Mécanismes de la libération de dopamine dans le cerveau de souris

Abstract

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.