Caractérisation électrophysiologique de la diversité neuronale dans la substantia nigra pars reticulata chez les souris contrôle et parkinsonienne

Abstract

La substance noire réticulée (SNr) est la principale structure de sortie des ganglions de la base (BG), un réseau sous-cortical contrôlant l'élaboration des programmes moteurs ainsi que des fonctions d'apprentissage cognitives et associatives. L'identification de types de cellules distincts dans le BG a joué un rôle clé pour comprendre les propriétés et les fonctions de ce circuit. Des études récentes suggèrent que la SNr est composé de plusieurs types de cellules mais jusqu'à présent cette diversité neuronale n'a jamais été prise en compte concernant le fonctionnement normal et pathologique de ce noyau, notamment dans la maladie de Parkinson (MP). En combinant des approches immunohistochimiques et électrophysiologiques chez la lignée de souris PVCre::Ai9T, nous avons démontré que les neurones de la SNr exprimant la protéine parvalbumine (PV+) ont des propriétés anatomiques et électrophysiologiques différentes de celles des neurones ne l’exprimant pas (PV-). Notre analyse anatomique montre que les neurones PV+ et PV- sont présents à proportion égale dans la SNr, mais avec une distribution distincte, les neurones PV+ étant enrichis dans la partie latérale de la SNr alors que les neurones PV- sont présents dans la partie médiale de ce noyau. Nos enregistrements électrophysiologiques in vitro ont révélé que les neurones PV+ ont une activité électrique plus élevée que les cellules PV-. De plus, nos données indiquent que la perte de dopamine (DA) et le traitement à la L-DOPA induisent une réduction profonde de l'excitabilité des neurones PV+ de la SNr dans un modèle murin de MP (la souris 6-OHDA) sans modifier l'activité des neurones PV-.Il est bien connu que l'activité des neurones de la SNr est contrôlée par les afférences GABAergiques des neurones striataux (STR-SNr) de la voie directe (dSPN) et du globus pallidus (GP-SNr). Nous avons effectué une manipulation optogénétique de ces deux voies inhibitrices et montré que ces deux populations neuronales sont innervées de manière équivalente par le STR et le GP. Nos résultats ont également révélé que l'inhibition striatale était plus efficace que l’inhibition pallidale pour réduire l'activité des deux sous-types de neurones SNr. De plus, nous avons observé que les2synapses STR-SNr et GP-SNr affichent la même plasticité à court terme sur les neurones PV+ et PV- de la SNr. Enfin, nous avons montré que la transmission GABAergique est affectée de manière différentielle sur les cellules PV+ et PV- suite à une déplétion DAergique. D'une part, les neurones PV+ sont plus sensibles à l'inhibition striatale que les cellules PV- après une déplétion en DA. D’autre part, l’inhibition pallidale est réduite sur les neurones PV+ et augmentée sur les PV- après la perte de DA, suggérant un déséquilibre de l'inhibition pallidale entre ces deux populations SNr.Il est aussi connu que les niveaux extracellulaires de GABA sont élevés dans la SNr chez les modèles rongeurs de MP, ce qui suggère que les neurones de la SNr pourraient être inhibés de manière permanente par une inhibition dite tonique. Ainsi, Nous avons caractérisé la transmission extrasynaptique GABAergique dans la SNr des souris témoins et 6-OHDA. Nos enregistrements de patch-clamp ont révélés que les neurones PV- présentent une inhibition tonique plus importante que les cellules PV+ chez les souris témoins. La présence et l'implication des sous-unités δ et α5 dans les récepteurs GABAA extrasynaptiques ont également été étudiées, révélant une présence et un effet majeurs des sous-unités α5 sur les neurones PV. Cependant, contrairement à ce qui était attendu, la déplétion chronique en DA ne provoque aucun changement de l'inhibition tonique ni dans les cellules PV+ ni dans les neurones PV- de la SNr.Nos résultats mettent en évidence l'importance de différencier les populations cellulaires de la SNr pour une meilleure connaissance du fonctionnement des BG en situation physiologique et physiopathologique tel que dans la MP