Caractéristiques neurochimiques et neuropathologiques de la maladie de Parkinson

Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études

Caractéristiques neurochimiques et neuropathologiques de la maladie de Parkinson

Les principaux symptômes de la MP sont les troubles moteurs. L’activité motrice est sous le contrôle du système des ganglions de la base, composé du striatum (formé du putamen et du noyau caudé), du globus pallidus (GP), de la SN et du noyau subthalamique (NST). La déplétion dopaminergique sévère conduit à un dysfonctionnement des ganglions de la base impliquant deux circuits. La voie directe relie le striatum au globus pallidus interne (GPi) à la substance noire reticulata (SNr), structures de sortie des gonglions de base. La voie indirecte relie le striatum à la SNr en passant par deux relais, le globus pallidus externe (GPe) et le noyau subthalamique (NST). Ainsi, au cours de la MP, les lésions dopaminergiques affectant la voie directe entraînent une désinhibition du GPi et de la SNr, structures responsables d’une hyperactivité inhibitrice GABAergique des voies efférentes se projetant sur le thalamus. L’inhibition de l’activité du GPe, dans la voie indirecte, altère quant à elle le tonus inhibiteur GABAergique au niveau du NST, qui est le siège d’une hyperactivité glutamatergique en relation avec le Gpi/SNr. Par conséquent, une amplification de l’hyperfonctionnement des voies efférentes inhibitrices à GABA se projetant sur le thalamus se produit dans la MP (Figures 1A et 1B) (Fraix 2004, Fraix et al. 2008, Thobois et al. 2003) régulation négative de la voie directe grâce à une action inhibitrice du GPe sur le GPi. Le GPe exerce également une activité GABAergique inhibitrice sur le noyau subthalamique, ce qui permet une limitation de l’activité du GPi. Cette voie est appelée voie directe. La pigmentation normale de la SNpc, produite par la neuromelanine dans les neurones dopaminergiques est indiquée par les flèches noires. B. Dans la MP, le déficit en dopamine provoque une perturbation générale des circuits des ganglions de la base aboutissant à une sur-activation du GPi responsable d’une forte inhibition du cortex moteur, qui conduit à une perte progressive du contrôle moteur. Les flèches noires indiquent la dépigmentation de la substance noire et rendent compte de la disparition des neurones dopaminergiques contenant des pigments de neuromélanine. → Transmission GABAergique ; → transmission Glutamatergique. SNpc : substance noire pars compacta ; GPe/i : Globus pallidus externe ou interne ; NST : noyaux subthalamiques. D’après (Dauer and Przedborski 2003).
Des granules pigmentés bruns/noirs ont été décrits dans le système nerveux central humain, plus précisément dans la SN et le locus coeruleus, nommés neuromélanine en raison de leur ressemblance avec la mélanine (Graham 1978, 1979). Ces pigments neuromélaniques se trouvent, entourés d’une double membrane dans le périkaryon neuronal, et leur accumulation dans la SN pourrait être causée par le vieillissement (Olanow et al, 2009). La neuromélanine pourrait provenir de l’auto-oxydation de la DA en présence d’oxygène (Carstam et al. 1991, Hirsch et al. 1988, Lyden et al. 1984, McNeill et al. 1984). Cette neuromélanine pourrait aussi servir de réservoir pour certaines toxines, et permettrait ainsi à des métaux de transitions impliqués dans la MP de s’y loger, ce qui pourrait expliquer la neurotoxicité spécifique de certaines substances, comme le I-méthyl-4-phénylpyridinium (Burns et al. 1984, Wu et al. 1986). La dégénérescence des neurones DAergiques neuromélaniques associée à la MP s’accompagne donc d’une diminution de la pigmentation noire dans la SN observable lors de l’autopsie (Youdim et Riederer, 1997) (Figure 1).
La dégénérescence de la voie nigrostriée est accompagnée de l’apparition d’inclusions cytoplasmiques appelées « corps de Lewy » dans les neurones dopaminergiques de la SNpc. Les corps de Lewy sont des agrégats de protéines cytoplasmiques eosinophiles sphériques composés de nombreuses protéines (Figure 2), y compris l’α-synucléine, la parkine, l’ubiquitine et les neurofilaments. Les corps de Lewy ont un diamètre supérieur à 15 nm et une structure organisée contenant un noyau dense entouré d’un halo clair (Braak et al. 1995). Les corps de Lewy ne sont pas spécifiques à la MP puisque l’on peut aussi en retrouver dans le cerveau de personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer et de certaines formes de démences. Toutefois, la présence de corps de Lewy dans le SNc du mésencéphale est exclusive à la MP. Actuellement, plus de 70 protéines ont été identifiées dans les corps de Lewy (Wakabayashi et al. 2007) dont des protéines impliquées dans les formes familiales de la MP, à savoir la parkine (Schlossmacher et al. 2002), PINK1 (Abou-Sleiman et al. 2006, Gandhi et al. 2006), DJ-1 (Bandopadhyay et al. 2004), l’α-synucléine (Spillantini et al., 1997)., UCHL1 (Vaughan et al. 2001), LRRK2 (Miklossy et al. 2006) et la synphiline-1 (Mori et al. 2008, Wakabayashi et al. 2007). La dégénerescence des neurones est corrélée à l’agrégation proteique intrcaellulaires dans les CL. Ces Observations sont associées à l’apparition des troubles moteurs (Feany et Bander 2000).
Figure 2 : Immunomarquage de différents composants des corps de Lewy dans les neurones dopaminergiques de la SNpc. L’immunomarquage des corps de Lewy avec un anticorps contre la synucléine est essentiellement localisé dans la zone centrale (image à gauche), à l’inverse, l’immunoréactivité de type ubiquitine est plus diffuse dans le corps de Lewy (image de droite). SNpc : substance noire pars compacta. D’après (Dauer and Przedborski 2003).

