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L'impact de la surexpression de pré-enképhaline striatale sur la dyskinésie induite par la L-DOPA dans la maladie de Parkinson

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Academic year: 2021

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L'impact de la surexpression de pré-enképhaline

striatale sur la dyskinésie induite par la L-DOPA

dans la maladie de Parkinson

Mémoire

François Bergeron-Bezeau

Maîtrise en neurobiologie

Maître ès sciences (M.Sc.)

Québec, Canada

© François Bergeron-Bezeau, 2015

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Résumé

Afin de déterminer le rôle de l'augmentation des peptides opioïdes dans la dyskinésie induite par la L-DOPA (DIL), nous avons utilisé le transfert de gène par vecteur viral pour surexprimer la pré-enképhaline (pENK) dans le striatum du modèle de souris unilatérale au 6-hydroxydopamine. Trois groupes ont reçu soit une injection striatale de : salin (Saline); virus adéno-associé exprimant la « Green Fluorescent Protein » (GFP); ou AAV-GFP-pENK. Le 4e groupe a reçu la L-DOPA sans injection striatale (NSI) et le 5e groupe n'a pas reçu de L-DOPA. Les résultats ont démontré une réduction importante de la DIL chez les groupes GFP et pENK (-70% à -82%) comparativement aux groupes Saline et NSI. Le niveau d'ARNm de pENK était plus élevé dans les régions striatales antérieur et postérieur chez les groupes pENK et GFP, respectivement. Notre étude présente la première preuve que l'augmentation striatale d'ARNm de pENK peut réduire la DIL.

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Abstract

To address the role of striatal upregulation of opioid peptides in L-DOPA-induced dyskinesia (LID), we used viral vector gene transfer to overexpress pre-enkephalin (pENK) in striatum of unilateral 6-hydroxydopamine mouse model of LID. One week before L-DOPA treatment (3 weeks after dopamine lesion) three groups received either striatal injection of: Saline (Saline); or Adeno-Associated Virus expressing Green Fluorescent Protein (AAV-GFP); or AAV-GFP-pENK. 4th group only received L-DOPA without any striatal injection (NSI), and 5th group did not receive L-DOPA. The severity of dyskinesia after L-DOPA administration was assessed, during 3 weeks. Our results showed an important reduction of LID in GFP- and pENK- injected mice (-70% to -82%) compared with Saline and NSI groups. The level of pENK mRNA was higher in the anterior and posterior parts of lesioned-striatum in pENK and GFP groups, respectively. Our study provides the first evidence that upregulation of striatal pENK mRNA could reduce LID.

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Table des matières

Résumé ... iii

Abstract ... v

Table des matières ... vii

Liste des figures ... ix

Liste des abréviations ... xi

Remerciements ... xv

Chapitre 1 : Introduction ... 1

1.1 La maladie de Parkinson ... 2

1.1.1 Survol historique de la maladie ... 2

1.1.2 Prévalence de la MP et autres données étiologiques ... 2

1.1.3 Les causes de la MP ... 3

1.1.4 Les symptômes cliniques ... 5

1.1.5 Neuropathologie ... 8

1.1.6 Les traitements ... 10

1.1.7 Les modèles animaux de la MP ... 15

1.2 La dyskinésie induite par la L-DOPA (DIL) ... 17

1.3 Les ganglions de la base ... 18

1.3.1 Les noyaux des GB ... 19

1.3.2 Le circuit moteur ... 21

1.3.2 Les changements pathologiques dans le circuit moteur ... 23

1.4 Facteurs importants dans le développement et l'expression de la DIL... 24

1.5 Les neuropeptides opioïdes ... 26

1.6 Objectif et hypothèse du projet ... 28

Chapitre 2 : Matériels et méthodes ... 31

2.1 Construction du vecteur viral ... 32

2.2 Animaux ... 32

2.3 Plan expérimental ... 32

2.4 Lésion dopaminergique ... 33

2.5 Évaluation de la lésion ... 33

2.6 Activité locomotrice et rotations ... 34

2.7 Injection du vecteur viral ... 34

2.8 Traitement à la L-DOPA et mesure de la dyskinésie ... 35

2.9 Préparation des tissus pour les analyses post-mortem ... 35

2.10 Immunofluorescence ... 36 2.11 Immunohistochimie ... 36 2.12 Hybridation in situ ... 37 2.13 Analyses statistiques ... 38 Chapitre 3 : Résultats ... 39 3.1 Activité locomotrice ... 40

3.2 Rotations après l'injection unilatérale de 6-OHDA ... 40

3.3 La dyskinésie induite par la L-DOPA ... 40

3.4 Rotations sous l'effet de la L-DOPA ... 41

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3.6 Niveaux d'ARNm de pENK dans le striatum et le globus pallidus ... 42

3.7 Niveaux d'ARNm de pDYN dans le striatum... 43

3.8 Niveaux de Leu-ENK dans le striatum, le globus pallidus et la substance noire ... 44

3.9 Sous-groupes GFP et pENK ... 45

Chapitre 4 : Discussion ... 61

4.1 Génération du modèle parkinsonien et évaluation de la lésion ... 62

4.2 Activité locomotrice ... 63

4.3 La dyskinésie induite par la L-DOPA ... 64

4.4 Rotations sous l'effet de la L-DOPA ... 65

4.5 Signal GFP et étendue des vecteurs viraux dans les cerveaux ... 66

4.6 Les niveaux d'ARNm de pENK ... 66

4.7 Les niveaux d'ARNm de pDYN ... 67

4.8 Les niveaux de Leu-ENK ... 67

4.9 Partition des animaux des groupes GFP et pENK selon la sévérité de la dyskinésie ... 68

4.10 Mécanismes opioïdergiques pouvant expliquer l'impact sur le comportement moteur ... 70

Conclusion ... 73

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Liste des figures

Figure 1. Illustration démontrant la posture d'un patient atteint de la maladie de Parkinson. 7

Figure 2. Éléments clés de la neuropathologie de la maladie de Parkinson. ... 10

Figure 3. Les ganglions de la base chez l'humain. ... 19

Figure 4. Le circuit moteur des GB. ... 22

Figure 5. Les changements pathologiques dans le circuit moteur des GB. ... 23

Figure 6. Schéma du plan expérimental ... 33

Figure 7. Activité locomotrice spontanée pendant 2h dans un champ ouvert. ... 47

Figure 8. Évaluation de la lésion des neurones dopaminergiques au 6-OHDA. ... 48

Figure 9. Scores de la dyskinésie induite par la L-DOPA. ... 49

Figure 10. Nombre total de rotations pendant 30 minutes sous l’effet de la L-DOPA. ... 50

Figure 11. Expression du vecteur viral AAV-GFP-pENK aux niveaux du striatum et du globus pallidus. ... 51

Figure 12. Concentrations de l'ARNm de pENK au niveau du striatum. ... 52

Figure 13. Concentrations de l'ARNm de pENK au niveau du globus pallidus. ... 53

Figure 14. Concentrations de l'ARNm de pDYN au niveau du striatum. ... 54

Figure 15. Densité optique du marquage de la Leu-enképhaline par immunohistochimie au niveau du striatum. ... 55

Figure 16. Densité optique du marquage de la Leu-ENK par immunohistochimie au niveau du globus pallidus (A-C) et de la substance noire (D-F). ... 56

Figure 17. Scores de dyskinésie des sous-groupes GFP et pENK. ... 57

Figure 18. Concentrations de l'ARNm de pENK aux niveaux du striatum (A-B) et du globus pallidus (C) chez les sous-groupes GFP et pENK. ... 58

Figure 19. Concentrations de l'ARNm de pDYN au niveau du striatum chez les sous-groupes GFP et pENK. ... 59

Figure 20. Densité optique du marquage de la Leu-ENK par immunohistochimie aux niveaux du striatum (A-D), du globus pallidus (E) et de la substance noire (F) chez les sous-groupes GFP et pENK. ... 60

Figure 21. L'interaction entre les neurotransmetteurs et les peptides opioïdes striataux aux niveaux d'une synapse GABAergique striatopallidale (A) et striatonigrale (B) et la chaîne de modifications menant au comportement moteur. ... 71

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Liste des abréviations

6-OHDA 6-hydroxydopamine AAV Virus adéno-associé ANOVA Analyse de la variance BHE Barrière hémato-encéphalique BSA Albumine de sérum bovin

cAMP Adénosine monophosphate cyclique COMT Catéchol-O-méthyltransférase

CREB cAMP response element-binding protein DAB 3,3′-diaminobenzidine

DAPI 4'.6-diamidino-2-phénylindole

DARPP-32 Dopamine- and cAMP-regulated neuronal phosphoprotein DAT Transporteur dopaminergique

