Neurophysiologie : synapse
CAZ (Cytomatrix Active Zone)
RIM (Regulating synaptic membrane exocytosis protein)
Recrutement des vésicules et des canaux calciques

Recrutement des vésicules synaptiques

Le recrutement des vésicules synaptiques (VS) est effectué par des protéines d'attache, mais RIM contribue à un recrutement plus proche de la zone active (ZA).

RIM recrute les vésicules synaptiques (VS) via les petites GTPases Rab, i.e. Rab3 et Rab27 (Critical importance of RAB proteins for synaptic function 2017 et The RAB3-RIM Pathway Is Essential for the Release of Neuromodulators 2019).

1. Rab3 est codé par quatre gènes :

• Rab3a, Rab3b et Rab3c sont exprimés dans les VS, et Rab3a est le sous-type le plus abondant.
• Rab3d est principalement exprimée dans le pancréas, les mastocytes et les glandes parotides.

2. Rab3a se lie simultanément à l'hélice α1 et à un motif SGAWFF à la fin de l'hélice courte α2 de RIM.

Remarque : Rab27b, et non Rab27a, est exprimé dans des VS et pourrait aider Rab3 dans ses fonctions, mais son rôle n'est pas clair.

3. Munc13-1, RIM et GTP-Rab3a peuvent former un complexe (A Munc13/RIM/Rab3 tripartite complex: from priming to plasticity? 2005).

a. Les sites de liaison de Rab3a et Munc13-1 à RIM sont adjacents, mais séparés dans différentes régions de la séquence N-terminale de RIM.

Le domaine C2A de Munc13-1 se lie au domaine PDZ de RIM.

b. La liaison de Munc13-1 et RIM modifie les modes de liaison de RIM et de Rab3.

• Lorsque RIM se lie à Rab3a, le motif SGAWFF n'est plus nécessaire et le motif SGAWFY est libéré.
• Ceci permet la formation d'un complexe ternaire Rab3a/RIM/Munc13-1.

Cette interaction peut garantir que les VS sont correctement ciblés sur la zone active (ZA) de la membrane plasmique.

Ancrage des VS à côté des Ca_v/VGCC

RIM ancre les vésicules synaptiques (VS) près des Ca_v (canaux Ca⁺⁺ voltage-dépendants), appelés aussi VGCC (Voltage Gated Calcium Channels) par plusieus processus.

Vue d'ensemble

1. RIM ancre les vésicules synaptiques (VS) près des Ca_v/VGCC.

a. D'une part, par son domaine C2B, RIM se lie au PI(4,5)P2 de la membrane présynaptique (RIM C2B Domains Target Presynaptic Active Zone Functions to PIP2-Containing Membranes 2018).

b. D'autre part, RIM se lie aux canaux Ca_v/VGCC directement et indirectement.

Ces canaux sont les principales voies d'afflux de Ca⁺⁺ dans les terminaux axoniques et sont cruciaux pour la libération des neurotransmetteurs (Presynaptic calcium channels: specialized control of synaptic neurotransmitter release 2020).

2. Les Ca_v/VGCC sont classés en différents types en fonction de leur sensibilité aux changements du potentiel membranaire neuronal ( classification des Ca_v/VGCC).

a. Dans les synapses centrales conventionnelles, la libération des neurotransmetteurs dans les synapses centrales conventionnelles dépend presque entièrement des canaux :

• Ca_v2.2 (type N)
• Ca_v2.1 (type P/Q).

Remarque : les canaux Ca_v2.3 (type R) peuvent aussi y contribuer (Presynaptic calcium channels: specialized control of synaptic neurotransmitter release 2020).

b. Dans les synapses à ruban, la libération s'effectue principalement sur les canaux Ca_v1 (type L).

3. L'environnement des Ca_v/VGCC est extrêmement complexe ( complexité de l'environnement).

RIM et recrutement des canaux Ca_v/VGCC

1. RIM joue un rôle important dans le recrutement des Ca_v/VGCC.

a. Chez les souris RIM-KO, la perte de RIM perturbe l'initiation des VS, réduit la localisation présynaptique des canaux Ca⁺⁺ et élimine la libération de la plupart des neurotransmetteurs (Pushing synaptic vesicles over the RIM 2011).

b. Les protéines RIM de différents sous-types se compensent les unes les autres lors du recrutement de canaux de Ca⁺⁺ vers la zone active (RIM genes differentially contribute to organizing presynaptic release sites 2012).

• 

  La délétion unique d'un gène RIM unique réduit la libération et la vésiculation, mais ne modifie pas l'afflux extracellulaire de Ca⁺⁺ et n'affecte pas la synchronisation de la libération des vésicules.
• En revanche, la délétion des gènes RIM1/2 a gravement altéré la synchronisation de l'afflux de Ca⁺⁺ et de la libération des vésicules.

2. Le RIM entre en interaction avec les Ca_v/VGCC pour un couplage rapide d'excitation-sécrétion :

• directement via son domaine PDZ (RIM Proteins Tether Ca2+ Channels to Presynaptic Active Zones via a Direct PDZ-Domain Interaction 2011).
• indirectement par les RIM-BP.

