par Soler García, Miguel 
Président du jury Lybaert, Pascale
Promoteur Laurent, Patrick
Publication Non publié, 2025-12-16
Président du jury Lybaert, Pascale
Promoteur Laurent, Patrick
Publication Non publié, 2025-12-16
Thèse de doctorat
| Résumé : | Neuropeptide signalling contributes to the integration of contextual information by modulating the synaptic properties of neurons in response to a wide variety of external and internal cues. Neuropeptides are also involved in maintaining the homeostasis of neuronal circuits by preserving the balance between excitation and inhibition.A genetic screen designed to isolate genes involved in neuropeptide control of locomotion identified phac-1, the C. elegans ortholog of the mammalian family of PP1 regulatory subunits PHACTRs. PHACTRs/PHAC-1 are proteins that bind the promiscuous PP1 catalytic subunit to form a holoenzyme with increased substrate specificity. PHACTRs bind to monomeric actin using the same surface than for PP1-binding, and therefore the formation of the PHACTRs/PP1 holoenzyme is inhibited by high concentrations of monomeric actin.A null and a constitutively active mutants of phac-1 showed opposite alterations of the balance between excitation and inhibition at the neuromuscular junction of C. elegans. By using a combination of fluorescence and electron microscopy, we observed that synaptic vesicle exocytosis and recycling are altered in phac-1 mutants, resulting in defects in neurotransmission. We propose that phac-1 controls these processes by regulating neuropeptide release, which act through G protein-coupled receptors to modulate synaptic vesicle release and recycling.Human PHACTR1 de novo variants have been associated with early-onset epileptic encephalopathy. When we introduced these mutations in conserved regions of the C. elegans phac-1 gene, they lead to constitutive activation of the PHAC-1/PP1 holoenzyme. This leads us to hypothesize that these variants cause the human disorder by promoting excessive neuropeptide release, leading to the misregulation of the balance between excitation and inhibition and resulting in seizure activity.We used the thermotactic circuit of C. elegans to study the role of PHAC-1 in information processing in a defined circuit. Worms lacking phac-1 expression showed a cryotactic behaviour, suggesting that PHAC-1 is necessary for positive thermotaxis. We observed differential regulation of the synaptic vesicle pool of the interneuron AIY in phac-1 mutants, but we were not able to rescue the positive thermotactic behaviour by specific expression of phac-1 in AIY, suggesting phac-1 regulates AIY neurotransmission indirectly by promoting neuropeptide secretion from a different neuron or group of neurons. Nevertheless, our exploration revealed that neuropeptide release from AIY is also necessary for positive thermotaxis, supporting the hypothesis that neuropeptide signalling is an important piece of the thermotactic circuit.Finally, we showed that PHAC-1 is involved in the regulation of actin dynamics in the C. elegans embryo and in the adult nervous system. The PHAC-1/PP1 holoenzyme likely exerts this role by dephosphorylating various modulators of the actin cytoskeleton. Among them, we highlight the role of the actin severing cofilin, which is inactivated by phosphorylation in its serine 3. We propose that PHAC-1 increases actin turnover by activating cofilin in response to changes in the local concentration of actin monomers. To test this hypothesis, we generated phosphomimetic and phosphodeficient mutants of unc-60A, the C. elegans ortholog of the non-muscle cofilin-1. These mutants will provide a tool to investigate the role of cofilin phosphoregulation in various processes that require control of actin turnover.As dense core vesicles carrying neuropeptides travel through the axon, they are captured at presynaptic sites by a structure composed of actin filaments and the protein synapsin. This structure tethers the dense core vesicles but can also serve as a scaffold to guide them towards their release site at the membrane. We propose a model in which PHAC-1 increases the turnover of synapsin phosphorylation and actin filaments in these structures to favour the transport of dense core vesicles towards the membrane, promoting neuropeptide release. |
