DetectSyn: Une méthode fluorescente rapide et impartiale pour détecter les changements dans la densité des synapses

Les synapses sont l’unité fondamentale de communication entre les neurones¹. De nombreuses synapses entre neurones au sein d’une même région donnent naissance à des circuits qui médient le comportement². Les synapses sont constituées d’un terminal présynaptique d’un neurone qui libère des neurotransmetteurs ou des neuropeptides qui relaient l’information aux récepteurs postsynaptiques d’un autre neurone. La somme des signaux présynaptiques détermine si le neurone postsynaptique déclenchera un potentiel d’action et propagera le message à d’autres neurones.

La synaptopathologie, la décomposition des synapses, survient dans les maladies et les troubles marqués par une diminution du volume neuronal, comme la maladie d’Alzheimer et le trouble dépressif majeur, entraînant des circuits qui ne fonctionnent plus de manière optimale ^3,4,5. La restauration de la densité synaptique sous-tend probablement l’efficacité des traitements potentiels pour ces troubles. Par exemple, il a été récemment démontré que l’augmentation des synapses sous-tend l’efficacité comportementale des antidépresseurs rapides⁶. Pour dépister rapidement les traitements synaptopathologiques possibles, les chercheurs ont besoin de techniques qui identifient rapidement les changements dans le nombre de synapses.

Les méthodologies actuelles sont soit longues et coûteuses (microscopie électronique, tomographie en réseau), soit elles n’examinent que les changements postsynaptiques sans intégrer l’engagement présynaptique (analyses de la colonne vertébrale, immunofluorescence/colocalisation). Les colorants comme DiI ou les protéines fluorescentes comme GFP aident à visualiser les neurones et à caractériser les épines postsynaptiques. Cependant, l’analyse de la colonne vertébrale utilise des ratios définis par les chercheurs pour déterminer la morphologie, ce qui peut diminuer la reproductibilité⁷. De plus, la façon dont les différentes classes de colonne vertébrale se rapportent aux synapses fonctionnelles est encore en cours de^{découverte 8}. La formation de la colonne vertébrale peut être transitoire et peut refléter une plasticité postsynaptique, mais ces épines pourraient être éliminées avant de se stabiliser en une synapse avec un neurone présynaptique⁹.

La colocalisation fournit un meilleur indicateur pour les synapses que l’analyse de la colonne vertébrale, car on peut s’immunocolorer pour les protéines présynaptiques et postsynaptiques. Cependant, les protéines synaptiques peuvent donner de faibles valeurs de colocalisation parce que les protéines sont juxtaposées et peuvent ne pas se chevaucher de manière cohérente. Ainsi, comme les protéines ne sont pas entièrement superposées, les techniques de colocalisation peuvent ne pas mesurer avec précision les changements dans la formation des synapses en raison de ces informations manquantes. Enfin, bien que la microscopie électronique (EM) et la tomographie en réseau fournissent des images à haute résolution des synapses, elles prennent beaucoup de temps. L’EM nécessite en outre un équipement spécialisé, et les chercheurs sont limités à de petits volumes de tissus pour une expérience donnée. Alors que la tomographie en réseau offre élégamment la possibilité de dépister de nombreuses protéines sur des sections ultraminces et peut être combinée avec EM¹⁰, cette technique peut être trop laborieuse et dépasser la portée des expériences qui doivent rechercher rapidement des changements dans la formation de synapses.

DetectSyn est une application spécifique du test de ligature de proximité Duolink. Le test PLA permet la détection générale des interactions protéine-protéine. DetectSyn relie les mesures postsynaptiques proxy en amplifiant un signal fluorescent émis par des protéines pré- et postsynaptiques marquées à moins de 40 nm les unes des autres. Si les protéines synaptiques sont à moins de 40 nm, comme dans une fente synaptique, alors les anticorps secondaires, qui contiennent des sondes d’ADN, s’hybrideront en ADN circulaire. Cet ADN circulaire hybridé exprime une sonde fluorescente, qui est ensuite amplifiée et détectée avec des techniques de microscopie fluorescente standard (voir figure 1). Fondamentalement, contrairement à la TOMOGRAPHIE PAR ET À LA TOMOGRAPHIE PAR RÉSEAU, cette technique ne nécessite pas d’équipement spécialisé et prend à peu près le même temps que l’immunohistochimie standard. L’accessibilité de cette technique permet donc aux chercheurs en dehors des institutions à forte intensité de recherche de participer à la recherche en synaptopathologie. En outre, cette technique peut examiner les changements de densité synaptique dans plusieurs régions du cerveau au sein d’une seule expérience, offrant une représentation plus holistique des changements synaptiques dus à la maladie ou au traitement.