Différenciation des Neurones Dopaminergiques

Différenciation des Neurones Dopaminergiques Quoi ? Caractéristiques fonctionnelles : synthèse, stockage, libération et recapture de la dopamine Voie de biosynthèse des catécholamines

Stockage, libération, recapture VMAT (vesicular monoamine transporter) : permet d’accumuler la dopamine dans des vésicules synaptiques ( stockage, puis libération) DAT (dopamine transporter) : permet la recapture de la dopamine ( limite la concentration de dopamine dans la fente synaptique)

Où ? dans le mésencéphale ventral : noyaux A8 (champ rétrorubral) ; noyaux A9 (substantia nigra pars compacta) ; noyaux A10 (aire tegmentale ventrale)  45 000 neurones (rat) ; 590 000 (Homme) dans le diencéphale : noyaux A11-A15  1000 neurones dans le télencéphale : groupe A16 (bulbe olfactif) et groupe A17 (interneurones amacrines de la rétine) D’après Prakash and Wurst (2006) Cell. Mol. Life Sci. 63 : 187-206.

Quand ? Chez la souris : Apparition des précurseurs vers E7.5 (dans partie ventrale du mésencéphale, au niveau de la jonction mésencéphale/rhombencéphale) Sortie de mitose des précurseurs vers E10.5 Début de l’expression de TH vers E11.5

Comment ? Signaux extracellulaires

même à partir de précurseurs dont ce n’était pas le destin. Shh : In vitro : - cultures d’explants de mésencéphale embryonnaire + Shh  induction de neurones mDA In vivo : - souris transgéniques exprimant Shh, de façon ectopique, dans la partie dorsale du tube neural  différenciation ectopique de neurones DA dans mésencéphale dorsal Shh est suffisant pour induire la différenciation de neurones dopaminergiques, même à partir de précurseurs dont ce n’était pas le destin.

Shh et FGF8 coopèrent pour induire la différenciation dopaminergique Shh/FGF8 : - cultures d’explants de cerveau antérieur ventral (= possèdant une source endogène de Shh) : - avec des billes recouvertes de FGF8 :  induction de neurones DA - avec des billes recouvertes de FGF8 + anticorps bloquant Shh :  pas d’effet - cultures d’explants de télencéphale dorsal (= ne possèdant pas de source endogène de Shh) : - avec des billes recouvertes de FGF8 + Shh Shh et FGF8 coopèrent pour induire la différenciation dopaminergique (ils agissent sur les précurseurs avant leur sortie de mitose)

TGF : In vivo : souris TGF -/-  réduction de 50% du nombre de neurones DA, dans la substance noire pars compacta  nombre de neurones DA normal, dans l’aire tegmentale ventrale La différenciation des neurones dopaminergiques pourrait être induite par des voies différentes, selon les structures.

Le TGF semble intervenir : TGF : In vivo : (chez souris et poulet) injection d’un anticorps neutralisant TGF, à un stade embryonnaire où les neurones ne sont pas encore spécifiés  réduction de 50% des neurones DA  aucun effet sur les neurones noradrénergiques (chez poulet) injection d’un anticorps neutralisant TGF, à un stade embryonnaire où les neurones sont déjà spécifiés, mais ne sont pas encore complètement différenciés  réduction du nombre de neurones DA Le TGF semble intervenir : dans la spécification des neurones dopaminergiques dans la survie des neurones DA différenciés

Wnt : In vitro : culture de cellules exprimant artificiellement Wnt1, pour préparer un « milieu conditionné » culture de précurseurs de neurones DA, en présence de ce milieu conditionné  augmentation de la prolifération et de la neurogenèse  augmentation du nombre de neurones exprimant la TH si l’expérience est répétée, mais avec Wnt5a :  pas d’effet sur la prolifération  augmentation plus marquée du nombre de neurones exprimant la TH  cet effet est bloqué par un inhibiteur de Wnt

