11 sept. 2006
Deux nouveaux rapports cette semaine montrent ce qui peut se passer lorsque les neurotransmetteurs sont déréglés, avec des ramifications pour la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson.
Tout d’abord, un article paru dans le Neuron du 7 septembre décrit un nouveau modèle de souris présentant un dysfonctionnement cholinergique, avec des problèmes de mémoire et d’apprentissage intrigants qui rappellent la maladie d’Alzheimer. Le rapport de Marc Caron de l’Université Duke à Durham, en Caroline du Nord, de Marco Prado de l’Universidade Federal de Minas Gerais, à Belo Horizonte, au Brésil, et de ses collègues, montre que les souris présentant une expression réduite du transporteur vésiculaire d’acétylcholine (VAChT) ont un tonus cholinergique modérément réduit dans le SNC. Sur le plan comportemental, les animaux présentent des défauts notables dans la reconnaissance des objets et des animaux familiers, similaires aux problèmes cognitifs observés dans la maladie d’Alzheimer. La déficience de la mémoire sociale a été inversée en traitant les souris avec des inhibiteurs de la cholinestérase, la même stratégie utilisée pour traiter les symptômes cognitifs de la maladie d’Alzheimer. Outre la démonstration d’un rôle important de VAChT dans le maintien d’un renouvellement normal de l’acétylcholine, ces souris constituent un modèle utile pour étudier de nouveaux traitements du dysfonctionnement cholinergique de la MA et d’autres maladies.
Un deuxième rapport publié dans le Journal of Neuroscience du 6 septembre montre que l’α-synucléine, qui peut causer la maladie de Parkinson héréditaire lorsqu’elle est mutée ou surexprimée, augmente la dopamine cytosolique dans les neurones, ce qui ajoute du soutien à l’idée que c’est la dopamine elle-même qui cause le plus de dommages dans la maladie de Parkinson (voir l’actualité liée à l’ARF).
Dans le premier rapport, les chercheurs ont appliqué une stratégie de knockdown pour comprendre le rôle de VAChT dans la neurotransmission de l’acétylcholine. VAChT est nécessaire pour remplir les vésicules de stockage avec de l’ACh pour la libération aux synapses, et le premier auteur Vania Prado et ses collègues ont raisonné que l’assommer complètement serait mortel. Au lieu de cela, ils ont créé un allèle de knockdown en perturbant la région 5′ non traduite du gène, ce qui a entraîné une réduction partielle des niveaux d’ARNm de la VAChT. Le résultat chez les souris hétérozygotes était une réduction d’environ 40 % de la protéine VAChT ; les homozygotes présentaient une diminution de 65 %.
Les animaux étaient viables, mais ils présentaient une libération d’ACh plus faible aux jonctions neuromusculaires, ce qui a été attribué à une diminution du contenu vésiculaire de l’ACh. Les ramifications étaient graves chez les homozygotes : ils présentaient des déficiences significatives de la force musculaire, une incapacité à naviguer dans le rotorod et une très faible endurance physique sur un tapis roulant. En revanche, les hétérozygotes ont mis plus de temps que les souris normales à apprendre le rotorod, mais ont finalement atteint le même niveau de compétence que leurs congénères de type sauvage. Apparemment, les souris toléraient une diminution modérée de la VAChT au niveau des jonctions neuromusculaires sans problèmes moteurs, mais en dessous d’un certain seuil, la déficience était handicapante.
Les problèmes musculaires des homozygotes ont empêché qu’ils soient testés pour des problèmes de comportement, mais les souris hétérozygotes ont permis d’étudier la contribution de l’acétylcholine du système nerveux central à des comportements complexes. Pour ce faire, les chercheurs ont d’abord confirmé que le tonus cholinergique était réduit chez les hétérozygotes. Des mesures par microdialyse dans le cortex frontal et le striatum d’animaux vivants ont montré que les niveaux d’ACh extracellulaire étaient réduits d’un tiers et que la libération stimulée était atténuée. L’ACh cérébrale totale a en fait augmenté, mais la réduction de la VAChT a entraîné une diminution du pool libérable.
