Dans le tissu post-mortem de patients ainsi que chez plusieurs modèles animaux de la MP, une augmentation du nombre et de la surface astrocytaire, visualisable par une augmentation du marquage de la GFAP et de S100β (caractéristique des astrocytes réactifs) a été détectée dans plusieurs régions cérébrales, notamment le striatum et le GPe (Figure 32) (Charron et al, 2014). Chez les animaux modèles MPTP, il semble que l’astrogliose apparaît après la mort des neurones dopaminergiques, et cette réponse reste élevée même après la dégénérescence de la majorité de ces neurones (Teismann & Schulz, 2004). De plus, il est à noter qu’il se produit une augmentation de densité des connexines 30 et 43 constituant les jonctions GAP entre astrocytes dans le striatum. Une telle observation n’a pas été faite dans le GPe. Cette augmentation de connexines dans le striatum n’est pas associée avec une augmentation du couplage entre astrocytes mais pourrait être due à une augmentation du couplage métabolique puisqu’elle apparaît autour des vaisseaux sanguins. L’augmentation du couplage métabolique n’a cependant pas été testée dans ces conditions (Charron et al, 2014).
83
Figure 32: Réaction astrocytaire dans le striatum et le GPe (GP) d’animaux modèles et de patients atteints de la MP. La déplétion dopaminergique augmente l’immunomarquage GFAPS100β dans le Striatum (A) et le GPe (B) de souris traitées à la réserpine, de rats lésés à la 6 -OHDA, de primates non-humains MPTP et de patients atteints de la MP (échelle = 30 μm) (Charron et al, 2014).
En accord avec les études précédentes, une réduction significative du nombre de synapses asymétriques dans le striatum de rats 6-OHDA a aussi été rapportée. Cependant, le nombre de synapses asymétriques entourées par des prolongements astrocytaires est clairement augmenté alors que le nombre de synapses qui ne le sont pas est significativement diminué (Charron et al, 2014). Ces données suggèrent un rôle primordial des astrocytes dans la prévention de cette dégénérescence synaptique. En effet, les astrocytes réactifs peuvent produire divers facteurs neurotrophiques, synthétiser des substrats extracellulaires pour la croissance axonale, éliminer les neurotransmetteurs en excès et donc avoir des effets neuroprotecteurs (Chen et al, 2005b). La libération de gluthation représente une voie par laquelle les astrocytes pourraient exercer leurs effets neuroprotecteurs durant la MP. La production de gluthation d’origine gliale est augmentée suite à l’exposition des astrocytes à l’oxyde nitrique ce qui rendrait les neurones moins sensibles aux radicaux libres. Ceci est en accord avec les observations obtenues chez les patients MP où les cellules contenant du gluthation sont localisées dans des régions où les neurones DA ont été préservés (Heales et al, 2004). D’autres part, il est connu que les astrocytes possèdent à leur surface beaucoup de types de récepteurs aux neurotransmetteurs incluant ceux de la dopamine (Miyazaki et al, 2004) ainsi que les récepteurs A2A de l’adénosine (Brambilla et al, 2003) qui ont largement été impliqués dans la prévention de la MP. Dans le striatum, ces récepteurs A2A ont été identifiés pour jouer un rôle dans la prévention de l’astrogliose suite à une lésion cérébrale (Brambilla et al, 2003) ce qui suggère que l’effet bénéfique de leur blocage dans la MP pourrait être dû en partie à une action sur les astrocytes. Concernant la dopamine, il est concevable que la diminution de ce neurotransmetteur dans la MP puisse avoir des effets délétères. En effet, il est connu que la dopamine diminue la probabilité de libération de GABA astrocytaire. Ceci implique, qu’en son absence, la glie pourrait libérer plus de GABA.
84 Il se peut donc qu’une élévation des concentrations extracellulaires de GABA produise une activation des récepteurs GABAA extra-synaptiques altérant la transmission GABAergique, qui est connue pour être largement perturbée dans les GB durant la MP.
