Enfin, ma thèse montre qu’une seule exposition à la cocaïne provoque une augmentation persistante de la connectivité glutamatergique des SPN NAc. Globalement, ces résultats ont permis de mettre en évidence la pharmacodynamique de la plasticité structurelle des NAc SPN en réponse à une seule injection de cocaïne.
Influences neuronales et comportementales des drogues d’abus
- 1) Les drogues d’abus et le détournement de la récompense
- 1-a) L’apprentissage régulé par la récompense
- 1-b) Le détournement de la récompense par les drogues d’abus
- 2) Effets de la cocaïne
- 2-a) Mode d’action de la cocaïne
- 2-b) Similarités de mode d’action de la cocaïne sur la libération de dopamine chez l’humain et
- 2-c) Adaptations comportementales à la cocaïne dans le modèle rongeur
La cocaïne est une drogue psychostimulante ayant une forte affinité pour le transporteur de dopamine (DAT). Un aspect reste mystérieux quant au mode d’action de la cocaïne sur la recapture de la dopamine.
Les circuits neuronaux détournés par les drogues d’abus
- 1) Les ganglions de la base et ses grandes fonctions
- 1-a) Fonctions physiologiques
- 1-b) Boucles de régulation des ganglions de la base
- 1-c) La micro-circuiterie striatale
- 1-d) Les neurones striataux de projection intégrateurs des signaux dopaminergiques et
- 1-e) La dichotomie des neurones striataux de projection et les voies directe et indirecte
- 1-f) Les rôles des deux voies de projections des neurones striataux
- 1-g) Des voies directe et indirecte discutables dans le NAc
- 2) Influence des drogues d’abus sur les ganglions de la base
- 2-a) Effet des drogues d’abus sur les deux grands types de neurones striataux
- 2-b) Différentes régions du striatum pour différents rôles dans les réponses aux drogues d’abus
- 2-c) De la consommation récréationnelle à l’addiction : un transfert de plasticité neuronale du
Cependant, 30 % des bourgeons thalamiques forment également des synapses sur l'arbre dendritique des SPN (Figure 5) (Doig et al., 2010). En effet, une augmentation de la dopamine dans SPN-D1 aurait tendance à favoriser l'état « up » et vice versa pour SPN-D2.
Les épines dendritiques et la plasticité structurale
1) La synapse
1-a) La synapse glutamatergique
Celui-ci contient des vésicules synaptiques remplies de glutamate grâce aux transporteurs vésiculaires de glutamate (VGLUT), qui peuvent être de trois types : type 1 (VGLUT1) pour les neurones corticaux, hippocampiques et amygdaliens, 2 (VGLUT2) pour les neurones thalamiques et (VGLUT3) pour les neurones thalamiques. interneurones cholinergiques striataux (Herzog et al., 2001 ; pour revue, El Mestikawy et al., 2011). Bien qu'il existe, le débordement de glutamate depuis la synapse est un phénomène relativement rare, mais il pourrait participer au guidage de nouvelles épines lors de leur croissance (Richards et al., 2005).
1-b) Lien entre morphologie et activité de l’épine
Enfin, la taille du PSD lui-même est corrélée à la quantité de récepteurs AMPA dans la colonne vertébrale et donc à la sensibilité au glutamate (Matsuzaki et al., 2001). Ce paramètre semble plutôt être impliqué dans l’isolement de la tête de la colonne vertébrale du reste de la dendrite, également appelé compartimentation (pour revue, Adrian et al., 2014).
1-c) Le squelette de l’épine : l’actine et la densité post synaptique
Schéma des principaux rôles fonctionnels et structurels de l'actine et du PSD-95 au niveau de la synapse. La forme et la dynamique uniques de la colonne vertébrale sont maintenues par un réseau d'actine ramifié grâce à Arp2/3.
1-d) Les récepteurs glutamatergiques au cœur de l’activité de la synapse excitatrice
PSD95 interagit en outre avec des molécules d'adhésion telles que la neuroligine, essentielle à la formation des synapses (Krueger et al., 2012). Les NMDAR contiennent nécessairement une sous-unité GluN1 qui s'associe aux sous-unités GluN2 (A à D) ou GluN3 (A ou B) (pour examen, Paoletti et al., 2013).