Les causes de la maladie de Parkinson

Le développement de la MP serait la conséquence de l’interaction entre des facteurs génétiques (Singleton et al. 2013) et neurotoxiques environnementaux (Baldi et al. 2003, Gao et al. 2012), responsables de phénomènes de stress oxydatif et d’un dysfonctionnement de la chaîne respiratoire mitochondriale conduisant au final à la mort apoptotique des neurones dopaminergiques nigrostriés et à l’installation d’une réponse neuroinflammatoire qui entretienne la perte neuronale et la progression de la maladie (Jenner P.et al 2003 ; Marchetti B, et al, 2005).

Facteurs génétiques

Depuis la découverte, en 1997, de la première forme héréditaire de la MP associée à la mutation du gène SNCA (α-synucléine) (Polymeropoulos et al. 1997), cinq gènes ont à ce jour été identifiés pour provoquer des formes familiales de la MP, à savoir SNCA, parkine (Hardy et al, 2006), DJ-1, PINK1 (Kilarski et al. 2012), ATP13A2 (Yang and Xu 2014) et LRKK2 (Lesage et al. 2006, Ross et al. 2011). Les mutations
situées dans les gènes codant pour l’α-synucléine, et LRRK2 se transmettent de façon autosomique dominante et celles dans les gènes codant pour la parkine, DJ-1, PINK1 et l’ATP13A2 se transmettent de façon autosomique récessive (Lohmann et al. 2012, Pineda-Trujillo et al. 2006, Tomiyama et al. 2015, Witoelar et al. 2017). Les formes idiopathique et héréditaire de la MP sont très similaires d’un point de vue clinique et pathologique, mais la forme héréditaire se développe souvent plus tôt, vers l’âge de 40-45 ans, et certains signes cliniques particuliers peuvent y être associés (Sharma et al. 2012).
Bien que la voie commune reliant les gènes liés à des formes familiales de la MP ne soit pas encore élucidée, il apparait que la mitochondrie joue un rôle central dans le processus de neurodégénérescence de la MP. En effet, au moins 4 gènes responsables des formes héréditaires de la MP, sont impliqués dans la régulation de l’activité mitochondriale. Il a été rapporté que la moitié des cas précoces de MP est due à des mutations des gènes PINK1 et PARK2, conduisant à l’altération du renouvellement normal des mitochondries et à leur dégradation rapide ( Branco et al, 2010). Des études récentes, ont identifié un nouveau gène, VPS13C (vacuolar protein sorting 13C), impliqué dans une forme précoce de la MP. La mutation de ce gène conduit à la perte de fonction de la protéine VPS13C, responsable d’une vulnérabilité des mitochondries au stress conduisant à la mort neuronale par mitophagie selon une voie dépendante de PINK1/PARKIN (Lesage et al. 2016).

Gène de l’α-synucléine

L’un des premiers gènes identifié fut le gène PARK1 (4q21) codant pour la protéine α-synucléine, très abondante physiologiquement dans les neurones et impliquée dans la plasticité neuronale. Trois mutations autosomales dominantes sur le chromosome 4q21 furent principalement identifiées (Polymeropoulos et al. 1997). Le gène muté est dupliqué (Chartier-Harlin et al. 2004) et même tripliqué (Singleton et al. 2003), ce qui entraîne la production d’une plus grande quantité de la protéine mutée comparativement à la protéine normale, et mène à son agrégation. Le marquage des corps de Lewy avec un anticorps contre l’α-synucléine agrégée montre une forte immunoréactivité, signe de la présence de la protéine mutée dans les corps de Lewy et donc suggère son implication dans la MP (Polymeropoulos et al. 1997). Aucune de ces mutations ne fut identifiée dans la forme idiopathique de la MP. Malgré le fait que des mutations dans ce gène restent des causes relativement rares de MP, ces découvertes ont été réellement importantes dans la compréhension de la maladie (Hardy et al, 2006).