| La signalisation neuropeptidique contribue à l'intégration des informations contextuelles en modulant les propriétés synaptiques des neurones en réponse à une grande variété de signaux externes et internes. Les neuropeptides participent également au maintien de l'homéostasie des circuits neuronaux en préservant l'équilibre entre excitation et inhibition.Un criblage génétique conçu pour isoler les gènes impliqués dans le contrôle neuropeptidique de la locomotion a identifié phac-1, l'orthologue chez C. elegans de la famille mammifère des sous-unités régulatrices PP1 PHACTR. Les PHACTR/PHAC-1 sont des protéines qui se lient à la sous-unité catalytique PP1 promiscueuse pour former une holoenzyme avec une spécificité de substrat accrue. Les PHACTR se lient à l'actine monomérique en utilisant la même surface que pour la liaison à la PP1, et par conséquent, la formation de l'holoenzyme PHACTR/PP1 est inhibée par des concentrations élevées d'actine monomérique.Un mutant nul et un mutant constitutivement actif de phac-1 ont montré des altérations opposées de l'équilibre entre excitation et inhibition au niveau de la jonction neuromusculaire de C. elegans. En combinant la microscopie à fluorescence et la microscopie électronique, nous avons observé que l'exocytose et le recyclage des vésicules synaptiques sont altérés chez les mutants phac-1, ce qui entraîne des défauts de neurotransmission. Nous proposons que phac-1 contrôle ces processus en régulant la libération de neuropeptides, qui agissent par l'intermédiaire de récepteurs couplés aux protéines G pour moduler la libération et le recyclage des vésicules synaptiques.Des variants de novo du gène PHACTR1 humain ont été associés à une encéphalopathie épileptique précoce. Lorsque nous avons introduit ces mutations dans des régions conservées du gène phac-1 de C. elegans, elles ont entraîné une activation constitutive de l'holoenzyme PHAC-1/PP1. Cela nous amène à émettre l'hypothèse que ces variants provoquent le trouble humain en favorisant une libération excessive de neuropeptides, ce qui entraîne une dérégulation de l'équilibre entre l'excitation et l'inhibition et se traduit par une activité épileptique.Nous avons utilisé le circuit thermotactique de C. elegans pour étudier le rôle de PHAC-1 dans le traitement de l'information dans un circuit défini. Les vers dépourvus d'expression de phac-1 ont montré un comportement cryotactique, ce qui suggère que PHAC-1 est nécessaire à la thermotaxie positive. Nous avons observé une régulation différentielle du pool de vésicules synaptiques de l'interneurone AIY chez les mutants phac-1, mais nous n'avons pas pu rétablir le comportement thermotactique positif par l'expression spécifique de phac-1 dans AIY, ce qui suggère que phac-1 régule indirectement la neurotransmission AIY en favorisant la sécrétion de neuropeptides à partir d'un neurone ou d'un groupe de neurones différent. Néanmoins, notre exploration a révélé que la libération de neuropeptides par l'AIY est également nécessaire à la thermotaxie positive, ce qui soutient l'hypothèse selon laquelle la signalisation neuropeptidique est un élément important du circuit thermotactique.Enfin, nous avons montré que PHAC-1 est impliqué dans la régulation de la dynamique de l'actine dans l'embryon de C. elegans et dans le système nerveux adulte. L'holoenzyme PHAC-1/PP1 exerce probablement ce rôle en déphosphorylant divers modulateurs du cytosquelette d'actine. Parmi ceux-ci, nous soulignons le rôle de la cofiline, qui sectionne l'actine et qui est inactivée par la phosphorylation de sa sérine 3. Nous proposons que PHAC-1 augmente le renouvellement de l'actine en activant la cofiline en réponse aux changements de la concentration locale des monomères d'actine. Pour tester cette hypothèse, nous avons généré des mutants phosphomimétiques et phosphodéficients de unc-60A, l'orthologue de C. elegans de la cofiline-1 non musculaire. Ces mutants serviront d'outil pour étudier le rôle de la phosphorégulation de la cofiline dans divers processus qui nécessitent le contrôle du renouvellement de l'actine.Lorsque les vésicules à coeur dense transportant des neuropeptides circulent dans l'axone, elles sont capturées au niveau des sites présynaptiques par une structure composée de filaments d'actine et de la protéine synapsine. Cette structure retient les vésicules à noyau dense, mais peut également servir de support pour les guider vers leur site de libération au niveau de la membrane. Nous proposons un modèle dans lequel PHAC-1 augmente le renouvellement de la phosphorylation de la synapsine et des filaments d'actine dans ces structures afin de favoriser le transport des vésicules à noyau dense vers la membrane, ce qui favorise la libération des neuropeptides. |