DBS Deep brain stimulation DDC Dopa décarboxylase

DIL Dyskinésie induite par la L-DOPA DOPAC Acide 3,4-dihydroxyphénylacétique

DYN Dynorphine

ENK Enképhaline

GABA Acide γ-aminobutyrique GB Ganglions de la base GFP Green fluorescent protein GP Globus pallidus

GPe Globus pallidus externe GPi Globus pallidus interne IEG Immediate early genes

L-DOPA 3,4-dihydroxy-L-phénylalanine Leu-ENK Leucine-enképhaline

LOG Late-onset genes

MAO-B Enzyme monoamine oxydase B Met-ENK Méthionine-ENK

MFB Medial forebrain bundle MP Maladie de Parkinson MPP+ 1-méthyl-4-phénylpyridium

MPTP 1-méthyl-4-phényl-1,2,5,6-tétrahydropyridine NGS Sérum normal de chèvre

NMDA N-méthyl-D-aspartate

NSI No striatal injection (sans injection striatale) NST Noyau sous-thalamique

PBS Tampon phosphate salin pDYN Pré-dynorphine pENK Pré-enképhaline PFA Paraformaldéhyde PP1 Protéine phosphatase 1 PPE-A Préproenképahline-A PPE-B Préproenképhaline-B

SEM Standard error of the mean (erreur type de la moyenne) SN Substance noire

SNc Substance noire pars compacta SNr Substance noire pars reticulata SSC Citrate de salin/sodium TEA Triéthanolamine TH Tyrosine hydroxylase

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Don't Stop Believin'

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Remerciements

Je tiens à remercier tous les gens qui ont rendu possible la réalisation de ce projet.

Tout d'abord, je remercie grandement ma directrice de maîtrise, Dre Pershia Samadi; pour m'avoir accueilli dans son laboratoire, pour m'avoir permis de travailler sur ce projet palpitant, pour avoir partagé avec moi sa passion pour la recherche et sa rigueur de travail, pour son aide et sa générosité. « Nous récoltons les fruits de nos efforts », je suis bien de votre avis. Et il faut garder espoir, malgré les épreuves.

Je remercie aussi Nathalie Vernoux, Maxime Morin-Lavoie et Solène Dies pour leur aide fort appréciée au laboratoire. Merci également aux chercheurs suivants de nous avoir prêté leurs instruments et appareils : Dr Guy Drolet, Dr Sébastien Hébert, Dr Emmanuel Planel et Dr Claude Rouillard. Je tiens également à souligner le travail exceptionnel du personnel de l'animalerie du CHUL. Merci et bon repos aux souris. Je salue tous mes collègues des l'axe de neurosciences; ce fut un plaisir de vous côtoyer durant ces deux années et je vous souhaite bon succès dans tous vos projets présents et à venir.

J'aimerais également remercier les Dr Sébastien Hébert, Dr Claude Rouillard et Dre Katalin Toth pour avoir accepté de faire partie de mon jury et pour l'évaluation de ce mémoire. Et sans oublier ma famille et mes amis, en particulier Gilles, Aline, Maude et Karine, à qui j'envoie de mirobolants remerciements pour leurs encouragements inestimables et pour leur générosité inégalée. Sans vous, je ne serais pas rendu ici aujourd'hui.

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Chapitre 1 :

Introduction

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1.1 La maladie de Parkinson

1.1.1 Survol historique de la maladie

La maladie de Parkinson (MP) a été définie à plusieurs reprises dans l'histoire. Une première appellation fut « Kampavata » dans le système de médecine traditionnelle hindou, l'Ayurveda. La poudre de graines broyées d'une plante légumineuse nommée Mucuna

pruiens était administrée pour traiter la maladie. Fait intéressant, il fut récemment démontré

que cette plante est une source naturelle de L-DOPA (Katzenschlager et al., 2004). D'autres textes ont décrit certains symptômes de la maladie à travers l'histoire, mais une description plus extensive fut présentée en 1817 par James Parkinson dans son ouvrage « An Essay on the Shaking Palsy ». Son étude rapporta le cas de six patients en décrivant les symptômes moteurs de la maladie ainsi que sa progression (Lees, 2007). Le neurologiste français Jean-Martin Charcot continua les travaux de Parkinson une quarantaine d'années plus tard, notamment en précisant davantage chacun des symptômes moteurs et en proposant de nommer la maladie en l'honneur de son prédécesseur (Lees, 2007). D'autres avancées furent celles de l'observation de marqueurs histopathologiques par Frederic Lewy en 1912, les corps de Lewy, ainsi que l'établissement de la substance noire comme cible de la maladie par Konstantin Tretiakoff et Rolf Hassler (Lees, 2007). Une découverte essentielle dans la compréhension de la MP fut celle de la dopamine, le principal neurotransmetteur en cause, en 1958 par Arvid Carlsson. Le lien entre la dopamine et la MP fut établi par Oleh Hornykiewicz (Fahn, 2008). Dans les années 1990, les premières études sur les cas familiaux de la MP furent publiées ainsi que l'identification d'un premier gène (PARK1) menant à la mutation de la protéine alpha-synucléine, composant principal des corps de Lewy (Lazzarini et al., 1994; Polymeropoulos et al., 1997).

1.1.2 Prévalence de la MP et autres données étiologiques

Au Canada, il y a environ 100 000 personnes atteintes de la MP, dont 25 000 au Québec. Approximativement 5 500 nouveaux cas sont diagnostiqués à l'échelle nationale chaque année. Aux États-Unis, le nombre estimé de patients est de 1 million. Les prédictions

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annoncent que ces nombres pourraient doubler dans les prochaines années. La maladie peut survenir chez les adultes jeunes et âgés, bien que l'âge moyen auquel les premiers symptômes sont observés est de 55 ans. L'âge étant un des principaux facteurs de risque, 1% de la population de 65 ans et plus serait touché et 2% de celle de 70 ans et plus (Société Parkinson du Québec, www.parkinsonquebec.ca). Les hommes sont habituellement plus touchés que les femmes, notamment après 60 ans. Une neuroprotection via l'estrogène pourrait expliquer en partie cette réalité (Wooten, 2004; Shulman & Bhat, 2006).

Selon les statistiques canadiennes et américaines, une personne meure chaque heure suite à des complications liées à la MP et une personne est diagnostiquée avec la maladie chaque 9 minutes. D'ici 2040, les maladies touchant le cerveau vont dépasser le cancer et les maladies cardiaques en tant que causes principales de mortalités et d'invalidités au pays. Jusqu'à présent, il n'y a pas de cure ni autres moyens de ralentir ou prévenir la MP. Il existe néanmoins plusieurs façons d'atténuer les symptômes, bien que les coûts engendrés sont souvent élevés. Par exemple, un patient canadien doit débourser en moyenne 1 000$ par mois en médicaments (Société Parkinson Colombie-Britanique, www.parkinson.bc.ca).

1.1.3 Les causes de la MP

En dépit de l'identification des symptômes et des mécanismes sous-jacents de la MP il y a déjà plusieurs siècles et décennies, respectivement, la cause de la forme sporadique de la maladie n'est toujours pas connue à ce jour. Toutefois, plusieurs hypothèses ont été mises de l'avant. La plus populaire au 20e siècle fut l'hypothèse environnementale, selon laquelle des facteurs neurodégénératifs (ex: toxines) seraient présents et qu'une exposition à ceux-ci induirait une lésion dopaminergique. L'exposition pourrait être chronique ou encore aigüe induisant une cascade qui mènerait à la dégénérescence progressive des neurones (Dauer & Przedborski, 2003). Un exemple est le cas du développement de symptômes parkinsoniens chez quatre jeunes dans les années 1980 suite à l'injection d'une drogue illicite qui contenait du 1-méthyl-4-phényl-1,2,5,6-tétrahydropyridine (MPTP) (Langston et al., 1983). L'intoxication à cette substance est reliée à des dommages dopaminergiques dans la substance noire et celle-ci est utilisée en recherche afin de générer des modèles animaux de

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la maladie (Korecka et al., 2013). D'autres exemples de substances pouvant agir en tant que neurotoxines sont le paraquat et la roténone, qui sont utilisés comme herbicides et pesticides. Il fut avancé que de résider en milieu rural et d'être fréquemment exposé à ce genre de produits est relié à un plus grand risque de développer la MP (Tanner, 1992). Être en contact avec certains métaux lourds tels le manganèse sur une longue période peut également développer des troubles parkinsoniens (Migliore & Coppede, 2009). Cependant, il n'y a pas eu de cause à effet définitif établi entre un de ces facteurs de risques et le développement de la maladie chez l'humain (Singh et al., 2007).