Les animaux hétérozygotes se sont comportés comme leurs congénères normaux dans un test d’évitement, où ils devaient apprendre et se souvenir de ne pas descendre sur une plateforme électrifiée. Les résultats montrent que cette voie d’apprentissage et de mémoire dépendante de l’hippocampe est préservée chez les animaux malgré leur faible tonus cholinergique. Mais lors d’un autre test, celui de la reconnaissance d’objets, les hétérozygotes ont moins bien réussi à se souvenir des objets familiers 1,5 ou 24 heures après l’entraînement. Lorsque l' »objet » était un autre animal, ils ne parvenaient pas non plus à le considérer comme familier. Comme les souris se reconnaissent entre elles par l’odeur, les chercheurs ont exclu que les hétérozygotes aient des problèmes olfactifs et ont conclu que l’échec de la reconnaissance sociale était un véritable défaut cognitif. Ce défaut de mémoire imite certains symptômes de la maladie d’Alzheimer et, fait intéressant, il a été inversé en augmentant l’ACh avec des inhibiteurs de la cholinestérase. Cela montre que les effets sur la mémoire étaient dus à une réduction de l’ACh et non à des effets sur le développement d’une baisse de la VAChT. Les inhibiteurs de la cholinestérase n’ont eu aucun effet sur le comportement des souris de type sauvage.
« Nos observations soutiennent l’idée qu’une réduction du tonus cholinergique dans les modèles de souris de la MA peut effectivement provoquer des déficits de la mémoire sociale », écrivent les auteurs. De futures études utilisant ces souris, disent-ils, pourraient aider à comprendre les contributions du déclin cholinergique aux changements comportementaux qui accompagnent les pathologies du SNC. En outre, ils notent que leurs résultats suggèrent qu’une diminution de l’expression du transporteur vésiculaire est moins tolérée que les diminutions de l’enzyme de synthèse de l’ACh, la choline acétyltransférase, qui est largement utilisée pour mesurer les déficits cholinergiques dans la MA.
Du côté de la recherche fondamentale, le travail démontre un autre site de régulation de la neurotransmission, celui-ci au niveau présynaptique du chargement de l’ACh dans les vésicules. Ce point est exploré dans un aperçu d’accompagnement par Thomas Hnasko et Robert Edwards de l’Université de Californie, San Francisco.
Dans le second article, les effets pathologiques de l’α-synucléine sont liés à un cas de trop de neurotransmetteur plutôt que de trop peu. Dans ce cas, le neurotransmetteur est la dopamine, qui peut causer des dommages oxydatifs lorsqu’elle s’accumule dans le cytosol. Dans des conditions normales, la dopamine cytosolique ne représente qu’une petite fraction de la dopamine cellulaire totale, dont la majeure partie est séquestrée dans des vésicules. Pour mesurer uniquement le pool cytosolique, le premier auteur, Eugene Mosharov, a utilisé l’électrochimie intracellulaire. Il a constaté que dans les cellules PC12, la dopamine cytosolique est inférieure à la limite de détection de cette technique, mais que le traitement de la cellule avec de la L-DOPA produit des signaux détectables. Le traitement de cellules PC12 surexprimant l’α-synucléine de type sauvage ou mutant (A30P ou A53T) a provoqué une augmentation plus importante de la dopamine cytosolique que les cellules sans les protéines, les mutants ayant l’effet le plus important. Pour s’assurer que ce résultat ne se limitait pas aux cellules traitées à la L-DOPA, les chercheurs ont examiné les cellules chromaffines surrénales de souris qui présentaient des niveaux basaux détectables de dopamine cytosolique. Ils ont constaté que les cellules dérivées de souris transgéniques exprimant le mutant α-synucléine A30P (mais pas l’α-synucléine de type sauvage) présentaient une concentration de dopamine cytosolique multipliée par deux.
Qu’est-ce qui pourrait expliquer cette augmentation ? Les chercheurs ont vérifié les niveaux des protéines clés impliquées dans le métabolisme des catécholamines, mais aucun des changements n’a expliqué les effets. En se basant sur les observations précédentes selon lesquelles l’α-synucléine pouvait augmenter la perméabilité des vésicules, ils ont examiné l’effet de la protéine sur des granules de chromaffine isolés. Le traitement des vésicules avec de l’α-synucléine purifiée, de type mutant ou sauvage, a induit une fuite de protons des vésicules. L’effondrement du gradient protéique à travers la membrane de la vésicule devrait diminuer l’absorption de la dopamine dans les vésicules. Conformément aux effets sur la dopamine cytosolique dans les cellules, les protéines mutantes ont eu un effet plus important que le type sauvage sur la perméabilité des vésicules.
Si la synucléine provoque une fuite de dopamine dans les cellules, cela pourrait expliquer la toxicité sélective de la protéine pour les neurones dopaminergiques. L’augmentation de la dopamine dans les cellules crée un stress oxydatif, une propriété qui n’est pas partagée par d’autres neurotransmetteurs qui pourraient être libérés par la synucléine dans d’autres types de neurones.-Pat McCaffrey
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