Les différentes sous-unités du NMDAR

Les récepteurs au glutamate de type NMDA (acide N-méthyl-D-aspartique) NMDAR sont des hétérotétramères composés de 2 sous-unités obligatoires GluN1 liant la glycine ou la D-Sérine, en association avec 2 sous-unités GluN2 (A-D) liant le glutamate ou l’agoniste pharmacologique NMDA, ou 2 sous-unités GluN3 (A-B) qui transforme les récepteurs NMDA en récepteurs exclusivement à la Glycine ou à la D-Sérine. La sous-unité GluN1 contrôle le trafic des récepteurs NMDA du réticulum endoplasmique vers la membrane plasmique (Standley, Roche et al. 2000). Les sous-unités GluN2 déterminent quant à elles les propriétés biophysiques des récepteurs comme la conductance, la probabilité d’ouverture du canal, la cinétique d’activation et de désactivation des courants, ou la sensibilité au Mg2+ (Gielen, Siegler Retchless et al. 2009; Yuan, Hansen et al. 2009). En effet, les NMDAR se distinguent des autres récepteurs ionotropiques au glutamate par le blocage du pore de leur canal par les ions Mg2+ au potentiel de repos de la membrane ; seule une dépolarisation de la cellule permet de lever ce blocage. On peut noter que l’association entre ces sous-unités GluN1 et GluN2 semble nécessaire pour permettre l’adressage des récepteurs NMDA à la membrane plasmique (Petralia, Al-Hallaq et al. 2009). L’antagoniste classiquement utilisé des récepteurs NMDA est l’APV (acide DL-2-amino-5-phosphonopentanoic), qui se fixe sur le site de liaison au glutamate des sous-unités GluN2 et empêche sa fixation par compétition. Il existe également des bloqueurs non compétitifs qui bloquent de manière irréversible les récepteurs NMDA actifs dont le canal est ouvert ; il s’agit du MK-801 et de la mémantine (Paoletti and Neyton 2007) (Figure 8).

a) La sous-unité GluN1

Le gène grin1 (ou encore appelé NMDAR1 ou zeta-1), code pour la sous-unité GluN1 des récepteurs NMDA et se localise chez l’homme sur le chromosome 9 (9q34.3) avec une séquence de 31kb qui contient 21 exons. L’épissage alternatif de son ARN messager peut former 8 isoformes qui se distinguent par leur sensibilité au PH et aux polyamines. GluN1 se compose de 4 parties distinctes qui incluent une extrémité N-terminale extracellulaire avec le site de liaison à l’agoniste, quatre domaines transmembranaires M1 à M4 dont M2 est une boucle réentrante, et un domaine C-terminal intracellulaire (Paoletti, Bellone et al. 2013).

L’extrémité N-terminale de GluN1 (NTD) est homologue à une protéine bactérienne LIVBP (Bacterial periplasmique leucine/isoleucine/valine binding domain) et intervient dans l’assemblage des sous-unités en récepteur fonctionnel et dans la régulation allostérique. Le domaine de liaison à l’agoniste (ABD) forme une structure en coquille qui regroupe les domaines S1 et S2, et constitue le site de liaison à la glycine ou la D-Sérine. Le domaine transmembranaire (TMB) est quant à lui responsable de la sélectivité ionique du canal. Enfin, le domaine C terminal (CTD) initie l’activation de voies de signalisation spécifiques et régule l’adressage des récepteurs et leur ancrage à la membrane. Chez la souris (mus musculus), qui est notre modèle d’étude, GluN1 est une protéine de 885 acides aminés de masse moléculaire 110 kDa, dont les différents domaines sont respectivement localisés entre les acides aminés 8 et 383 pour NTD, entre 42 à 357 pour ABD et entre 457 à 552 pour TMB, le domaine CTD se compose du Calmodulin-binding domain entre 835 à 863 (Protein Database, NCBI).

b) Les sous-unités GluN2

Les sous-unités GluN2 (GluN2A à GluN2D) sont codées par quatre gènes distincts appelés Epsilon (E1 à 4) ou grin2 (respectivement grin2a à grin2d) qui sont situés sur quatre chromosomes différents : 16p13.2 pour grin2a, 12p13.1 pour grin2b, 17q25.1 pour grin2c et 19q13.33 pour grin2d. Elles présentent une architecture protéique comparable à celle de GluN1, organisée en 4 modules distincts NTD, ABD, TMB et CTD, qui se succèdent de l’extrémité N à l’extrémité C terminale de la protéine. Le domaine ABD se distingue de celui de GluN1 car il contient le site de liaison au glutamate ou au NMDA. De même, le domaine C terminal est variable d’une sous-unité à l’autre car il contient des domaines PDZ et des sites de phosphorylation spécifiques. Cette caractéristique permet à chaque sous-unité d’interagir sélectivement avec des protéines d’échafaudage et de signalisation, ce qui détermine le trafic cellulaire du récepteur, sa localisation à la membrane, et influence son niveau d’activation (Paoletti, Bellone et al. 2013). Les propriétés biophysiques et pharmacologiques des récepteurs NMDA dépendent en grande partie de leur composition en sous-unités GluN2. Ainsi, l’affinité des récepteurs pour le glutamate varie en fonction des sous-unités GluN2 présentes. L’assemblage GluN1/GluN2B est plus affin que les récepteurs GluN1/GluN2A ou ceux qui expriment GluN2C ou GluN2D. De plus, les cinétiques de désactivation du récepteur qui correspondent à la réduction du courant ionique entrant dans le canal, s’échelonnent

progressivement des plus rapides aux plus lentes, respectivement de GluN2A, GluN2B, GluN2C à GluN2D (Paoletti, Bellone et al. 2013). On peut déterminer l’implication des différentes sous-unités GluN2 dans l’activation des NMDAR grâce à des outils précieux que sont les antagonistes spécifiques. Par exemple, l’ifenprodyl reconnait de manière préférentielle (100 fois supérieure) les NMDAR qui expriment la sous-unité GluN2B (NMDAR2B) et bloque leur activité en se fixant sur leur domaine N terminal (Williams, Russell et al. 1993; Mony, Krzaczkowski et al. 2009). En revanche, l’inhibition pharmacologique des récepteurs exprimant GluN2A (NMDAR2A) s’est révélée plus ardue car la sélectivité du blocage de ces récepteurs induite par un nouvel antagoniste, le NVP-AAM-077, a été remise en question. Il s’avère que le blocage préférentiel des NMDAR2A par ce composé, initialement montré comme 100 fois supérieur à l’inhibition des NMDAR2B, ne s’est révélé être que 10 fois supérieur (Neyton and Paoletti 2006). Il est à noter que certains récepteurs NMDA associent à GluN1 deux sous-unités GluN2 différentes, comme par exemple GluN2A et GluNB. Ils sont qualifiés d’hétéro-trimériques (ex : NMDAR2AB) et leurs propriétés biophysiques et pharmacologiques sont intermédiaires (Rauner and Kohr 2011). Les NMDAR2AB sont exprimés fortement dans l’hippocampe au stade adulte où ils représentent alors le tiers du pool de récepteurs NMDAR (Rauner and Kohr 2011).