Les voies efférentes : SCN – glande pinéale

A partir des SCN, plusieurs voies nerveuses efférentes sont impliquées dans la distribution du message circadien à l’ensemble de l’organisme et qui permettent l’organisation circadienne des fonctions physiologiques, endocrines et comportementales. L’une des voies nerveuses importantes aboutit à la glande pinéale (GP). L’information photique lue par la rétine est traduite en un message nerveux qui sera véhiculé jusqu’au SCN, ensuite, l’information transite par une voie à VP et à VIP jusqu’aux noyaux paraventriculaires de l’hypothalamus (PVN) puis dans la colonne intermédiolatérales (IML) située dans la moelle épinière et ensuite aux ganglions cervicaux supérieurs (SCG) pour aboutir enfin à la glande pinéale (GP) par une voie essentiellement noradrénergique où elle sera traduite en un message hormonal: la sécrétion de la mélatonine (Figure 13).

Figure 13: Représentation schématique de la voie polyneuronale permettant au SCN de contrôler la synthèse de mélatonine. CG : cellules ganglionnaires ; SCN : noyau suprachiasmatique; IML : colonne intermédiolatérale de la moelle épinière ; PVN : noyau paraventriculaire hypothalamique; SCG : ganglions cervicaux supérieurs ; P : la glande pinéale (Adapté Berson, 2003).

La mélatonine est une hormone synthétisée rythmiquement dans la GP, et ce, uniquement pendant la phase obscure du nycthémère (Vaughan et al., 1976). Sa synthèse est entièrement contrôlée par le SCN. Pendant le jour, la voie qui relie le SCN à la GP est inhibée. La GP accumule du tryptophane (TRP), capté à partir de la circulation générale, et qui constitue le précurseur commun de tous les composés de la GP. Il est converti par la TRP hydroxylase en 5-hydroxytryptophane (5-HTTP), ce dernier est ensuite décarboxylé en sérotonine (5-HT) sous l’action de la 5-HTP-décarboxylase. La 5-HT est synthétisée en grandes quantités le jour et constitue le substrat commun de tous les produits synthétisés dans la GP. Pendant la nuit, toute la voie polyneuronale (SCN-GP) est activée. Sous le contrôle du SCN, la noradrénaline (NA), libérée, va agir sur des récepteurs β adrénergiques, stimulant l’activité adénylate cyclasique, ce qui transforme l’ATP en AMPc. L’augmentation brutale de la concentration de l’AMPc stimule la synthèse et l’activité d’une enzyme « N-acétyl transférase » (NAT). La NAT catalyse le transfert du groupement acétyl de l’acétyl coenzyme A (CoA) sur la 5-HT entraînant la formation de la N-acétyl sérotonine (NAS) qui elle-même sera hydrolysée en mélatonine par l’enzyme hydroxyindol-O-méthyl-transférase (HIOMT). La mélatonine n’est pas impliquée directement dans l’organisation de la rythmicité circadienne. En effet, la pinéalectomie ne modifie, ni la période du rythme d’activité

locomotrice (Quay, 1962, Cheung and McCormack, 1982), ni l’activité électrique du SCN (Redlin and Lynch, 1997). Cependant, lorsque la mélatonine est administrée quotidiennement en obscurité totale, elle entraîne la période des rythmes d’activité locomotrice et de prise de boisson (Redman et al., 1983, Thomas and Armstrong, 1988, Cassone, 1990, Pitrosky et al., 1999), on parle, donc d’effet chronobiotique de la mélatonine. L'effet chronobiotique de la mélatonine n’est cependant efficace pour la synchronisation des rythmes qu’à un créneau d’horaire précis: la transition jour/nuit en LD ou au début de la période d’activité locomotrice lorsque les animaux sont placés en DD (Circadian time CT12). Lorsque la mélatonine est infusée à un autre créneau horaire, l’activité locomotrice continue à s’exprimer en libre cours (Redman et al., 1983, Cassone and Natesan, 1997, Pitrosky et al., 1999, Schuhler et al., 2002). Il est intéressant de noter que ce créneau efficace pour l’entraînement, correspond à celui pour lequel l’application de mélatonine sur le SCN in vitro induit une avance de phase de son activité électrique (Shibata et al., 1989, Stehle et al., 1989, McArthur et al., 1991). Cependant, d’un point de vue moléculaire, son action sur le SCN n’est pas encore bien élucidée, car l’application de mélatonine n’est suivie d’aucun effet sur les gènes horloge Per, Cry, Bmal1 et Clock (Poirel et al., 2003).

