Regulation of the Na+ - K+ - Cl- co-transporter NKCC1 by the WNK pathway in neurons through diffusion-capture

In the adult brain, synaptic inhibition is mainly mediated by the activity of GABA type A receptors (RGABAA). This inhibition depends on the electrochemical chloride gradient, which is mainly regulated by the chlorine cotransporters KCC2 and NKCC1. KCC2 transports chlorine out of the neuron, while NKCC1 is responsible for its influx. Little is known about the functions of NKCC1 in the adult brain and its regulation. Nevertheless, in pathological cases related to altered GABAergic transmission, NKCC1 is of definite functional importance, in contrast to its apparently discrete role in chlorine homeostasis. This is particularly the case in the context of epilepsy, both experimental and clinical.I have demonstrated, using single particle tracking, immunofluorescence and STORM imaging approaches, that the membrane stability of NKCC1 is rapidly regulated by lateral diffusion in an activity-dependent manner at the surface of mature hippocampal neurons. Basal glutamatergic activity regulates NKCC1 membrane dynamics in the axon but not in the somato-dendritic compartment. In the somato-dendritic compartment, NKCC1 is regulated by RGABAA-mediated signalling. I also assessed the relevance of inhibition of this pathway in the context of ictogenesis. I used a PTZ-induced ictogenesis test in SPAK243A/243A mice, which express a non-active form of SPAK. Behavioural indicators (Racine scale) and electrocorticograms showed that the effects of the mutation on these variables were mild.Dans le cerveau adulte, l’inhibition synaptique passe majoritairement par l’activité des récepteurs GABA de type A (RGABAA). Cette inhibition dépend du gradient électro-chimique du chlorure, qui est principalement régulé par les co-transporteurs du chlore KCC2 et NKCC1. KCC2 transporte le chlore hors du neurone, tandis que NKCC1 est responsable de son influx. Peu de données existent sur les fonctions de NKCC1 dans le cerveau adulte, et sur sa régulation. Néanmoins dans des cas pathologiques en lien avec une altération de la transmission GABAergique, NKCC1 revêt une importance fonctionnelle certaine qui tranche avec son rôle apparemment discret dans l’homéostasie du chlore. Ceci est notamment le cas dans le contexte de l’épilepsie, expérimentale ou clinique.J'ai démontré, à l'aide d'approches de suivi de particules uniques, d'immunofluorescence et d'imagerie STORM, que la stabilité membranaire de NKCC1 est rapidement régulée par diffusion latérale d’une manière dépendante de l'activité à la surface des neurones matures de l'hippocampe. L'activité glutamatergique basale régule la dynamique membranaire de NKCC1 dans l'axone mais pas dans le compartiment somato-dendritique. Dans le compartiment somato-dendritique, NKCC1 est réglé par une signalisation médiée par le RGABAA. J'ai également évalué la pertinence de l'inhibition de cette voie dans le contexte de l'ictogenèse. J'ai utilisé un test d’ictogénese induite par PTZ dans des souris SPAK243A/243A, qui expriment une forme non active de SPAK. Les indicateurs comportementaux (échelle de Racine) et les électrocorticogrammes ont montré que les effets de la mutation sur ces variables étaient légers