Gène DJ-1

Le gène DJ-1 comporte 11 mutations autosomales récessives, ce qui est en fait le second plus fréquemment touché dans la forme familiale de la MP. La protéine est impliquée dans la réponse au stress oxydatif (Ishikawa et al. 2009, Tsuboi et al. 2008, Yanagida et al. 2009). Elle pourrait agir comme un antioxydant puisqu’en présence d’un stress, la protéine se transforme en un dérivé capable de céder des protons (Yanagida et al. 2009). De plus, le DJ-1 forme des complexes ARN-protéines qui régulent l’expression de gènes impliqués dans la réponse cellulaire au stress oxydant (Chan and Chan 2015, Mukherjee et al. 2015, Zhang et al. 2015). Les mutations affectent donc l’activité de cette protéine et rendent la cellule plus vulnérable au stress oxydatif (Ishikawa et al. 2009, Saito et al. 2014, Taira et al. 2004).

Gène de la dardarine

Une mutation autosomale dominante au niveau du gène LRRK2 (leucine-rich repeat kinase 2), qui code pour la protéine dardarine, a été identifiée, impliqué dans la forme héréditaire de la MP (Sayad et al. 2016). En effet, cette mutation induit une modification d’une protéine kinase qui pourrait entraîner la phosphorylation de l’α-synucléine et de tau, toutes deux impliquées dans la MP et la maladie d’Alzheimer (Hardy et al. 2009, Wider and Wszolek 2007).

Gène PINK1

PINK1, PTEN-induced putative kinase 1, est une kinase mitochondriale dont le gène est le PINK1 situé sur le chromosome 1. La mutation du PINK1 est responsable d’une forme précoce et familiale de la MP, appelée « maladie de Parkinson de type 6 » ou PARK6. La mutation de PINK1 entraîne une altération des mitochondries des neurones dopaminergiques et l’accumulation d’espèces oxygénées réactives responsables des dommages oxydatifs et de la mort neuronale par stress oxydatif (Lin et al, 2009 ; Branco et al 2010)
Globalement l’identification des gènes liés à des formes familiales de la MP, telles que l’α-synucléine, la parkine, le DJ-1, le PINK-1 et la LRRK2 fournissent des informations importantes sur les voies moléculaires impliquées dans la maladie et mettent en évidence des mécanismes par lesquels le stress oxydatif et le dysfonctionnement mitochondrial contribuent à la mort des neurones dopaminergiques (Figure 3) différentes protéines liées à la maladie i.e. DJ-1, PINK1, parkine, α-synucléine et LRRK2, affecte de manière irréparable la fonction mitochondriale, entraînant une perturbation des systèmes homéostasiques (calcium, fer), une exacerbation de la production d’espèces oxygénées ou nitrosylées réactives (ROS / RNS), une chute du taux de glutathion réduit (GSH), une oxydation de la sous-unité 26S du proteasome, une altération du fonctionnement du système ubiquitine-protéasome (UPS) et une augmentation de la mitophagie. Tous ces mécanismes au final endommagent des constituants cellulaires et conduisent à la mort cellulaire. Le stress oxydatif et ces dommages cellulaires induisent l’activation des cellules microgliales qui à leur tour répondent par la production de médiateurs de l’inflammation et accentuent la mort neuronale. Modifié d’après (Dias et al. 2013).

