Studies of interaction between iron (III) and intermediates of synthetic neuromelanin by means of cyclic voltammetry of Fe(CN)(3-)(6) and dopamine

Neuromelanin is a complex polymer pigment found primarily in the dopaminergic neurons of the human substantia nigra, whose composition is complex including production of dopamine auto-oxidation, glutathione and a variety of amino acid. Neuromelanin forms stable complex with iron (111). We observed that 5,6-dihydroxyindole and its ramification possessed strong ability of chelating iron (111), and they are the production of dopamine auto-oxidation under physiological pH condition. In the present Of L-Cysteine, the relative yields of electrochemical oxidation of dopamine also had strong ability of chelating iron (111). The experimental results suggest that 5,6-dihydroxyindole and 5-S-cysteineldopamine play important roles in the process of synthetic neuromelanin chelating iron (111).

Fucoidan protects against dopaminergic neuron death in vivo and in vitro

Parkinson's disease is a neurodegenerative disorder of uncertain pathogenesis characterized by a loss of dopaminergic neurons in substantia nigra pars compacta, and can be modeled by the neurotoxin 1-methyl-4-phenyl-1, 2, 3, 6-tetrahydropyridine (MPTP). Oxidative stress may contribute to MPTP- and Parkinson's disease-related neurodegeneration. Fucoidan is a sulfated polysaccharide extracted from brown seaweeds which possesses a wide variety of biological activities including potent antioxidative effects. Here we investigated the effect of fucoidan treatment on locomoter activities of animals, striatal dopamine and its metabolites and survival of nigral dopaminergic neurons in MPTP-induced animal model of Parkinsonism in C57/BL mice in vivo and on the neuronal damage induced by 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+) in vitro, and to study the possible mechanisms. When administered prior to MPTP, fucoidan reduced behavioral deficits, increased striatal dopamine and its metabolites levels, reduced cell death, and led to a marked increase in tyrosine hydroxylase expression relative to mice treated with MPTP alone. Furthermore, we found that fucoidan inhibited MPTP-induced lipid peroxidation and reduction of antioxidant enzyme activity. In addition, pre-treatment with fucoidan significantly protected against MPP+-induced damage in MN9D cells. Taken together, these findings suggest that fucoidan has protective effect in MPTP-induced neurotoxicity in this model of Parkinson's disease via its antioxidative activity. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Neuroprotective and immunomodulatory properties of the new PPARγ agonist MDG548: an in vitro and in vivo study in PD models

Neuroinflammation is a key component of Parkinson’s disease (PD) neuropathology. Skewed microglia activation with pro-inflammatory prevailing over anti-inflammatory phenotypes may contribute to neurotoxicity via the production of cytokines and neurotoxic species. Therefore, microglia polarization has been proposed as a target for neuroprotection. The peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ) is expressed in microglia and peripheral immune cells, where it is involved in macrophages polarization and in the control of inflammatory responses, by modulating gene transcription. Several studies have shown that PPARγ agonists are neuroprotective in experimental PD models in rodents and primates. however safety concerns have been raised about PPARγ agonists thiazolidinediones (TZD) currently available, prompting for the development of non-TZD compounds. Aim of this study was to characterize a novel PPARγ agonist non TZD, MDG548, for its potential neuroprotective effect in PD models and its immunomodulatory activity as the underlying mechanism of neuroprotection. The neuroprotective activity of MDG548 was assessed in vivo in the subacute MPTP model and in the chronic MPTP/probenecid (MPTPp) model of PD. MDG548 activity on microglia activation and phenotype was investigated in the substantia nigra pars compacta (SNc) via the evaluation of pro- (TNF-α and iNOS) and anti-inflammatory (CD206) molecules, with fluorescent immunohistochemistry. Moreover, cultured murine microglia MMGT12 were treated with MDG548 in association with the inflammagen LPS, pro- and anti-inflammatory molecules were measured in the medium by ELISA assay and phagocytosis was evaluated by fluorescent immunohistochemistry for CD68. MDG548 arrested dopaminergic cells degeneration in the SNc in both the subacute MPTP and the chronic MPTPp models of PD, and reverted MPTPp-induced motor impairment. Moreover, MDG548 reduced microglia activation, iNOS and TNF-α production, while induced CD206 in microglia. In cultured unstimulated microglia, LPS increased TNF-α production and CD68 expression, while decreased CD206 expression. MDG548 reverted LPS effect on TNF-α and CD206 restoring physiological levels, while strongly increased CD68 expression. Results suggest that the PPARγ agonist MDG548 is neuroprotective in experimental models of PD. MDG548 targets microglia polarization by correcting the imbalance between pro- over antiinflammatory molecules, offering a novel immunomodulatory approach to neuroprotection.