1-e) La compartimentation au sein de l’épine
Les épines dendritiques peuvent changer de forme en fonction de l'activité synaptique, posant la question des conséquences de ces changements morphologiques sur la compartimentation. Dans un premier temps, l’implication de la forme de la colonne vertébrale dans la compartimentation électrique de la colonne vertébrale a été étudiée par modélisation basée sur des images de microscopie électronique 3D reconstruites.
2) La plasticité structurale
Ces travaux soulignent en outre que le cou de la colonne vertébrale augmente de taille suite à une stimulation, tout comme la tête. Tout comme on parle d’engramme neuronal (pour revue, Tonegawa et al., 2015), une étude récente montre l’idée d’un « engramme spinal » de la mémoire.
2-a) La plasticité morphologique
Nagerl et le Dr. Grâce au STED tranché, Bernardo Sabatini a pu montrer la même année que la séparation électrique créée par le cou de la colonne vertébrale existe, comme le prétend le modèle, mais est relativement faible. Ainsi, chaque colonne vertébrale peut être considérée comme un élément distinct d’intégration neuronale, ce qui ajoute une grande complexité au traitement de l’information.
2-b) Modification de la morphologie des épines
La stimulation ciblée d'une colonne vertébrale induisant sa LTP déclenche une phase rapide de réorganisation de l'actine via un afflux de cofiline, suivie d'une stabilisation de cette nouvelle structure et enfin d'une consolidation via la synthèse protéique de densité post-synaptique (De Bosch et al 2015). L'extension de la tête des épines existantes, souvent appelée colonne vertébrale-LTP (sLTP), se produit en plusieurs étapes par des mécanismes moléculaires distincts.
2-c) La formation de nouvelles épines et mécanismes moléculaires impliqués
Ces résultats posent la question de la fonction de formation des filopodes chez les jeunes mammifères. Medvedev et al., 2012 ) et ERK est une kinase qui joue un rôle particulièrement important dans la régulation de la LTP ( Davis et al. 2000 ).
2-d) Les épines dendritiques à l’interface entre dynamique et stabilité
Cela pose la question de la stabilité du squelette dans un système en renouvellement protéique constant. Le lien entre le PSD-95 et la stabilité de la colonne vertébrale a été mis en évidence dans des expériences visant à surveiller les colonnes vertébrales et leur contenu en PSD-95 in vivo.
2-e) Mode de formation des nouvelles synapses : durant le développement et à l’âge adulte . 48
Enfin, un élément essentiel à la formation des synapses après la croissance de la colonne vertébrale est le contact des molécules d'adhésion des cellules neuronales (que nous appellerons NCAM). C’est au début des années 2000 que leur rôle de déclencheur de la formation des synapses est apparu.
Plasticité des neurones striataux de projection induite par la cocaïne
1) Différentes formes de plasticité neuronales des neurones striataux en réponse à la
1-a) Plasticité neuronale et adaptations comportementales par un dialogue entre les récepteurs
DARPP-32, lorsqu'il est muté (mutation KO), réduit l'hyperlocomotion induite par la cocaïne (Hiroi et al., 1999). Parallèlement à cette voie, l'activation du D1DR dans le SPN par la cocaïne est responsable de la potentialisation des courants calciques dépendants du NMDAR, indépendamment de la production d'AMPc.
1-b) Altérations neuronales induites par la cocaïne : aspects électrophysiologiques
Des résultats récents montrent que l'injection chronique de cocaïne induit la formation de synapses silencieuses qui n'impliquent pas l'internalisation d'AMPAR. Cependant, une question se pose concernant la fonction de ces synapses inactives dans la réponse à la cocaïne.
1-c) Les rôles de la voie ERK dans les altérations neuronales et comportementales induites par
57. IV-1-c) Le rôle de la voie ERK dans les changements neuronaux et comportementaux induits par la cocaïne. Il a été démontré que l'activation de l'ERK est une caractéristique commune à un grand nombre de drogues abusives dans le circuit de récompense ( Valjent et al., 2001 ).
2-a) Rôle de la neuromodulation dopaminergique des signaux glutamatergiques dans la
Un rôle clé de la neuromodulation dopaminergique striatale a également été observé au niveau de la formation de nouvelles colonnes vertébrales SPN dans les cultures primaires dans une étude de Fasano et al. Tous ces résultats indiquent un rôle physiologique de la modulation dopaminergique dans la formation du réseau synaptique dans le striatum en développement.
2-b) Drogues d’abus et spinogénèse
La dopamine apparaît donc comme un élément très important pour la formation du réseau synaptique dans le striatum au cours du développement (Fasano et al. 2012). De plus, l'activation in vitro de la sous-unité Gαs dans les SPN permet d'imiter cette spinogenèse après élimination du glutamate (Kozorovitzkiy et al. 2015).
