Neurophysiologie : synapse
CAZ (Cytomatrix Active Zone)
Basson et Piccolo : fonctions (2)

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.

Suite des fonctions de Bassoon et Piccolo

Rôle spécifique de Piccolo et dynamique de l'actine

Alors que Piccolo et Bassoon partagent une grande quantité d'homologie structurelle, chacun contient également des segments uniques, ce qui implique des fonctions divergentes.

Dans le recrutement dans la ZA

Piccolo est sélectivement nécessaire à :

• l'assemblage des réseaux d'actine induits par l'activité au sein de boutons présynaptiques,
• la transmission synaptique efficace

1. Piccolo, mais pas Bassoon, contient des régions qui interagissent avec une variété de protéines associées à l'actine, i.e. (Piccolo Regulates the Dynamic Assembly of Presynaptic F-Actin 2011) :

• Abp1, i.e. Actin binding protein (The Importance of Conserved Features of Yeast Actin-Binding Protein 1 (Abp1p): The Conditional Nature of Essentiality 2012),
• GIT1, GAP des petites GTPases Arf,
• Daam1, membre de la famille de la formine,
• la profiline 2,
• Epac2/RAPGEF4, GEF des petites GTPases Rap régulé par l’AMPc (Piccolo, a Ca2+ sensor in pancreatic β-cells: involvement of cAMP-GEFII· Rim2· Piccolo complex in cAMP-dependent exocytosis 2002).

2. La profiline-2, GIT1 et Daam1 peuvent contribuer à la polymérisation de filaments linéaires d'actine, plutôt que ramifiés, de la zone active (ZA), impliqués dans la translocation des VS du pool de réserve dans le pool rapidement libérable ou RRP (Piccolo Directs Activity Dependent F-Actin Assembly from Presynaptic Active Zones via Daam1 2015).

3. Piccolo semble agir comme une plate-forme pour la polymérisation de ces filaments.

a. Daam1 se lie à une région située entre CC1 et CC2 de Piccolo, i.e. Pclo_1980-2553.

• Cette région n'est pas conservée chez Bassoon, mais interagit avec d'autres protéines associées à l'actine, notamment GIT1 et la profiline1/2, i.e. cette région de Piccolo a un rôle unique dans l'assemblage de l'actine-F présynaptique.
• Daam1 se lierait avec son extrémité C-terminale (Mechanism of activation of the Formin protein Daam1 2008).

Remarque : Daam1 est normalement inactivé par l'interaction entre son domaine GBD et son domaine DAD, qui courbe la protéine et enterre les domaines FH1 et FH2.

b. Pclo_1980-2553 contient une région riche en proline qui se lie également à la profiline-2, un facteur d'échange nucléotidique ADP/ATP pour l'actine G, qui se lie à la formine, pour une polymérisation rapide de l'actine (Aczonin, a 550-Kd Putative Scaffolding Protein of Presynaptic Active Zones, Shares Homology Regions with Rim and Bassoon and Binds Profilin1999).

c. Pclo_1980-2553 contient également un domaine de 153 résidus, 2197–2350, qui se lie à Git1, une GAP pour la petite GTPase Arf impliquée dans la régulation du trafic membranaire, (The GIT Family of Proteins Forms Multimers and Associates with the Presynaptic Cytomatrix Protein Piccolo 2003).

Git1 a des sites de liaison supplémentaires pour les protéines impliquées dans des adhérences focales, notamment PIX, une kinase d'adhésion focale, FAK (Focal Adhesion Kinase) et la paxilline fournissant des liens supplémentaires entre cette région de Piccolo et le cytosquelette d'actine (Le complexe GIT-PIX : une plate-forme de régulation des GTPases ARF et Rac/Cdc42 2005).

Dans l'endocytose ?

1. Abp1 et GIT1, deux de ces partenaires de liaison de Piccolo sont également liés à l'endocytose des VS (Interactions between Piccolo and the Actin/Dynamin-binding Protein Abp1 Link Vesicle Endocytosis to Presynaptic Active Zones 2003).

• Abp1, la protéine de liaison à l'actine, interagit par la dynamine (Mammalian Abp1, a Signal-Responsive F-Actin–Binding Protein, Links the Actin Cytoskeleton to Endocytosis via the Gtpase Dynamin 2001).
• GIT1 s'associe directement à la stonine-2, une protéine adaptatrice endocytaire (A Presynaptic Role for the Cytomatrix Protein GIT in Synaptic Vesicle Recycling 2014).

2. L'endocytose ultrarapide (UFE) et l'endocytose de masse dépendante de l'activité (ADBE ou activity-dependent bulk endocytosis) utilisent toutes deux l'assemblage dynamique des filaments d'actine.

Ce processus pourrait être facilité par l'intermédiaire de complexes entre Piccolo, GIT1, Abp1 et d'autres protéines d'assemblage de l'actine au niveau des sites endocytaires.

