Soutenance mémoire
La maladie de Parkinson
Stockage et libération
À l’intérieur du neurone, la DA est emmagasinée dans des vésicules, par le transporteur vésiculaire des monoamines 2 (VMAT2), pour une éventuelle libération dans la fente synaptique par exocytose (figure 1.2). Le VMAT2 emmagasine également dans des vésicules synaptiques la sérotonine, la noradrénaline, l’adrénaline et l’histamine dans leur neurone respectif (Hoffman et coll. 1998). Le VMAT2 est un membre de la famille des antiporteurs extrudant les toxines et est constitué de douze domaines transmembranaires (Eiden et coll. 2004). Deux processus sont impliqués dans l’emmagasinage de la DA à l’intérieur des vésicules (Parsons 2000). La lumière des vésicules est acidifiée et chargée positivement par une ATPase vacuolaire de type H+ qui permet l’entrée de protons H+. L’emmagasinage de la DA dans les vésicules se fait par le VMAT2, en échange de deux protons, ce qui permet l’emmagasinage de la DA contre son gradient de concentration.
Les concentrations de DA à l’intérieur de la vésicule peuvent atteindre 500 mM, soit environ 10 000 fois la concentration de DA cytoplasmique (Eiden et coll. 2004). Le maintien de faible niveau de DA cytoplasmique par son emmagasinage dans des vésicules synaptiques contribue à diminuer le métabolisme de la DA et à réduire son auto-oxydation, deux processus formant des produits toxiques (Guillot & Miller 2009). Suite à un potentiel d’action, la terminaison nerveuse est dépolarisée, ce qui provoque l’entrée de calcium à l’intérieur de la terminaison par des canaux voltage-dépendants (Foley 2009). L’augmentation des concentrations de calcium provoque la fusion des vésicules avec la membrane cellulaire et, subséquemment, la libération de la DA dans la fente synaptique (Elsworth & Roth 1997). La DA présente dans l’espace extracellulaire peut se lier avec les récepteurs dopaminergiques présents sur les neurones pré- ou post-synaptiques.
Régulation de la transmission dopaminergique Le transporteur membranaire de la DA (DAT) régule les concentrations extracellulaires de DA en ré-emmagasinant dans la terminaison dopaminergique la DA présente dans l’espace extracellulaire suite à sa libération (Sotnikova et coll. 2006). Le CHAPITRE I : La dopamine mécanisme par lequel se fait la recapture de la DA par le DAT implique la liaison séquentielle du substrat et la présence d’ions Na+ et Cl-. Le gradient électrochimique est généré par une ATPase Na+/K+. Le DAT est un symporteur, c’est-à-dire que la recapture de la DA se fait en co-transport avec deux ions Na+ et un ion Cl-, contre le sens du gradient de concentration du substrat et dans le sens du gradient de concentration des ions (Torres et coll. 2003).
Le DAT est un membre de la famille des transporteurs des monoamines, dont font aussi parties les transporteurs de la noradrénaline et de la sérotonine (Sotnikova et coll. 2006). La structure du DAT contient douze domaines transmembranaires, des domaines N- et C-terminal intracellulaires, trois sites de glycosylation retrouvés sur la deuxième boucle extracellulaire (entre les domaines transmembranaires 3 et 4) et plusieurs sites de phosphorylation (Sotnikova et coll. 2006). Ce transporteur fonctionnerait comme une simple sous-unité, quoique l’oligomérisation du DAT soit possible et celle-ci interviendrait dans le transport du DAT à la surface cellulaire (Torres et coll. 2003).
L’utilisation d’alpha-méthyl-para-tyrosine, un inhibiteur de la TH, ainsi que les études chez les souris invalidées en DAT, ont montré qu’une grande quantité de la DA emmagasinée dans les vésicules synaptiques à l’intérieur de la terminaison provient de la recapture de la DA extracellulaire (Jones et coll. 1998, Benoit-Marand et coll. 2000). La recapture de DA joue un rôle important sur la reconstitution du réservoir de DA emmagasinée dans les vésicules synaptiques dans les régions fortement innervées par les terminaisons dopaminergiques, comme le striatum (Sulzer et coll. 2010). Par contre, dans la substance noire pars compacta (SNc), l’activité du DAT est moindre que dans le striatum, avec un taux de recapture de la DA deux cent fois plus faible que dans le striatum (Rice & Cragg 2008). Le principal mécanisme de la régulation de la transmission dopaminergique se fait par le DAT. Le DAT est localisé dans des zones extra-synaptiques sur les neurones dopaminergiques (Sotnikova et coll. 2006).
