Contrairement à la dopamine (DA), le rôle de la sérotonine (5-HT) dans les maladies neurodegeneratives affectant les ganglions de la base est mal connu. L'objectif de cette étude était donc de caractériser l'état de l'innervation DA et 5-HT du striatum chez des patients ayant souffert de la maladie de Parkinson (MP) ou de la maladie d'Huntington (MH) en comparaison avec des individus contrôles appariés pour l'âge. Des anticorps contre la tyrosine hydroxylase (TH) et le transporteur de la sérotonine (SERT) ont été utilisés comme marqueurs des profils axonaux DA et 5-HT, respectivement La densité et les patrons de l'innervation DA et 5-HT ont été déterminés en examinant des sections coronales du striatum afin de détecter des variations dans la densité optique. Cette approche semi-quantitative a été validée par des estimations stéréologiques de la densité des varicosités axonales marquées. Une diminution significative de l'intensité du marquage TH accompagnée d'une baisse dans la densité des varicosités axonales TH+ a été notée à travers tout le striatum des patients atteints de MP et de MH. À l'opposé, l'intensité du marquage SERT et la densité des varicosités axonales SERT+ étaient augmentés dans le striatum des patients souffrant de MP et de MH. Ces résultats indiquent que la voie dopaminergique nigrostriée est significativement altérée dans la M H, comme dans la MP. Cependant, l'altération présente dans la MH pourrait être secondaire à la perte massive des neurones épineux de taille moyenne, lesquels sont les cibles principales des axones DA. L'augmentation de l'innervation 5-HT striatale observée dans la MP pourrait être due à un mécanisme neuronal compensant pour la dénervation DA. Dans la MH, l'atrophie striatale prononcée pourrait expliquer l'augmentation de la densité de l'innervation 5-HT striatale remarquée dans cette maladie. Les résultats de notre étude suggèrent l'existence d'une interaction complexe entre les systèmes DA et 5-HT au niveau striatal pour assurer un contrôle fiable et adéquat du comportement moteur.

La présente étude a pour but de comparer le rôle possible du striatum et du lobe frontal dans la capacité de rétention à long terme de l'apprentissage implicite d'habiletés cognitive et visuomotrice, et ce, afin de mieux comprendre le substrat anatomique qui sous-tend ce type de mémoire. Pour ce faire, 15 patients parkinsoniens, de même que 11 patients porteurs de lésions frontales circonscrites, jumelés à des groupes contrôles respectifs ont été soumis à une session de rétention, un an environ, après avoir été entraînés à deux tâches d'habiletés cognitive et visuomotrice lors de six sessions d'apprentissage (Doyon & Laforce, soumis pour publication; Doyon & Castonguay, en préparation). La tâche cognitive est tirée d'une version modifiée du test des portes logiques de Carlson, Sullivan & Schneider (1988) tandis que la tâche d'habileté visuomotrice consiste en une version adaptée du test de séquence répétée développé par Nissen et Bullemer (1987). Des tests évaluant la mémoire déclarative pour les mêmes stimuli qui ont été utilisés lors des épreuves d'apprentissage d'habiletés ont aussi été administrés aux sujets afin d'explorer la dissociation possible entre ces deux types de mémoire. De façon générale, les résultats indiquent qu'une détérioration bilatérale du système nigro-strié, mais non pas une lésion du cortex frontal, affecte la capacité de rétention à long terme de l'apprentissage des habiletés cognitive et visuomotrice. Ces données suggèrent, que, contrairement au lobe frontal, le striatum est non seulement nécessaire à l'acquisition d'habiletés avec la pratique, mais il est aussi impliqué dans le processus de rétention à long terme de ce type de mémoire.

Trois expériences ont été effectuées dans le but d'étudier, chez le rat, la contribution du cervelet et du striatum dans l'apprentissage de séquences à l'aide d'une allée droite. À la première expérience, la performance d'un groupe de rats ayant reçu une lésion éléctrolytique au cervelet (comprenant le cortex et les noyaux profonds) a été comparée à celle d'un groupe contrôle, sur la capacité d'apprendre à discriminer une séquence monotone de quantités décroissantes de renforcements (14, 7, 3, 1, et 0), qui étaient présentées au bout de l'allée de course. Aucune différence significative n'a été observée entre les deux groupes expérimentaux dans leur habileté à apprendre la séquence monotone. Dans la deuxième expérience, les mêmes groupes de rats ont ensuite été testés avec une séquence plus complexe (non-monotone) de renforcements (7,7,0,7,et 0). Quoique les rats du groupe expérimental ayant reçu une lésion au cervelet aient pris quelques essais de plus pour apprendre à discriminer la condition la plus difficile (c'est-à-dire la première condition 0), les résultats ont démontré que les deux groupes, contrôles et expérimentaux, ont pu acquérir ce dernier type de séquence. La troisième expérience a été effectuée dans le but d'observer si des lésions au striatum dorsal produisent un déficit dans l'apprentissage d'une séquence non-monotone. Comme dans l'expérience précédente, les données ont montré que les rats du groupe expérimental nécessitaient plus d'essais pour apprendre la condition la plus difficile, mais qu'ils pouvaient néanmoins apprendre partiellement la séquence non- monotone. Ensemble, ces résultats suggèrent que le cervelet et le striatum ne sont pas essentiels au développement d'une "représentation mentale" d'une séquence d'éléments.