Dopaminergic and Non-Dopaminergic Value Systems in Conditioning and Outcome-Specific Revaluation

Animals are motivated to choose environmental options that can best satisfy current needs. To explain such choices, this paper introduces the MOTIVATOR (Matching Objects To Internal Values Triggers Option Revaluations) neural model. MOTIVATOR describes cognitiveemotional interactions between higher-order sensory cortices and an evaluative neuraxis composed of the hypothalamus, amygdala, and orbitofrontal cortex. Given a conditioned stimulus (CS), the model amygdala and lateral hypothalamus interact to calculate the expected current value of the subjective outcome that the CS predicts, constrained by the current state of deprivation or satiation. The amygdala relays the expected value information to orbitofrontal cells that receive inputs from anterior inferotemporal cells, and medial orbitofrontal cells that receive inputs from rhinal cortex. The activations of these orbitofrontal cells code the subjective values of objects. These values guide behavioral choices. The model basal ganglia detect errors in CS-specific predictions of the value and timing of rewards. Excitatory inputs from the pedunculopontine nucleus interact with timed inhibitory inputs from model striosomes in the ventral striatum to regulate dopamine burst and dip responses from cells in the substantia nigra pars compacta and ventral tegmental area. Learning in cortical and striatal regions is strongly modulated by dopamine. The model is used to address tasks that examine food-specific satiety, Pavlovian conditioning, reinforcer devaluation, and simultaneous visual discrimination. Model simulations successfully reproduce discharge dynamics of known cell types, including signals that predict saccadic reaction times and CS-dependent changes in systolic blood pressure.

The role of the dopaminergic neurotrophin growth/differentiation factor-5 in the developing rat ventral midbrain