V. Modulation GABAergique du GPe
1. Afférences GABAergiques
Le GPe reçoit ses principales afférences inhibitrices des neurones de projection striataux et des neurones du GPe. L’inhibition réciproque des neurones GPe-GPe provient de leurs collatérales d’axones qui représentent 10% des synapses inhibitrices pallidales. Les projections STR-GPe viennent principalement des MSNs striataux de la voie indirecte, c’est à dire les neurones possédant à leur surface le récepteurs dopaminergique D2 bien qu’il ait été montré chez les rongeurs, que des collatérales de la voie directe, précisement 60% des D1-MSN de la voie directe, projettent également sur le GPe. (Fujiyama et al, 2011 ; Kawaguchi et al, 1990 ; Wu et al, 2000) ;(Cazorla et al, 2014). Concernant précisément la caractérisation de la transmission inhibitrice GABAergique dans le GPe, des injections locales d’antagonistes des récepteurs GABAA, à proximité des neurones pallidaux ont été réalisées in vivo (Kita & Kitai, 1994). Pendant ces expériences, les auteurs ont montré que la GABAzine augmente fortement le taux de décharge et la régularité de la plupart des neurones enregistrés. Ces données indiquent que les neurones du GPe sont sous un tonus inhibiteur GABAergique constant médié par des récepteurs GABAA. De plus, des expériences réalisées sur le singe éveillé montrent que l’injection localisée de bicucculine, un autre antagoniste spécifique des récepteurs GABAA, dans le GPe, augmente l’activité électrique des neurones au niveau du site d’injection alors que les neurones situés à distance, voient leur activité diminuée (Matsumura et al, 1995). Ces données suggèrent que l’origine de l’inhibition à la périphérie du site d’injection est due à l’inhibition que chaque neurone pallidal exerce sur les cellules voisines. D’autre part, comparées aux synapses GPe-GPe, les synapses STR-GPe ont un plus grand ratio lors de stimulations pairées (PPR) indiquant une plus faible probabilité initiale de libération de neurotransmetteur (Sims et al, 2008). Bien que le fonctionnement des projections striatales soit discret en conditions normales (Kita & Kita, 2011), le nombre de projections striatales est très important dans le GPe puisqu’elles représentent entre 80-90% des synapses GABAergiques du GPe donc il est possible que l’activation occasionnelle en conditions physiologiques des synapses striato-pallidales puisse aussi contribuer au tonus inhibiteur exercé sur les neurones pallidaux. De nombreuses études se sont intéressées à la caractérisation des synapses
85 inhibitrices dans le GPe ainsi qu’à la modification de la transmission GABAergique pallidale en condition parkinsonienne. La voie STR-GPe a bien été décrite in vitro et montre que les synapses STR-GPe sont caractérisées par une facilitation à court terme (Chuhma et al, 2011; Cooper & Stanford, 2001 ; Sims et al, 2008 ). De plus, une étude récente utilisant l’optogénétique pour caractériser ce mode de transmission a établi avec certitude que les synapses STR-GPe sont des synapses facilitatrices (Miguelez et al, 2012) alors que les synapses GPe-GPe sont caractérisées par une dépression à court terme. Ce mode de transmission semble être une caractéristique commune à toutes les synapses striato-fugales (Connelly et al, 2010) alors que les synapses GPe-GPe sont des synapses caractérisées par une dépression à court terme, tout comme les synapses GPe-NST et GPe-SNr (Baufreton & Bevan, 2008 ; Connelly et al, 2010). Les études de microdialyses suggèrent que les niveaux de GABA dans le GPe sont élevés, environ 0.5μM (Robertson et al, 1991) ce qui suggère une possible activation des récepteurs extra-synaptiques dont l’affinité pour le GABA est inférieur au µM. Cette activation des récepteurs extra-synaptiques a été montré par le blocage pharmacologique des transporteurs GAT-1 et/ou GAT-3 dans le GPe de rat. Ces résultats suggèrent que la recapture de GABA à travers GAT-1 et GAT-3 régule l’IT médiée par les récepteurs GABA extra-synaptiques dans le GPe en condition physiologique (Jin et al, 2011b). Cependant un tel phénomène n’a pour l’instant pas été montré dans le GPe en condition pathologique. Un défaut de recapture de GABA pourrait avoir des effets sur la transmission GABAergique classique et expliquer certaines altérations de l’activité pallidale observées en conditions pathologiques.