Les ganglions de la base forment un réseau neuronal mettant en jeu une circuiterie complexe et jouant un rôle essentiel dans la régulation des fonctions motrices, dans différentes formes d'apprentissage sensorimoteur, ainsi que dans les processus motivationnels. Cette régulation met en jeu une boucle cortico-striato-thalamo-corticale dans laquelle le striatum tient une position centrale en étant la principale structure d’entrée de ce réseau. Il joue le rôle de filtre en intégrant et traitant l’ensemble des informations qui y parviennent. Ce réseau neuronal complexe peut être altéré par différentes pathologies humaines (maladie de Parkinson, schizophrénie, chorée de Huntington, addiction aux drogues, …) qui résultent d’une perturbation ou d’une lésion au niveau d’une ou plusieurs structures composant le système des ganglions de la base.<p>Le striatum, premier relais du système des ganglions de la base, reçoit deux afférences principales :les voies dopaminergique nigro-striatale et glutamatergique cortico-striatale. En plus de ces deux afférences majeures, l’adénosine, par son action sur ses récepteurs, joue de nombreux rôles de régulation dans ce système. Ainsi, l’activité neuronale des neurones épineux moyens du striatum est modulée par les récepteurs de la dopamine qui sont en étroites interactions avec les récepteurs de l’adénosine. Bien que la signalisation de la dopamine et de l’adénosine ait été l’objet de nombreuses attentions, les mécanismes impliqués dans la régulation, par les récepteurs D2 de la dopamine et A2A de l’adénosine, dans le contrôle du potentiel membranaire et de l’excitabilité intrinsèque des neurones épineux moyens du striatum et leurs conséquences sur cette excitabilité en cas de déplétion en dopamine (mimant la maladie de Parkinson) restent encore très méconnues.<p>Dans ce travail de thèse, nous avons donc tenté d’élucider les mécanismes de régulation des récepteurs D2 et A2A et leurs interactions dans la modulation de la transition du potentiel membranaire et de l’excitabilité intrinsèque des neurones striataux, ainsi que les conséquences d’une déplétion en dopamine sur cette excitabilité neuronale. <p><p>Dans le premier travail de thèse, sur un modèle in vitro de transition du potentiel membranaire et par l’utilisation de peptides compétitifs, nous avons montré que les récepteurs D2 et A2A régulent le plateau de dépolarisation du potentiel membranaire induit par le NMDA via un mécanisme d’interaction protéine-protéine intramembranaire. En effet, l’activation du récepteur D2 supprime la transition entre un potentiel membranaire hyperpolarisé, le « down-state » et un plateau de dépolarisation du potentiel membranaire, le « up-state » par la régulation de l’activité du canal calcique Cav1.3a interagissant avec la protéine d’ancrage Shank. L’activation du récepteur A2A per se n’a pas d’effet, mais il réverse totalement la modulation de la transition du potentiel membranaire par le récepteur D2 selon un mécanisme dans lequel l’hétéromérisation des récepteurs A2A-D2 est strictement nécessaire, démontrant ainsi un intérêt physiologique direct de ces hétéromères. Nos travaux démontrent que la transition du potentiel membranaire et la fréquence de décharge des potentiels d’action des neurones striataux sont étroitement contrôlées par les récepteurs D2 et A2A via des interactions spécifiques protéine-protéine impliquant une hétéromérisation des récepteurs A2A-D2.<p><p>Dans la seconde étude présentée dans cette thèse, nous avons mis en évidence une régulation antagoniste de l’excitabilité intrinsèque des neurones épineux moyens du striatum par les récepteurs D2 et A2A via des mécanismes impliquant la modulation d’une conductance potassique de type A (IA). Par ailleurs, nous avons montré qu’une déplétion en dopamine conduit à une augmentation de l’excitabilité intrinsèque de ces neurones via une diminution d’une conductance IA. Malgré une forte diminution des afférences synaptiques excitatrices déterminées par une diminution de la densité des épines dendritiques et une augmentation du courant minimal nécessaire pour induire un premier EPSP, l’augmentation de l’excitabilité intrinsèque induite par la déplétion en dopamine résulte en un renforcement de la réponse des synapses restantes, permettant aux neurones striataux de répondre à une stimulation en provenance des afférences excitatrices de manière similaire voire même, plus efficace que dans les conditions contrôles. De plus, cette augmentation de l’excitabilité intrinsèque via la régulation d’une conductance IA représente une forme de plasticité homéostatique permettant au neurone de compenser une perturbation de l’activité neuronale ou de la transmission synaptique et donc d’assurer une stabilité de son patron de décharge des potentiels d’action. Ces données montrent la capacité de cette homéostasie à maintenir la fréquence de décharge des neurones striataux dans une gamme fonctionnelle, et ce dans des conditions pathologiques, permettant de stabiliser l’activité neuronale dans un réseau altéré.<p><p><p>En conclusion, l’ensemble de ce travail de thèse a permis de mettre en évidence une interaction fonctionnelle des récepteurs D2 de la dopamine et A2A de l’adénosine dans la régulation du contrôle de l’excitabilité des neurones épineux moyens du striatum. Il a également permis d’établir l’existence d’un mécanisme de plasticité homéostasique intervenant dans ce système neuronal altéré, afin de maintenir une activité électrique fonctionnelle des neurones striataux.<p> / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished