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. / Dopamine (DA) is a neurotransmitter involved in the modulation of essential brain
functions such as control of voluntary movements, the reward system and certain aspects of
cognition. Since its discovery, DA has attracted a lot of attention, in part because of the
severe pathologies associated with dysfunctions in the DAergic system such as Parkinson's
disease, schizophrenia and substance abuse. In the brain, the majority of DAergic neurons
are found in the substantia nigra pars compacta (SNc) and the ventral tegmental area
(VTA), two nuclei of the ventral mesencephalon. These neurons project theirs axons in a
dense network of DAergic fibers that form three major pathways: the nigrostriatal,
mesolimbic and mesocortical pathways.
DAergic transmission is accomplished by the activation of DAergic receptors that
are part of the G protein-coupled receptor family. These receptors are abundantly expressed
by DAergic target neurons and DAergic neurons themselves, which implicates that the
comprehension of DAergic signaling and specific receptor function pre- and
postsynaptically is a crucial aspect in the study of DA. This thesis is thus divided into two
distinct parts: the first part addresses the regulation of presynaptic D2 receptor function by
neurotensin, a neuropeptide intimately associated with the modulation of the DAergic
system; the second part addresses the postsynaptic influences of DA, looking specifically at
the segregation of DAergic receptor expression in the developing striatum and the function
of these receptors in the establishment of neuronal excitatory connections in this region.
In the first part of this thesis, we demonstrate that the activation of the high affinity
neurotensin receptor, NTR1, induces heterologous D2 receptor internalization, with some
particular differences in the amplitude and kinetics between the two D2 isoforms. This
internalization is dependent on protein kinase C activity (PKC), and we demonstrate that
overexpression of a D2 receptor with mutations on PKC phosphorylation sites and the
knockdown of β-arrestin1 by interfering RNAs in cultured DAergic neurons completely
abrogates the functional interaction between the NTR1 and the D2.
iv
In the second part of this thesis, we first demonstrate that D1 and D2 DAergic
receptor segregation is already well established in the striatum by embryonic day 18, even
if it still progresses significantly through postnatal days 0 and 14. Our results also show
complete maintenance of this segregation in cultured MSNs either with or without cortical
and/or mesencephalic neurons. Next, we demonstrate that the presence of mesencephalic
neurons stimulates excitatory synapse formation on D2-expressing striatal medium spiny
neurons (D2-MSNs). The conditional genetic deletion of the glutamatergic co-phenotype of
DA neurons prevents much of this effect, and thus glutamate corelease by DA neurons
seems to play an important role in excitatory synapse formation in the striatum. We also
find that the establishment of excitatory terminals by cortical and mesencephalic neurons is
regulated by a dynamic equilibrium. Finally, we show that chronic DA receptor blockade is
not required for D2-MSN synaptogenesis, but chronic glutamatergic receptor blockade
decreases dendritic spine formation and regulates cortical and mesencephalic glutamatergic
synapses in an opposite manner. Globally, this work represents a significant contribution to
a better understanding of the normal functioning of the DAergic system. These discoveries
could prove useful to better understand the dysfunctions of this system in the context of
brain pathologies such as Parkinson’s disease.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/9722 |
| Date | 08 1900 |
| Creators | Thibault, Dominic |
| Contributors | Trudeau, Louis-Éric |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse ou Mémoire numérique / Electronic Thesis or Dissertation |
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