Le rôle de l'agrine et de NOVA dans la fonction de la jonction neuromusculaire

Le cerveau humain a environ 86 milliards de neurones. Les neurones sont des cellules qui envoient et reçoivent des signaux. Pour que le cerveau fonctionne correctement, ces neurones doivent communiquer entre eux via des connexions appelées synapses. Un seul neurone peut former des dizaines de milliers de synapses. Ce réseau complexe est crucial pour traiter les informations sensorielles, contrôler les réponses corporelles à l'environnement et influencer la pensée et le comportement.

#Étude des synapses

Étudier des synapses individuelles est compliqué à cause de leur complexité. Un type spécifique de synapse, la Jonction neuromusculaire (NMJ), est l'endroit où un neurone moteur se connecte avec une cellule musculaire. La NMJ est relativement grande et plus facile à étudier que d'autres types de synapses, ce qui en fait l'une des synapses les mieux comprises chez les mammifères. Des problèmes avec la NMJ sont liés à un trouble neuromusculaire connu sous le nom de sclérose latérale amyotrophique (SLA).

#Le rôle de l'Agrin

Les neurones moteurs produisent une protéine appelée Agrin, qui est essentielle pour la NMJ. L'Agrin aide à rassembler les récepteurs d'acétylcholine (AChRs) à la surface du muscle. Ces récepteurs sont nécessaires pour la contraction musculaire. L'Agrin est fabriquée par de nombreuses cellules dans le corps, mais seuls les neurones créent une version spéciale appelée Z+ Agrin. Cette version est beaucoup plus efficace pour regrouper les AChRs que la forme standard. Sans Z+ Agrin, certains souris knockout ne peuvent pas respirer et meurent à la naissance à cause de la paralysie.

Le Z+ Agrin interagit avec un récepteur appelé Lrp4, ce qui entraîne une série d'événements qui provoquent le regroupement des AChR sur le muscle. Ce processus est critique, et des problèmes avec cette voie de signalisation peuvent causer un syndrome myasthénique congénital (CMS), un trouble neuromusculaire.

#Comprendre l'épissage des exons Z

Malgré l'importance des exons Z dans la fonction des synapses, les chercheurs ont seulement récemment commencé à apprendre comment l'épissage de ces exons est contrôlé. Des protéines spécifiques, appelées facteurs d'épissage, jouent un rôle dans ce processus. Les facteurs NOVA1 et NOVA2 sont particulièrement importants, et des mutations dans NOVA2 sont liées à des troubles du développement sévères.

Des souris knockout double pour NOVA1 et NOVA2 ne peuvent pas épisser les exons Z de l'Agrin, mais il n'est pas encore clair si cet effet est direct. Comment exactement ces protéines se lient et renforcent l'inclusion des exons Z reste largement inconnu.

#Recherche utilisant Ciona

Pour mieux comprendre le rôle de Nova dans la régulation de l'épissage des exons Z de l'Agrin, les chercheurs se sont tournés vers Ciona robusta, un organisme marin simple. Ciona a un système nerveux beaucoup plus petit par rapport aux vertébrés, avec seulement 177 neurones, et les scientifiques ont cartographié ses connexions neuronales.

Le système nerveux de Ciona est organisé de manière similaire à celui des vertébrés plus complexes, ce qui en fait un bon modèle pour étudier l'évolution des fonctions neuronales et des troubles. Dans cette recherche, il a été découvert qu'une protéine spécifique appelée Ebf joue un rôle dans l'activation de la transcription de NOVA dans les neurones moteurs de Ciona, favorisant l'inclusion des exons Z de l'Agrin.

#Identification des exons Z dans l'Agrin de Ciona

Des études précédentes n'avaient pas identifié l'Agrin comme une cible de NOVA chez Ciona. Cependant, les chercheurs ont trouvé deux exons Z jusque-là non identifiés dans le gène Agrin de Ciona. Ceux-ci ont été confirmés par clonage génétique, et ils ont été nommés Z5 et Z6. Le Z6 en particulier a un motif conservé qui soutient l'idée qu'il joue un rôle crucial, tout comme ses homologues chez les mammifères.

#Expression de l'Agrin et de NOVA

Les chercheurs ont examiné comment l'Agrin et NOVA sont exprimés lors du développement de Ciona. Ils ont trouvé que l'Agrin est présent à différentes étapes, à partir d'environ 10 heures après la fécondation. Les variantes spécifiques aux exons Z de l'Agrin étaient principalement observées dans les tissus neuronaux pendant le développement du système nerveux.

NOVA était également exprimé dans les embryons précoces. Il existe sous deux formes principales, chacune avec des caractéristiques différentes. La présence de NOVA a été particulièrement remarquée dans les neurones moteurs et d'autres tissus pertinents à diverses étapes de développement.