Objectifs

Le plomb est utilisé depuis l’Antiquité dans différents domaines d'activité humaine, et sa toxicité a été assez rapidement découverte. Les conséquences d'une intoxication au plomb sont bien argumentées chez l'enfant et l'adulte en milieu professionnel, mais des expositions extraprofessionnelles et non environnementales existent, et de ce fait d'autres populations humaines et animales y sont assujetties, augmentant le risque de toxicité de ce métal dont l'utilisation perdure jusqu'à ce jour.

Le système nerveux central (SNC) constitue une cible prioritaire pour la toxicité au plomb. En plus des dysfonctionnements neurocomportementaux et psychologiques (Shuklaand Singhal, 1984, Davis et al., 1990, Bressler and Goldstein, 1991), l'exposition à ce métal est associée à importants déficits moteurs et cognitifs (al-Saleh, 1994, Bressler et al., 1999). En effet, une intoxication à des niveaux élevés de plomb provoque la mise en place de processus neurodégénératifs conduisant à une altération de la coordination neuromusculaire et du contrôle moteur (Schwartz et al., 2007).

Le plomb a aussi été caractérisé comme facteur étiologique de pathologies nerveuses telles que le saturnisme et l'encéphalopathie, et est actuellement incriminé avec d'autres produits polluants, en tant qu'agent responsable du déclenchement de processus dégénératifs de type Parkinson et/ou Alzheimer entre autres. Plusieurs données expérimentales obtenues «in vivo » apportent des preuves solides soutenant l’hypothèse de l’implication du plomb dans le développement de la maladie de Parkinson. En effet, le traitement au plomb diminue les taux de la dopamine dans la substance noire chez le rat, provoque une sensibilité accrue des récepteurs dopaminergiques D2 et D3 dans le système nerveux central (Cory-Slechta et al., 1992, Gedeon et al., 2001). D’autre part, l'exposition à des concentrations élevées au plomb diminue les concentrations de noradrénaline, d'adrénaline et dopamine dans le cortex, l'hippocampe et dans le cervelet (Dubas et Hrdina 1978; Sidhu et Nehru 2003; Devi et al. 2005) et diminue les activités de l'acétylcholinestérase (Sidhu and Nehru, 2003), de la monoamine oxydase (Devi et al. 2005) et de la tyrosine hydroxylase (McIntosh et al., 1989). Tavakoli-Nezhad et al. (2001) ont démontré par ailleurs que le plomb induit une diminution significative du nombre de neurones dopaminergiques spontanément actifs dans la substance noire et l’aire tegmentale ventrale.

La maladie de Parkinson (PD) est une maladie neurodégénérative progressive qui se caractérise par la perte des neurones dopaminergiques dans la substance noire pars compacta, aboutissant à des symptômes moteurs (tremblements au repos, rigidité, bradykinésie et instabilité posturale). En plus des déficits moteurs, il y a une variété de symptômes non

moteurs qui accompagnent la maladie, à savoir l'anxiété, la dépression et les troubles du sommeil (insomnie, somnolence diurne excessive…). Les symptômes moteurs sont attribués à la dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire pars compacta (Ehringer and Hornykiewicz, 1960) et les symptômes non moteurs à la dégénérescence des neurones noradrénergiques du LC et les neurones sérotoninergiques du RD, ces deux systèmes projetant intensément sur le cortex cérébral.