La susceptibilité génétique est une autre hypothèse sur la cause de la MP. Environ 10% des cas découleraient d'une mutation génétique d'origine familiale (Corti et al., 2011). Depuis les années 1990, 11 gènes spécifiques et 18 loci ont été identifiés comme étant impliqués dans des cas monogénétiques (Martin et al., 2011). Le terme « PARK » est utilisé afin d'identifier chaque locus en question qui engendre un phénotype différent de la MP.

Le dérèglement du métabolisme normal serait également un acteur potentiel dans l'origine de la perte neuronale. Un processus qui pourrait se déclencher lors du vieillissement. Ainsi, des composés toxiques endogènes se verraient générés dans le cerveau. Quelques pistes probables de telles possibilités incluent : le métabolisme de la dopamine qui génère des dérivés réactifs de l'oxygène (Cohen, 1984); les patients présentant un polymorphisme du gène codant l'enzyme détoxifiante cytochrome P450 seraient plus à risque de développer la forme hâtive de la MP (Sandy et al., 1996); et des dérivés toxiques de l'isoquinoline pour les neurones dopaminergiques furent retrouvés dans des cerveaux de patients MP (Nagatsu, 1997; McNaught et al., 1998).

Une cause unique de la MP n'existe probablement pas, il s'agirait plutôt d'un trouble d'origine plurifactorielle (Gorell et al., 2004). Une prédisposition génétique amplifierait le potentiel dommageable de certains éléments toxiques de l'environnement et, avec le vieillissement, les processus protecteurs pourraient commencer à s'essouffler, ce qui expliquerait le plus grand risque de développer la maladie avec l'âge.

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1.1.4 Les symptômes cliniques

L'étendue de l'impact de la MP est variable selon les patients et la progression de la maladie chez ceux-ci, mais dans la majorité des cas, une invalidité dans le fonctionnement quotidien s'installe graduellement avec le temps. Une panoplie de symptômes cliniques peut être présente chez un patient parkinsonien. Les plus connus sont ceux d'ordre moteur, bien qu'il existe également des symptômes non moteurs. Une fraction de ceux-ci peut également se retrouver dans la manifestation d'autres maladies ou encore lors du vieillissement normal. Il est donc important de bien cerner l'ensemble des troubles dont un patient est atteint avant de poser un diagnostic. Malgré le fait que la plupart des patients ayant un désordre moteur est identifié comme la MP, il y a néanmoins 20-25% des cas qui sont mal cernés (Hobson, 2003). Afin de poser le diagnostic, au moins deux des quatre symptômes moteurs cardinaux doivent être présents: tremblements au repos, rigidité, akinésie/bradykinésie et posture anormale (Jankovic, 2008; Ruiz et al., 2011).

Tremblement au repos

Manifestation clinique la plus connue et sur laquelle était basé en partie le nom original de la maladie (« shaking palsy »). Le tremblement se manifeste seulement lorsque le segment corporel est au repos, s'éclipsant au moment d'amorcer un mouvement volontaire et pendant le sommeil. Certes, il est exacerbé lorsque le patient est excité ou stressé (Alves et al., 2008). Ceci le distingue du tremblement essentiel (Crawford & Zimmerman, 2011). L'oscillation se situe habituellement entre 3 à 6 Hz et touche en plus souvent les membres supérieurs (bras et mains), de manière asymétrique. Les doigts en flexion-extension accompagnés d'une ouverture-fermeture du pouce sont une manifestation fréquemment observable (Benninger et al., 2009). Le tremblement au repos est fortement associé avec la MP tandis qu'il apparait rarement dans les autres syndromes de types parkinsoniens (Hobson, 2003). Selon une étude, il y aurait environ 77% des patients qui présentent ce symptôme (Hughes et al., 1993).

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Rigidité

Lors d'un mouvement, la rigidité se manifeste par une résistance constante indépendante de la vitesse de celui-ci. Également perçu est l'effet dit de « cogwheel » (roue dentée) qui se fait sentir par des coups non fluides correspondants à des phases de rigidité et de relâchement (Weiner, 2006). Tous les muscles, autant proximaux qu'axiaux, peuvent être soumis à cette rigidité (Delwaide et al., 1990).

Bradykinésie et akinésie

La bradykinésie correspond à une lenteur du mouvement (Berardelli et al., 2001). L'action prend donc plus de temps avant de se concrétiser et même lorsque le mouvement est déclenché, une lenteur l'accompagne souvent. Par exemple, la démarche est lente et les pas sont courts et les patients sont souvent peu expressifs au niveau du visage. L'akinésie ou « absence de mouvement » est décrite comme une difficulté à amorcer des mouvements volontaires malgré le bon fonctionnement des muscles et des voies motrices spinales (c.-à-d. sans paralysie). Elle pourrait être définie comme une bradykinésie extrême (Berardelli et al., 2001). Fait à noter, une étude par tomographie par émission de positron a permis de définir la bradykinésie comme étant le symptôme clinique qui reflète le mieux l'étendue de la lésion dopaminergique (Vingerhoets et al., 1997).

Posture anormale

D'apparition tardive et surtout notable lorsque le patient se déplace, une anormalité de la posture est aussi un des symptômes de la MP. Notamment, les composants de l'orientation sont affectés (genoux fléchis, dos vouté, corps penchant par en avant) et de l'équilibre (perte des réflexes posturaux) (voir Figure 1) (Benatru et al., 2008). Les bras ne sont plus balancés lors de la marche et il devient impossible de changer rapidement de direction instantanément sans s'immobiliser, se repositionner lentement et repartir. Découlant d'une pathophysiologie multifactorielle, la rigidité musculaire, la dystonie axiale et la myopathie contribueraient à cette manifestation (Doherty et al., 2011). Contrairement aux autres

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symptômes moteurs, la posture n'est que faiblement améliorée par la thérapie pharmacologique. La physiothérapie est souvent la meilleure option pour la corriger (Benatru et al., 2008). La combinaison de l'instabilité posturale et d'un type d'akinésie (« freezing of gait ») est à la base de la majorité des chutes chez les patients MP, ce qui augmente le risque de blessure/fracture et le stress chez ceux-ci (Rudzińska et al., 2013).

Figure 1. Illustration démontrant la posture d'un patient atteint de la maladie de Parkinson. (Gowers, 1886)

Symptômes non moteurs

La MP se manifeste principalement par une réduction de la motricité, mais il y a aussi de nombreux autres symptômes non moteurs. Des désordres psychologiques comme la dépression (chez environ 40% des patients) et l'anxiété ainsi que des difficultés cognitives telles la démence peuvent apparaître (Beitz, 2014). Les troubles du sommeil sont grandement répandus chez les patients (90%), incluant l'insomnie et une diminution de la qualité du sommeil, ce qui les rend moins alerte à l'éveil. Ils peuvent commencer des décennies avant l'apparition des symptômes moteurs (Videnovic & Golombek, 2013).

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Plusieurs troubles autonomiques ont aussi été caractérisés. Ceux-ci regroupent, entre autres, l'anosmie (Jankovic, 2008), les problèmes digestifs et intestinaux (Pfeiffer, 2011), la constipation et les difficultés urinaires, les dysfonctions sexuelles et une réponse chronotropique cardiaque réduite en période d'exercice (Palma & Kaufmann, 2014).

Il existe également des symptômes non moteurs qui ne sont pas dus à la MP mais plutôt aux effets secondaires de la médication (voir section 1.1.6). La prise de la lévodopa (médicament dopaminergique) peut provoquer des troubles psychotiques tels que des hallucinations. D'après une récente étude, les femmes pourraient être plus susceptibles que les hommes à développer ces effets secondaires (Zhu et al., 2013).

1.1.5 Neuropathologie

En amont des symptômes cliniques de la MP décrits précédemment, il y a une série de changements neurologiques induisant le caractère de la maladie. Les plus importants de ces changements, constituant les caractéristiques clés de la MP au niveau du cerveau, sont la dégénérescence progressive des neurones dopaminergiques de la voie nigrostriatale et l'apparition d'inclusions intraneuronales cytoplasmiques principalement constituées d'alpha-synucléine, les corps de Lewy (voir Figure 2) (Dauer & Przedborski, 2003).

