Données nouvelles sur l`innervation à dopamine du striatum et son

Université de Montréal
Données nouvelles sur l’innervation à dopamine du
striatum et son co-phénotype glutamatergique
par
Noémie Bérubé-Carrière
Département de physiologie
Faculté de médecine
Thèse présentée à la Faculté des études supérieures et postdoctorales
en vue de l’obtention du grade de docteur en sciences neurologiques
Avril 2012
© Noémie Bérubé-Carrière, 2012

Université de Montréal
Faculté des études supérieures et postdoctorales
Cette thèse intitulée :
Données nouvelles sur l’innervation à dopamine du striatum
et son co-phénotype glutamatergique
Présentée par :
Noémie Bérubé-Carrière
a été évaluée par un jury composé des personnes suivantes :
Pierre Blanchet, président-rapporteur
Laurent Descarries, directeur de recherche
Louis-Éric Trudeau, co-directeur
Barbara E. Jones, membre du jury
André Parent, examinateur externe
Thérèse Cabana, représentante du doyen de la FES

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Résumé
Une sous-population des neurones à dopamine (DA) du mésencéphale ventral
du rat et de la souris étant connue pour exprimer l'ARN messager du transporteur
vésiculaire 2 du glutamate (VGLUT2), nous avons eu recours à l'immunocytochimie
en microscopie électronique, après simple ou double marquage de l'enzyme de
synthèse tyrosine hydroxylase (TH) et de VGLUT2, pour déterminer la présence de
l'une et/ou l'autre protéine dans les terminaisons (varicosités) axonales de ces
neurones et caractériser leur morphologie ultrastructurale dans diverses conditions
expérimentales.
Dans un premier temps, des rats jeunes (P15) ou adultes (P90), ainsi que des
rats des deux âges soumis à l'administration intraventriculaire cérébrale de la
cytotoxine 6-hydroxydopamine (6-OHDA) dans les jours suivant la naissance, ont été
examinés, afin d'étayer l'hypothèse d'un rôle de VGLUT2 au sein des neurones DA,
au cours du développement normal ou pathologique de ces neurones. Chez le jeune
rat, ces études ont montré: i) la présence de VGLUT2 dans une fraction importante
des varicosités axonales TH immunoréactives du cœur du noyau accumbens ainsi que
du néostriatum; ii) une augmentation de la proportion de ces terminaisons doublement
marquées dans le noyau accumbens par suite de la lésion 6-OHDA néonatale; iii) le
double marquage fréquent des varicosités axonales appartenant à l'innervation DA
aberrante (néoinnervation), qui se développe dans la substance noire, par suite de la
lésion 6-OHDA néonatale. Des différences significatives ont aussi été notées quant à
la dimension des terminaisons axonales marquées pour la TH seulement, VGLUT2
seulement ou TH et VGLUT2. Enfin, à cet âge (P15), toutes les terminaisons
doublement marquées sont apparues dotées d'une spécialisation membranaire
synaptique, contrairement aux terminaisons marquées pour la TH ou pour VGLUT2
seulement.
Dans un deuxième temps, nous avons voulu déterminer le devenir du double
phénotype chez le rat adulte (P90) soumis ou non à la lésion 6-OHDA néonatale.
Contrairement aux observations recueillies chez le jeune rat, nous avons alors
constaté: i) l'absence complète de terminaisons doublement marquées dans le cœur du
noyau accumbens et le néostriatum d'animaux intacts, de même que dans les restes de
la substance noire des animaux 6-OHDA lésés; ii) une très forte baisse de leur