Growth differentiation factor-5 (GDF-5) is a member of the transforming growth factor-β superfamily, a family of proteins that play diverse roles in many aspects of cell growth, proliferation and differentiation. GDF-5 has also been shown to be a trophic factor for embryonic midbrain dopaminergic neurons in vitro (Krieglstein et al. 1995) and after transplantation to adult rats in vivo (Sullivan et al. 1998). GDF-5 has also been shown to have neuroprotective and neurorestorative effects on adult dopaminergic neurons in the substantia nigra in animal models of Parkinson’s disease (Sullivan et al. 1997, 1999; Hurley et al. 2004). This experimental evidence has lead to GDF-5 being proposed as a neurotrophic factor with potential for use in the treatment of Parkinson’s disease. However, it is not know if GDF-5 is expressed in the brain and whether it plays a role in dopaminergic neuron development. The experiments presented here aim to address these questions. To that end this thesis is divided into five separate studies each addressing a particular question associated with GDF-5 and its expression patterns and roles during the development of the rat midbrain. Expression of the GDF-5 in the developing rat ventral mesencephalon (VM) was found to begin at E12 and peak on E14, the day that dopaminergic neurons undergo terminal differentiation. In the adult rat, GDF-5 was found to be restricted to heart and brain, being expressed in many areas of the brain, including striatum and midbrain. This indicated a role for GDF-5 in the development and maintenance of dopaminergic neurons. The appropriate receptors for GDF-5 (BMPR-II and BMPR-Ib) were found to be expressed at high levels in the rat VM at E14 and BMPR-II expression was demonstrated on dopaminergic neurons in the E13 mouse VM. GDF-5 resulted in a three-fold increase in the numbers of dopaminergic neurons in cultures of E14 rat VM, without affecting the numbers of neurones or total cells. GDF-5 was found to increase the proportion of neurons that were dopaminergic. The numbers of Nurr1-positive cells were not affected by GDF-5 treatment, but GDF-5 did increase the numbers of Nurr1- positive cells that expressed tyrosine hydroxylase (TH). Taken together this data indicated that GDF-5 increases the conversion of Nurr1-positive, TH-negative cells to Nurr1-positive, TH-positive cells. In GDF-5 treated cultures, total neurite length, neurite arborisation and somal area of dopaminergic were all significantly increased compared to control cultures. Thus this study showed that GDF-5 increased the numbers and morphological differentiation of VM dopaminergic neurones in vitro. In order to examine if GDF-5 could induce a dopaminergic phenotype in neural progenitor cells, neurosphere cultures prepared from embryonic rat VM were established. The effect of the gestational age of the donor VM on the proportion of cell types generated from neurospheres from E12, E13 and E14 VM was examined. Dopaminergic neurons could only be generated from neurospheres which were prepared from E12 VM. Thus in subsequent studies the effect of GDF-5 on dopaminergic induction was examined in progentior cell cultures prepared from the E12 rat VM. In primary cultures of E12 rat VM, GDF-5 increased the numbers of TH-positive cells without affecting the proliferation or survival of these cells. In cultures of expanded neural progenitor cells from the E12 rat VM, GDF-5 increased the expression of Nurr1 and TH, an action that was dependent on signalling through the BMPR-Ib receptor. Taken together, these experiments provide evidence that GDF-5 is expressed in the developing rat VM, is involved in both the induction of a dopaminergic phenotype in cells of the VM and in the subsequent morphological development of these dopaminergic neurons

The role of mitogen activated protein kinase phosphatase-1 in neurotoxic and inflammatory-induced changes in the development of midbrain dopaminergic neurons: relevance to Parkinson’s disease

Parkinson’s disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder characterised by the loss of midbrain dopaminergic neurons from the substantia nigra pars compacta(SNpc), which results in motor, cognitive and psychiatric symptoms. Evidence supports a role for the mitogen-activated protein kinase p38 in the demise of dopaminergic neurons, while mitogen-activated protein kinase phosphatase-1 (MKP-1), which negatively regulates p38 activity, has not yet been investigated in this context. Inflammation may also be associated with the neuropathology of PD due to evidence of increased levels of proinflammatory cytokines such as interleukin-1β (IL-1β) within the SNpc. Because of the specific loss of dopaminergic neurons in a discreet region of the brain, PD is considered a suitable candidate for cell replacement therapy but challenges remain to optimise dopaminergic cell survival and morphological development. The present thesis examined the role of MKP-1 in neurotoxic and inflammatory-induced changes in the development of midbrain dopaminergic neurons. We show that MKP-1 is expressed in dopaminergic neurons cultured from embryonic day (E) 14 rat ventral mesencephalon (VM). Inhibition of dopaminergic neurite growth induced by treatment of rat VM neurons with the dopaminergic neurotoxin 6- hydroxydopamine (6-OHDA) is mediated by p38, and is concomitant with a significant and selective decrease in MKP-1 expression in these neurons. Dopaminergic neurons transfected to overexpress MKP-1 displayed a more complex morphology and contributed to neuroprotection against the effects of 6-OHDA. Therefore, MKP-1 expression can promote the growth and elaboration of dopaminergic neuronal processes and can help protect them from the neurotoxic effects of 6-OHDA. Neural precursor cells (NPCs) have emerged as promising alternative candidates to fetal VM for cell replacement strategies in PD. Here we show that phosphorylated (and thus activated) p38 and MKP-1 are expressed at basal levels in untreated E14 rat VM NPCs (nestin, DCX, GFAP and DAT-positive cells) following proliferation as well as in their differentiated progeny (DCX, DAT, GFAP and βIII-tubulin) in vitro. Challenge with 6-OHDA or IL-1β changed the expression of endogenous phospho-p38 and MKP-1 in these cells in a time-dependent manner, and so the dynamic balance in expression may mediate the detrimental effects of neurotoxicity and inflammation in proliferating and differentiating NPCs. We demonstrate that there was an up-regulation in MKP-1 mRNA expression in adult rat midbrain tissue 4 days post lesion in two rat models of PD; the 6-OHDA medial forebrain bundle (MFB) model and the four-site 6-OHDA striatal lesion model. This was concomitant with a decrease in tyrosine hydroxylase (TH) mRNA expression at 4 and 10 days post-lesion in the MFB model and 10 and 28 days post-lesion in the striatal lesion model. There was no change in mRNA expression of the pro-apoptotic gene, bax and the anti-apoptotic gene, bcl-2 in the midbrain and striatum. These data suggest that the early and transient upregulation of MKP-1 mRNA in the midbrain at 4 days post-6-OHDA administration may be indicative of an attempt by dopaminergic neurons in the midbrain to protect against the neurotoxic effects of 6-OHDA at later time points. Collectively, these findings show that MKP-1 is expressed by developing and adult dopaminergic neurons in the midbrain, and can promote their morphological development. MKP-1 also exerts neuroprotective effects against dopaminergic neurotoxins in vitro, and its expression in dopaminergic neurons can be modulated by inflammatory and neurotoxic insults both in vitro and in vivo. Thus, these data contribute to the information needed to develop therapeutic strategies for protecting midbrain dopaminergic neurons in the context of PD.

