Dynamics of nodes of Ranvier assembly during myelination and remyelination in the central nervous system
Institution:
Sorbonne universitéDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
In myelinated fibers, the efficient conduction of the nerve impulse along axons relies on the alternance of myelinated internodes with small amyelinic domains, the nodes of Ranvier. Although the molecular organization of the nodes of Ranvier has been described, the nature of the signal(s) controlling nodal clustering in the CNS remains largely unknown. Various works suggest the presence of complementary mechanisms but the exact chronology of assembly of the nodal proteins, and their respective role in its initiation are still to be described. Furthermore, the mechanisms underlying nodal reclustering during remyelination and its impact are presently unknown.In this thesis, I have studied the dynamics of nodes of Ranvier formation in the CNS during (re)myelination. My main project aimed at characterizing the intrinsic mechanisms at play in nodal marker early clustering. To investigate the dynamics of node like clusters assembly, we followed by videomicroscopy the trafficking of nodal proteins tagged with fluorescent markers in mixed hippocampal cultures. Our results show i) the existence of some anterograde co-transport, suggesting a partial pre-assembly of the nodal complex prior to membrane targeting; ii) that both KIF5A and C, anterograde motors from the kinesin-1 family, play a synergistic role in nodal markers transport, as well as dynactin-1, an interacting partner of the retrograde motor dynein; iii) that β2Nav could play an initiator role in nodal clustering. Indeed, we demonstrated that β2Nav is enriched prior to other nodal cell adhesion molecules (such as Nfasc186, β1Nav and NrCAM) and that it is required for efficient node like clustering. Lastly, we addressed how the node like clusters rearrange when myelination proceeds and I demonstrated that these structures not only persist, but can also act as localization signals guiding the deposition of myelin at their vicinity.The second part of my thesis aimed at characterizing the mechanisms of nodal reclustering following demyelination using an ex vivo approach. I showed that nodal reclustering can occur prior remyelination, in accordance with what is observed in MS lesions. Finally, I participated in characterizing the microglial interaction with the nodes of Ranvier, by initiating a live-imaging study of this phenomenon, which should pave the way to understanding the potential impact of this interaction in repair processes following demyelination.
Abstract FR:
La conduction saltatoire des potentiels d’action le long des fibres myélinisées repose sur de petits domaines axonaux enrichis en canaux sodiques voltage-dépendants, les nœuds de Ranvier. Bien que l’architecture moléculaire des nœuds de Ranvier ait été décrite, la nature des signaux conduisant à leur formation dans le système nerveux central (SNC) est peu connue. Différents travaux suggèrent que cette formation nécessite la synergie de plusieurs mécanismes complémentaires. Néanmoins, la dynamique d’assemblage des nœuds de Ranvier et l’importance relative des différents mécanismes impliqués reste à identifier. Les mécanismes de réagrégation nodale durant la remyélinisation et leur potentiel impact sur la réparation sont par ailleurs à ce jour inconnus. Durant ma thèse, j’ai étudié la dynamique de formation des nœuds de Ranvier dans le SNC au cours de la myélinisation et de la remyélinisation. Mon principal projet a visé à la caractérisation des mécanismes intrinsèques participant à l’assemblage de structures nodales précoces (prénoeuds) et leur régulation. Pour ce faire, j’ai suivi le transport axonal des protéines nodales couplées à des marqueurs fluorescents par vidéomicroscopie dans un modèle in vitro de culture de neurones d’hippocampe. Nos résultats ont montré i) l’existence d’un co-transport antérograde, suggérant qu’un pré-assemblage partiel du complexe nodal pourrait précéder l’adressage à la membrane axonale; ii) que KIF5A et C, membres d’une famille de moteurs moléculaires antérogrades, les kinésines, jouent un rôle synergique dans le transport des marqueurs nodaux, de même qu’un des partenaires du complexe des dynéines, impliqué dans le transport axonal rétrograde; iii) que β2Nav pourrait jouer un role initiateur sur l’assemblage des prénoeuds. Enfin, nous nous sommes intéressés au devenir des prénoeuds au cours de la myélinisation et avons montré qu’ils participent à la formation des nœuds de Ranvier matures et qu’ils pourraient jouer un role dans le guidage de la myélinisation. Dans un second temps, mon travail de thèse a consisté à caractériser les mécanismes de reformation des nœuds de Ranvier après démyélinisation en utilisant une approche ex vivo. J’ai tout d’abord montré que la réagrégation nodale pouvait précéder la remyélinisation, en accord avec ce qui a été observé précédemment sur des tissus de patients atteints par la sclérose en plaques. Enfin, j’ai participé à la caractérisation de l’interaction entre cellules microgliales et nœuds de Ranvier par imagerie en temps réel, ce qui devrait nous permettre d’accroître notre compréhension sur l’impact potentiel de cette interaction sur les processus de réparation myélinique à la suite d’une démyélinisation.