Les Synapses Pivot à Dopamine : point névralgique de la modulation par la dopamine ?

La dopamine module les systèmes moteurs et la perception des récompenses. Elle est affectée dans plusieurs pathologies (maladie de Parkinson, dépendance aux drogues, schizophrénies). Pourtant, l’organisation cellulaire et moléculaire du processus de signalisation par la dopamine reste mal connue. Dans deux articles, publiés dans Cell Reports et Nature Communications, les scientifiques décrivent des « synapses pivots à dopamine », où la signalisation par la dopamine peut moduler localement l’action d’autres neurotransmetteurs.

Comment s’organise la conversation entre les neurones dans le cerveau ? Les synapses, points de contact entre les neurones, sont fondamentales pour le bon fonctionnement du cerveau. On peut distinguer deux grands types de neurones. Les neurones effecteurs assurent une transmission rapide et locale de l’information soit excitatrice soit inhibitrice, tandis que les neurones modulateurs, peu nombreux, affectent de grandes régions du cerveau sur de plus longues durées. Les neurones modulateurs utilisant la dopamine sont très importants pour la régulation du contrôle moteur, de la motivation et de la perception d’une récompense.

Les scientifiques ont établi la première purification sélective des synapses dopaminergiques du striatum chez la souris. Ils ont réalisé un marquage fluorescent sélectif des neurones dopaminergiques de la souris. Afin de réduire le nombre d’animaux utilisés, les protocoles anciens de préparation de synapses en suspension ont été miniaturisés et le tri par fluorescence des synapses marquées optimisé.

Cette purification a permis d’identifier 2650 protéines présentes aux synapses à dopamine, dont 57 protéines spécifiquement enrichies. En revanche, peu d’ARN messagers (codant les protéines) sont sélectivement détectés, suggérant que la traduction locale des protéines n’est pas un mécanisme majeur au niveau des axones des neurones dopaminergiques.

De plus, l’analyse morphologique quantitative et à haute résolution des synapses purifiées a révélé une nouvelle structure multipartite par laquelle les terminaisons dopaminergiques interagissent physiquement avec d’autres synapses classiques et affectent la composition moléculaire de ces dernières. Ces « Synapses Pivot à Dopamine » pourraient constituer un support important de la neuromodulation par la dopamine sur les circuits neuronaux du striatum, alimentant le débat entre modèles volumiques (diffusion régionale) et synaptiques (diffusion locale) de la transmission modulatrice.

Dans ce nouveau cadre conceptuel, les recherches futures permettront de comprendre en détail les mécanismes cellulaires par lesquels la dopamine module les mouvements volontaires ou l’apprentissage basé sur la prédiction de la récompense. Ceci est d’autant plus crucial que de nombreuses pathologies telles que la maladie de Parkinson, l’addiction et la schizophrénie semblent directement liées à une dysfonction dopaminergique.

La publication dans Nature Communications est une collaboration entre des membres de l’IINS, du BIC et de Nutrineuro. (cf. références ci-dessous).
La publication dans Cell Reports et une collaboration entre Etienne Herzog et 2 équipes de Columbia University à New York.

Figure : Synapses Pivot à dopamine isolées par tri activé par fluorescence
A : terminaisons synaptiques dopaminergiques isolées (vert) liées à des terminaisons positives pour le GABA (haut, magenta), le glutamate (milieu, magenta) ou l’acétylcholine (bas, magenta). Barre d’échelle 1µm. B : Modèle cartographique des synapses du hub de la dopamine. DR/D2R : Récepteurs de la Dopamine ; CAM : Molécule d’Adhésion Cellulaire : Th : Tyrosine hydroxylase (biosynthèse de la dopamine). – Copyrights Etienne HERZOG

Références

A synaptomic analysis reveals dopamine hub synapses in the mouse striatum

Nature Communications
2022 Jun 3;13(1):3102. doi: 10.1038/s41467-022-30776-9.
Vincent Paget-Blanc ^{# 1}, Marlene E Pfeffer ^{# 1}, Marie Pronot ^# 1, Paul Lapios ¹ , Maria-Florencia Angelo ¹ , Roman Walle ² , Fabrice P Cordelières ³ , Florian Levet ^{1 3} , Stéphane Claverol ⁴ , Sabrina Lacomme ³ , Mélina Petrel ³ , Christelle Martin ¹ , Vincent Pitard ⁵ , Véronique De Smedt Peyrusse ², Thomas Biederer ⁶ , David Perrais ¹ , Pierre Trifilieff ² , Etienne Herzog ⁷

¹ Univ. Bordeaux, CNRS, Interdisciplinary Institute for Neuroscience, IINS, UMR 5297, F-33000, Bordeaux, France.
² Univ. Bordeaux, INRAE, Bordeaux INP, NutriNeuro, UMR 1286, F-33000, Bordeaux, France.
³ Univ. Bordeaux, CNRS, INSERM, Bordeaux Imaging Center, BIC, UAR 3420, US 4, F-33000, Bordeaux, France.
⁴ Univ. Bordeaux, Plateforme Proteome, 33000, Bordeaux, France.
⁵ UB’FACSility CNRS UMS 3427, INSERM US 005, Univ. Bordeaux, F-33000, Bordeaux, France.
⁶ Department of Neurology, Yale School of Medicine, New Haven, CT, 06511, USA.
⁷ Univ. Bordeaux, CNRS, Interdisciplinary Institute for Neuroscience, IINS, UMR 5297, F-33000, Bordeaux, France.
^# Contributed equally.

Subcellular and regional localization of mRNA translation in midbrain dopamine neurons

Cell Reports
38-2, (2022). doi: 10.1016/j.celrep.2021.110208
Benjamin D Hobson¹, Linghao Kong², Maria Florencia Angelo³, Ori J Lieberman⁴, Eugene V Mosharov⁵, Etienne Herzog^6*, David Sulzer^7*, Peter A Sims^8*

¹ Department of Systems Biology, Columbia University Irving Medical Center, New York 10032, NY, USA; Medical Scientist Training Program, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY 10032, USA; Department of Psychiatry, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY 10032, USA.
² Department of Systems Biology, Columbia University Irving Medical Center, New York 10032, NY, USA.
³ Interdisciplinary Institute for Neuroscience, Université de Bordeaux, Bordeaux, France; Interdisciplinary Institute for Neuroscience, CNRS UMR 5297, Bordeaux, France.
⁴ Medical Scientist Training Program, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY 10032, USA; Department of Psychiatry, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY 10032, USA.
⁵ Department of Psychiatry, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY 10032, USA; Division of Molecular Therapeutics, New York State Psychiatric Institute, New York, NY 10032, USA.
⁶ Interdisciplinary Institute for Neuroscience, Université de Bordeaux, Bordeaux, France; Interdisciplinary Institute for Neuroscience, CNRS UMR 5297, Bordeaux, France. Electronic address: .
⁷ Department of Neurology, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY 10032, USA; Department of Psychiatry, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY 10032, USA; Department of Pharmacology, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY 10032, USA; Division of Molecular Therapeutics, New York State Psychiatric Institute, New York, NY 10032, USA; Aligning Science Across Parkinson’s (ASAP) Collaborative Research Network, Chevy Chase, MD, USA. Electronic address: .
⁸ Department of Systems Biology, Columbia University Irving Medical Center, New York 10032, NY, USA; Department of Biochemistry & Molecular Biophysics, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY 10032, USA; Sulzberger Columbia Genome Center, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY 10032, USA; Aligning Science Across Parkinson’s (ASAP) Collaborative Research Network, Chevy Chase, MD, USA. Electronic address: .
* Corresponding authors