Facteurs environnementaux

La forme sporadique de la MP est néanmoins la plus fréquente et de nombreuses études soutiennent l’hypothèse qu’elle pourrait être d’origine environnementale (Baldi et al. 2003, Freire and Koifman 2012). L’hypothèse environnementale postule que la neurodégénérescence liée à la MP résulte de l’exposition à des neurotoxines ciblant les neurones dopaminergiques de la SNpc (Bove and Perier 2012, Cannon and Greenamyre 2010, Kaur et al. 2007). En accord avec ce postulat, les études épidémiologiques ont établi un lien entre la survenue de la MP et une vie dans un environnement rural et/ou exposée aux pesticides, aux métaux, aux polychlorobiphényles ou encore aux solvants (Brown et al. 2005, Elbaz and Tranchant 2007, Moisan et al. 2015, Peng et al. 2007). De plus, l’analyse post-mortem de cerveaux de patients parkinsoniens a révélé la présence de taux élevés de pesticides dans des structures cérébrales notamment la SN et le noyau caudé (Corrigan et al. 1996, Corrigan et al. 1998, Corrigan et al. 2000). A l’échelle intracellulaire, les mécanismes de neurotoxicité de certains pesticides comme la roténone et le paraquat impliquent un dysfonctionnement mitochondrial par action sur les complexes I et/ou III de la chaîne respiratoire (Testa et al. 2005). L’altération des fonctionnalités mitochondriales entraîne un déséquilibre redox du couple NADH/NAD+, une chute de production d’ATP, une accumulation des espèces oxygénées réactives (ROS), une oxydation et une agrégation de protéines telle que l’α-synucléine, et l’induction de mécanismes apoptotiques par libération de cytochrome C de l’espace inter membranaire mitochondrial vers le cytosol à l’origine d’une activation de caspases et une altération de l’ADN nucléaire (Greenamyre et al. 2001, Sherer et al. 2001, Sherer and Greenamyre 2005, Testa et al. 2005). Des travaux réalisés sur des cultures de neurones, ont montré que des mutations des gènes α-synucléine, DJ-1 (Park7), Pink1 et Parkin, impliqués dans des formes héréditaires de la MP augmentent la susceptibilité à la neurotoxicité du paraquat et de la roténone (Gao et al. 2012, Testa et al. 2005).
Par ailleurs, des études réalisées chez des toxicomanes ont montré que la consommation du 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP), une neurotoxine de synthèse, induit l’apparition d’un syndrome parkinsonien en seulement trois jours chez l’homme (Cannon and Greenamyre 2010). La neurotoxicité du MPTP est provoquée par son métabolite, le 1-méthyl-4-phénylpyridinium (MPP+), qui est un herbicide, le cyperquat, de ressemblance structurale avec le Paraquat (Bove and Perier 2012, Cannon and Greenamyre 2010). Le MPP+ induit sa neurotoxicité sur les neurones dopaminergiques en inhibant le complexe I de la chaîne respiratoire mitochondriale. Le MPTP est actuellement la drogue la plus utilisée pour induire des modèles de MP in vitro et in vivo. Durant ma thèse je me suis focalisée sur le modèle murin de la MP induit par l’intoxication au MPTP, modèle qui sera détaillé dans le paragraphe 7. A l’instar du MPP+, les pesticides agissent souvent comme des poisons mitochondriaux. C’est ainsi que les complexes de transports d’électrons dans la mitochondrie et la synthèse d’ATP sont inhibés par les herbicides diphényléther, les herbicides thiadiazoles, les insecticides organochlorés comme le DDT (dichloro-diphényl-trichloroéthane), les insecticides pyréthroïdes et les fongicides benzimidazoles. L’exposition aux pesticides peut avoir lieu directement par contact avec la peau, absorption de nourriture ou d’eau contaminée, mais aussi inhalation de particules d’aérosols ou de fumigènes contenant des pesticides. Il faut noter que la plupart des études regroupent des agents pesticides, herbicides et insecticides dans la catégorie « pesticides », donc nous ne connaissons pas le risque associé à chaque catégorie d’agents (Huang et al. 2003).
En revanche, le tabagisme et la consommation de café semblent être inversement associés au risque de développement de la MP (Hernan et al. 2002, Hernan et al. 2001), ce qui renforce l’idée selon laquelle divers facteurs environnementaux peuvent modifier la susceptibilité à la MP.

Mécanismes de neuropathogenèse de la maladie de Parkinson

Différents mécanismes pourraient être associés à la neuropathogénèse de la MP et en particulier le dysfonctionnement de la chaîne respiratoire mitochondriale, les dommages liés au stress oxydatif, l’apoptose, les processus neuro-inflammatoires qui entretiennent le mécanisme neurodégénératif primaire (Hirsch & Hunot 2009) et l’agrégation de protéines provoquée par des défauts au niveau du système ubiquitine-protéasome (Bose and Beal 2016, Carboni and Lingor 2015, Del Tredici and Braak 2016, Dzamko et al. 2015, Ganguly et al. 2017, Ryan et al. 2015, Vivekanantham et al. 2015). Que ce soit dans les cas de formes sporadiques ou de formes familiales, des dysfonctions de ces voies conduisent à la dégénérescence des neurones dopaminergiques.