Entretien et intégrité des synapses

En plus de leur rôle dans l'assemblage structurel et fonctionnel de la zone active (ZA) présynaptique, Piccolo et Bassoon sont impliqués dans :

• le maintien des pools de vésicules synaptiques (VS) (Piccolo and bassoon maintain synaptic vesicle clustering without directly participating in vesicle exocytosis 2010),
• la régulation de l'homéostasie protéique présynaptique et de l'intégrité des synapses.

Trois mécanismes pourraient contribuer à la stabilité et à l'intégrité de la zone active (ZA) présynaptique.

1. Le premier est l'échange dynamique de protéines synaptiques, qui se produit en une dizaine de minutes jusqu'à quelques heures (Presynaptic and Postsynaptic Scaffolds: Dynamics Fast and Slow 2014).

2. Le deuxième est la réorganisation dépendante de l'activité de la ZA, qui module l'efficacité de la libération des neurotransmetteurs (Molecular mechanisms driving homeostatic plasticity of neurotransmitter release 2013).

a. L'inactivité prolongée provoque :

• l'élargissement de la ZA,
• un remodelage fonctionnel avec le RRP (Readily Releasable Pool) et l'augmentation de la probabilité de libération synaptique (Pr) des ZA,
• une réorganisation moléculaire de la machinerie de libération, i.e. (1) synthèse des protéines et (2) dégradation des protéines via le système ubiquitine-protéasome (UPS).

b. Le silence présynaptique induit par la dépolarisation est caractérisé par :

• une diminution de la taille du RRP et une diminution de la pr, i.e. probabilité de fusion d'une vésicule synaptique (VS) amarrée,
• la réduction des protéines de la CAZ (Cytomatrix Active Zone), i.e. RIM et Munc13, probablement en raison de leur dégradation par l'UPS.

L'induction/récupération du silence présynaptique implique également la régulation de l'activité de l'adénylate cyclase (AC), qui est un régulateur en amont de la PKA.

3. La troisième est le turnover/dégradation des protéines synaptiques (Metabolic Turnover of Synaptic Proteins: Kinetics, Interdependencies and Implications for Synaptic Maintenance 2013).

Les demi-vies des protéines synaptiques sont résumées dans un tableau ( tableau des demi-vies des protéines synaptiques).

4. Piccolo et Bassoon semblent jouer un rôle fondamental dans la régulation du système ubiquitine-protéasome (UPS) et des systèmes autophagiques-lysosomaux au sein des boutons présynaptiques (Bassoon and Piccolo maintain synapse integrity by regulating protein ubiquitination and degradation 2013).

a. Lorsque ces protéines sont absentes de la ZA, on assiste à :

• la perte des pools des vésicules synaptiques (VS) et des jonctions synaptiques,
• l'accumulation de protéines ubiquitinées, de vésicules pléiomorphes et de corps multivésiculaires.

b. Siah1 est une ubiquitine ligase E3 impliquée dans la polyubiquitination des protéines des VS, comme celle de la synaptophysine et de la synnucléine.

La liaison Siah1 aux domaines de Bassoon et de Piccolo inhibe son activité.

c. Ce système de dégradation important pourrait être impliqué dans :

• la libération régulée de neurotransmetteurs,
• le recyclage des VS,
• et/ou l'élimination des protéines mal repliées ou vieillissantes.

Voie de signalisation présynapse/noyau

La communication entre les synapses et le soma, en particulier le noyau, d'un neurone est essentielle pour la survie neuronale ainsi que pour les processus de plasticité homéostatique et associative.

De multiples voies de signalisation synaptonucléaires ont été découvertes pour les structures postsynaptiques.

1. Les voies depuis la présynapse ou l'axone vers le noyau incluent :

• la signalisation rétrograde des neurotrophines (NT) via des endosomes de signalisation (Neuronal Signaling through Endocytosis 2014),
• la transduction du signal rétrograde à partir des sites endommagés (Macromolecular transport in synapse to nucleus communication 2015).

2. Bassoon et Piccolo pourraient être impliqués dans le recrutement présynaptique et la libération du co-répresseur transcriptionnel CtBP1, i.e. C-terminal-binding protein/Brefeldin A ADP-Ribosylated Substrat (Synaptic activity controls localization and function of CtBP1 via binding to Bassoon and Piccolo 2015).

• 

  L'interaction entre Bassoon ou Piccolo et CtBP1 est contrôlée par NAD/NADH et contribue à la distribution de CtBP1 dépendante de l'activité entre les présynapses et le noyau.
• L'activité élevée fait évoluer l'équilibre entre les pools synaptiques et nucléaires CtBP1 en synapses, faible activité vers le noyau (Presynapses go nuclear! 2015).

Bassoon et Piccolo contribuent de manière significative à l'ajustement de l'expression génique régulée par l'activité et, à leur tour, à la mise en œuvre à long terme des mémoires.

3. Les CtBP travaillent avec différentes protéines d'échafaudage comme Bassoon et Piccolo pour contrôler la fission de la membrane vésiculaire, l'assemblage de rubans synaptiques et l'expression des gènes nucléaires ( rôles de ribeye dans les synapses à ruban).

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