire (PCP) classiquement impliquée dans l’homéostasie de tissues épithéliaux ainsi que dans la croissance et progression des tumeurs. Scrib1 est aussi une protéine d’échafaudage critique pour le développement et le bon fonctionnement du cerveau. L’objectif de cette étude a donc été d’étudier les mécanismes moléculaires sous-jacents à un rôle potentiel de Scrib1 dans la formation et le maintien des synapses. Dans un premier temps, on a décrit l’importance d’interactions dépendantes des domaines PDZ sur le trafic des récepteurs glutamatergiques ainsi que sur la voie de signalisation de plasticité synaptique sous-jacente à la mémoire spatiale. Dans un second temps, nous avons évalué les conséquences fonctionnelles d’une mutation de Scrib1 récemment identifiée chez un patient humain atteint des troubles du spectre autistique (TSA) dans la morphologie et fonction des neurones. On a démontré que Scrib1 régule l’arborisation dendritique ainsi que la formation et le maintien fonctionnel des épines dendritiques via un mécanisme dépendent du cytosquelette d’actine. Le dérèglement de ces mécanismes pourrait être à l’origine du phénotype TSA. L’ensemble de ce travail met en évidence que Scrib1, protéine d’échafaudage clé dans le développement et la fonction du cerveau, joue une multitude de rôle du niveau subcellulaire au niveau cognitif. / The brain is made up of billions of nerve cells, or neurons. Neurons communicate with each other through functionally distinct structures - the axon and the dendrite - which are able to release and receive an electrical or chemical signal from a pre- to a post-synaptic compartment, respectively. We focused our study on hippocampal neurons synapses, which ultimately underlie high-order brain functions, such as learning and memory. In particular, we studied the development and maintenance of dendritic spines, whose changes in morphology are intimately correlated with synaptic plasticity, or the ability to respond to synaptic activity. Dendritic spines originate from motile dendritic filopodia, which mature into spines following axonal contact. The filopodia-to-spine transition involves a plethora of molecular actors, including glutamate receptors, scaffold proteins and the actin cytoskeleton, able to receive, transmit and integrate the pre-synaptic signal. The spatial and temporal coordination of all these molecular components throughout the formation and maturation of a synapse remains, however, unclear. Scribble1 (Scrib1) is planar cell polarity protein (PCP) classically implicated in the homeostasis of epithelial tissues and tumour growth. In the mammalian brain, Scrib1 is a critical scaffold protein in brain development and function. The main goal of this work was, therefore, to investigate the molecular mechanisms underlying Scrib1 role in synapse formation and maintenance. In a first part, we depict the importance of Scrib1 PDZ-dependent interactions on glutamate receptors trafficking as well as bidirectional plasticity signalling pathway underying spatial memory. In a second part, we focus on the functional consequences of a recently identified autism spectrum disorder (ASD) mutation of Scrib1 on neuronal morpholgy and function. We demonstrated that Scrib1 regulates dendritic arborization as well as spine formation and functional maintenance via an actin-dependent mechanism, whose disruption might underlie the ASD phenotype. Taken altogether, this thesis highlights the PCP protein Scrib1 as key scaffold protein in brain development and function, playing a plethora of roles from the subcelular to the cognitive level.