Implication du stress oxydatif

Le stress oxydatif est impliqué dans les mécanismes conduisant à la mort des neurones dopaminergiques de la SNpc (Dias et al. 2013, Gaki and Papavassiliou 2014, Jenner 2003), mais le rôle étiologique de ce stress dans le développement de la MP reste controversé.
Le stress oxydatif définit un déséquilibre entre les niveaux de ROS et/ou d’espèces réactives azotées (RNS) produites et la capacité d’un système biologique à les détoxifier, créant un état périlleux contribuant aux dommages cellulaires. Les ROS/RNS sont des substances hautement réactives et cytotoxiques telles que l’anion superoxyde (O2°−), le peroxyde d’hydrogène (H2O2), le radical hydroxyl (OH°) ou encore l’anion peroxyinite (ONOO−). Les mécanismes physiologiques de défense anti-radicalaire permettant la détoxification de ces ROS/RNS, sont essentiellement représentés par les enzymes antioxydantes i.e. superoxydes dismutases (SODs), catalase, glutathion peroxydases (GPx) et les piégeurs de ROS dont le glutathion réduit (GSH) (Figure 4). Les ROS sont néfastes pour le fonctionnement cellulaire puisqu’elles entrainent l’oxydation des biomacromolécules cellulaires (lipides, protéines et acides nucléiques) conduisant à l’altération de leur fonctionnalité dans la cellule et au final à la mort cellulaire.
; O2-, radical superoxyde; H2O2, peroxyde d’hydrogène; HO°, radical hydroxyle; NO, monoxyde d’azote; O2, dioxygène; ONOO-, ion peroxynitrite; ROO-, radical peroxyle; RO- radical alkoxyle; R, chaîne carbonée.
La principale source endogène de ROS est la mitochondrie, via la chaîne de transport d’électrons. L’O2°-, principalement produit par les complexes mitochondriaux I (NADH/ ubiquinone oxydoréductase) et III (ubiquinone –cytochrome c réductase) est hautement réactif et traverse facilement la membrane mitochondriale interne, où il peut être réduit en H2O2 sous l’action de la SOD (Figure 5). Le H2O2 peut également être généré par les peroxysomes, au niveau desquels il est converti en H2O et oxygène moléculaire grâce à la catalase, ce qui empêche son accumulation. Cependant, lorsque les peroxysomes sont endommagés, le H2O2 est libéré dans le cytosol et en présence de métaux de transition comme l’ion ferreux réduit (Fe2+), il peut être converti par la réaction de Fenton en OH° hautement réactif, le plus nocif de tous les ROS (Valko et al. 2007, Valko et al. 2006). Les ROS sont aussi produits en permanence par différents systèmes enzymatiques dont les plus importants sont les NADPH oxydases, la glucose oxydase et les NO synthases (NOS). Les ROS peuvent être générés par la libération de fer libre à partir des protéines chélatrices ferritine et transferrine, et par la dégradation sous l’action de la MAO mitochondriale des neurotransmetteurs aminés, i.e. les catécholamines et la sérotonine (Poprac et al. 2017, Valko et al. 2016).

Implication du dysfonctionnement mitochondrial

Les mitochondries jouent une double fonction de source et de cible de ROS, et plusieurs études suggèrent que le dysfonctionnement mitochondrial joue un rôle essentiel dans la pathogenèse de la MP (Bhat et al. 2015, Greenamyre et al. 2001, Schapira et al. 1989, Zhu and Chu 2010, Zhu et al. 2012). Les mitochondries sont des organites dynamiques assurant de nombreuses fonctions dans la cellule. Outre leur rôle dans la production d’énergie, elles contrôlent l’homéostasie calcique, la réponse au stress et les voies de mort cellulaire. Par conséquent, une altération de la fonction mitochondriale entraîne un dommage cellulaire et est liée à la neurodégénérescence (Zhu and Chu 2010). Le dysfonctionnement mitochondrial a été initialement associé à la physiopathogenèse de la MP à la suite du développement du parkinsonisme induit par le MPTP, drogue qui inhibe le complexe I mitochondrial associé à une perte importante de neurones dopaminergiques au niveau du SNpc, comme révélé par l’analyse post-mortem chez des toxicomanes ayant consommé cette neurotoxine (Bove and Perier 2012). Depuis ces observations, plusieurs études ont indiqué une diminution de l’activité du complexe I et de l’ubiquinone dans la SN des patients atteints de la MP, associée à une dégénérescence neuronale (Keeney et al. 2006, Schapira et al. 1989). Les études génomiques ont montré que l’expression des gènes codants pour les protéines mitochondriales est réprimée dans les neurones dopaminergiques des patients atteints de la MP (Elstner et al. 2011). Un déficit de l’activité du complexe I de la chaine mitochondriale a également été observé dans les plaquettes et le muscle squelettique des patients atteints de la MP (Parker et al. 1989, Swerdlow et al. 1998). L’ensemble de ces données indique que le fonctionnement mitochondrial est fortement altéré dans la MP, processus qui pourrait affecter la biogenèse des organelles, la fusion/fission mitochondriale et leurs fonctions de défense cellulaire (lutte contre le stress oxydatif, mitohagie) (Dias et al. 2013). En outre, la mutation de diverses protéines mitochondriales est liée à certaines formes héréditaires de la MP (Plun-Favreau et al. 2008, Wood-Kaczmar et al. 2008). Ainsi, la mutation de l’ATP13A2, une ATPase de type P induit un syndrome parkinsonien atypique récessif autosomique, associé à un accroissement de la masse mitochondriale responsable d’une augmentation de la consommation d’oxygène et de la production de ROS (Gusdon et al. 2012, Zhu et al. 2012).