Dans les ganglions de la base, le STN, la seule structure glutamatergique, joue un rôle clé dans la physiopathologie de la maladie de Parkinson. Chez un sujet normal, les neurones du STN déchargent en mode tonique ou régulier, alors qu’après dégénérescence dopaminergique de la SN pars compacta (Benazzouz et al, 2002; Hutchison et al, 1998) ou après déplétion dopaminergique chez le modèle animal de la maladie, ces neurones expriment un mode de décharge en bouffée (Belujon et al, 2007; Bergman et al, 1994; Breit et al, 2007; Delaville et al, 2011b; Hassani et al, 1996 ; Ni et al, 2001a).

A l'heure actuelle, beaucoup de travaux ont rapporté les effets du plomb sur les fonctions cognitives, les taux de transmetteurs etc., mais aucune étude ne s'est attachée à étudier les conséquences de la toxicité au plomb sur l'un des aspects les plus importants de la physiopathologie de la maladie de Parkinson, à savoir l'activité électrophysiologique du STN. Nous avons ainsi émis l'hypothèse que l'exposition au plomb peut entraîner une perturbation dans les fonctions comportementales et motrices ainsi que dans la transmission monoaminergique parallèlement à une perturbation de l'activité électrique des neurones du STN, de la SNr et du GP. Ainsi, la première partie de ce travail a été d'étudier de manière concomitante et/ou en parallèle, les effets du traitement à l’acétate de plomb sur les fonctions motrices et non motrices, y compris le comportement explorateur, l’activité locomotrice, la coordination motrice, l’anhédonie et l'anxiété, suivies par l'exploration de l'activité électrique des neurones du STN, du GP et de la SNr. La chromatographie liquide à haute performance (HPLC) a été utilisée dans les mêmes conditions pour le contrôle de la déplétion potentielle des monoamines dans le cortex (dopamine, noradrénaline et sérotonine), et dopamine dans le striatum, toutes les monoamines ayant été analysées avec leurs métabolites respectifs.

La seconde partie a consisté à élaborer un lien entre la déplétion noradrénergique induite par l’acétate de plomb et la manifestation des symptômes moteurs et non moteurs. Pour cela, nous avons induit une déplétion de la noradrénaline en utilisant une neurotoxine sélective du système noradrénergique ; le N-(2-chloroéthyl) -N-éthyl-2-bromobenzylamine (DSP-4). L’objectif a été de comparer les effets de l’acétate de plomb et de la déplétion

noradrénergique induite par le DSP-4 sur le comportement moteur et non moteur ainsi que sur l'activité neuronale de trois principaux noyaux des ganglions de la base, le STN, le GP et SNr. Comme mentionné auparavant, les patients parkinsoniens souffrent aussi d'une série de symptômes non moteurs, dont certains peuvent même précéder l'apparition clinique de la maladie (Abbott et al., 2005). Il s’agit de troubles du sommeil qui surviennent chez 60 à 98 % des patients qui déclarent la PD (Lees et al., 1988), modifiant sensiblement leur qualité de vie. Les différents troubles du rythme veille/sommeil sont l'insomnie nocturne et la somnolence diurne et l'apnée du sommeil (Karlsen et al., 1999, Tandberg et al., 1999, Chaudhuri, 2003). En ce sens, cette deuxième partie du travail a été menée pour apporter des arguments supplémentaires et complémentaires quant à la contribution de la neurotoxicité du plomb à la pathogenèse des symptômes « parkinson-like », en particulier, les troubles des rythmes circadiens. Nous avons, donc, abordé les effets du traitement à l’acétate de plomb sur le rythme circadien de l’activité locomotrice et son entrainement par la lumière ainsi que l’intégration du message lumineux par immunocytochimie de la protéine FOS.

L’activité métabolique du SCN a été également abordée par mesure de l’immunoréactivité des neuropeptides : Vasopressine et le peptide intestinal vasoactif, et le contrôle potentiel d'une mort astrocytaire a été évalué par immunocytochimie de la GFAP, ainsi que l’activité de l’horloge moléculaire en mesurant l’expression des protéines codées par les gènes horloges bmal1, per1-2, cry1-2.

Chapitre II : Matériel 

et Méthodes 

A. Neurotoxicité au plomb et ganglions de la base