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nombre dans le cœur du noyau accumbens des animaux 6-OHDA lésés. Ces
observations, suggérant une régression du double phénotype TH/VGLUT2 avec l'âge,
sont venues renforcer l'hypothèse d'un rôle particulier d'une co-libération de
glutamate par les neurones mésencéphaliques DA au cours du développement.
Dans ces conditions, il est apparu des plus intéressants d'examiner
l'innervation DA méso-striatale chez deux lignées de souris dont le gène Vglut2 avait
été sélectivement invalidé dans les neurones DA du cerveau, ainsi que leurs témoins
et des souris sauvages. D'autant que malgré l'utilisation croissante de la souris en
neurobiologie, cette innervation DA n'avait jamais fait l'objet d’une caractérisation
systématique en microscopie électronique. En raison de possibles différences entre le
cœur et la coque du noyau accumbens, l'étude a donc porté sur les deux parties de ce
noyau ainsi que le néostriatum et des souris jeunes (P15) et adultes (P70-90) de
chaque lignée, préparées pour l'immunocytochimie de la TH, mais aussi pour le
double marquage TH et VGLUT2, selon le protocole précédemment utilisé chez le
rat.
Les résultats ont surpris. Aux deux âges et quel que soit le génotype, les
terminaisons axonales TH immunoréactives des trois régions sont apparues
comparables quant à leur taille, leur contenu vésiculaire, le pourcentage contenant
une mitochondrie et une très faible incidence synaptique (5% des varicosités, en
moyenne). Ainsi, chez la souris, la régression du double phénotype pourrait être
encore plus précoce que chez le rat, à moins que les deux protéines ne soient très tôt
ségréguées dans des varicosités axonales distinctes des mêmes neurones DA. Ces
données renforcent aussi l’hypothèse d’une transmission diffuse (volumique) et d’un
niveau ambiant de DA comme élément déterminant du fonctionnement du système
mésostriatal DA chez la souris comme chez le rat.
Mots clés : dopamine, glutamate, transporteur vésiculaire du glutamate de
type 2, noyau accumbens, néostriatum, substance noire, terminaisons (varicosités)
axonales, co-localisation, développement, transmission diffuse, immunocytochimie,
double marquage.

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Summary
Knowing that a subset of rat and mouse mesencephalic dopamine (DA)
neurons expresses the mRNA of the vesicular glutamate transporter type 2
(VGLUT2), we used electron microscopic immunocytochemistry, after single or
double labeling of the biosynthetic enzyme tyrosine hydroxylase (TH) and of
VGLUT2, to determine the presence of one and/or both proteins in axon terminals
(varicosities) of these neurons and characterize their ultrastructural morphology under
various experimental conditions.
At first, young (P15) or adult (P90) rats, subjected or not to cerebro-
ventricular administration of the cytotoxin 6-hydroxydopamine (6-OHDA) a few days
after birth, were examined in order to investigate the role of VGLUT2 in DA neurons
during normal and pathological development of these neurons. In the young rats,
these studies revealed: i) the presence of VGLUT2 in a significant fraction of TH
immunoreactive varicosities in the core of the nucleus accumbens and the
neostriatum; ii) an increase in the proportion of dually labeled terminals in the
nucleus accumbens following neonatal 6-OHDA lesion; iii) frequent double labeling
of TH varicosities belonging to the aberrant DA innervation (neoinnervation) which
develops in the substantia nigra following neonatal 6-OHDA lesion. Significant
differences were also noted in the size of the axon terminals labeled for TH only,
VGLUT2 only, or TH and VGLUT2. Finally, at this age (P15), all the dually labeled
terminals appeared equipped with a synaptic membrane specialization, unlike the
terminals labeled for TH or for VGLUT2 only.
In a second step, we sought to determine the fate of the dual phenotype in
adult rats (P90) subjected or not to the neonatal 6-OHDA lesion. In contrast with the
observations made in young rats, we found: i) a complete absence of dually labeled
terminals in the core of the nucleus accumbens and striatum of intact animals, as well
as in the remains of the substantia nigra after neonatal 6-OHDA lesion; ii) a sharp
decline of their number in the core of the nucleus accumbens of 6-OHDA-lesioned
animals. These findings, suggesting a regression of the dual TH/VGLUT2 phenotype
with age, reinforced the hypothesis of a specific role of the co-release of glutamate
from midbrain DA neurons during development.