2. Modulation GABAergique de l’activité
électrophysiologique pallidale en condition
contrôle
Une caractéristique électrophysiologique des neurones du GPe est la capacité à générer des pauses in vivo. Chez le singe, ces pauses sont d’une durée de 300 ms (DeLong, 1971 ; Elias et al, 2007), alors que chez le rat, elles sont d’une durée inférieure à 200 ms (Gardiner & Kitai, 1992). Après l’injection locale de GABAzine, les pauses spontanées des neurones du GPe disparaissent dans certains neurones alors qu’elles deviennent plus persistantes d’en d’autres, suggérant qu’au moins une partie d’entre elles ne sont pas dépendantes des récepteurs GABAA ce qui a poussé certains auteurs à étudier l’implication des récepteurs GABAB dans ce système. L’application locale de CGP55845, qui va bloquer les récepteurs GABAB, ne modifie pas le mode d’activité des neurones du GPe bien que la durée des
86 pauses soient plus réduite et que la fréquence de décharge soit augmentée (Galvan et al, 2005; Kita et al, 2006). De plus, le blocage des récepteurs GABAB dans le GPe n’affecte pas l’arrêt de l’activité des neurones pallidaux engendré par l’inhibition pharmacologique du NST. Il est connu que les neurones du GPe en tranches sont capables de générer des pauses alternativement entrecoupées de phases d’activité robustes (une activité en bouffées de PAs) quand les entrées synaptiques en provenance du NST sont bloquées (Hashimoto & Kita, 2006). Donc les entrées GABAergiques inhibitrices et glutamatergiques excitatrices simultanées peuvent créer des conditions dans le GPe telles que les neurones basculent d’états hyperpolarisés à dépolarisés et réciproquement (Hashimoto & Kita, 2006). De plus, des activations répétées des neurones striataux en tranches peuvent induire une longue période d’inhibition des neurones du GPe (Kaneda & Kita, 2005) et une simple stimulation striatale associée avec l’inhibition pharmacologique du NST par le muscimol induit également une inhibition dans le GPe chez le singe (Kita et al, 2005). D’autre part, l’application simultanée de NBQX (bloqueur des récepteurs AMPA) et de GABAzine modifie la décharge et provoque une activité synchronisée des neurones du GPe chez le primate éveillé (Kita et al, 2005). Ces résultats amènent à penser que l’activité conjointe des systèmes glutamatergique et GABAergique contribuent à la génération de l’activité électrique irrégulière et non synchronisée observée dans le GPe en conditions physiologiques (Kita et al, 2005). Chez les animaux parkinsoniens, les neurones du GPe sont hypoactifs et affichent de fortes modifications de leur patron de décharge. En effet, il se produit une augmentation des bouffées de PAs (Filion & Tremblay, 1991) accompagnée d’une augmentation de la synchronisation entre ces neurones (Nini et al, 1995). De plus, la déplétion dopaminergique crée un certain nombre de modifications de la transmission GABAergique dans le GPe telles qu’une élévation des concentrations extracellulaires de GABA, un élargissement des synapses STR-GPe (Ingham et al, 1997) et une augmentation de décharge des neurones STR–GPe (Kita & Kita, 2011) suggérant une hyperactivité de la voie indirecte dans la MP pouvant sous-tendre les modifications de l’activité de décharge et l’hypoactivité pallidale.
3. Altérations GABAergiques dans le GPe pendant la
MP
Certaines études se sont portées sur les altérations de l’activité des neurones du GPe d’un point de vue moléculaire durant la MP. Les enzymes « acide glutamique décarboxylase » GAD65 et GAD67 sont requises pour la synthèse de GABA. Ces deux isoformes sont présentes dans les efférences striatales ainsi que dans le GPe. La GAD65 est localisée dans les terminaisons axonale du neurone pré-synaptique attachée aux vésicules de libération du
87 neurotransmetteur alors que la GAD67 est uniformément distribuée à travers le cytosol des neurones pré-synaptiques et post-synaptiques (Kaufman et al, 1991). Les différents taux d’expression de ces deux isoformes reflètent les différents états de fonctionnement des neurones GABAergiques. Plusieurs études ont examiné l’expression des ARNm des GAD dans le GPe d’animaux rendus parkinsoniens. Les niveaux d’expression d’ARNm de GAD67 sont augmentés dans les neurones GABAergiques du GPe de primates et de rats après une déplétion dopaminergique (Herrero et al, 1996 ; Kincaid et al, 1992 ; Soghomonian & Chesselet, 1992) alors que les niveaux d’ARNm de GAD65 ne sont pas modifiés dans ce même noyau (Soghomonian & Chesselet, 1992). Chez le chat lésé au MPTP, seule une augmentation du niveau d’expression de l’ARNm de la GAD67 est également retrouvée dans le GPe (Schroeder & Schneider, 2001). De manière intéressante, l’augmentation de l’expression des GAD65/67 dans le GPi correspond à l’apparition des signes moteurs de la MP, suggérant une importance de ces enzymes dans la physiopathologie de la MP principalement au niveau du GPi. Ces résultats suggèrent que les deux formes de GAD sont essentielles au fonctionnement de la transmission GABAergique dans les GB et qu’en condition parkinsonnienne, l’augmentation des niveaux de GAD67 pourrait suggérer une augmentation de la libération de GABA.