Direction des sciences du vivant

Les neurones contiennent une abondante population de microtubules stables résistant à la dépolymérisation induite par le froid. Cette stabilité est induite par association avec une protéine régulée par la calmoduline : la protéine STOP (Stable Tubule Only Polypeptide). L'invalidation du gène STOP chez la souris entraîne une dérégulation des synapses glutamatergiques de l'hippocampe, avec diminution massive de la densité des vésicules pré-synaptiques et une altération des mécanismes de plasticité synaptique à court et à long terme. Ces défauts synaptiques sont associés à des troubles sévères du comportement chez les souris STOP-/-.
Au cours du travail que j'ai réalisé, nous avons montré par une analyse biochimique de fractions synaptosomales de cerveaux de souris que la protéine STOP est une protéine synaptique. Pour appréhender son rôle dans le fonctionnement de la synapse, nous avons comparé le contenu protéique des synapses de souris sauvages et STOP-/- et nous avons montré que celui-ci n'est globalement pas différent. La protéine STOP n'est donc pas impliquée dans les mécanismes de régulation du transport vésiculaire des protéines synaptiques depuis le soma.
Les mécanismes de plasticité synaptique comme la potentialisation ou la dépotentialisation à long terme (LTP et LTD) déficients chez les souris STOP-/-, impliquent une voie de signalisation post-synaptique dans laquelle le complexe Ca²⁺/calmoduline et la CaM Kinase II sont des éléments majeurs. Nous avons démontré que la protéine STOP est le substrat de la CaMKII in vitro, et que la phosphorylation de la protéine STOP inhibe sa capacité à lier les microtubules. De plus, la phosphorylation de la protéine STOP est régulée par sa liaison à la calmoduline. Nous avons développé des anticorps anti-STOP phosphorylée et nous avons ainsi identifié deux sites de phosphorylation par la CaMKII sur la protéine STOP. Nous avons démontré par une analyse biochimique la présence de STOP phosphorylée in vivo dans des extraits de cerveau de souris et dans les fractions synaptosomales d'hippocampe de souris. L'étude de la localisation cellulaire de la STOP phosphorylée dans des cultures primaires de neurones d'hippocampe suggère qu'elle se trouve majoritairement au niveau de structures riches en actine dans les neurites. L'ensemble de ces résultats permet d'envisager un rôle direct de la protéine STOP et de sa régulation par la CaMKII dans les phénomènes de plasticité synaptique.

Neurons contain an abundant subset of highly stable microtubules that resist depolymerizing conditions such as exposure to the cold. The microtubule-associated protein STOP (Stable Tubule Only Polypeptide), which is regulated by calmodulin, is the main effector responsible for neuronal microtubules stability. STOP null mice exhibit synaptic abnormalities in the glutamatergic synapses of hippocampus, with depleted synaptic vesicle pools and defects in both short-term and long-term synaptic plasticity. These synaptic defects are associated with severe behavioral disorders.
In the present study we show that STOP is a synaptic protein using biochemical analysis of synaptosomal fractions of mouse brain. We compared synaptic protein contents of wild type and STOP null mice and we observed no differences between the two mice lines. Hence, STOP is not involved in the synaptic protein transport from the soma in hippocampal neurons.
Mechanisms of synaptic plasticity, such as long term potentiation (LTP) and long term depression (LTD), involve signal transduction pathways in which Ca²⁺/calmodulin and Ca²⁺/calmodulin-dependent kinase II (CaMKII) are key elements. We showed that STOP protein is a substrate of CaMKII in vitro, and STOP phosphorylation is antagonized by its binding to calmodulin. Moreover, phosphorylation of STOP protein by CaMKII abolishes its ability to bind microtubules. We raised antibodies specific to phosphorylated STOP, and we identified two sites of phosphorylation by CaMKII on STOP proteins. Western blot analysis of mice brain extracts and hippocampal synaptosome fractions clearly indicated the presence of phosphorylated forms of STOP protein in vivo within synapses. Using cultured hippocampal neurons, we also show that phosphorylated STOP seems to localize close to the actin-rich region of neurites. Potential roles of STOP regulation by CaMKII in synaptic plasticity are discussed.