Lorsque les premiers déficits moteurs de la maladie commencent à apparaître, l'étendue de la perte neuronale est déjà bien avancée. En effet, le nombre de neurones dopaminergiques dégénérés dans la substance noire pars compacta (SNc) (voir section 1.3), cible principale de la MP, est d'environ 50% (Cheng et al., 2010). Toutes les régions de la SNc ne sont pas atteintes à la même vitesse; la région dorsale dégénère plus rapidement, suivi par celle ventromédiale et ensuite celle ventrolatérale (Fearnley & Lees, 1991). Ceci pourrait expliquer, du moins en partie, la façon dont la motricité et la cognition ne sont pas affectées au même rythme dans la MP (Gibb & Lees, 1991). Intéressement, cette tendance est à l'opposé de celle observée dans le vieillissement normal (Fearnley & Lees, 1991). Malgré que la neurodégénérescence soit un processus normal du vieillissement, la vitesse à laquelle elle s'effectue au niveau de la SNc est de six à dix fois plus rapide lors de la MP (McGeer et

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al., 1988). Visuellement, les neurones dopaminergiques contiennent de la neuromélanine, pigment qui leur attribut une couleur foncée. Concentrés dans la substance noire (d'où elle tire son nom), celle-ci perd graduellement sa pigmentation avec la progression de la MP (voir Figure 2). En ce qui a trait aux projections striatales de ces neurones, il y a habituellement une diminution estimée à plus de 75% de la dopamine lorsque les premiers symptômes moteurs débutent (Damier et al., 1999). À tout moment, la perte des terminaisons nerveuses est plus étendue que celle des neurones dans la SNc, ce qui indiquerait que le processus dégénératif débute aux terminaisons avant de progresser de manière rétrograde vers les corps cellulaires, ou « dying back » (Bernheimer et al., 1973; Dauer & Przedborski, 2003). Cette hypothèse est renforcée par le mécanisme d'action de la neurotoxine MPTP et par les propriétés neuroprotectrices de certains composés telle l'enképhaline (Herkenham et al., 1991; Bissonnette et al., 2014).

Hormis l'atteinte dopaminergique, la MP entraîne aussi la perte d'autres familles de neurones. Entre autres sont atteints les systèmes noradrénergiques (locus coeruleus), sérotoninergiques (raphé) et cholinergiques (noyau basal de Meynert, noyau dorsal du vague). De plus, le cortex, le bulbe olfactif et l'hippocampe peuvent aussi être affectés (Hornykiewicz & Kish, 1987; Dauer & Przedborski, 2003).

Les corps de Lewy correspondent au deuxième signe cardinal de la MP au niveau du cerveau. Cependant, ils ne sont pas exclusifs à cette maladie puisqu'ils peuvent être retrouvés dans la maladie d'Alzheimer et dans la démence à corps de Lewy, en plus d'accompagner le vieillissement normal (Gibb & Lees, 1988). Situés dans le cytoplasme, ce sont des agrégats éosinophiles sphériques de plus de 15 μm composés de plusieurs protéines, incluant l'alpha-synucléine (en majorité), la parkine, l'ubiquitine, ainsi que des neurofilaments (Forno, 1996; Spillantini et al., 1998; Braak et al., 2004). Ils peuvent être retrouvés dans toutes les régions atteintes du cerveau. L'impact des corps de Lewy dans la MP est encore controversé aujourd'hui; certains pensent qu'ils auraient un effet toxique induisant une mort cellulaire (Volpicelli-Daley et al., 2011) tandis que d'autres croient que l'agrégation de l'alpha-synucléine permet d'inhiber son potentiel neurotoxique (Puschmann et al., 2012).

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Figure 2. Éléments clés de la neuropathologie de la maladie de Parkinson. (Tiré de Dauer & Przedborski, 2003)

1.1.6 Les traitements

Jusqu'à ce jour, il n'existe aucun remède permettant de guérir ou de ralentir la progression de la maladie de Parkinson. Néanmoins, les avancées dans la compréhension des mécanismes sous-jacents des divers symptômes ont permis le développement d'une multitude de traitements. Ils peuvent être classés en deux grandes catégories: la pharmacologie et la chirurgie.

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Les traitements pharmacologiques

La grande majorité des traitements pharmacologiques de la MP vise à rétablir l'activité dopaminergique, qui est le déficit pathophysiologique principal. Leur but est donc de redonner un plus grand contrôle moteur aux patients.

Découverte comme ayant des propriétés thérapeutiques sur l'akinésie dans les années 50 par Carlsson (Carlsson et al., 1957), accomplissement qui lui valu un prix Nobel en 2000, la 3,4-dihydroxy-L-phénylalanine (L-DOPA ou « lévodopa » sous forme de médicament) est encore aujourd'hui la pierre angulaire de la thérapie de la MP. Il s'agit d'un précurseur lévogyre métabolique de la dopamine qui procure, une fois rendu au cerveau et métabolisé, un apport exogène de ce neurotransmetteur. La L-DOPA est considérée comme le traitement de remplacement le plus efficace, voire irremplaçable (Katzenschlager & Lees, 2002; Goetz et al., 2005).

Contrairement à la dopamine, la L-DOPA arrive à traverser la barrière hémato-encéphalique (BHE). Cependant, il y a un métabolisme important de la dopamine en périphérie, ce qui limite la quantité disponible au cerveau en plus de causer des effets secondaires indésirables (ex: nausées). Afin de contrer ce problème, le composé médicamenteux contient également des inhibiteurs de la dopa décarboxylase (DDC) qui bloquent le métabolisme périphérique (Strecker & Schwarz, 2008). Des exemples sont la benserazide (marques déposées: Sinemet et Madopar) et la carbidopa (marque déposée: Parcopa). Leur implication permet aussi de diminuer grandement les doses de L-DOPA administrées pour un même effet antiparkinsonien et d'ainsi augmenter l'efficacité du traitement (Olanow et al., 2001). La L-DOPA est convertie en dopamine par les terminaisons des neurones dopaminergiques encore présents, par les neurones sérotoninergiques et par les cellules gliales (Schwarting & Huston, 1996; Miller & Abercrombie, 1999; Navailles et al., 2010).

Les symptômes qui sont les plus réduits par la prise de L-DOPA sont la bradykinésie, l'akinésie et la rigidité, ce qui redonne une autonomie considérable dans les activités du

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quotidien. En ce qui a trait aux tremblements, ceux-ci sont parfois contrôlés, mais pas dans tous les cas. Au niveau des difficultés posturales, il semblerait qu'elles dépendent d'autres déficits que la diminution de dopamine puisque le traitement à la L-DOPA n'a pas d'effet (Sourkes, 1999; Fahn, 2008).

Comme l'administration de la L-DOPA est étendue sur une longue durée, la posologie initiale est ajustée au seuil minimal pour obtenir les effets antiparkinsoniens tout en évitant le développement hâtif d'effets secondaires. La dose quotidienne moyenne est de 300 à 400 mg. Plus la maladie progresse, plus la dose de la L-DOPA est haussée. Lorsqu'une dose de 1000 mg n'a plus d'effet positif pendant plusieurs semaines, le patient est désormais considéré comme ne répondant plus au traitement (Fahn, 2008).

La manière la plus répandue de prendre le médicament est par voie orale. Il est préférable de le prendre au moins une heure avant les repas afin de faciliter l'absorption ainsi que d'éviter une compétition dans l'intestin avec les protéines (Nutt & Fellman, 1984). De toute l'augmentation de la concentration plasmatique de L-DOPA qui s'en suivra, seulement 12% de celle-ci se rendra au niveau cérébral et le pic de la dose survient environ 2 heures après l'ingestion (Olanow et al., 1991).

Un des grands obstacles assombrissant la mirobolante amélioration de la qualité de vie des patients parkinsoniens découlant de la L-DOPA est la présence de sérieux effets secondaires. La plupart d'entre eux se manifestent après plusieurs années de traitements, notamment dû à la croissance de la dose administrée. Ces effets secondaires sont de nature multiple. Il peut y avoir des dérèglements d'ordre psychiatriques tels des hallucinations, des psychoses, des troubles de l'humeur, de la confusion et un déclin cognitif. De plus, des atteintes sensorielles et autonomiques ont été recensées (Bayulkem & Lopez, 2011). De toutes les complications conséquentes du traitement à la L-DOPA, les plus handicapantes sont définitivement celles d'ordre moteur. Une première est la vacillation entre des épisodes « ON / OFF » de l'effet antiparkinsonien du médicament ainsi que le « wearing-off » ou perte de l'effet thérapeutique. Une deuxième est l'apparition de mouvements anormaux et involontaires pendant les périodes « ON », qui sont regroupés sous le terme de dyskinésie

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induite par la L-DOPA (DIL) (Obeso et al., 2000a). Malgré une bonne protection contre le parkinsonisme, les patients deviennent alors sujets à l'exécution de mouvements incontrôlables et imprévisibles, ce qui constitue une contrainte majeure et quasi inévitable à la prise de la L-DOPA. Environ 50% des patients ont une DIL après cinq ans de traitement et ce nombre passe à ~ 70-80% après dix ans (Obeso et al., 2000a; Hely et al., 2005). Cette complication motrice sera expliquée plus en détail à la section 1.2.

