The origin and evolution of synapses Tomás J. Ryan and Seth G. N. Grant, Nature Reviews...

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The origin and evolution of synapses Tomás J. Ryan and Seth G. N. Grant, Nature Reviews Neuroscience, published online 9 September 2009 présenté par Alexandra Weber & Fabian Roger

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The origin and evolution of synapses

Tomás J. Ryan and Seth G. N. Grant, Nature Reviews Neuroscience, published online 9 September 2009

présenté parAlexandra Weber & Fabian Roger

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Synapse: Zone de communication entre cellules nerveuses

Signalosome: Ensemble des protéines (Protéome) post-synaptiques impliquées dans la signalisation

Récepteurs AMPA/NMDA: Canaux ioniques post-synaptiques impliqués dans la signalisation cellulaire et activés par le Glutamate

Étude évolutive basée sur la protéomique comparative

régionpost-synaptique

régionpré-synaptique

Introduction

Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrés Analyse

modifié d’après Sophie L. Rovner chemical and engineering news, 2007

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Comparaison du signalosome des vertébrés avec

1) Organismes eucaryotes unicellulaires et métazoaires sans système nerveux

Définir la protosynapse

2) Métazoaires non-bilatériens avec système nerveux

Définir l’ursynapse

3) Métazoaires protostomiens

Trouver les caractéristiques propres aux synapses des vertébrés.

Approches

des auteurs

Introduction Origine des synapses Synapses des vertébrés Analyse

modifié d’après Ryan and Grant, Nat. Rev. Neuro., 2009

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Composants protosynaptiques

Recherche d’orthologues du signalosome de Mus musculus (souris) dans les génomes de :

Saccharomyces cerevisiae (levure)

• ¼ des gènes post-synaptiques sont présents chez la levure

• 15 % sont impliqués dans la signalisation

protéines protosynaptiques de l’ancêtre commun des eucaryotes

Monosiga brevicollis (choanoflagellé)

• Composants postsynaptiques présents chez M. musculus apparus chez les choanoflagellés

Amphimedon queenslandica (éponge)

• Composants impliqués dans la plasticité synaptique présents chez M. musculus retrouvés chez A. queenslandica.

Protéines clés pour le fonctionnement des synapses présentes chez l’ancêtre commun des métazoaires.

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Ursynapse

Recherche d’orthologues du signalosome de Mus musculus (souris) dans les génomes de Nematostella vectensis (cnidaire)

Identification des composants de la synapse de l’ancêtre commun des eumétazoaires (ursynapse)

• Apparition des récepteurs ionotropes glutamatergiques postsynaptiques NMDA et AMPA.

• Récepteurs clés dans la transmission de l’information

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comparaison protostomiens - deutérostomiens

Identifier les composants de la synapse de l’ancêtre commun des bilatériens

• Synapse complexe possédant de nombreux récepteurs de neurotransmetteurs présents actuellement dans les synapses des deux clades

Identifier les caractéristiques propres à chaque clade

• Signalosome des protostomiens principalement d’origine évolutive ancestrale (71% des composants du signalosome de Drosophila melanogaster ont des orthologues chez S. cerevisiae)

• Signalosome des deutérostomiens principalement d’origine évolutive plus récente (21% des composants du signalosome de Mus musculus ont des orthologues chez S. cerevisiae)

Signalosome plus complexe et plus diversifié chez les deutérostomiens

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Synthèse: évolution des composants post-synaptiques

Protéines du signalosome post-synaptique des deutérostomiens présentes chez les clades plus ancestraux

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modifié d’après Ryan and Grant, Nat. Rev. Neuro., 2009

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Caractéristiques de la synapse des vertébrésexemple de la sous-unité NR2 du récepteur NMDA

Subfonctionnalisation des protéines dupliquées

Augmentation et complexification des interactions entre les protéines du signalosome

évolution du récepteur NMDA

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Diversité synaptique au sein des vertébrés

plasticité synaptique:

• Capacité des synapses de réguler l’intensité du signal transmis

• Rôle crucial pour les capacités cognitives

exemple:

• Changement de la densité de récepteurs post-synaptiques régulé par un changement de l’expression des gènes

Parallèle entre la variabilité de l’expression des gènes post-synaptiques et leur origine au cours de l’évolution

Les gènes avec une grande variabilité d’expression sont généralement d’origine évolutive plus récente

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modifié d’après Ryan and Grant, Nat. Rev. Neuro., 2009

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Évolution des synapses chez l’Homme

Mécanismes:

Observation de sélection positive (évolution accélérée) pour des synapses à plasticité synaptique élevée

Augmentation de la complexité du réseau neuronal du cerveau humain, notamment le néocortex

Augmentation des capacités cognitives propres à l’Homme

réponses environnementales selon différents types de synapses

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modifié d’après Emes et al., Nat. Neuro., 2008

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Analyse• Revue très complète, focalisée sur l’évolution de la synapse humaine

analyse de la branche Fungi / Métazoaires

• Résultats basés sur l’analyse d’organismes modèles

généralisations discutables

• Utilisation de termes taxonomiques non cohérente

Mus musculusDrosophila melanogaster

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basé sur cours de E. Deniel, 2009

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Références

Tomás J. Ryan and Seth G. N. Grant; The origin and evolution of synapses. Nature Reviews Neuroscience, published online 9 september 2009

Emes, R. D. et al. Evolutionary expansion and anatomical specialization of synapse proteome complexity. Nature Neurosci. 11, 799–806 (2008).

Kosik, K. S. Exploring the early origins of the synapse by comparative genomics. Biol. Lett (2008).

Xia, S. et al. NMDA receptors mediate olfactory learning and memory in Drosophila. Curr. Biol. 15, 603–615 (2005).