De plus, les récepteurs dopaminergiques dans le striatum sont majoritairement localisés dans des zones extra-synaptiques et rarement à la synapse (Sulzer et coll. 2010). Ceci implique que la DA, une fois libérée dans la fente synaptique, doit diffuser dans des zones extra-synaptiques pour activer ses récepteurs. La transmission dopaminergique se fait donc par une transmission de volume basée sur la CHAPITRE I : La dopamine diffusion (figure 1.3) (Rice & Cragg 2008). Dans le striatum, la majorité des récepteurs dopaminergiques D1 seraient dans un état de faible affinité (1 μM) tandis que la plupart des récepteurs dopaminergiques D2 seraient dans un état de haute affinité (10 nM) (Richfield et coll. 1989). Dans leur modèle, Rice et Cragg (Rice & Cragg 2008) proposent que la transmission dopaminergique par les récepteurs D1 survient à une distance maximale de 2 μm du site de libération de la DA, et que la recapture de la DA n’a pas d’effet sur l’activation de ce type de récepteur. Les concentrations de DA ne sont pas modulées par sa recapture jusqu’à 1 μm du site de libération.
Ceci s’explique par le fait que la diffusion sur une courte distance est plus rapide que la recapture de la DA (Rice & Cragg 2008). Par contre, l’activation des récepteurs D2 peut se faire jusqu’à une distance de 7 μm du site de libération de la DA et est influencée par la recapture de la DA (Rice & Cragg 2008). En effet, le temps durant lequel les concentrations extracellulaires de DA excèdent 10 nM (soit une concentration suffisante pour activer les récepteurs de haute affinité) et la distance de diffusion de la DA sont largement influencés par la recapture de la DA dans le striatum, mais non dans la SNc (Rice & Cragg 2008). Le DAT régule donc la transmission dopaminergique en contrôlant la durée et l’intensité de l’action de la DA sur ses récepteurs.
Les récepteurs dopaminergiques
La DA exerce ses effets par l’intermédiaire de cinq types de récepteurs couplés aux protéines G, subdivisés en deux familles. Basés sur leurs propriétés structurales, biochimiques et pharmacologiques, les récepteurs dopaminergiques ont été classifiés comme appartenant à la famille des récepteurs de type D1 (les récepteurs D1 et D5) ou à la famille des récepteurs de type D2 (les récepteurs D2, D3 et D4) (Beaulieu & Gainetdinov 2011). Les récepteurs D1 et D5 partagent 80% d’homologie au niveau de leurs domaines transmembranaires (Beaulieu & Gainetdinov 2011). Les récepteurs D1 et D5 sont difficilement différentiables sur le plan pharmacologique; les divers agonistes et antagonistes ont une affinité similaire pour les deux sous-types de récepteur (Pivonello et coll. 2007). Par contre, la DA a environ dix fois plus d’affinité pour le récepteur D5 que pour le récepteur D1 (Missale et coll. 1998).
La stimulation des récepteurs de type D1 induit l’activation de l’adénylate cyclase par l’intermédiaire de la sous-unité Gαs/αolf des protéines G (Fisone 2009). La sous-unité Gαolf est fortement exprimée dans le striatum par contre, l’expression de la sous-unité Gαs est, quant à elle, minimale (Fisone 2009). L’adénylate cyclase catalyse la conversion de l’ATP en AMP cyclique, laquelle active la protéine dépendante de l’AMP cyclique (PKA). Parmi CHAPITRE I : La dopamine les substrats de PKA, la phosphoprotéine de 32 kDa régulée par la DA (DARPP-32) joue un rôle d’amplification du signal de PKA (Beaulieu & Gainetdinov 2011).
L’activation de PKA régule plusieurs protéines impliquées dans la transduction du signal et dans la régulation de l’expression de gènes tels que la protéine de liaison à l’élément de réponse de l’AMP cyclique (CREB), la signalisation des ERK et des canaux ioniques (les récepteurs de l’acide γ-aminobutyrique (GABA), N-méthyl-D-aspartate (NMDA) et de l’acide α-amino-3-hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropionique (AMPA)) (Fisone 2009). Les récepteurs de type D1 peuvent stimuler la phospholipase C par l’intermédiaire de la sous-unité Gαq et moduler les canaux Na+, K+ et Ca2+ (Beaulieu & Gainetdinov 2011). De plus, le récepteur D5, mais non le récepteur D1, peut se coupler à l’adénylate cyclase d’une manière indépendante du ligand, suggérant que ce récepteur est constitutivement actif (Rankin et coll. 2009).