Outre la L-DOPA, plusieurs autres approches thérapeutiques pharmacologiques sont en pratique. Historiquement, une des premières familles de composés administrés est celle des anticholinergiques, qui sont particulièrement efficaces au niveau des tremblements, mais pratiquement nuls en ce qui concerne les autres symptômes de la MP (Fahn, 1998). Les agonistes dopaminergiques sont un autre type de traitement pharmacologique visant à activer les récepteurs (principalement de type D2). Fréquemment combinés à la prise de la L-DOPA, ceux-ci permettent de diminuer les doses de cette dernière de 20 à 30% et d'ainsi réduire l'incidence de la DIL (Brooks, 2000). Cependant, ils ne sont pas aussi efficaces que la L-DOPA en terme d'effet antiparkinsonien et ils ont également leur lot d'effets secondaires indésirables (ex: nausée, hallucinations, somnolence, prise de poids). Une autre catégorie de pharmacothérapie est celle des inhibiteurs d'enzymes de dégradation de la dopamine. Leur but est d'augmenter la quantité de dopamine disponible en bloquant ou retardant sa dégradation en acide 3,4-dihydroxyphénylacétique (DOPAC) via l'enzyme monoamine oxydase B (MAO-B) et en 3-méthoxytyramine par la catéchol-O-méthyltransférase (COMT) (Olanow et al., 2009). Des exemples sont la rasagiline et l'entacapone, respectivement. L'administration de ces inhibiteurs permet de retarder l'introduction de la L-DOPA ou d'en réduire considérablement la dose, repoussant ainsi le développement des DIL (Rascol et al., 2011). L'antagoniste des récepteurs N-méthyl-D-aspartate (NMDA), l'amantadine, peut également être utilisé afin de diminuer les DIL sans empirer les symptômes parkinsoniens (Meissner et al., 2011). Cependant, plusieurs patients ne peuvent tolérer de grandes doses d'amantadine à cause des effets négatifs sur la cognition (Stocchi et al., 2008).

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Les traitements chirurgicaux

Avant l'introduction de la dopathérapie dans les années 60, les lésions chirurgicales étaient un type de traitement de la MP relativement populaire. Les zones ciblées incluaient le cortex prémoteur et moteur primaire, le faisceau latéral de la moelle épinière, l'anse lenticulaire, le globus pallidus et le thalamus. En termes d'effets produits, il était possible de réduire le tremblement au repos, la rigidité et, par la suite, la dyskinésie. Cependant, la popularité des lésions comme type de thérapie a connu un déclin suivant l'arrivée révolutionnaire de la L-DOPA, mais repris un certain essor dans les années 80 avec le développement de la chirurgie de précision, la stéréotaxie. Elles sont encore pratiquées aujourd'hui, principalement chez les patients rendus à un stade avancé de la MP qui ne répondent plus aussi bien à la L-DOPA et qui ont une dyskinésie sévère. La pallidotomie, la thalamotomie et la subthalamotomie sont les plus pratiquées de nos jours (Obeso et al., 1997; Krack et al., 2000; Jourdain & Schechtmann, 2014).

La stimulation cérébrale profonde ou « deep brain stimulation » (DBS) est le traitement chirurgical par excellence actuel. Avec l'avènement de la stéréotaxie, cela a permis d'insérer, de manière minimalement invasive et dommageable pour les structures du cerveau, des électrodes stimulant électriquement des structures précises impliquées dans la MP. La chirurgie est plus complexe que la prise de médicaments, ainsi que beaucoup plus coûteuse (environ 40 000$), et est donc réservée pour les cas plus graves de la maladie, surtout lorsque les effets secondaires de la L-DOPA deviennent incontrôlables (Benabid et al., 2003; Volkmann, 2004). Les principales structures visées sont le noyau sous-thalamique et le globus pallidus interne (Follett & Torres-Russotto, 2012). Bien que le mécanisme d'action précis de la DBS n’ait pas encore été élucidé, il n'en demeure pas moins que les effets sont indéniables. Et ils sont à la fois directs par l'impact de la stimulation sur les symptômes moteurs et aussi non moteurs de la MP et indirects en permettant de diminuer la dose de L-DOPA de plus de 60% (Fasano et al., 2012). Un autre avantage de cette technique est le fait qu'elle soit largement ajustable et réversible dans le temps (Pollak et al., 2002).

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Moins développée et reconnue à ce jour comparativement aux autres types de chirurgies, l'implantation de cellules souches reste néanmoins une piste de traitement avec un potentiel d'améliorer les symptômes parkinsoniens. Le but est d'introduire des cellules dans le striatum qui se différencieront en neurones dopaminergiques, ce qui permet de compenser la perte en dopamine (Obeso et al., 1997). Les facteurs limitants actuels sont le fait que peu de cellules survivent suite à la transplantation et que la DIL peut survenir sous l'effet « OFF » de la L-DOPA (Hagell & Cenci, 2005; Isacson & Kordower, 2008).

1.1.7 Les modèles animaux de la MP

Plusieurs modèles animaux sont utilisés en recherche afin de mieux comprendre et traiter la MP. Les plus utilisés sont les modèles chimiques générés via des neurotoxines induisant des lésions dopaminergiques et les modèles transgéniques. Les deux principales neurotoxines seront décrites dans cette section.

6-hydroxydopamine (6-OHDA)

La 6-OHDA est la première neurotoxine qui fut utilisée chez le rat et la souris (Ungerstedt, 1968). Bien que la pathologie induite ne soit pas identique à celle de la MP, et que le mécanisme de mort cellulaire pourrait différer de celui présent chez cette dernière, ce modèle est néanmoins grandement employé afin de simuler un état de dégénérescence neuronale avancé et de tester de potentiels traitements (Dauer & Przedborski, 2003). Cette toxine est le plus souvent injectée unilatéralement par stéréotaxie dans la substance noire, le faisceau prosencéphalique médian ou « medial forebrain bundle » (MFB) ou le striatum (Thiele et al., 2011). Ainsi, le côté controlatéral peut être utilisé comme un contrôle de la lésion; suivant la perte neuronale et de manière corrélée à l'amplitude de celle-ci, les animaux vont se déplacer en tournant du côté ispilatéral à la lésion en situation normale et du côté controlatéral lorsque la L-DOPA est injectée (Ungerstedt & Arbuthnott, 1970; Ungerstedt, 1971). La 6-OHDA doit être injectée directement dans la structure visée car elle ne peut traverser la BHE. L'injection dans le MFB permet d'atteindre, grâce à ses projections dopaminergiques et sérotoninergiques ascendantes, plusieurs endroits incluant

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la voie nigrostriatale. La lésion est assez sélective pour les neurones monoaminergiques (Luthman et al., 1989). Son mode d'action passe par la recapture de la molécule par les transporteurs dopaminergiques (DAT) et noradrénergiques. Afin d'éviter de toucher les neurones noradrénergiques, un inhibiteur de recapture (ex: désipramine) peut être injecté 30 minutes avant la 6-OHDA. Une fois rendue à l'intérieur des cellules, la toxine s'accumule dans le cytosol puis génère rapidement des radicaux libres par oxydation, en plus d'interférer avec le fonctionnement des complexes mitochondriaux I et IV (Glinka & Youdim, 1995; Tieu, 2011). S'ensuit une dégénérescence neuronale par apoptose, qui débute dans les premières 24h post-injection lorsque faite dans la SNc et le MFB et entre 1 à 3 semaines dans le striatum (Dauer & Przedborski, 2003). Malgré la similitude avec la MP au niveau de la perte des neurones dopaminergiques, il n'y a cependant pas de formation de corps de Lewy dans ce modèle (Dauer & Przedborski, 2003).

