Caractérisation de modèles murins de la maladie de Parkinson (MPTP, PITX3) et modification des cellules souches hématopoïétiques pour stimuler la production du « Brain-derived neurotrophic factor » (BDNF)

Laplante-Campbell, Marie-Pier
Maître ès sciences (M.Sc.)
Université Laval
Maîtrise en physiologie-endocrinologie

Directeur(trice) de recherche : Rivest, Serge

2008-12

Dédicace

À mes parents

Table des matières

Liste des illustrations

Figure 1 : Représentation schématique de la voie nigrostriée chez les patients normaux (A) et chez les patients atteints de la maladie de Parkinson (B). Les neurones dopaminergiques de la voie nigrostriée possèdent leur corps cellulaire dans la SNpc et projettent vers le caudate/putamen. C) Les patients atteints de la maladie de Parkinson présentent des inclusions intraneuronales (Corps de Lewy) au niveau de la substance noire pars compacta.
Figure 2 : Différents mécanismes pouvant être impliqués dans la neurodégénération dans la maladie de Parkinson.
Figure 3 : La maladie de Parkinson affecte à la fois la voie directe et la voie indirecte des ganglions de la base. A) Dans la voie directe, les projections inhibitoires transitoires du caudate et du putamen projettent vers les neurones inhibiteurs du globus pallidus interne. Le globus pallidus interne inhibe de façon tonique les noyaux du thalamus. B) La voie indirecte (encadré jaune) permet l’activation transitoire des neurones inhibiteurs du caudate et du putamen. Ces neurones projettent vers les neurones inhibiteurs du globus pallidus externe qui inhibent les noyaux subthalamiques. Ces derniers excitent les neurones de globus pallidus interne et donc permet de contre-balancer l’action désinhibitoire de la voie directe. D1, récepteur 1 de la dopamine : D2, Récepteur 2 de la dopamine, VA, noyau antérieur ventral ; VL, noyau latéral ventral.
Figure 4 : Altération de la voie basale dans la maladie de Parkinson. La diminution des signaux provenant de la substance noire pars compacta entraîne une augmentation des signaux inhibiteurs de la voie basale. L’inhibition tonique des noyaux du thalamus est donc grandement augmentée, ce qui résulte en une diminution de l’excitabilité des neurones moteurs. D1, récepteur 1 de la dopamine : D2, Récepteur 2 de la dopamine, VA, noyau antérieur ventral ; VL, noyau latéral ventral.
Figure 5 : Synthèse et métabolisme de la dopamine. La tyrosine est transformée en L-DOPA par la tyrosine hydroxylase (TH). La L-DOPA est décarboxylée par la dopa décarboxylase (DDC) pour former de la dopamine. Suite à son relâchement, le neurotransmetteur se lie à un de ses récepteurs. Il existe deux différentes familles de récepteurs, D1 et D2. La dopamine est captée dans les synapses par les transporteurs de la dopamine (DAT). Les DAT transportent la dopamine des synapses vers les neurones. La dopamine est métabolisée par la monoamine oxydase A neuronale (MAO-A) et par la monoamine oxydase A et B gliales (MAO-A + MAO-B).
Figure 6 : Les neurotrophines et leurs récepteurs.
Figure 7 : Quelques voies stimulées par la liaison du BDNF à son récepteur TrkB.
Figure 8 : Représentation du métabolisme du MPTP. Le MPTP traverse la barrière hémato-encéphalique puis est converti en MPDP+ par la monoamine oxydase-B (MAO-B) par les cellules gliales ou encore par les neurones sérotoninergiques. Le MPDP+ est alors métabolisé en MPP+ par un mécanisme encore inconnu. Le MPP+ est relâché dans l’espace cellulaire et est ensuite capté par les transporteurs de la dopamine (DAT).
Figure 9: Time course of change in the neuronal density (means ± SEM) of wild-type chimeric mice without treatment (time 0) and MPTP treated mice (subacute model). Only positive neurons for nuclear NeuN and cytoplasmic TH were counted. Errors bars represent SEM. *p<0.05 compared to wild-type mice; One-way ANOVA and Dunnett's post test.
Figure 10: Microglial cells of bone marrow origin infiltrate the SNpc of MPTP mice as from 4 days after the first MPTP injection. Microglial cells in brain sections of chimeric mice treated with MPTP (subacute treatment) were stained with an anti-iba-1 antibody (red). Bone marrow derived microglia were detected by GFP labeling (green). A large proportion of microglial cells in SNpc of MPTP mice expressed GFP, indicating that they originated from bone marrow cells. Scale bars represent 20 μm.