Péptidos para a detecção de agregados de alfa-sinucleína

Tese de mestrado, Química Farmacêutica e Terapêutica, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2013

The role of alpha-synuclein phosphorylation in synucleinopathies

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Neurociências), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

Utilidade dos exames de ressonância magnética no diagnóstico da doença de Parkinson : revisão sistemática e meta análise

Tese de mestrado, Neurociências, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Sex-specific disruption of murine midbrain astrocytic and dopaminergic developmental trajectories following antenatal GC treatment

The mammalian midbrain dopaminergic systems arising in the substantia nigra pars compacta (SNc) and ventral tegmental area (VTA) are critical for coping behaviours and are implicated in neuropsychiatric disorders where early life challenges comprise significant risk factors. Here, we aimed to advance our hypothesis that glucocorticoids (GCs), recognised key players in neurobiological programming, target development within these systems, with a novel focus on the astrocytic population. Mice received antenatal GC treatment (AGT) by including the synthetic GC, dexamethasone, in the mothers' drinking water on gestational days 16-19; controls received normal drinking water. Analyses of regional shapes and volumes of the adult SNc and VTA demonstrated that AGT induced long-term, dose-dependent, structural changes that were accompanied by profound effects on astrocytes (doubling/tripling of numbers and/or density). Additionally, AGT induced long-term changes in the population size and distribution of SNc/VTA dopaminergic neurons, confirming and extending our previous observations made in rats. Furthermore, glial/neuronal structural remodelling was sexually dimorphic and depended on the AGT dose and sub-region of the SNc/VTA. Investigations within the neonatal brain revealed that these long-term organisational effects of AGT depend, at least in part, on targeting perinatal processes that determine astrocyte density and programmed cell death in dopaminergic neurons. Collectively, our characterisation of enduring, AGT-induced, sex-specific cytoarchitectural disturbances suggests novel mechanistic links for the strong association between early environmental challenge (inappropriate exposure to excess GCs) and vulnerability to developing aberrant behaviours in later life, with translational implications for dopamine-associated disorders (such as schizophrenia, ADHD, autism, depression), which typically show a sex bias

Modulation de l’expression du transporteur vésiculaire du glutamate : implication dans la plasticité des neurones dopaminergiques

