Kinesin 3-dependent endosomal transport of AMPA receptors during long-term synaptic potentiation

• Autores: Yolanda Gutiérrez Gonzalo
• Directores de la Tesis: Antonio Esteban García (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2018
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 146
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biociencias Moleculares por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología molecular
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    Los mecanismos de plasticidad sináptica son estudiados ampliamente como los correlatos celulares y moleculares que subyacen al aprendizaje y la memoria. En estos procesos, uno de los eventos fundamentales es el transporte regulado de los receptores de glutamato de tipo AMPA desde y hacia la sinapsis en respuesta a cambios en la actividad neuronal. Este continuo recambio de proteínas de membrana, así como su transporte, están mediados, entre otros, por Rab GTPasas que dirigen el tráfico endosomal y por motores moleculares y complejos asociados a citoesqueleto que lo llevan a cabo.

    Esta tesis doctoral se ha enmarcado dentro de una línea de investigación del grupo que ha demostrado la importancia y ha caracterizado el papel de proteínas motoras y moléculas de la maquinaria endosomal para los procesos de plasticidad sináptica. En particular en este trabajo, empleando técnicas electrofisiológicas, bioquímicas y de imagen, en combinación con el empleo de proteínas recombinantes y silenciamiento mediante ARN de interferencia, hemos investigado el papel de las proteínas motoras asociadas a microtúbulos en el transporte regulado de receptores durante la plasticidad sináptica en el hipocampo.

    Hemos demostrado que uno de los miembros de la familia kinesina-3 de proteínas motoras, KIF13A, es necesario para la potenciación a largo plazo (LTP, del inglés Long-Term Potentiation). Sin embargo, KIF13A no participa en el mantenimiento basal de la transmisión sináptica o en la depresión a largo plazo (LTD, del inglés Long-Term Depression). Además, monitorizando la dinámica de la fluorescencia de la proteína de unión a Rab11, Rab11-FIP2, hemos demostrado que KIF13A es responsable de producir una redistribución subcelular de la maquinaria endosomal en las dendritas durante LTP. También hemos caracterizado los componentes moleculares que acoplan las subunidades de los receptores de tipo AMPA a los complejos motores, así como su modulación durante la plasticidad sináptica. Asimismo, hemos analizado en mayor profundidad los dominios funcionales de KIF13A que permiten dichas interacciones.

    En conclusión, los resultados obtenidos en esta tesis doctoral nos están permitiendo establecer proteínas específicas de la familia de las kinesinas como componentes claves en el transporte endosomal dependiente de actividad de los receptores AMPA.

  • English

    Synaptic plasticity mechanisms are widely studied as the cellular and molecular basis for learning and memory. In these processes, a fundamental event is the regulated transport of AMPA-type glutamate receptors to and from the synapse in response to changes in neuronal activity. This continuous turnover and transport of membrane proteins is mediated, among others, by Rab GTPases that drive endosomal trafficking and carried out by molecular motors and cytoskeleton associated complexes.

    In this work, using electrophysiological, biochemical and imaging techniques, in combination with recombinant protein approaches and shRNA-dependent knock-down, we have investigated the role of microtubule-dependent motor proteins in the regulated transport of receptors during synaptic plasticity in the hippocampus.

    We have found that one member of the kinesin-3 family of motor proteins, KIF13A, is required for long-term potentiation (LTP), but does not participate in the maintenance of basal synaptic transmission or in long-term depression (LTD). In addition, we have found that KIF13A drives a subcellular redistribution of the dendritic endosomal machinery during LTP, as monitored by live fluorescence imaging of the Rab11-interacting protein FIP2 (Rab11-FIP2). We have also characterized the molecular components that couple AMPA receptor subunits to the motor protein complex, as well as its modulation during synaptic plasticity. Moreover, we have further studied the functional domains of KIF13A that allow these interactions.

    Overall, the results obtained during this PhD thesis are allowing us to establish specific kinesin molecular motors as key components of the activity-dependent endosomal transport of AMPA receptors during synaptic plasticity.