Rôle de la Créatine Kinase B dans l'apport énergétique au transport axonal

Le mardi 10 octobre 2023, Emeline CUOC soutiendra sa thèse intitulée "Rôle de la Créatine Kinase B dans l'apport énergétique au transport axonal".

Cette thèse a été dirigée par Frédéric SAUDOU et co-encadrée par Chiara SCARAMUZZINO de l'équipe "Dynamiques intracellulaires et neurodégénérescence" du GIN.

Composition du jury :

• Sandrine BETUING - Professeure des Universités, Sorbonne Université - Rapporteure
• David PERRAIS - Directeur de recherche, CNRS - Rapporteur
• Chantal THIBERT - Chargée de recherche, CNRS - Examinatrice
• Nicolas HECK - Maitre de conférences, Sorbonne Université - Examinateur
• Hervé DUBOUCHAUD - Professeur des Universités, UGA - Examinateur
• Chiara SCARAMUZZINO - Chargée de recherche Inserm- co-encadrante de thèse, invitée

Résumé :

Lors du transport axonal, les organelles sont acheminées le long des microtubules de manière rétrograde ou antérograde par des moteurs moléculaires, dynéine et kinésines respectivement, qui consomment de l’ATP (Cason et Holzbaur 2022). La huntingtine (HTT) est une protéine d'échafaudage qui interagit avec les moteurs et régule le trafic de cargos dont la neurotrophine « Brain Derived Neurotrophic Factor » (BDNF) (Saudou et Humbert 2016). Le BDNF est crucial pour la survie des neurones et le maintien de la connectivité synaptique (Gauthier et al. 2004) car il est transporté du cortex au striatum, les deux principales régions qui dégénèrent dans la maladie de Huntington (Tabrizi et al. 2020). Comment l'ATP est-il fourni lors de ce mécanisme ? Le laboratoire a précédemment montré que les enzymes glycolytiques résidaient sur les vésicules grâce à la HTT pour fournir l’énergie nécessaire aux moteurs indépendamment des mitochondries (Zala et al. 2013 ; Hinckelmann et al. 2016). Nous avons récemment réalisé une étude protéomique sur des vésicules isolées (Hinckelmann et al. 2016) qui a révélé la présence de l'isoforme du cerveau de la créatine kinase (CKB). La CKB catalyse le transfert de phosphate de la créatine en phosphocréatine et vice-versa, générant un composé à haute teneur énergétique immédiatement disponible (Schlattner et al. 2016). Nous avons émis l'hypothèse que CKB pourrait apporter de l’énergie supplémentaire dans le transport axonal vésiculaire.

Nous avons d'abord confirmé que CKB est présente et active sur les vésicules et colocalise avec BDNF et HTT dans les axones isolés cultivés dans des microchambres - dispositifs reproduisant un réseau corticostriatal mature sur une puce pour suivre le transport du BDNF (Virlogeux et al. 2018). Réduire l’expression de CKB ou exprimer une CKB inactive dans les neurones corticaux augmentent le nombre de vésicules statiques, tandis que cet effet est inversé lorsque CKB est activée par son substrat, la créatine. La signalisation du BDNF dépend du trafic de son récepteur TrkB. Nous avons récemment démontré que lorsque le BDNF se lie à TrkB, le calcium est libéré et détecté par la calcineurine (CaN) sur les endosomes, qui déphosphoryle HTT, ce qui permet le mouvement rétrograde des endosomes TrkB (Scaramuzzino et al. 2022). Lorsque l’expression de CKB est réduite, le nombre de vésicules de TrkB statiques augmente, ce qui suggère un rôle possible de CKB dans l'initiation du mouvement rétrograde de TrkB.

Nous avons ensuite confirmé que CKB réside sur les endosomes exprimant la GTPase Ras related protein 5 (Rab5) avec HTT et TrkB. En microfluidique, la réduction de CKB perturbe le mouvement rétrograde des endosomes TrkB, normalement observé après un traitement au BDNF dans le compartiment synaptique (Scaramuzzino et al, 2022). En outre, après la stimulation par BDNF, CKB est recrutée sur les endosomes positifs pour TrkB-Rab5 ce qui favorise son activité enzymatique. Des études ont démontré que la calmoduline (CaM) – un senseur calcique - interagit avec la CKB et augmente son activité (Sprenger et al. 2021). Nous avons émis l'hypothèse que la CaM pourrait augmenter l'activité de CKB suite à la stimulation par BDNF. Nous avons observé que CKB-CaM co-localisent sur les neurites des neurones corticaux par microscopie à super-résolution 2D-STED et par des expériences de « proximity ligation assay ». Lors de la stimulation par BDNF, la co-localisation entre CKB et CaM augmente sur les endosomes Rab5-positif.
En conclusion, nous avons démontré que la CKB joue un rôle crucial dans le trafic vésiculaire et qu'elle est plus spécifiquement requise pour l'initiation du transport rétrograde endosomal TrkB-Rab5. Le mécanisme implique une libération de calcium induite par TrkB, qui est détectée par le senseur calcique CaM ce qui augmente ensuite l'activité de la CKB endosomale, générant ainsi suffisamment d'énergie pour déclencher le transport rétrograde des endosomes TrkB.