1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP)

Un autre composé qui s'attaque à la voie nigrostriatale est le MPTP, découvert comme ayant des propriétés neurotoxiques causant des symptômes similaires à la MP dans les années 1980 (Langston et al., 1983). Ces symptômes pouvant être soignés via la L-DOPA et la DBS, cela indiquerait que les dommages causés par le MPTP au niveau des ganglions de la base seraient similaires à la MP (Christine et al., 2009; Tieu, 2011). Les principales espèces utilisées pour le modèle MPTP sont le primate non humain (Bédard et al., 1986; Blandini & Armentero, 2012; Bezard et al., 2013), le modèle le plus proche de la MP chez l'humain, et la souris, plus facilement accessible (Bezard et al., 1998; Fox & Brotchie, 2010). Possédant une résistance naturelle plus élevée que la moyenne à cette toxine, le rat est généralement exclu (Dauer & Przedborski, 2003). L'administration se fait par injection intrapéritonéale, soit de manière aigüe ou chronique. Les symptômes parkinsoniens sont habituellement plus présents chez le singe, bien qu'ils puissent être développés chez la souris avec une plus grande dose. Lorsque la dose est étalée sur une période d'environ 30 jours chez la souris et administrée de façon continue avec une mini pompe osmotique, il est possible de voir apparaître des corps de Lewy accompagnant la neurodégénérescence (Fornai et al., 2005). Ils sont également retrouvés chez le singe (Forno et al., 1986). Étant

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lipophile, le MPTP peut traverser la BHE. Une fois rendu au cerveau, il entre dans les astrocytes qui le métabolisent d'abord en monoamine oxydase-B, puis en 1-méthyl-4-phénylpyridium (MPP+), la forme toxique. Ensuite relâché dans l'espace extracellulaire, il est alors repris par les terminaisons et les neurones dopaminergiques via le DAT. L'accumulation de MPP+ dans les cellules inhibe le complexe I de la chaîne respiratoire mitochondriale, ce qui diminue l'ATP et augmente le stress oxydatif, menant à la mort cellulaire (Tieu, 2011).

1.2 La dyskinésie induite par la L-DOPA (DIL)

La plus importante complication découlant de la dopathérapie est la DIL, ayant un impact négatif sur la qualité de vie des patients et parfois pouvant être encore plus handicapante que la MP en soi (Fahn, 2000; Péchevis et al., 2005). Elle se développe chez la majorité des patients après 5 à 10 années de traitement (Evans et al., 2011). Elle correspond à des mouvements anormaux et involontaires, souvent de types choréiques et dystoniques. L'ensemble des parties du corps peut être affecté, bien qu'il n'y ait pas de patron unique retrouvé chez tous les patients (Nutt, 1990). Les patients chez qui la MP s'est développée à un jeune âge sont habituellement plus susceptibles de présenter une DIL (Kumar et al., 2005).

Un lien peut être établi entre le type de dyskinésie et le temps qui s'est écoulé depuis la prise de la L-DOPA. Lors du pic de la dose (niveau de concentration plasmatique élevé), les mouvements dyskinétiques sont surtout choréiques avec une petite fraction dystonique. De l'autre côté, lorsque la concentration de L-DOPA dans le sang est à la hausse ou à la baisse, en début et fin de dose, les mouvements sont plutôt dystoniques (Lees et al., 1977; Muenter et al., 1977; Katzenschlager & Lees, 2002). Dans tous les cas, l'intensité de la dyskinésie est en lien avec la dose de L-DOPA. Il y a ainsi une situation embêtante; d'un côté les symptômes parkinsoniens croissants demandent une augmentation de la dose de L-DOPA afin d'être traités, et de l'autre côté, l'augmentation de cette dose rend plus sévère la dyskinésie chez le patient. Un choix entre la rigidité et la lenteur des mouvements contre les mouvements involontaires est en quelque sorte indirectement proposé aux patients. Selon

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une étude, ils préfèrent voir leurs symptômes parkinsoniens diminués malgré la présence désagréable des DIL en conséquence (Encarnacion & Hauser, 2008).

Encore à ce jour, il ne semble pas y avoir de moyens réellement efficaces afin de diminuer la dyskinésie, du moins sans diminuer la dose du médicament et de perdre l'effet antiparkinsonien de la L-DOPA. Certaines tentatives ont néanmoins été effectuées. Par exemple, l'arrêt de la prise de la dopathérapie pendant une certaine période dite « de vacance » dans le but de renverser la dyskinésie n'a pas eu un impact positif puisque cette dernière est revenue de manière aussi forte lors de la reprise du traitement à la L-DOPA (Mayeux et al., 1985). Ceci renforcit la croyance que la DIL est la conséquence de changements à long terme, d'une plasticité difficilement réversible. Une autre approche afin de diminuer la DIL est celle d'administrer des composés supplémentaires en parallèle de la L-DOPA, ce qui permet de diminuer la dose effective de celle-ci tout en maintenant un bon contrôle antiparkinsonien. Les résultats sont plutôt fructueux et les composés en question inclus ceux décris précédemment concernant les traitements pharmacologiques de la MP, incluant entre autres les agonistes dopaminergiques de type D2, les inhibiteurs de la dégradation de la dopamine et l'amantadine (Brooks, 2000; Olanow et al., 2009; Rascol et al., 2011). Le fait de donner des agonistes dopaminergiques des récepteurs D2 de dopamine au début des traitements pour repousser l'introduction de la L-DOPA est une stratégie qui, aux premiers regards, permettrait de retarder l'apparition de la DIL. Cependant, une fois que la L-DOPA devient nécessaire afin de traiter les symptômes de la MP, son administration provoque rapidement une dyskinésie. Il y aurait alors des changements s'étant opérés pendant l'administration des agonistes dopaminergiques et la progression de la MP qui rendent quasi inévitable le déclenchement de la DIL (Katzenschlager et al., 2008).

1.3 Les ganglions de la base

Les ganglions de la base (GB) sont un ensemble de noyaux gris sous-corticaux impliqués dans le contrôle moteur (voir Figure 3). Plus spécifiquement, ils sont essentiels à la planification, la sélection et la coordination des mouvements. Plusieurs structures font

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partie des circuits moteurs des GB et un équilibre entre différents éléments permet le bon fonctionnement de ceux-ci. Une des pathologies pouvant dérégler ce système moteur chez l'humain est, comme introduit précédemment, la maladie de Parkinson. La dégénérescence des neurones dopaminergiques induit des changements dans les circuits moteurs, menant à l'hypokinésie caractéristique des symptômes de la maladie. Ces changements seront détaillés à la section 1.3.2. Une autre pathologie touchant les GB est la maladie de Huntington, qui est caractérisée par une hyperkinésie (Lanska, 2010). Il s'agit donc d'un système à la fois complexe et sensible, constitué de deux voies motrices principales traversant les différentes structures formant les GB (Parent et al., 2000).

Figure 3. Les ganglions de la base chez l'humain. (adapté de Savasta, INSERM)

1.3.1 Les noyaux des GB

Striatum

Le striatum est la plus grande des structures composant les GB. Chez l'humain et le primate, il est divisé en deux sous-structures: le noyau caudé et le putamen, séparés par la

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capsule interne (Parent et al., 2000). Chez les rongeurs, il demeure entier et il est proportionnellement plus grand. Cette structure peut être considérée comme une forme de relais, recevant des informations de plusieurs sources (ex: cortex, thalamus) et redistribuant vers de multiples cibles. La composition neuronale du striatum est principalement formée de neurones moyens épineux GABAergiques et également d'une fraction de moyens et gros interneurones (Kawaguchi et al., 1995; Kawaguchi, 1997). Les fonctions du striatum sont multiples et divisées en différentes régions de ce dernier, soit sensorimotrice, associative et motrice (Parent & Hazrati, 1995a).

Globus pallidus (GP)

Chez l'humain et le primate non humain, le GP est divisé en deux parties distinctes par la lame médullaire interne, soit les parties médiale ou interne (GPi) et latérale ou externe (GPe). Les neurones composants les deux sont larges, dendritiques, avec des épines éparses et peu d'embranchements (Fox et al., 1974). Le GPi fait partie de la voie de sortie des GB tandis que le GPe n'est inclus que dans la voie indirecte (voir section 1.3.2). Chez la souris, le terme « GP » correspond au GPe, tandis que le GPi est désigné en tant que noyau entopédonculaire (Zeiss, 2005).

Substance noire (SN)

Cette structure est également divisée en deux parties distinctes. La première, au niveau dorsal, est la substance noire pars compacta (SNc). Les neurones la composant contiennent de la neuromélanine, dérivé de la synthèse de la dopamine (Segura-Aguilar et al., 2014). C'est à cet endroit que la neurodégénérescence principale s'effectue dans la MP. Les neurones dopaminergiques de la SNc projettent principalement vers le striatum. La deuxième partie, au niveau ventral, est la substance noire pars reticulata (SNr). Cette dernière fait partie de la voie de sortie du circuit moteur des GB menant vers le thalamus.