De nombreuses études ont établi que la majorité des neurones libèrent plus qu’une substance chimique. Il est bien connu que les neurones peuvent co-exprimer et co-libérer des neuropeptides en plus de leur neurotransmetteur, mais des évidences de la co-libération de deux petits neurotransmetteurs à action rapide se sont accumulées récemment. Des enregistrements électrophysiologiques ont aussi montré que des neurones sérotoninergiques et dopaminergiques isolés peuvent libérer du glutamate quand ils sont placés en culture. De plus, la présence de glutamate et de glutaminase a été détectée dans des neurones sérotoninergiques, dopaminergiques et noradrénergiques par immunomarquage sur des tranches de cerveau. Malheureusement, en considérant le rôle métabolique du glutamate, sa détection immunologique n’est pas suffisante pour assurer le phénotype glutamatergique d’un neurone. Récemment, la découverte de trois transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUT1-3) a grandement facilité l’identification des neurones glutamatergiques. Ces transporteurs sont nécessaires pour la libération de glutamate et constituent les premiers marqueurs morphologiques du phénotype glutamatergique. Il a été démontré que des neurones noradrénergiques expriment VGLUT2 et que des neurones sérotoninergiques expriment VGLUT3. Mais aucune évidence d’expression d’un des sous-types de VGLUT n’a été reportée pour les neurones dopaminergiques. Le but de notre travail était d’identifier quel sous-type de VGLUT est exprimé par les neurones dopaminergiques mésencéphaliques, et de déterminer si le phénotype glutamatergique de ces neurones peut être modulé dans des conditions particulières. Premièrement, nous avons utilisé des microcultures pour isoler les neurones dopaminergiques et des doubles marquages immunocytochimiques pour observer l’expression de VGLUT dans les neurones positifs pour la tyrosine hydroxylase (TH). Nous avons montré que la majorité (80%) des neurones TH+ isolés exprime spécifiquement VGLUT2. Cette expression est précoce au cours du développement in vitro et limitée aux projections axonales des neurones dopaminergiques. Toutefois, cette forte expression in vitro contraste avec la non-détection de ce transporteur dans les rats adultes in vivo. Nous avons décidé ensuite de regarder si l’expression de VGLUT2 pouvait être régulée pendant le développement cérébral de jeunes rats et sous des conditions traumatiques, par double hybridation in situ. Entre 14 et 16 jours embryonnaires, les marquages de VGLUT2 et de TH montraient une superposition significative qui n’était pas retrouvée à des stades ultérieurs. Dans le mésencéphale de jeunes rats postnataux, nous avons détecté l’ARNm de VGLUT2 dans environs 1-2% des neurones exprimant l’ARNm de TH dans la substance noire et l’aire tegmentaire ventrale (ATV). Pour explorer la régulation de l’expression de VGLUT2 dans des conditions traumatiques, nous avons utilisé la 6-hydroxydopamine (6-OHDA) pour léser les neurones dopaminergiques dans les jeunes rats. Dix jours après la chirurgie, nous avons trouvé que 27% des neurones dopaminergiques survivants dans l’ATV exprimaient l’ARNm de VGLUT2 dans les rats 6-OHDA. Finalement, nous avons observé la colocalisation de la protéine VGLUT2 dans les terminaisons TH positives par microscopie électronique. Dans les rats normaux, la protéine VGLUT2 est retrouvée dans 28% des terminaisons axonales TH dans le noyau accumbens. Dans les rats lésés à la 6-OHDA, nous avons observé une diminution considérable des terminaisons TH positives, et une augmentation dans la proportion (37%) des terminaisons dopaminergiques présentant du VGLUT2. Nos résultats suggèrent que le phénotype glutamatergique des neurones dopaminergiques est régulé au cours du développement, peut être réactivé dans des états pathologiques, et que ces neurones peuvent libérer du glutamate dans conditions spécifiques.

