Dans les neurones et les cellules neuroendocrines, le message est accumulé dans une vésicule de sécrétion ; lorsque la sécrétion est stimulée, cette vésicule fusionne avec la membrane cellulaire (exocytose). Le phénomène inverse (endocytose) s’effectue par bourgeonnement à partir de la membrane cellulaire, puis fission du bourgeon.

Transport vésiculaire des hormones/neurotransmetteurs

Le laboratoire a contribué à établir le principe de ce transport dans le cas de la sécrétion des catécholamines (adrénaline) par la médullo-surrénale et à caractériser le transporteur vésiculaire spécifique des monoamines. Le même principe de couplage rend compte du transport vésiculaire des acides aminés neurotransmetteurs (GABA, glycine et glutamate) dans les neurones. Toutefois, les transporteurs correspondants appartiennent à des familles de protéines différentes. Le laboratoire a identifié le transporteur vésiculaire du GABA et montré que cette protéine assurait aussi le transport de la glycine, justifiant l'appellation de transporteur vésiculaire des acides aminés inhibiteurs selon la fonction jouée par ces acides aminés dans la transmission synaptique. Il a aussi participé à la caractérisation  de nouvelles isoformes du transporteur du glutamate, le neuromédiateur excitateur majeur du cerveau. La connaissance de ces transporteurs permettra d’avoir une meilleure compréhension du fonctionnement de la synapse.

 Les travaux sur les transporteurs vésiculaires ont été élargis à un autre organite, parfois apparenté, le lysosome. Un transporteur responsable de l’efflux des acides aminés hors des lysosomes a été identifié comme un homologue du transporteur vésiculaire du GABA.

Mécanismes de l'exocytose

Les protéines GTPases de la famille  Rab sont associées avec le trafic membranaire intracellulaire. Le laboratoire a démontré clairement l'implication de la protéine Rab3 liant le GTP dans la régulation de la sécrétion. Véritable interrupteur moléculaire, cette protéine inhibe l'exocytose lorsqu'elle est dans sa conformation liant le GTP. Observé sur des neurones d'Aplysie et sur les cellules chromaffines de la médullosurrénale, cet effet pourrait être impliqué dans les phénomènes d'adaptation de l'efficacité synaptique. La compréhension de son mécanisme nécessite l'identification des partenaires d'interaction de Rab3 par une approche protéomique.

Mesure de l’exocytose par ampérométrie à fibre de carbone. Chaque évènement de fusion vésiculaire produit un pic de courant.

Les protéines de la famille Rab participent souvent à l'assemblage de macrocomplexes, véritables machines moléculaires. Rab3 pourrait ainsi participer au déplacement des vésicules de sécrétion vers les sites d'exocytose, à l'arrimage de ces vésicules à la membrane cellulaire ou à la machinerie de fusion membranaire. Deux méthodes capables d'analyser le rôle de différentes protéines dans chacune de ces étapes sont actuellement développées : la microscopie de fluorescence à excitation par onde évanescente, qui permet de suivre le comportement individuel d'une vésicule de sécrétion dans une cellule vivante et l'ampérométrie des catécholamines, qui analyse l'efflux des produits de sécrétion lors du processus d'exocytose, et permet la détection du contenu d’une vésicule.

Biogenèse des vésicules synaptiques et mécanisme d'endocytose

Le laboratoire étudie l'endocytose régulée qui conduit à la formation de vésicules synaptiques par internalisation à partir de la membrane cellulaire et intervention d’un manteau de clathrine. La machinerie cytosolique impliquée comporte des composants nécessaires au bourgeonnement cellulaire et d'autres à la fission du bourgeon. Jusqu'à récemment, seuls le manteau de clathrine et la mécanoenzyme dynamine étaient considérés comme essentiels à ces deux étapes. L'équipe a identifié une protéine cytosolique, l'endophiline A₁, possédant une activité acyltransférase utilisant l'acide lysophosphatidique comme substrat, et essentielle à l'endocytose des vésicules synaptiques. Elle interagit avec la dynamine et il est possible que ces protéines coopèrent à la fission vésiculaire. Le mécanisme d'action de l'endophiline dans l'endocytose pourrait passer par une modification de courbure de la bicouche lipidique contrôlée par son activité enzymatique.

 L'objectif de l'équipe est de déterminer quelles étapes de la formation d'une vésicule nécessitent cette activité. Dans ce but, des approches physiques (étude des déformations de membranes artificielles induites par l'endophiline) et génétiques (transgénèse chez la Drosophile) sont poursuivies.

Localisation, par hybridation in situ, de l’ARN messager codant pour l’endophiline A exprimée dans le système nerveux de l’embryon de Drosophile (marquage violet).

Localisation, en microscopie confocale, de l’endophile A dans les boutons synaptiques de la jonction neuromusculaire chez la Drosopile (marquage rouge). Chaque bouton est délimité par l’association étroite entre les membranes pré- et post-synaptiques contenant la fascicline (marquage vert).