Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les neurones dopaminergiques (DA) du mésencéphale jouent un rôle clé dans le contrôle moteur, les comportements motivés et la cognition. Les neurones dopaminergiques peuvent libérer la DA non seulement à partir de leurs terminaisons axonales, mais également à partir de leur compartiment somatodendritique (STD). Une partie de cette libération dépend de l’activité électrique des neurones (libération phasique de DA), de l’influx de calcium et de l’activation de senseurs calciques, tandis que d’autres formes de libération impliquent l’activation locale d’afférences synaptiques en provenance d’autres neurones ou survient de manière spontanée. Les mécanismes et rôles physiologiques de ces différentes formes de libération sont encore méconnus. Dans cette thèse, je me suis intéressé spécifiquement à la libération phasique de dopamine et au rôle joué par les senseurs calciques régulateurs de l’exocytose de la famille des synaptotagmines (Syts). En utilisant des modèles in vivo de souris knock-out de certaines isoformes de cette famille, j’ai ainsi démontré que Syt1 est la principale isoforme impliquée dans la libération phasique de dopamine au niveau des terminaisons axonales, tandis que les isoformes Syt4 et Syt7 jouent un rôle plus spécifique dans la libération au niveau du soma et des dendrites. La souris Syt1 cKODA a par ailleurs révélé l’exceptionnelle résilience de certaines fonctions dopamino-dépendantes, notamment dans le contrôle de la locomotion spontanée et induites par des drogues, qui sont surprenamment conservées dans un contexte de quasi-abolition de la libération phasique de DA. Des adaptations importantes du système DA ont été observées chez les souris Syt1 cKO et sont comparables à celles observées dans les stages précoces de la maladie de Parkinson. Ces travaux apportent ainsi un nouvel éclairage sur pourquoi une perte drastique de l’innervation dopaminergique est requise pour aboutir aux symptômes moteurs typiques de cette maladie. Ils apportent également de nouvelles perspectives et modèles à l’étude des mécanismes et fonctions de la libération tonique (spontanée) de DA dans le cerveau. / Dopaminergic (DA) neurons in the midbrain play a key role in motor control, motivated behaviors and cognition. Dopaminergic neurons can release DA not only from axon terminals, but also from their somatodendritic compartment (STD). Part of this release depends on electrical activity (phasic release of DA), calcium influx and activation of calcium sensors, while other forms of release involve local activation of synaptic inputs from other neurons or occurs spontaneously. The mechanisms and physiological roles of these different forms of release are still poorly understood. In this thesis, I focused on the phasic release of DA and the role played by calcium sensors from the synaptotagmin (Syt) family regulating exocytosis. By using in vivo knockout mouse models of isoforms from this family, I demonstrated that Syt1 is the main calcium sensor involved in phasic DA release at axonal endings, while the Syt4 and Syt7 isoforms play a more specific role in the release at the level of the soma and dendrites. Syt1 cKODA model also revealed the exceptional resilience of certain DA-dependent functions such as spontaneous and drug-induced locomotion, which are surprisingly preserved in a context of a near abolition of phasic DA release. Important adaptations in the DA system were observed in Syt1 cKO mice and are comparable to those seen at early stages of Parkinson's disease. This work thus sheds new light on why a drastic loss of dopaminergic innervation is required to lead to the motor symptoms typical of this disease. They also bring new perspectives and models to the study of the mechanisms and functions of tonic (spontaneous) DA release in the brain.

Les neurones dopaminergiques (DAergiques) libèrent non seulement de la DA à partir de leurs terminaisons axonales, mais également dans le mésencéphale au niveau de la substance noire (SN) et l’aire tegmentaire ventrale (ATV). À cet endroit, un mécanisme de libération somatodendritique (STD) de DA a été proposé et impliquerait des senseurs calciques différents de ceux retrouvés du côté axonal. Au niveau axonal, la synaptotagmine 1 (Syt1) est une protéine essentielle à la libération rapide de DA. Toutefois, des études de notre laboratoire sur des knockout conditionnels (cKO) de Syt1 dans les neurones DA démontrent une diminution substantielle de la libération de DA au niveau axonal, mais aussi dans le mésencéphale. Une première hypothèse expliquant cette diminution dans le mésencéphale serait que Syt1 est impliquée dans la libération STD. Cependant, nous observons par microscopie à super-résolution que Syt1 ne se retrouve pas dans le compartiment STD des neurones DAergiques. Une autre possibilité serait la présence de collatérales axonales DAergiques dans le mésencéphale. Par imagerie confocale et électronique, nous observons que le mésencéphale contient plusieurs varicosités axonales asynaptiques et quelques varicosités axonales synaptiques. Enfin, nous avons évalué la plasticité des collatérales axonales DAergiques dans un modèle de lésion partielle des neurones DAergiques induite par la 6-OHDA. Malgré la perte de plus de 40% des neurones DA, la libération de DA dans la SN persiste 14 jours après lésion et s’accompagne d’une augmentation de l’expression axonale de Syt1, suggérant qu’un mécanisme de compensation axonale contribue à la résilience de la libération de DA. / Dopaminergic (DA) neurons not only exhibit a classic vesicular release from their axons in the striatum, but they also release DA in the midbrain in the substantia nigra (SN) and ventral tegmental area (VTA). In this region, somatodendritic (STD) release occurs and it requires different calcium sensors than those found in the axons. Of interest, synaptotagmin 1 (Syt1) has been shown to be implicated in fast DA release in the axons. However, recent research in our lab shows that in mice with conditional knockout (cKO) of Syt1 in DA neurons, there is a substantial decrease of DA release not only in the striatum, but also in the midbrain. Our first hypothesis is that Syt1 is directly involved in STD release. With super-resolution microscopy, we concluded that Syt1 is not localized in the STD compartment of DA neurons. This brings us to our second hypothesis, where local DA axon collaterals contribute to DA release in the midbrain. Through confocal and electron microscopy, we observed that the midbrain contains asynaptic varicosities as well as local DA synapses. In light of these results, we explored the contribution of axonal release to the resilience of SN DA release in a partial 6-OHDA lesion model. We observed that, following a loss of more than 40% of DA neurons, DA release in the SNc persists 14 days after lesion and that this is accompanied by an increase in Syt1 expression in DA axons which suggest that local axonal release is increased to compensate for DA loss.