Données nouvelles sur l’innervation à dopamine du striatum et son co-phénotype glutamatergique

Une sous-population des neurones à dopamine (DA) du mésencéphale ventral du rat et de la souris étant connue pour exprimer l'ARN messager du transporteur vésiculaire 2 du glutamate (VGLUT2), nous avons eu recours à l'immunocytochimie en microscopie électronique, après simple ou double marquage de l'enzyme de synthèse tyrosine hydroxylase (TH) et de VGLUT2, pour déterminer la présence de l'une et/ou l'autre protéine dans les terminaisons (varicosités) axonales de ces neurones et caractériser leur morphologie ultrastructurale dans diverses conditions expérimentales. Dans un premier temps, des rats jeunes (P15) ou adultes (P90), ainsi que des rats des deux âges soumis à l'administration intraventriculaire cérébrale de la cytotoxine 6-hydroxydopamine (6-OHDA) dans les jours suivant la naissance, ont été examinés, afin d'étayer l'hypothèse d'un rôle de VGLUT2 au sein des neurones DA, au cours du développement normal ou pathologique de ces neurones. Chez le jeune rat, ces études ont montré: i) la présence de VGLUT2 dans une fraction importante des varicosités axonales TH immunoréactives du coeur du noyau accumbens ainsi que du néostriatum; ii) une augmentation de la proportion de ces terminaisons doublement marquées dans le noyau accumbens par suite de la lésion 6-OHDA néonatale; iii) le double marquage fréquent des varicosités axonales appartenant à l'innervation DA aberrante (néoinnervation), qui se développe dans la substance noire, par suite de la lésion 6-OHDA néonatale. Des différences significatives ont aussi été notées quant à la dimension des terminaisons axonales marquées pour la TH seulement, VGLUT2 seulement ou TH et VGLUT2. Enfin, à cet âge (P15), toutes les terminaisons doublement marquées sont apparues dotées d'une spécialisation membranaire synaptique, contrairement aux terminaisons marquées pour la TH ou pour VGLUT2 seulement. Dans un deuxième temps, nous avons voulu déterminer le devenir du double phénotype chez le rat adulte (P90) soumis ou non à la lésion 6-OHDA néonatale. Contrairement aux observations recueillies chez le jeune rat, nous avons alors constaté: i) l'absence complète de terminaisons doublement marquées dans le coeur du noyau accumbens et le néostriatum d'animaux intacts, de même que dans les restes de la substance noire des animaux 6-OHDA lésés; ii) une très forte baisse de leurnombre dans le coeur du noyau accumbens des animaux 6-OHDA lésés. Ces observations, suggérant une régression du double phénotype TH/VGLUT2 avec l'âge, sont venues renforcer l'hypothèse d'un rôle particulier d'une co-libération de glutamate par les neurones mésencéphaliques DA au cours du développement. Dans ces conditions, il est apparu des plus intéressants d'examiner l'innervation DA méso-striatale chez deux lignées de souris dont le gène Vglut2 avait été sélectivement invalidé dans les neurones DA du cerveau, ainsi que leurs témoins et des souris sauvages. D'autant que malgré l'utilisation croissante de la souris en neurobiologie, cette innervation DA n'avait jamais fait l'objet d’une caractérisation systématique en microscopie électronique. En raison de possibles différences entre le coeur et la coque du noyau accumbens, l'étude a donc porté sur les deux parties de ce noyau ainsi que le néostriatum et des souris jeunes (P15) et adultes (P70-90) de chaque lignée, préparées pour l'immunocytochimie de la TH, mais aussi pour le double marquage TH et VGLUT2, selon le protocole précédemment utilisé chez le rat. Les résultats ont surpris. Aux deux âges et quel que soit le génotype, les terminaisons axonales TH immunoréactives des trois régions sont apparues comparables quant à leur taille, leur contenu vésiculaire, le pourcentage contenant une mitochondrie et une très faible incidence synaptique (5% des varicosités, en moyenne). Ainsi, chez la souris, la régression du double phénotype pourrait être encore plus précoce que chez le rat, à moins que les deux protéines ne soient très tôt ségréguées dans des varicosités axonales distinctes des mêmes neurones DA. Ces données renforcent aussi l’hypothèse d’une transmission diffuse (volumique) et d’un niveau ambiant de DA comme élément déterminant du fonctionnement du système mésostriatal DA chez la souris comme chez le rat.

