Micropatterning subcellulaire pour étudier la connectivité neuronale

L'impression protéique a initialement été utilisée pour reproduire et comprendre l’influence de la matrice extracellulaire sur les cellules et certains de leurs composants. Au cours de la dernière décennie, l'impression subcellulaire s’est développée, permettant d’étudier les interactions protéiques et leur rôle dans les voies de signalisation ainsi que dans la formation de synapses, immunologiques ou neuronales.La connexion synaptique est médiée par les protéines d’adhésion synaptique présentes de chaque côté de la synapse. En raison de la complexité de l’environnement synaptique mais également du manque de modèle in vitro permettant d’étudier la connexion synaptique dans un environnement biomimétique et contrôlé, les rôles exacts de ces protéines dans la synaptogénèse restent encore incertains. L’impression protéique subcellulaire est une solution potentielle pour combler ce manque. Pour cela, nous avons développé deux modèles biomimétiques basés sur l’impression protéique : un premier, utilisant des cellules hétérologues, permettant d’obtenir des informations sur la cinétique d’interaction des couples protéiques et ainsi de lier cela à leur fonction potentielle. Et un deuxième, utilisant des neurones primaires hippocampique, permettant de former des synapses artificielles pour étudier la nano-organisation de la synapse au cours du développement.Le système d’impression protéique PRIMO, commercialisé par Alvéole, qui co-finance cette thèse, est peu utilisé par les neuroscientifiques. En plus des objectifs biologiques, l'objectif industriel de cette thèse est de développer des méthodologies et des preuves de concept afin de démontrer les avantages et la faisabilité de la technologie PRIMO en neuroscience.En couplant notre premier modèle avec des techniques d’imagerie sur cellules vivantes (sptPALM et FRAP), nous avons pu différencier des cinétiques d’interaction entre différents couples de protéines d’adhésion synaptique mais également pour des interactions avec des protéines d’échafaudage. Une interaction labile pour SynCAM1, qui est connue pour son rôle dans la morphologie synaptique. Une forte et stable interaction pour Neuroligine1- Neurexine1β, due à la dimérisation de Neuroligine1, qui est indispensable pour la fonctionnalité de la synapse.Avec le second modèle, nous avons démontré, en présence de LRRTM2, la formation spécifique de synapses artificielles. Ces hémi-synapses présentent des caractéristiques morphologiques et fonctionnelles proches de synapses natives, avec la présence de vésicules et d’une activité calcique spontanée. Cependant, nous n’avons pas réussi à former de postsynapses artificielles avec Neurexine1β. Basés sur nos observations et une analyse bibliographique, nous avons formulé l’hypothèse que la postsynapse pourrait être le compartiment initiateur de la synaptogenèse.En conclusion, cette étude démontre : (1) que l’impression subcellulaire est un excellent modèle pour étudier la connectivité synaptique et l’adhésion de manière générale, aussi bien d’un point de vue fonctionnel qu’organisationnel. (2) Que les modèles d’hémi-synapses utilisant l’impression protéique sont plus spécifiques que les anciens modèles. (3) Que le système PRIMO ouvre de nombreuses perspectives en neurosciences via ses capacités d’impressions quantitatives.