La Neuroinflammation

Le lien entre la MP et la neuroinflammation a été établi initialement par une étude post-mortem, décrivant la présence de cellules microgliales activées exprimant la NO-synthase inducible (iNOS) et des taux élevés en cytokines pro-inflammatoires dans la SNpc (McGeer et al. 1988). Les cellules microgliales sont des composants du système immunitaire inné du SNC, cellules qui deviennent activées lors d’une lésion cérébrale. Ainsi, en réponse à la présence de pathogènes ou l’accumulation de protéines anormales dans leur environnement, les cellules microgliales s’activent et présentent ces antigènes aux cellules du système immunitaire telles que les lymphocytes T. Les cellules microgliales activées sont une source importante de superoxydes et de NO, qui à leur tour contribuent au stress oxydatif dans le microenvironnement cérébral. Ces cellules peuvent également favoriser la neurodégénérescence en produisant d’autres agents potentiellement toxiques tels que le glutamate, le tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), des cytokines pro-inflammatoires et des chémokines (McGeer and McGeer 2004, 2008).
Des travaux récents suggèrent que la production de facteurs inflammatoires par les cellules gliales activées (astrocytes et microglie) serait impliquée dans la perte des neurones dopaminergiques dans la MP (Iannaccone et al. 2013). En effet, la surexpression anormale, au cours de la MP, de l’α-synucléine dans les cellules gliales altère les fonctionnalités neurotrophiques de ces cellules, exaspère la réponse inflammatoire gliale (sécrétion accrue de cytokines pro-inflammatoires), produit un stress oxydant et précipite la mort des neurones dopaminergiques (Bruck et al. 2016, Cao et al. 2011, Li et al. 2011). Il est intéressant de noter qu’un traitement visant à réduire la réactivité microgliale à l’aide d’agents antioxydant (Brynskikh et al. 2010) et anti-inflammatoire (Johnston et al. 2008, McGeer and McGeer 2007), atténue le processus inflammatoire et prévient la neurodégénérescence dans la substance noire chez les souris intoxiquées au MPTP. Ces données indiquent que l’activation des cellules gliales contribuerait à la perte neuronale via la production de cytokines pro-inflammatoires et de radicaux libres conduisant à une rupture de l’équilibre RedOx.
Au cours du processus de dégénérescence des neurones dopaminergiques, les cellules microgliales activées reconnaitraient les neurones endommagés comme des éléments étrangers et agiraient contre eux, ce qui in fine précipite la perte neuronale. Cette mort des neurones exacerbe le processus neuro-inflammatoire et déclenche une réponse immunitaire où des chimiokines sont produites sur le site de l’inflammation par les cellules gliales réactives et attirent, au niveau de la zone lésée, des cellules immunitaires circulant dans le sang (Su and Federoff 2014). Les cellules microgliales activées sont particulièrement néfastes pour les neurones dopaminergiques via la surproduction de cytokines pro-inflammatoires, de ROS et RNS concomitante à une diminution de la sécrétion de facteurs trophiques nécessaires au maintien de la viabilité neuronale (McNaught and Jenner 1999, McNaught et al. 2001). La présence de lymphocytes T associée à la microglie activée a été détectée dans la SN de patients atteints de la MP, ainsi qu’une augmentation des médiateurs pro-inflammatoires i.e. interleukines (IL)-1beta, IL-2, IL-4, IL-6 et la forme soluble de Fas dans le striatum et le liquide céphalo-rachidien (Mogi et al. 1996a, Mogi et al. 1996b, Nagatsu et al. 2000b). De plus, le taux des marqueurs neuroinflammatoires tels que l’IL-2, l’IL-6, le TNF- α et la chemokine RANTES est élevé dans le plasma de personnes souffrant de la MP (Hirsch et al. 2003a, Hirsch and Hunot 2009).