Étude du système dopaminergique pré- et postsynaptique : régulation de l'autorécepteur D2 par la neurotensine et formation des synapses excitatrices dans le striatum

La dopamine (DA) est un neurotransmetteur impliqué dans la modulation de fonctions essentielles du cerveau telles que le contrôle des mouvements volontaires, le système de récompense et certains aspects de la cognition. Depuis sa découverte, la DA a attiré énormément d'attention scientifique en partie à cause des pathologies majeures associées aux dysfonctions du système DAergique, comme la maladie de Parkinson, la schizophrénie et la toxicomanie. On retrouve la majorité des neurones qui synthétisent la DA au niveau du mésencéphale ventral, dans les noyaux de la substance noire compacte (SNc) et de l'aire tegmentaire ventrale (ATV). Ces neurones projettent leurs axones dans un très dense réseau de fibres qui s'organisent en trois voies DAergiques classiques: la voie nigrostriée, la voie mésolimbique et la voie mésocorticale. La transmission DAergique s'effectue par l'activation de récepteurs de la DA qui font partie de la grande famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs). Les récepteurs de la DA sont abondamment exprimés aussi bien par les neurones DAergiques que par les neurones des régions cibles, ce qui implique que la compréhension de la signalisation et des fonctions particulières des récepteurs de la DA pré- et postsynaptiques représente un enjeu crucial dans l'étude du système DAergique. Cette thèse de doctorat se sépare donc en deux volets distincts: le premier s'intéresse à la régulation du récepteur D2 présynaptique par la neurotensine (NT), un neuropeptide intimement lié à la modulation du système DAergique; le deuxième s'intéresse au côté postsynaptique du système DAergique, plus particulièrement à la ségrégation de l'expression des récepteurs de la DA dans le striatum et aux fonctions de ces récepteurs dans l'établissement des circuits neuronaux excitateurs prenant place dans cette région. Dans la première partie de cette thèse, nous démontrons que l'activation du récepteur à haute affinité de la NT, le NTR1, provoque une internalisation hétérologue du récepteur D2, avec une amplitude et une cinétique différente selon l'isoforme D2 observé. Cette internalisation hétérologue dépend de la protéine kinase C (PKC), et nous montrons que la surexpression d'un récepteur D2 muté sur des sites de phosphorylation par la PKC ii ainsi que l'inhibition de l'expression de β-arrestine1 par ARNs interférents dans des neurones DAergiques bloquent complètement l'interaction fonctionnelle entre le NTR1 et le D2. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous démontrons d'abord que la ségrégation de l'expression des récepteurs D1 et D2 dans le striatum est déjà bien établie dès le 18e jour embryonnaire, bien qu'elle progresse encore significativement aux jours 0 et 14 postnataux. Nos résultats témoignent aussi d'un maintien complet de cette ségrégation lorsque les neurones striataux sont mis en culture aussi bien en présence ou en absence de neurones corticaux et/ou mésencéphaliques. Ensuite, nous montrons que la présence de neurones mésencéphaliques stimule la formation d’épines et de synapses excitatrices sur les neurones striataux épineux exprimant le récepteur D2 (MSN-D2). Le co-phénotype glutamatergique des neurones dopaminergiques semble nécessaire à une grande partie de cet effet. Par ailleurs, le nombre total de terminaisons excitatrices formées sur les MSN-D2 par les neurones corticaux et mésencéphaliques apparaît être régit par un équilibre dynamique. Finalement, nous démontrons que le blocage de la signalisation des récepteurs D1 et D2 de la DA n'est pas nécessaire pour la formation des synapses excitatrices des MSN-D2, alors que l'antagonisme des récepteurs glutamatergiques ionotropes diminue la densité d'épines dendritiques et contrôle de façon opposée le nombre de terminaisons excitatrices corticales et mésencéphaliques. Globalement, ce travail représente une contribution significative pour une meilleure compréhension du fonctionnement normal du système DAergique. Ces découvertes sont susceptibles d’être utiles pour mieux comprendre les dysfonctions de ce système dans le cadre de pathologies du cerveau comme la maladie de Parkinson.