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Noyau sous-thalamique (NST)

Le NST est une structure entourée de bandes majeures de fibres qui reçoit, entre autres, des afférences du GPe (Parent & Hazrati, 1995b). Il peut être divisé en trois parties selon ses projections neuronales, soit les efférences de la section dorsolatérale vers les structures sensorimotrices (75-80%), les efférences de la section ventromédiale en direction des structures associatives (15-20%) et les efférences de la section de la pointe médiale vers les structures limbiques (5-10%) (Parent & Hazrati, 1995b). Il est traversé par la voie indirecte seulement (voir section 1.3.2).

1.3.2 Le circuit moteur

L'établissement du modèle de l'anatomie fonctionnelle des GB dans les années 1980 a permis de mieux comprendre comment interagissent les différentes structures afin de procéder l'information motrice. Il fut basé sur des observations et des expériences faites chez des modèles animaux de maladies neurodégénératives et chez des individus souffrant de désordres moteurs (Albin et al., 1989; DeLong, 1990).

Les neurones GABAergiques moyens épineux du striatum sont divisés en neurones de projection striatonigraux et striatopallidaux, formant les deux voies principales: directe et indirecte, respectivement (voir Figure 4). L'activité motrice normale repose sur un équilibre entre celles-ci. Ces voies reçoivent des afférents glutamatergiques du cortex et du thalamus ainsi que des afférents dopaminergiques de la SNc. Elles se rejoignent aux structures de sortie principales, le GPi et la SNr. Ces deux noyaux de sortie des GB projettent vers le thalamus via des neurones à acide γ-aminobutyrique (GABA), donc ayant un effet inhibiteur. Ensuite, le thalamus envoie le signal en direction du cortex à travers des neurones excitateurs glutamatergiques. Cela résume les généralités du circuit moteur et maintenant, voici plus de précision sur ce qui distingue les deux voies.

La voie directe (striatonigrale) est caractérisée par des neurones striataux GABAergiques exprimant les récepteurs à dopamine de type D1 ainsi que des neuropeptides spécifiques, la substance P et la dynorphine. L'influx nerveux passe directement du striatum aux GPi/SNr,

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exerçant un effet inhibiteur sur ceux-ci. En inhibant ces structures, il y a alors une réduction de l'inhibition du thalamus et une augmentation de l'excitation du cortex. Donc, la voie directe est définie comme favorisant la motricité.

De son côté, la voie indirecte (striatopallidale) doit son nom au fait qu'elle traverse deux autres structures avant de passer par les GPi/SNr. En premier lieu, le GPe, et en second lieu, le NST. Les neurones sont aussi de type GABA, à l'exception de ceux projetant du NST vers les structures de sortie qui sont glutamatergiques. Cette voie a donc un effet excitateur sur les GPi/SNr et un effet inhibiteur sur l'activité motrice. D'autres particularités incluent la présence de récepteurs de type D2 ainsi que du neuropeptide opioïde enképhaline. Les neurones des voies striatonigrale et striatopallidale sont présents environ en même quantité (Obeso et al., 2000; Parent et al., 2000).

Figure 4. Le circuit moteur des GB. (Tiré de Parent et al., 2000)

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1.3.2 Les changements pathologiques dans le circuit moteur

Tel que souligné précédemment, le bon fonctionnement du circuit moteur est basé sur l'équilibre entre les deux voies. Certaines maladies peuvent apporter des changements pathologiques aux GB et ainsi déséquilibrer cette balance entre les voies inhibitrice et excitatrice. La MP en est un exemple notable. De plus, l'administration à long terme de la L-DOPA afin de traiter la MP induit elle aussi des changements dans le circuit moteur.

Figure 5. Les changements pathologiques dans le circuit moteur des GB.

(A) Lors de la MP; (B) Lors de la DIL. STR: striatum, STN: noyau sous-thalamique, mRNA: ARN messager, PPE-A: préproenképhaline A, PPE-B: préproenképhaline B. (Tiré de Samadi et al., 2006)

Changements dans la MP au niveau du circuit moteur

La perte des neurones dopaminergiques dans la MP induit une diminution en dopamine au niveau du striatum. La réduction de l'activation des récepteurs dopaminergiques a pour effet de diminuer l'excitation des neurones de la voie directe et de désinhiber ceux de la voie indirecte (Obeso et al., 2000). La lésion provoque également une augmentation de l'ARNm des récepteurs D2 et de la préproenképhaline ainsi qu'une diminution de l'ARNm des

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récepteurs D1, de la substance P et de la dynorphine (Gerfen et al., 1990, 1991). S'ensuit une diminution de l'activité du GPe, induisant ainsi une augmentation de celle du NST. Il y a désormais une stimulation accrue des GPi/SNr et, par conséquent, une hausse de l'inhibition thalamo-corticale. La résultante finale est l'hypokinésie caractéristique de la MP (Obeso et al., 2000; Parent et al., 2000). Voir Figure 5a.

Changements induits par la DIL au niveau du circuit moteur

Lorsque la DIL se développe, d'autres changements surviennent dans le circuit moteur. En fait, il s'agit de l'inverse de ce qui est observé dans le cas de la MP (à quelques exceptions près). Effectivement, il y a une diminution de l'activité de la voie indirecte et une augmentation de celle de la voie directe. Il y a également une surexpression des récepteurs D1 et du neuropeptide opioïde dynorphine. Cependant, l'augmentation du niveau d'enképhaline induit par la mort des neurones dopaminergiques nigrostriataux n'est pas corrigée (Obeso et al., 2000; Samadi et al., 2006). Voir Figure 5b.

1.4 Facteurs importants dans le développement et l'expression

de la DIL

Une question demeure encore aujourd'hui au sujet de la DIL: quelle en est la cause ? Une panoplie d'informations a été découverte au sujet des changements qui s'opèrent pendant l'apparition et le développement des mouvements anormaux, toutefois comme pour la MP, la cause exacte n'a pas encore été élucidée. Ceci explique donc en partie pourquoi il est difficile de contrôler cet effet secondaire de la dopathérapie.

Les premiers moments où l'exposition à la L-DOPA provoque des changements menant à l'apparition de la DIL sont regroupés sous le terme « priming ». Selon certains groupes de chercheurs, il y aurait plusieurs facteurs de changement, principalement autres que la dégénérescence dopaminergique, qui seraient nécessaires afin de mettre en scène la genèse de la DIL (Brotchie, 2005). À titre d'exemple, il y aurait une signalisation anormale découlant de mécanismes glutamatergique, alpha2 adrénergique, sérotoninergique,

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cannabinoïde et opioïde (Brotchie, 2005). Ceux-ci seraient difficilement réversibles une fois établis et cela expliquerait pourquoi les patients dyskinétiques le sont à long terme. Pourtant, d'autres groupes ont avancé que le concept de « priming » est questionnable, qu'il ne découlerait pas de l'exposition à la L-DOPA mais serait plutôt une conséquence de la perte de neurones dopaminergiques. La dopathérapie sensibiliserait les mécanismes conséquents de la MP, mais ne les induirait pas (Nadjar et al., 2009).

Une condition essentielle pour que la DIL puisse s'exprimer est la dégénérescence des neurones dopaminergiques. Dans cette direction, il fut démontré que l'administration de la L-DOPA chez le singe non lésé n'induit pas de DIL, même à des doses élevées (Sassin, 1975). La même observation a été faite chez les humains normaux ayant été traités sur une longue période à la L-DOPA (Rajput et al., 1997). Certes, le fait que certains patients parkinsoniens ne développent pas de DIL, ou du moins une sévérité différente, même si la maladie continue de progresser laisse penser que la lésion dopaminergique à elle seule n'est pas le seul élément déclencheur de ce phénomène (Linazasoro et al., 2009).

Un autre élément qui semble être à la base de la genèse de la DIL est le fait que la stimulation des récepteurs dopaminergiques soit pulsative avec la L-DOPA, comparativement à un mode continu. Ce mode pulsatif est dû à la demi-vie courte de la L-DOPA et la sévérité de la maladie (Calon et al., 1995; Olanow & Obeso, 2000). La perte progressive des neurones dans la MP réduit graduellement la capacité de tampon pour la dopamine. Alors, les fluctuations de concentration plasmatique lors de la prise de la L-DOPA seraient moins bien tamponnées, d'où le mode pulsatif de l'activation des récepteurs. De plus, la dégénérescence induit une hypersensibilité des récepteurs restants, ce qui change le patron d'activité dopaminergique global (Goto et al., 2007; Encarnacion & Hauser, 2008). Cette stimulation pulsative provoque des modifications dans le réseau neuronal, entre autres découlant de changements dans les gènes et les protéines au niveau post-synaptique, une forme de plasticité ou d'apprentissage pathologiques menant à la dyskinésie (Calon et al., 2000; Olanow & Obeso, 2000). Certains des changements s'opérant dans les circuits moteurs des ganglions de la base seront décrits à la section 1.3.2.