Les mécanismes de mort cellulaire

L’augmentation du stress oxydatif, le dysfonctionnement mitochondrial, l’agrégation des protéines, le dépôt de fer ainsi que l’inflammation et l’activation des cellules gliales sont différents facteurs qui in fine déclenchent la mort cellulaire programmée ou apoptose (Ruberg et al. 1997). Ce phénomène d’apoptose a été mis en évidence par des changements morphologiques observés en microscopie électronique (Kerr et al. 1972, Williams and Bell 1985). L’apoptose commence par une perte d’adhésion de la cellule qui s’isole, suivie par une réduction du volume cellulaire suite à la condensation du noyau et du cytoplasme, puis une fragmentation du réseau mitochondrial. Il s’en suit, une fragmentation de l’ADN et un bourgeonnement de la membrane plasmique qui conduisent à la formation de vésicules appelées corps apoptotiques. Au niveau mécanistique, il existe deux principales voies qui conduisent à l’apoptose, à savoir les voies extrinsèque et intrinsèque (Kerr 2002, Peter et al. 1997). L’apoptose par la voie extrinsèque est induite par l’activation des récepteurs de mort (FAS), qui appartiennent à la superfamille des TNFs. La voie intrinsèque est quant à elle activée par différents signaux intracellulaires dont le stress oxydatif, qui vont agir sur l’expression de régulateurs de l’apoptose comme les membres de la superfamille des protéines B-cell lymphoma 2 (Bcl-2), aboutissant à une chute du potentiel transmembranaire mitochondrial et un relargage du cytochrome C dans le cytoplasme. Ces deux voies conduisent à l’activation des caspases qui sont des protéases à cystéine, menant à la fragmentation de l’ADN et à l’activation de protéases comme les calpaïnes.
L’apoptose est une mort cellulaire physiologique contrôlée et parfois génétiquement programmée nécessaire à la survie des organismes pluricellulaires. L’apoptose joue un rôle primordial dans la formation et la survie de l’organisme. Néanmoins, dans certaines pathologies, le processus se trouve exacerbé. C’est ainsi qu’en 1996, Mochizuki (Mochizuki et al. 1997) et ses collaborateurs ont révélé par la technique de terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick end labeling (TUNEL) un profil de dégradation de l’ADN en échelle, spécifique de l’apoptose dans des cerveaux de parkinsoniens post-mortem. Une étude par microscopie électronique a aussi identifié la présence de noyaux apoptotiques avec des modifications ultra-structurales typiques chez les patients atteints de la MP (Anglade et al. 1997, Ruberg et al. 1997). Ces premiers travaux ont été confirmés par la technique du double marquage fluorescent de l’ADN et la présence de chromatine condensée dans les cellules dopaminergiques de personnes souffrants de la MP (Tatton et al. 1998). De plus, les formes actives des caspases-8, -9, -1 et -3, enzymes de la cascade apoptotique, sont fortement exprimées dans les neurones dopaminergiques de la SNpc de patients parkinsoniens (Hirsch et al. 1999, Tatton 2000, Tatton et al. 2003) (Apop-Mogi et al. 2000), confirmant l’implication des mécanismes apoptotiques dans la mort des neurones de la SNpc dans cette pathologie. Une augmentation de l’expression du facteur suppresseur de tumeur p53 et de la protéine Bcl-2–associated X (Bax) membre pro-apoptotique de la famille des protéines Bcl-2, a aussi été observée dans la SNpc de cerveaux de patients parkinsoniens et le cerveau de modèles animaux parkinsoniens induit par une administration de MPTP (Hartmann et al. 2000, Hirsch et al. 1988, Hirsch et al. 2003b, Turmel et al. 2001). D’autres études post-mortem ont également suggéré l’implication de FAS et FADD, deux composants des récepteurs de mort dans les cerveaux de patients parkinsoniens (Hartmann 2004, Hartmann and Hirsch 2001, Hartmann et al. 2002). En effet, le blocage de ces récepteurs à l’aide d’anticorps prévient la mort des neurones dopaminergiques (Hurelbrink et al. 2001, Hurelbrink and Barker 2001). Ces données indiquent l’implication des voies intrinsèque et extrinsèque dans l’initiation de l’apoptose observée chez les personnes atteintes de la MP.

Traitements

A ce jour, il n’existe pas de traitements capables de guérir la MP. Seuls les symptômes de la maladie peuvent être pris en charge par des approches médicamenteuses ou chirurgicales. Les approches médicamenteuses visent à compenser le déficit dopaminergique au niveau du striatum en administrant soit un précurseur de dopamine, soit un agoniste dopaminergique ou en inhibant le métabolisme de la dopamine par la MonoAmine-Oxydase B (MAO B) ou la Cathécol-O-Méthyl Transférase (COMT). Des médications à visée anticholinergiques sont aussi employées pour compenser l’altération de la boucle nigrostriée et la perte du contrôle dopaminergique sur les neurones cholinergiques striataux. Les traitements neurochirurgicaux consistent entre autre en la stimulation à haute fréquence du noyau subthalamique. Toutefois, ces traitements restent paliatifs et ne protègent pas le bon fonctionnement des neurones dopamineriquess, d’où la nécessité de développer des stratégies capables de protéger les cellules neuronales des processus neurodégénératifs afin de stopper ou de ralentir la progression de la maladie.