3) Plasticité structurale induite par la cocaïne
Depuis ces premiers résultats, de nombreux laboratoires ont observé que la grande majorité des drogues dont on abuse altèrent la densité de la colonne vertébrale dans les structures limbiques : comme les psychostimulants (Robinson et Kolb) et l'éthanol (Wang et al., 2015 ; Zhou et al., 2007) ou même les opiacés (pour revue, Russo et al., 2010) Les stimulants et les opiacés agissent également de manière opposée sur cette forme de plasticité : les psychostimulants, comme indiqué précédemment, augmentent la densité de la colonne vertébrale.
3-a) Les traitements chroniques à la cocaïne induisent une formation de synapses dans le NAc
28 jours plus tard, l’augmentation de la densité des épines a disparu dans la Coquille, mais la diminution dans le Noyau s’est maintenue (Dimitriu et al., 2012). Dans une étude élégante (MacAskill et al., 2014), la cocaïne a été injectée quotidiennement et de manière chronique (5 injections suivies d'un retrait de 24 heures) et a produit la formation d'épines dendritiques dans les SPN NAc Shell.
3-b) Influence de la première exposition à la cocaïne sur la plasticité structurale dans certaines
Ces résultats indiquent que l'augmentation des épines dans la NAc s'accompagne d'une augmentation des contacts synaptiques provenant de l'amygdale. IV-3-b) Influence de la première exposition à la cocaïne sur la plasticité structurale de certaines régions limbiques.
3-c) La plasticité structurale induite par la cocaïne diverge entre les SPN-D1 et D2
65. ne semblent pas se maintenir dans le temps et ne sont plus présents après 30 jours de sevrage, contrairement à ce qui est observé dans le SPN-D1. IV-3-d) Mécanismes moléculaires de plasticité structurale induite par la cocaïne Pour rappel, le SPN-D1 montre environ une dizaine de phosphorylation de la ERK kinase.
3-d) Mécanismes moléculaires de la plasticité structurale induite par la cocaïne
- Article 1
- Introduction article 1
- Résultats résumés et conclusion
- Article 2
- Introduction article 2
- Résultats résumés et conclusions
The expression and function of VGLUT1venus fully matches that of wild-type littermates (Herzog et al., 2011). Finally, VGLUT1 boutons form synapses exclusively on dendritic spine heads of MSNs (Doig et al., 2010; Huerta-Ocampo et al., 2013).
Aspects méthodologiques
1) Détection des contacts pré-post synaptiques
Leur étude s'accompagne d'une microscopie corrélative ; les synapses observées dans les images photoniques sont ensuite observées au microscope électronique à transmission. Leur étude montre que la méthode de détection de contact par microscopie optique donne des résultats proches de la microscopie électronique avec un pourcentage relativement faible de faux positifs et négatifs.
2) Méthodes alternatives d’analyse des contacts synaptiques
GRASP combine donc les avantages de la microscopie optique avec la véritable identification de la synapse. Ainsi, une fois les contacts formés, nous pouvons observer si l’éclairage du bouton à l’aide du laser à 2 photons induit une activité calcique dans la nouvelle colonne vertébrale.
3) Limites du modèle d’étude dynamique de la formation des synapses
Pour imiter les effets de la cocaïne in vivo, nous avons effectué une stimulation pharmacologique de l'ASCF par bain en utilisant une faible dose de glutamate et un agoniste D1DR. Néanmoins, cette méthode souffre du manque de contrôle sur l’activité des terminaisons axonales provenant des ATV coupés lors de la préparation des tranches.
Mode de formation des synapses au sein des SPN par la cocaïne
Enfin, la dernière limite de ce modèle de coupe aiguë pour adultes est la durée de survie des neurones limitée à quelques heures, ce qui ne permet pas d'étudier la stabilité des synapses sur plusieurs jours, comme le permet une étude in vivo (Knott et al., 2006). ). .
1) Formation de la synapse in vivo et ex vivo
Les nouvelles épines poussent donc préférentiellement à proximité des anciennes, et ces épines sont probablement les plus activées par la cocaïne. De même, des expériences d’imagerie en temps réel de la croissance de la colonne vertébrale montrent que les épines nouvellement formées après stimulation n’ont jamais de caractéristiques filopodes.