#Rôle régulateur de NOVA dans l'épissage de l'Agrin

Pour confirmer si NOVA aide à inclure les exons Z lors de l'épissage de l'Agrin, les chercheurs ont créé un essai de minigène. Ils ont trouvé que des quantités croissantes de NOVA de Ciona entraînaient une plus grande inclusion des exons Z dans les transcrits d'Agrin. Fait intéressant, les protéines NOVA de souris ne pouvaient pas promouvoir l'inclusion de ces exons Z, suggérant une divergence dans le fonctionnement de NOVA entre les espèces.

#Importance des domaines KH

Les protéines NOVA ont des zones de liaison spécifiques appelées domaines KH qui sont importantes pour leur fonction. Lorsque les chercheurs ont testé les différents domaines KH de NOVA de Ciona, ils ont découvert que les deux premiers domaines KH sont cruciaux pour inclure les exons Z lors de l'épissage, tandis que le troisième domaine KH ne semble pas jouer un rôle significatif.

De plus, ils ont découvert que la région N-terminale de NOVA affecte son activité en inhibant KH3. En enlevant cette région N-terminale, KH3 a pu agir pour promouvoir l'inclusion des exons Z.

#Éléments cis-régulateurs

Les éléments cis-régulateurs sont des séquences dans l'ADN qui aident à contrôler l'expression des gènes. Dans le cas de l'Agrin, les chercheurs ont identifié des sites de liaison potentiels pour NOVA à l'intérieur de l'intron séparant Z5 et le prochain exon. Des mutations dans ces régions de liaison ont perturbé l'incorporation des exons Z, montrant que ces éléments sont vitaux pour le processus.

#Voie conservée pour le regroupement des AChR

Chez les mammifères, l'Agrin Z+ produit par les neurones moteurs active le regroupement des AChR dans le muscle en se liant à Lrp4. Les chercheurs ont voulu voir si ce processus est également conservé chez Ciona. Ils ont ciblé des régions spécifiques dans le gène Agrin en utilisant la technologie CRISPR/Cas9. Les disruptions ont réduit le nombre de clusters d'AChR dans les cellules musculaires, confirmant le rôle crucial de l'Agrin dans ce processus.

Lorsque Lrp4 a été ciblé dans les cellules musculaires, il y a également eu une diminution notable du regroupement des AChR. Cela indique que Lrp4 fonctionne de manière similaire chez Ciona comme chez les mammifères, renforçant l'idée d'un mécanisme conservé à travers les espèces.

#Rôle de NOVA dans le regroupement des AChR

NOVA a été étudié plus en détail pour voir comment il régule l'inclusion des exons Z et impacte le regroupement des AChR à la NMJ. La technologie CRISPR a été utilisée pour perturber le gène NOVA. Cela a considérablement réduit les transcrits d'Agrin Z+, et lorsque NOVA a été surexprimé, l'inclusion des exons Z a augmenté.

Cela a montré que NOVA est nécessaire et suffisant pour l'inclusion des exons Z, similaire aux rôles de NOVA1 et NOVA2 chez les mammifères. De plus, perturber NOVA a entraîné moins de clusters d'AChR dans les cellules musculaires, tandis qu'exprimer une version de NOVA qui ne pouvait pas être perturbée a amélioré le regroupement.

#Rôle d'Ebf dans l'activation de NOVA

Pour comprendre comment NOVA est activé dans les neurones moteurs, les chercheurs ont examiné une région spécifique en amont du gène NOVA. Ils ont identifié qu'Ebf, un facteur de transcription essentiel pour le développement des neurones, est nécessaire pour l'expression de NOVA.

Lorsque le gène Ebf a été perturbé, l'expression de NOVA a été perdue dans les neurones moteurs. Une analyse plus approfondie a révélé des sites de liaison potentiels pour Ebf dans la région régulatrice de NOVA. Muter ces sites de liaison a considérablement réduit l'expression de NOVA, indiquant qu'Ebf active directement la transcription de NOVA.

#Conclusion

Cette recherche décrit un chemin significatif impliquant NOVA, Agrin et Lrp4 qui régule le regroupement des AChR aux synapses, montrant que ces mécanismes sont conservés des tuniciers aux vertébrés. Les résultats suggèrent que ce changement basé sur l'épissage pour réguler les signaux neuromusculaires a émergé il y a longtemps dans l'histoire évolutive. Cette connexion entre l'épissage de l’ARN, la régulation des gènes et le développement des neurones moteurs pourrait aider à comprendre les troubles neuromusculaires et l'évolution des systèmes nerveux à travers les espèces.