Les traitements chirurgicaux

La thalamotomie, destruction du noyau ventro-latéral de l’un des deux thalamus, a été jusqu’à l’avènement de la dopathérapie, un traitement de choix de la maladie (Cooper 1953, Svennilson et al. 1960). Aujourd’hui, les cliniciens y recourent en cas d’échec médicamenteux. La démonstration d’une hyperactivité du GP et du NST dans la MP à l’origine des symptômes moteurs de la maladie (Crossman 1989) a relancé les perspectives de la neurochirugie. De fait, la thalamotomie permet de réduire les tremblements chez plus de 85% des patients, mais n’améliore par la bradykinésie et l’akinésie (Kelly et al. 1987a, Kelly et al. 1987b). Cependant, la pratique de la thalamotomie bilatérale a souvent pour conséquence de causer des déficiences cognitives et linguistiques.
La destruction de structures cérébrales n’étant pas sans risque, la stimulation cérébrale profonde (SCP) s’est développée au cours des dernières années (Klockgether et al. 1994). Cette technique, moins invasive et réversible, consiste à placer des électrodes de stimulation à haute fréquence dans la structure cérébrale à inhiber, comme le thalamus et des noyaux subthalamiques (Henderson and Dunnett 1998, Klockgether et al. 1994, Luquin 1997, Rodriguez et al. 1998) et reproduit les résultats de la thalamotomie et de la pallidotomie (Benabid et al. 2000, Benabid et al. 2001, Benabid and Torres 2012, Limousin-Dowsey et al. 1999). La SCP est pratiquée surtout chez les patients très handicapés par les tremblements ou par les déficits moteurs associés à la MP (Ewert et al. 2017, Guzzi et al. 2016).

Table des matières

Table des matières
Liste des communications
Liste des Figures
Liste des tableaux
Etude Bibliographique
I- La maladie de Parkinson
1. Histoire de la maladie de Parkinson
2. Symptômes cliniques de la maladie de Parkinson
3. Caractéristiques neurochimiques et neuropathologiques de la maladie de Parkinson
4. Les causes de la maladie de Parkinson
4.1. Facteurs génétiques
4.1.1. Gène de l’α-synucléine
4.1.2. Gène DJ-1
4.1.3. Gène de la dardarine
4.1.4. Gène PINK1
4.2. Facteurs environnementaux
5. Mécanismes de neuropathogenèse de la maladie de Parkinson
5.1. Implication du stress oxydatif
5.2. Implication du dysfonctionnement mitochondrial
5.3. La Neuroinflammation
5.4. Les mécanismes de mort cellulaire
6. Traitements
6.1. Les traitements chirurgicaux
6.2. Les traitements médicamenteux
6.2.1. La Dopathérapie
6.2.2. Les agonistes dopaminergiques
6.2.3. Les inhibiteurs d’enzymes
7. Modèle Expérimental d’étude
7.1. Caractéristiques du modèle d’intoxication par la 6-OHDA
7.2. Caractéristiques du modèle d’intoxication par le MPTP
II. La Neuroprotection : Implication des facteurs de susceptibilité astrogliale
1. Caractéristiques fonctionnelles des astrocytes
2. Rôle des astrocytes dans les processus neurodégénératifs de la maladie de Parkinson
2.1. Effets bénéfiques des astrocytes réactifs
2.2. Rôle dégénératif des astrocytes dans la MP
III. L’endozépine, ODN
1. Organisation et régulation de l’expression du gène du DBI
2. Sources d’endozépines dans le SNC
3. Structure, maturation et régulation de la libération des endozépines
3.1. Structure et maturation
3.2. Contrôle de la libération de l’ODN
4. Activités Biologiques de l’ODN dans le SNC
4.1. Effets de l’ODN relayés par l’activation des CBR
4.2. Effets de l’ODN relayés par le récepteur métabotropique
4.3. Effets protecteurs de l’ODN sur les cellules nerveuses
Objectifs
Matériels & Méthodes
I. Modèle animal
II.Génotypage des animaux ACBP/DBI
1. Extraction d’ADN génomique
2. Réaction de polymérisation en Chaine (PCR)
3. Electrophorèse
III. Procédure des injections
1. Injection intra-péritonéale
2. Injection intra-cérébroventriculaire
IV. Procédures de traitement
1. Souris de la lignée Sauvage
2. Souris transgéniques
V. Procédures expérimentales
1. Prélèvement et préparation des tissus
2. Réaction de polymérisation en chaîne en temps réel (RT-PCR)
2.1. Extraction des ARNm
2.2. Dosage de la quantité et qualité de l’ARN
2.3. Transcription inverse
2.4. Les étapes de la q-PCR
3. Immunohistochimie
4. Western blot
5. Mesure des dommages oxydatifs
5.1. Dosage du taux du malondialdéhyde (MDA)
5.2. Evaluation de l’accumulation des ROS
5.3. Mesure de l’activité de la Caspase-3
VI- Analyses statistiques
Résultats
Discussion
1.L’ODN prévient chez la souris la perte des neurones dopaminergiques de la SNpc induite par le traitement au MPTP
2.Identification des mécanismes cellulaires impliqués dans l’effet neuroprotecteur de l’ODN dans un modèle murin de la MP
2.1.Rôle antioxydant de l’ODN
2.2.Rôle anti-inflammatoire et anti-apoptotique de l’ODN
3. L’ODN, un agent neuroprotecteur endogène ?
3.1. Caractéristiques des souris invalidées pour le gène du DBI
3.2. Effet de la déficience en ODN sur la sensibilité des neurones dopaminergiques de la SNpc vis-à-vis du MPTP
Conclusions & Perspectives
Références Bibliographiques

Télécharger le rapport complet