Facteurs Transcriptionnels Comment ? Facteurs Transcriptionnels Otx2 (homéodomaine) : In vivo : - souris Otx2 -/-  meurent pendant le développement (absence de cerveau antérieur) - inactivation du gène, seulement après E9.5  réduction du nombre de neurones mésencéphaliques exprimant TH (« reconvertis » en neurones sérotoninergiques) - inactivation du gène Otx2 après E9.5 + inactivation du gène Nkx2.2  pas d’effet sur le nombre de neurones DA Nkx2.2 exerce un effet inhibiteur sur la différenciation des neurones dopaminergiques mésencéphaliques Otx2 inhibe l’expression de Nkx2.2

Pitx3 (homéodomaine) : Exprimé dans le cerveau, les yeux, le cristallin, la langue et les muscles de la tête In vivo : - souris « aphakia » (délétion naturelle partielle du gène Pitx3)  micropthalmiques, pas de cristallin  à E11.5 : expression normale de TH dans les précurseurs mésencéphaliques  dès E12 : réduction du nombre de ces précurseurs  à P0 : - absence totale et spécifique des neurones DA dans la substance noire (SN) - réduction de 50% du nombre de neurones DA dans l’aire tegmentale ventrale (VTA)  chez l’adulte : perte progressive (apoptose) des neurones DA de l’aire tegmentale ventrale Il est nécessaire pour la différenciation et la maturation des neurones dopaminergiques de la substance noire Il joue un rôle moins central dans la différenciation des neurones dopaminergiques de l’aire tegmentale ventrale (présence d’autres partenaires ?)

Lmx1b (homéodomaine) : Exprimé dans les régions où se différencient les neurones DA, mais pas seulement Chez l’adulte, son expression est limitée à la SN et à la VTA In vivo : - souris Lmx1b -/- :  anomalies majeures du développement des membres, des reins et du mésencéphale  absence d’expression de Pitx3 chez l’embryon  expression normale de Nurr1 et de TH  à partir de E16 : disparition de l’expression de TH Il ne semble pas jouer un rôle majeur dans la spécification ou la détermination des précurseurs de neurones dopaminergiques, mais il est nécessaire pour leur survie.

Engrailed 1 et 2 (homéodomaines) : Sont exprimés très tôt pendant le développement, dans les régions où se différencient les précurseurs des neurones DA Chez l’adulte, leur expression persiste dans SN et VTA In vivo : - souris En1 -/- ou En2 -/- :  neurones DA normaux - souris En1 -/- et En2 -/- :  apparition normale des précurseurs mésencéphaliques exprimant TH, à E11.5  disparition de ces précurseurs à E14  absence totale de neurones DA dans SN et VTA chez l’adulte - souris En1 -/- et En2 +/- :  réduction du nombre de neurones dans SN et VTA - souris En1 +/- et En2 -/- :  nombre normal de neurones DA dans SN et VTA Ils ne sont pas indispensables pour la spécification des précurseurs de neurones dopaminergiques, mais ils sont nécessaires pour la différenciation et la survie de ces neurones à des stades plus tardifs du développement

Nurr1 semble impliqué dans : Nurr1 (Nr4a2) récepteur nucléaire orphelin, « doigt de zinc » : In vivo : - souris Nurr1 -/-  apparition normale des précurseurs, vers E9.5-E10.5  expression normale de Pitx3, En1/2 et Lmx1b par ces précurseurs  absence de neurones DA mésencéphaliques différenciés chez l’individu mature  nombre normal de neurones DA dans le diencéphale et le bulbe olfactif  forte réduction de l’expression de p57 (inhibiteur de Cdk) dans les précurseurs des neurones DA - souris p57 -/-  ont le même phénotype que les souris Nurr1 -/- In vitro : - Nurr1 interagit directement avec p57 ; cette interaction est nécessaire pour la maturation des neurones DA - Nurr1 peut se lier sur le promoteur du gène TH et l’activer Nurr1 semble impliqué dans : la sortie de mitose des précurseurs de neurones dopaminergiques la différenciation terminale de ces neurones (dans le mésencéphale) la survie des neurones DA mésencéphaliques

CONCLUSIONS : Aucun des facteurs transcriptionnels identifiés n’est suffisant, à lui seul, pour activer tous les aspects du programme de différenciation. Le système dopaminergique est régulé par un réseau complexe de facteurs. Les différentes sous-populations de neurones dopaminergiques pourraient exprimer différentes combinaisons de facteurs de détermination, et évoluer vers le phénotype dopaminergique en suivant des voies différentes.