Étude comparative des projections des neurones dopaminergiques chez deux espèces animales.

Une des voies les plus étudiées dans le contrôle locomoteur est la voie dopaminergique ascendante, vu son importance dans les maladies qui touchent la locomotion, comme la maladie du Parkinson. La substance noire pars compacta (A9; SNc) et l’aire tegmentaire ventrale (A10; VTA) envoient des projections dopaminergiques (DA+) vers les ganglions de la base (GB) qui à leur tour projettent vers la région locomotrice mésencéphalique (RLM), une région de tronc cérébral qui contrôle la locomotion chez les vertébrés. Des terminaisons DA+ au niveau de la RLM ont récemment été découvertes chez le singe. Donc, il semblait intéressant de savoir d’où provenaient ces projections DA+ et si elles étaient maintenues de manière équivalente dans l’évolution des espèces animales. Nous nous sommes donc penchés sur deux espèces animales en particulier, la lamproie et le triton. Dans ce travail, nous avons observé une voie DA+ descendante du tubercule postérieur (PT; homologue à la substance noire pars compacta et à l’aire tegmentaire ventrale chez les mammifères) directement vers la RLM, sans passer par l’intermédiaire des GB. Cette voie DA+ descendante a été observée autant chez la lamproie que chez le triton, à la suite d’injections de marqueurs rétrogrades et de détection immunohistochimique de la tyrosine hydroxylase (TH) ou de la dopamine (DA). La voie DA+ descendante semble donc conservée au cours de l’évolution des espèces vertébrés, bien que l’importance relative de la voie ascendante DA+ semble augmenter au cours de l’évolution.

Développement d'une méthode de quantification des varicosités synaptiques et asynaptiques établies par les neurones dopaminergiques

Les neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire compacte (SNc) et de l’aire tegmentaire ventrale (ATV) développent des contacts de type synaptique et non synaptique. Malgré de nombreux travaux sur la synaptogénèse en général, aucune méthode autre que la microscopie électronique, n’a été développée pour quantifier les varicosités synaptiques et asynaptiques issues des neurones DA. L’objectif principal de ce projet était de développer une méthode d’analyse et de quantification des varicosités synaptiques et asynaptiques des neurones DA. L’hypothèse proposée est qu’il devait être possible de détecter la présence de synapses en visualisant la colocalisation d’une protéine présynaptique telle que synaptotagmine 1 (SYT1) avec un marqueur post-synaptique tel que la postsynaptic density protein 95 (PSD95). Pour ce faire, nous avons préparé des cultures primaires de neurones DA à l’aide d’une lignée de souris transgéniques exprimant la protéine fluorescente verte (GFP) sous le contrôle du promoteur de la tyrosine hydroxyalse (TH). Nous avons ensuite visualisé les terminaisons axonales à l'aide de marquages immunocytochimiques de protéines pré et post-synaptiques. L’analyse quantitative des images a été effectuée avec le logiciel de traitement d’image Image-J. Nos résultats montrent que, via l’association d’un marqueur présynaptique tel que SYT1 avec un marqueur postsynaptique tel que PSD95, seule une minorité des terminaisons établies par les neurones DA sont de type synaptique. En contraste, des neurones glutamatergiques du cortex, établissent une majorité de terminaisons associées à un marqueur postsynaptique. Nos résultats valident donc la mise en place d'une technique d'analyse permettant de quantifier la proportion de terminaisons synaptiques et asynaptiques établies par les neurones DA.