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1.5 Les neuropeptides opioïdes

Les neuropeptides sont de petits composés qui, à l'instar des neurotransmetteurs, peuvent influencer la conduction de l'influx nerveux entre les neurones. Leur effet peut s'exercer à la manière d'un neurotransmetteur, d'un neuromodulateur ou d'un facteur neurotrophique (Graybiel, 1990; Zhang et al., 2006). À l'opposé des neurotransmetteurs, il n'y a cependant pas de mécanisme permettant la recapture et le recyclage des neuropeptides suite à l'activation du récepteur; ils sont dégradés par internalisation ou via des enzymes et doivent être synthétisés à nouveau dans le corps cellulaire (Roques, 2010).

Au niveau du cerveau, les GB correspondent à un des endroits les plus concentrés en neuropeptides, avec le striatum comme source de synthèse principale (Graybiel, 1986). Les trois neuropeptides striataux les plus connus sont le peptide neurokinine substance P et les peptides opioïdes enképhaline (ENK) et dynorphine (DYN) (Samadi et al., 2007; Huot et al., 2013).

Le striatum est l'une des structures du cerveau ayant le plus haut taux de peptides et récepteurs opioïdes (Steiner & Gerfen, 1998). La préproenképhaline-A (PPE-A) ou pré-enképhaline (pENK), le précurseur du peptide opioïde ENK, s'exprime dans les neurones striatopallidaux de la voie indirecte du circuit moteur des GB et peut générer la leucine (Leu)-ENK et la méthionine (Met)-ENK (Noda et al., 1982; Samadi et al., 2007; Huot et al., 2013). La préproenképhaline-B (PPE-B) ou pré-dynorphine (pDYN), le précurseur du peptide opioïde DYN, est retrouvé dans les neurones striatonigraux de la voie directe et se différencie en Leu-ENK, DYN-A, DYN-B, alpha- et beta- endorphine (Horikawa et al., 1983; Samadi et al., 2007; Huot et al., 2013).

L'action des peptides opioïdes se fait via l'activation de plusieurs classes de récepteurs opioïdes qui sont couplés à des protéines G. Les trois principaux sont μ, δ et κ (Samadi et al., 2006). Le récepteur μ est activé par les endorphines et est localisé dans toutes les structures des GB (Wang et al., 1993). Pour le récepteur δ, les ligands sont la Met-ENK et la Leu-ENK et il est retrouvé dans presque toutes les régions des GB, à l'exception de la

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SNc (Quock et al., 1999). Activé par la DYN, le récepteur κ est également présent dans la majorité des structures des GB, sauf le GPe et le NST (Chavkin et al., 1982). Malgré l'affinité de chaque peptide pour un récepteur en particulier, il est intéressant de noter qu'ils peuvent également se lier aux autres types de récepteurs (Corbett et al., 2006). La signalisation des trois classes de récepteurs influence plusieurs processus incluant l'inhibition de : l'adénylate cyclase; des canaux Ca2+ voltage-dépendants et de la libération de transmetteurs, ainsi que l'activation : de la conductance du K+; de la MAPK et de la protéine kinase C (Samadi et al., 2006).

Implication des neuropeptides opioïdes dans la MP et la DIL

Plusieurs changements concernant les peptides et les récepteurs opioïdes ont été observés dans la MP et lorsque la DIL se développe. Comme mentionné précédemment, la lésion des neurones dopaminergiques induit une diminution des niveaux d'ARNm de pDYN et une augmentation de ceux de pENK (Cenci et al., 1998; Morissette et al., 1999; Meissner et al., 2003; Bishop et al., 2009). L'administration de la L-DOPA fait augmenter la quantité d'ARNm de pDYN, sans que ceux de pENK redescendent (Cenci et al., 1998; Morissette et al., 1999; Calon et al., 2002; Henry et al., 2003). En ce qui concerne les récepteurs, il fut observé chez le modèle du primate MPTP traité à la L-DOPA, pendant l'effet « ON » et dyskinétique, que la quantité de récepteurs δ dans le striatum était inchangé, mais que la signalisation contrôlée par ceux-ci était suractivée (Aubert et al., 2007; Hallett & Brotchie, 2007). Dans les mêmes conditions d'observations, les niveaux du récepteur κ étaient réduits dans le GPe et le GPi et la signalisation découlant de ceux-ci était également suractivée (Chen et al., 2005; Aubert et al., 2007). Une étude chez le rat lésé au 6-OHDA a démontré que les niveaux de récepteurs δ sont augmentés dans les cortex moteur et prémoteur des animaux dyskinétiques sacrifiés pendant l'état « OFF » comparativement à ceux non dyskinétiques (Johansson et al., 2001). En ce qui concerne les récepteurs κ dans les mêmes conditions chez le rat, il y a une diminution de ceux-ci aux niveaux du striatum et de la SN, mais pas de différence au niveau du GP (Johansson et al., 2001).

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Le rôle exact des peptides opioïdes dans la MP et dans la DIL est encore aujourd'hui une question non résolue. Bien que les niveaux de ceux-ci augmentent dans les deux situations et que l'établissement d'une corrélation directe suggèrerait un effet causal (Henry et al., 2001), les résultats de certaines études vont à l'encontre de cette conclusion. Il n'y aurait peut-être pas de lien direct entre la DIL et la hausse des peptides opioïdes (Quik et al., 2002). En effet, il a été suggéré que la régulation à la hausse des peptides opioïdes serait plutôt une réponse compensatoire afin d'atténuer les changements pathologiques et de tenter de conserver l'homéostasie dans les GB, mais qu'avec la progression de la maladie et l'exposition répétée à la L-DOPA, ce mécanisme finirait par s'épuiser (Schneider et al., 1999; Meissner et al., 2003; Samadi et al., 2006). Un premier élément de preuve vient du fait que les antagonistes opioïdes augmentent la DIL chez le modèle de primate MPTP déjà dyskinétique (Samadi et al., 2003). Allant dans la même direction, il fut démontré que la morphine, un agoniste opioïde, peut diminuer la DIL (Samadi et al., 2004). De plus, l'administration de L-DOPA et de naltrexone, un antagoniste opioïde non sélectif, chez des singes parkinsoniens n'ayant reçu aucun traitement autre que la toxine MPTP (de novo) a bloqué pendant 14 jours l'effet antiparkinsonien du traitement et lorsque le blocage cessa, les effets thérapeutiques ont été accompagnés d'une DIL (Samadi et al., 2005). Au niveau de la dégénérescence des neurones dopaminergiques, il fut récemment montré qu'une surexpression de pENK au niveau du striatum chez des souris MPTP pourrait avoir un effet neuroprotecteur et augmente l'activité locomotrice (Bissonnette et al., 2014). Donc, l'activation du système opioïdergique striatal aurait un effet potentiel protecteur et compensatoire au niveau de la MP et des effets secondaires de la dopathérapie.

1.6 Objectif et hypothèse du projet

Objectif

Le projet mis de l'avant dans le cadre de ma maîtrise avait pour but de vérifier quel serait l'impact d'une surexpression de pENK au niveau du striatum sur la DIL dans la MP. Une étude a donc été faite chez le modèle de souris de la DIL en injectant un vecteur viral permettant de surexprimer localement pENK. Ceci visait à mieux comprendre le rôle de

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l'augmentation de pENK dans la MP et la DIL et éventuellement, à apporter de nouvelles pistes thérapeutiques basées sur ce système opioïdergique afin d'améliorer la qualité de vie des patients atteints de la maladie de Parkinson.

Hypothèse

L'ENK exerce un effet positif sur le contrôle de la DIL au niveau de son développement, de sa sévérité et/ou de la durée de ses épisodes. Il est donc attendu que les souris chez qui une surexpression de pENK fut induite démontreront une dyskinésie moindre que les groupes contrôles.

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Chapitre 2 :

Figure

Figure 1. Illustration démontrant la posture d'un patient atteint de la maladie de Parkinson
Figure 2. Éléments clés de la neuropathologie de la maladie de Parkinson.
Figure 3. Les ganglions de la base chez l'humain.
Figure 4. Le circuit moteur des GB.
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