Neurophysiologie : synapse
CAZ (Cytomatrix Active Zone)
Basson et Piccolo : structure et fonctions (1)

Structure et interactions de Bassoon et Piccolo

Bassoon, environ 4000 résidus, et Piccolo, aussi appelé aczonine, environ 5000 résidus, sont de très grosses protéines multidomaines.

Chez les invertébrés, Fife et Bruchpilot sont des versions structurellement apparentées (Presynaptic active zones in invertebrates and vertebrates 2015).

Chez les vertébrés, Bassoon et Piccolo sont localisés de manière sélective dans :

• la CAZ (Cytomatrix Active Zone),
• les cellules sécrétant des peptides/protéines du système endocrinien.

1. Les structures complètes de Bassoon et Piccolo ne sont pas connues, mais ils contiennent en commun, de l'extrémité N-terminale à l'extrémité C-terminale :

• deux séquences à motif à doigt de zinc, i.e. Znf1 et Znf2,
• trois séquences de superhélices (coiled-coil), i.e. CC1/2/3 qui peuvent s'enrouler par endroit.

Remarque : la plupart des parties restantes contiennent des résidus de proline et de glycine qui empêchent le repliement persistant, mais construisent des domaines déformés compacts, tandis que les hélices enroulées s'allongent les deux protéines à environ 80 nm (Sequence heuristics to encode phase behaviour in intrinsically disordered protein polymers 2015).

2. En outre, Piccolo contient en plus :

a. dans sa région N-terminale, une séquence riche en glutamine N-terminale,

b. dans sa région C-terminale :

• un domaine PDZ,
• deux domaines C2 terminaux (C2A et C2B).

3. Les sites d'amarrage pour les partenaires de liaison sont codés en couleurs sur la figure ( cf. tableau).

Fonctions de Bassoon et Piccolo

Bassoon et Piccolo sont impliqués dans :

• l’assemblage d’échafaudages de la zone active (ZA),
• la localisation des canaux Ca⁺⁺ voltage-dépendants (Ca_v/VGCC) au voisinage des sites de libération,
• l’amorçage (priming) des vésicules synaptiques (VS),
• la liaison entre la dynamique de l’actine et l’endocytose,
• le maintien de l’intégrité des synapses,
• l’intégration des voies de signalisation et de la signalisation synapto-nucléaire.

Localisation des canaux Ca_v/VGCC

Bassoon est impliqué dans (Bassoon-disruption slows vesicle replenishment and induces homeostatic plasticity at a CNS synapse 2013 et Disruption of the Presynaptic Cytomatrix Protein Bassoon Degrades Ribbon Anchorage, Multiquantal Release, and Sound Encoding at the Hair Cell Afferent Synapse 2013) :

• le recrutement des vésicules synaptiques (VS) dans les sites de libération
• le positionnement des VS près des Ca_v/VGCC, pour préparer l'amorçage (priming).

1. Bassoon, comme RIM, se lie aux RIM-BP (RBP), i.e. molécules qui s'associent aux Ca_v/VGCC ( rôles des RIM-BP).

• Toutefois, par rapport aux RIM-BP qui se lient à tous les canaux calciques de la ZA, la liaison des RIM-BP à Bassoon positionne sélectivement les Ca_v2.1 de type P/Q (Bassoon Specifically Controls Presynaptic P/Q-type Ca2+ Channels via RIM-Binding Protein 2014).
• À l'heure actuelle, on ne sait pas bien pourquoi différentes interactions protéiques sont utilisées pour attacher la Ca_v/VGCC à la zone active (ZA).

2. Bassoon se lierait aussi directement aux canaux canaux Ca_v1.3 et 1.4 des synapses à ruban (Ca_v1 impliqués dans l'électrosécrétion).

3. Contrairement à Bassoon, un lien fonctionnel entre Piccolo et la localisation du Ca_v/VGCC au niveau des synapses cérébrales est obscur.

• Le domaine C2A C-terminal de Piccolo lie le calcium avec une faible affinité qui induit un changement de conformation dans ce domaine et affecte son association avec les phospholipides et sa dimérisation.
• Cependant, aucun effet sur la transmission synaptique n'a été observé si des mutations qui perturbent la liaison calcique ont été effectuées, mais il pourrait modifier la transmission dopaminergique (Functional characterization of the PCLO p.Ser4814Ala variant associated with major depressive disorder reveals cellular but not behavioral differences 2015).

Libération des neurotransmetteurs

Bassoon et Piccolo semblent avoir des fonctions dans l'organisation des machines de libération des neurotransmetteurs, y compris l'attache (tethering), l'amarrage (docking) et l'amorçage (priming) des vésicules synaptiques (VS) à la zone active (ZA).

1. Les deux protéines participent à la formation du complexe de base de la CAZ (Cytomatrix Active Zone) qui recrute des facteurs essentiels que sont les Munc13 et les RIM1/2.

• Lors d'une surexpression, la région CC3 de Piccolo est ciblée sur les terminaux nerveux et altère le recyclage des VS, processus retrouvé dans la surexpression du domaine en doigt de zinc (Znf) de RIM1.
• En outre, le domaine C-terminal de Bassoon peut interagir avec le domaine N-terminal C2A de Munc13 (A Protein Interaction Node at the Neurotransmitter Release Site: Domains of Aczonin/Piccolo, Bassoon, CAST, and Rim Converge on the N-Terminal Domain of Munc13-1 2009).

Cette interaction complexe peut contribuer à la régulation de l'activation dépendante de RIM des fonctions d'amorçage de Munc13 ( activation de Munc13 par RIM).

Remarque : Mover, une phosphoprotéine associée aux vésicules synaptiques (VS), est considéré comme un partenaire de liaison pour Bassoon et serait un régulateur négatif de l'exocytose évoquée des VS (Modulation of Presynaptic Release Probability by the Vertebrate-Specific Protein Mover 2015).

Son rôle n'est cependant pas clair (The Calmodulin Binding Region of the Synaptic Vesicle Protein Mover Is Required for Homomeric Interaction and Presynaptic Targeting 2018).

2. Bassoon peut également être impliqué dans la libération du facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) à partir de grandes vésicules denses (Distinct synaptic and neurochemical changes to the granule cell-CA3 projection in Bassoon mutant mice 2015).

Suite des fonctions de Bassoon et Piccolo