Figure 11: MCP-1 mRNA expression in response to MPTP acute treatment. MCP-1 mRNA is expressed two days after MPTP injection (b) compared to wild-type mice (a). Scales bars represent 100 μm.
Figure 12: TH immunohistochemistry and Nissl staining of midbrain sections reveal a marked reduction in cell density in the SNpc of P1 (d), P7 (e) and P14 (f) Pitx3/ak mice compared to age-matched control mice (a, b, c).
Figure 13: Reduction of tyrosine hydroxylase (TH) level in the caudate putamen during the development of Pitx3/ak mice. Levels of TH protein measured by immunohistochemistry in caudate putamen (CPU) of control and Pitx3/ak mice at different ages: P1 (a), P7 (b), P14 (c), and P135 (d). Note that Pitx3/ak mice have a deficient striatal dopaminergic innervation as early as P7. Error bars represent SEM. **p<0.01; ***p<0.001; student’s t-test.
Figure 14: Pitx3/ak mice have impaired locomotor activity. a) Pitx3/ak failed to maintain balance on the rotating rod (rotorod test). b) Pitx3/ak mice showed significantly greater latency to reach stable position (sec) on the coat-hanger test. c) Pitx3/ak mice displayed less vertical movements in one hour. d) Pitx3/ak mice showed less spontaneous peripheral ambulatory activity in one hour. Errors bars indicate SEM. **p<0.01, ***p<0.001; student’s t-test.
Figure 15: Loss of TH/Nissl positive neurons in the SNpc of Pitx3/ak mice. Representative coronal sections are presented to document the loss of TH/Nissl positive neurons in SNpc of Pitx3/ak mice (d) compared to control mice (c). This loss of DA neurons correlates with a diminution of TH staining in CPU in Pitx3/ak mice (b) compared to control mice (a). Cell counts of TH and Nissl positive neurons in SNpc were averaged (number of DA neurons/slice) (e). Errors bars indicate SEM. ***p<0.001; student’s t-test.
Figure 16: BDNF mRNA expression is significantly reduced in SNpc (a), cortex (b), thalamus (c), and hippocampus (d) of Pitx3/ak mice compared to control mice. Errors bars indicate SEM. *p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001; t-test.
Figure 17: Microglia of bone marrow origin (GFP) infiltrate the SNpc (b) and CPU (d) of adult Pitx3/ak mice. In Pitx3/ak chimeric mice, parenchymal and perivascular blood-derived microglia were detected by an anti-GFP antibody. In the brain of control mice, only perivascular cells were observed (a-c). Scale bars represent 20 μm.
Figure 18: Lenti-GFP/BDNF improves locomotor activity in adult Pitx3/ak mice. a) Rotorod test showed that Pitx3/ak mice are able to stay significantly longer on the rotating rod after injection of lenti-GFP/BDNF. Improvement of coordination and stability are observed as early as the sixth week after lentiviral injection. b) Coat-hanger test showed that Pitx3/ak-Lenti-GFP/BDNF mice reached a stable position more rapidly than Pitx3/ak-Lenti-GFP mice. Therapeutic effects of lenti-GFP/BDNF do not seem to be a transient effect because locomotor improvements are still detected 12 weeks after lentiviral injection. *p<0.05, **p <0.01, *** p <0.001; two-way ANOVA with replication.
Figure 19 : Expression levels of BDNF mRNA in different brain regions of Pitx3/ak (d-g-j), Pitx3/ak-Lenti-GFP (e-h-k), and Pitx3/ak-Lenti-GFP/BDNF (f-i-l) mice. Relative mRNA expression was quantified in SNpc (a), cortex (b) and thalamus (c). BDNF expression levels were significantly increased by lentiviral-GFP/BDNF injection in SNpc, cortex, and thalamus. Errors bars indicate SEM. *p<0.05, **p<0.01; One-way ANOVA; Bonferroni’s post test (SNpc and cortex) and Dunn’s post test (thalamus).
Figure 20 : TH expression levels in the CPU (a) and SNpc (b) of Pitx3/ak (c-f), Pitx3/ak-Lenti-GFP (d-g), and Pitx3/ak-Lenti-GFP/BDNF (e-h). TH expression was significantly increased by Lenti-GFP/BDNF in SNpc but not in CPU. Errors bars indicate SEM. **p<0.01; One-way ANOVA; Bonferroni’s post test.


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