Biosensor imaging of dopamine and glutamate signaling in striatal projection neurons in a mouse model of dopamine depletion

Imagerie par biosenseurs de la signalisation dopaminergique et glutamatergique dans les neurones de projection du striatum dans un modèle murin de déplétion dopaminergique La maladie de Parkinson (MP) est la seconde maladie neurodégénérative la plus fréquente. Il n’y a pas de traitement curatif de la maladie. Les traitements symptomatiques s’appuient principalement sur le remplacement de la dopamine (DA). Le traitement par L-DOPA, particulièrement efficace initialement, se complique à long terme par des fluctuations et dyskinésies. Les mécanismes de la plasticité striatale anormale sous-tendant l’apparition de ces dyskinésies sont mal compris. Le but de ce projet était d’identifier les anomalies des voies de signalisation dans les neurones de projection du striatum en l’absence de DA. Nous avons utilisé chez des souris avec lésion ou non des neurones DA par la 6-OHDA, des biosenseurs permettant l’étude de voies de signalisation en imagerie cellulaire multiphotonique de neurones vivants dans des tranches corticostriatales. Nous avons d’abord mis au point ce modèle combinant injection stéréotaxique de toxine et de vecteur viral chez des souris adultes. Dans certaines expériences nous avons étudié spécifiquement les réponses des neurones de projection striataux des voies directe (NPSd) ou indirecte (NPSi) en utilisant des biosenseurs activés par la recombinase Cre et des lignées transgéniques exprimant spécifiquement cette enzyme dans l’une ou l’autre population. Nous avons utilisé des biosenseurs FRET pour mesurer l’activité de la kinase dépendante de l’AMPc (PKA, sonde AKAR3) ou ERK (extracellular signal-regulated kinase, sonde EKAR-EV) et le senseur calcique GcAMP6S pour le Ca2+ libre cytosolique avec une bonne résolution spatiale et temporelle. Nous avons modulé pharmacologiquement les récepteurs de la DA, du glutamate et de l’adénosine, ainsi que les activités des kinases et phosphodiestérases. Nous avons observé que la lésion augmentait les réponses ERK à la stimulation des récepteurs D1 de la DA dans les NPSd. Nous avons montré une augmentation des réponses PKA dans ces neurones pouvant être liée à une augmentation de la protéine G stimulatrice d’adénylyle cyclase, Gαolf, ainsi qu’à une inhibition des phosphodiestérases. L’imagerie calcique a mis en évidence une augmentation de l’activité spontanée des NPSd et, de manière inattendue, de la sensibilité à la stimulation des récepteurs AMPA du glutamate des NPSi. En conclusion notre travail utilise pour la première fois l’imagerie biphotonique par biosenseurs dans le striatum dépourvu de DA de souris adulte. Il met en évidence des déficits multiples et distincts de la signalisation dans les deux populations de neurones de projection du striatum et suggère des mécanismes possibles de ces altérations.