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Mitochondrial Synthesis of Neurotransmitters in Synaptic Function and Memory

Description du projet

Le rôle méconnu des mitochondries axonales

Nous savons que les neurones ont besoin d’un réapprovisionnement rapide en neurotransmetteurs pour assurer le bon fonctionnement du cerveau, mais nous ignorons encore comment le métabolisme axonal parvient à répondre à ces besoins. Si les voies de synthèse chimique sont bien connues, leur mise en œuvre au niveau local au sein des axones reste mal comprise. Le projet MitoTransmitters, financé par le CER, vise à déterminer si les mitochondries axonales détectent l’activité neuronale et stimulent le métabolisme afin de reconstituer localement les réserves de glutamate et d’acide gamma-aminobutyrique (GABA). Des capteurs optiques et l’optogénétique seront utilisés pour cartographier ces voies métaboliques en temps réel et évaluer leur impact sur la mémoire à long terme chez les rongeurs. Ce projet fournira un cadre permettant de mieux comprendre les maladies neurodégénératives et les troubles métaboliques du cerveau.

Objectif

Released neurotransmitters must be replenished at extraordinarily fast time scales to support synaptic function, circuit physiology and behavior. However, how axonal metabolism responds to the demands of neuronal activity to preserve neurotransmitter levels remains poorly understood. While our understanding of the biochemical pathways for neurotransmitter synthesis is vastly detailed, very little is known about how these pathways are implemented in mammalian axons to preserve synaptic function and behavior. I hypothesize axonal mitochondria sense neuronal activity and boost their metabolism to provide metabolic precursors that locally replenish glutamate and GABA (γ-aminobutyric acid), the main neurotransmitters of the mammalian nervous system. This localized synthesis ensures rapid refilling of activity-emptied synaptic vesicles, thereby safeguarding synaptic strength and brain function.

MitoTransmitters aims to reveal a central role for axonal mitochondria in neurotransmitter metabolism, underscoring the importance of mitochondrial physiology beyond the classical bioenergetics. To do so, we will i) combine high-throughput optophysiology measurements of synaptic function together with the development of novel optical sensors for cytosolic glutamate and GABA, defining the metabolic pathways preserving synaptic function in excitatory and inhibitory neurons. We will also ii) integrate these findings at the behavioral level by developing novel optogenetic activators of mitochondrial metabolism and examining the role of mitochondrial neurotransmitter synthesis in long-term memory in rodents. By generating for the first time a comprehensive picture of the molecular mechanisms actively preserving neurotransmitter levels, this study will provide a theoretical and experimental framework for future studies into the molecular basis of brain disease states associated with dysfunctional metabolism, such as mitochondriopathies or neurodegenerative disorders.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2025-COG

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Institution d’accueil

AGENCIA ESTATAL CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS
Contribution nette de l'UE
€ 2 000 000,00
Coût total
€ 2 000 000,00

Bénéficiaires (1)