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Table des matières
Introduction
Chapitre 1 : La dopamine
1.1. Synthèse
1.2. Stockage et libération
1.3. Régulation de la transmission dopaminergique
1.4. Métabolisme de la DA
1.5. Voies dopaminergiques
1.6. Les récepteurs dopaminergiques
1.6.1. Les récepteurs de type D1
1.6.2. Les récepteurs de type D2
1.7. Régulation des mouvements par les ganglions de la base
Chapitre 2 : La maladie de Parkinson
2.1. Différences entre les hommes et les femmes dans la maladie de Parkinson
2.2. Pathophysiologie et symptômes
2.3. Étiologie de la maladie de Parkinson
2.3.1. Le vieillissement
2.3.2. Facteurs environnementaux
2.3.3. Facteurs génétiques
2.4. Pathogénèse
2.4.1. Agrégation de protéines
2.4.2. Le système ubiquitine-protéasome
2.4.3. Le stress oxydatif et la dysfonction mitochondriale
2.4.5. Inflammation
2.5. Traitements de la maladie de Parkinson
2.6. Les modèles animaux de la maladie de Parkinson
2.6.1. La réserpine
2.6.2. Le 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP)
2.6.3. La 6-hydroxydopamine (6-OHDA)
2.6.4. La roténone et le paraquat
2.6.5. Les modèles génétiques
Chapitre 3 : Les hormones ovariennes
3.1. Les oestrogènes
3.1.1. Structure et synthèse
3.1.2. Fonctions des oestrogènes
3.1.3. Les récepteurs des oestrogènes
3.1.4. Mécanisme d’action génomique
3.1.5. Mécanisme d’action non-génomique
3.1.6. OEstrogènes et neuroprotection
3.1.7. Signalisation intracellulaire et neuroprotection
3.1.8. OEstrogènes et neuromodulation du système dopaminergique
3.1.9. OEstrogènes et maladie de Parkinson
3.2. Le raloxifène
3.2.1. Mécanismes d’action
3.2.2. Neuroprotection par le raloxifène
3.3. La progestérone
3.3.1. Mécanismes d’action
3.3.2. Neuromodulation et neuroprotection
Problématique, hypothèses et objectifs
Problématique
Hypothèses
Objectifs spécifiques
Résultats
Chapitre 4: Implication of GPER1 in neuroprotection in a mouse model of Parkinson’s disease
Résumé
Abstract
4.1. Introduction
4.2. Materials and methods
4.2.1. Animals and treatments
4.2.2. Striatal dopamine assay
4.2.3. DAT and VMAT2 autoradiography
4.2.4. Tyrosine hydroxylase immunohistochemistry
4.2.5. Statistical analysis
4.3. Results
4.3.1. G1 mimics most of 17β-estradiol effect on striatal DA metabolism in intact mice and G15 partially antagonized the effect of 17β-estradiol
4.3.2. Dose-response to G1 experiment: G1 is as potent as 17β-estradiol in mediating DA neuroprotective effects
4.3.3. Inhibition of GPER1 prevented completely the 17β-estradiol effect against MPTP toxicity in the striatum and partially in the substantia nigra
4.4. Discussion
4.5. Acknowledgements
4.6. References
Chapitre 5: The neuroprotective effect of estrogen receptor α activation in 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine mice involves interaction with G protein-coupled estrogen receptor 1
Résumé
Abstract
5.1. Introduction
5.2. Materials and Methods
5.2.1. Animals and Treatment
5.2.2. Quantification of steroids in mouse plasma
5.2.3. Brain preparation
5.2.4. Striatal biogenic amines determination
5.2.5. Dopamine transporter autoradiography
5.2.6. Vesicular monoamine transporter 2
5.2.7. Western Blots
5.2.8. Statistical analysis
5.3. Results
5.3.1. Dopaminergic markers
5.3.2. Signaling pathways
5.3.3. Steroid plasma levels
5.4. Discussion
5.5. Acknowledgement
5.6. References
Chapitre 6 : Raloxifene activates G protein-coupled estrogen receptor 1/Akt signaling to protect dopamine neurons in 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine mice
Résumé
Abstract
6.1. Introduction
6.2. Materials and Methods
6.2.1. Animals and Treatment
6.2.2. Quantification of steroids in mouse plasma
6.2.3. Brain preparation
6.2.4. Striatal biogenic amines determination
6.2.5. Dopamine transporter autoradiography
6.2.6. Vesicular monoamine transporter 2
6.2.7. Western Blots
6.2.8. Statistical analysis
6.3. Results
6.3.1. G15 opposed raloxifene protective effect against MPTP toxicity on dopaminergic markers
6.3.2. Raloxifene increased Akt activation and the levels of BDNF and Bcl-2 through GPER1
6.3.3. Raloxifene prevented MPTP induced changes in steroid plasma levels
6.4. Discussion
6.5. Acknowledgement
6.6. References
Chapitre 7: Neuroprotective and rescue effect of progesterone in MPTP-treated male mice
Résumé
Abstract
7.1. Introduction
7.2. Materials and methods
7.2.1. Animals and Treatment
7.2.2. Neuroprotection experiment
7.2.3. Neurorescue experiment
7.2.4. Brain preparation
7.2.5. Striatal biogenic amines determination
7.2.6. Dopamine transporter autoradiography
7.2.7. Vesicular monoamine transporter 2
7.2.8. Quantification of steroids
7.2.9. Statistical analysis
7.3. Results
7.3.1. Neuroprotection experiment
7.3.2. Rescue experiment
7.4. Discussion
7.5. Acknowledgments
7.6. References
Chapitre 8 : Discussion et conclusion
8.1. Des composés neuroprotecteurs ayant plusieurs cibles pour contrer le développement d’une maladie neurodégénérative possédant une pathogénèse multiple
8.1.1. Les composés oestrogéniques
8.1.2. La progestérone
8.2. L’effet du vieillissement et de la ménopause sur les marqueurs dopaminergique et les fonctions cérébrales
8.3. L’utilisation de composés oestrogéniques et de la progestérone chez l’homme
8.4. Effets neuroprotecteurs chez les deux sexes
8.5. Le modèle
8.6. Conclusion
8.6.1. Contribution
8.6.2. Perspectives
Références
Revues de la littérature
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