2) Réflexions sur le mode de formation des synapses
Au sein d'une même dendrite, le nombre d'épines reliées à un bouton commun augmente, mais cette augmentation n'est que de quelques pour cent. Nous avons donc des boutons positifs de Vénus, également marqués de tdTomato, provenant de l'une de ces trois structures.
ERK : une voie à multiples facettes dans la réponse aigüe à la cocaïne
C’est un avantage pour le SPN qui, comme nous l’avons mentionné au chapitre II, nécessite une grande synchronisation des afférences glutamatergiques pour être activé. En effet, la NAc reçoit trois types d'afférents VGLUT1-positifs provenant du BLA, du PFC et du HPCv et comme nous l'avons évoqué dans le 4ème chapitre, les travaux de Pascoli et al.
1) Un dialogue entre ERK et la synthèse protéique
Une des méthodes que j'ai pu tester lors d'expérimentations préliminaires est l'injection d'un AAV exprimant tdTomato dans le BLA, le HPCv ou le PFC dans le cerveau de souris VGLUT1venus. Tous ces éléments soutiennent le rôle de la voie ERK dans la régulation de la traduction de nouvelles protéines nécessaires à la plasticité structurelle.
2) Les signatures moléculaires de la phase de pousse de maintien des nouvelles épines
Tous ces résultats confirment le rôle de la synthèse protéique dépendante de ERK dans la stabilité des nouvelles colonnes induites par la cocaïne. Le fait que nous ayons observé une croissance de la colonne vertébrale malgré l’inhibition de la synthèse protéique peut paraître surprenant à première vue.
2-a) Hypothèse du mode d’action de ERK1/2 sur la phase de pousse rapide des nouvelles
Les travaux montrent son rôle dans la plasticité structurelle et notamment dans la régulation de la morphologie de la colonne vertébrale (Futter et al., 2005). De plus, le traitement chronique à la dopamine dans les SPN en culture entraîne une augmentation de l'expression de la spinophiline (Fasano et al., 2012). II-2-b) Hypothèse du mode d'action de ERK1/2 et MNK-1 sur la phase de maintenance des nouvelles épines : réflexions sur les candidats synthétisés par MNK-1.
2-b) Hypothèse du mode d’action de ERK1/2 et MNK-1 sur la phase de maintien des
Dans la même étude, l'expression de la sous-unité alpha de CaMKII est également perturbée par la réduction de l'activité ou de l'expression de MNK-1 (Genheden et al., 2015). Mon hypothèse est que CaMKII joue, comme dans l'étude de Bosch et al., deux rôles possibles dans la formation de nouveaux piliers.
2-c) Hypothèse du mode d’action de ERK1/2 et MNK-1 sur la synaptogénèse
Enfin, un autre candidat qui pourrait être impliqué dans la stabilité synaptique serait le PSD-95, dont la traduction est connue pour être rapide, dendritique (Cajigas et al., 2012) et dépendante de l'activation du récepteur D1 dans les SPN (Beckley et al., 2016). . Une augmentation des niveaux de PSD95 dans les dendrites est en corrélation avec leur stabilisation (Cane et al., 2014 ; Meyer et al., 2014).
Le rôle des nouvelles épines formées rapidement par la cocaïne sur le comportement
Compte tenu du rôle clé de cette protéine transsynaptique dans les processus de synaptogenèse, il serait intéressant d'étudier son rôle dans la stabilité des protéines. IV) Le rôle des nouvelles épines rapidement formées par la cocaïne sur le comportement.
Modèle hypothétique de plasticité structurale rapide adulte en réponse à la cocaïne
1) La co-stimulation du NMDAR et D1DR induit un pic d’activité de ERK responsable d’une
Il est probable que ce mécanisme se développe également au niveau des dendrites du SPN activé par la cocaïne, permettant ainsi la stabilité du cytosquelette permettant la formation d'un allongement initial. L'inhibition de CaMKII ou de PKA pourrait ainsi empêcher les phénomènes de formation de nouveaux piliers que nous observons.
2) La pousse d’épine induite par ERK1/2 présente un mode de formation non stochastique . 186
Un peu comme lors d’une hypertrophie de la tête vertébrale avec une phase durant laquelle le réseau d’actine doit être instable. Conformément à l'inhibition de la plasticité structurelle provoquée par le blocage d'Elk-1 lors de traitements chroniques à la cocaïne, les épines ont été analysées 24 heures après la dernière injection (Besnard et al., 2011).