Raccourcissement de la distance VS-Ca_v/VGCC

Les RIM raccourcissent la distance entre les vésicules et les canaux Ca⁺⁺ dans la zone active (ZA) par plusieurs processus.

Interactions directes de RIM avec les Ca_v/VGCC

1. La première concerne l'interaction directe entre le domaine PDZ de RIM et l'extrémité C-terminale des canaux Ca_v2.2, i.e. type N et Ca_v2.1, i.e. type P/Q, i.e. motif DxWC (Pushing synaptic vesicles over the RIM 2011 et RIM Proteins Tether Ca2+ Channels to Presynaptic Active Zones via a Direct PDZ-Domain Interaction 2011 et RIM genes differentially contribute to organizing presynaptic release sites 2012).

2. Les α-RIM interagissent également par leur domaine C2B avec la sous-unité β des Ca_v/VGCC (RIM1 confers sustained activity and neurotransmitter vesicle anchoring to presynaptic Ca2+ channels 2007).

• 

  Le domaine C2B C-terminal de RIM est essentiel pour l'interaction avec β et l'inhibition de l'inactivation (VDI) des VDCC (Rab3-interacting Molecule γ Isoforms Lacking the Rab3-binding Domain Induce Long Lasting Currents but Block Neurotransmitter Vesicle Anchoring in Voltage-dependent P/Q-type Ca2+ Channels 2010).
• Le couplage fonctionnel de RIM1α à la sous-unités β est également essentiel pour la sécrétion d'insuline dans les cellules non neuronales (Functional Coupling of Rab3-interacting Molecule 1 (RIM1) and L-type Ca2+ Channels in Insulin Release 2011).

Interactions RIM/RIM-BP

1. La deuxième interaction essentielle est la liaison des séquences PxxP entre les deux domaines C2 avec le deuxième domaine SH3 de RIM-BP,

La liaison directe de RIM-BP à l'extrémité C-terminale des canaux permet aussi la localisation des Ca_v/VGCC (interaction directe des RIM-BP avec les Ca_v/VGCC).

2. En outre, les protéines d'échafaudage présynaptique RIM et RIM-BP forment des condensats auto-assemblés par des séparations de phase liquide-liquide ou LLPS ( formation de condensats).

Régulation des Ca_v/VGCC

RIM régule le temps de l'inactivation du Ca_v/VGCC, ce qui entraîne un afflux soutenu de Ca⁺⁺ (Functional interactions between voltage-gated Ca2 + channels and Rab3-interacting molecules (RIMs): New insights into stimulus–secretion coupling 2012).

1. Le domaine C2B de RIM se lie à la sous-unité β des Ca_v/VGCC, ce qui inhibe leur inactivation et augmente indirectement la libération de neurotransmetteurs (Functional interactions between voltage-gated Ca2 + channels and Rab3-interacting molecules (RIMs): New insights into stimulus–secretion coupling 2012).

• Au repos, les canaux sont fermés.
• Pendant une dépolarisation soutenue de la membrane, les canaux subissent un changement conformationnel dans lequel la porte d'inactivation occlut le pore conducteur de l'ion.
• La présence des protéines de RIM entraîne des changements notables dans la fonction des canaux, en particulier un ralentissement significatif de la cinétique d'inactivation, comme illustré dans le schéma montrant l'évolution temporelle des traces de courant macroscopique hypothétiques à travers les canaux CAV en absence ou présence de RIM.

Remarque : les γ-RIM agissent de la même manière (Rab3-interacting Molecule γ Isoforms Lacking the Rab3-binding Domain Induce Long Lasting Currents but Block Neurotransmitter Vesicle Anchoring in Voltage-dependent P/Q-type Ca2+ Channels 2010).

2. En dehors du système nerveux central, des études synaptiques dans les systèmes visuel et auditif ont également montré que RIM régule les canaux Ca⁺⁺ dans les terminaux synaptiques.

a. Dans les cellules ciliées de l'organe de Corti, RIM2α and RIM2β favorisent l'abondance des canaux Ca_v1.3 de type L (Rab3-interacting molecules 2α and 2β promote the abundance of voltage-gated CaV1.3 Ca2+ channels at hair cell active zones 2015).

Dans les cellules ciliées internes (IHC), les domaines C2B de RIM2α et RIM3γ interagissent avec l'extrémité C-terminale de la sous-unité α qui participe à la formation du pore des canaux Ca_v1.3 (Rab Interacting Molecules 2 and 3 Directly Interact with the Pore-Forming CaV1.3 Ca2+ Channel Subunit and Promote Its Membrane Expression 2017).

b. RIM1/2 est un régulateur important de la fonction de canal Ca_v1.4 dans les photorécepteurs de type bâtonnets de la souris (RIM1/2-Mediated Facilitation of Cav1.4 Channel Opening Is Required for Ca2-Stimulated Release in Mouse Rod Photoreceptors 2015).

Remarque : RIM intervient le plus souvent avec Bassoon, mais, quelquefois, Bassoon agit seul, en particulier semble-t-il, dans les synapses à ruban ( Bassoon et localisation des canaux Ca_v/VGCC).

Rôles des RIM dans les étapes plus tardives de la fusion