III. Localisation des récepteurs D1 de la dopamine :

III.A. Les récepteurs D1 de la dopamine dans le système nerveux central :

L’une des raisons les plus importantes pour lesquelles des gènes de récepteurs dupliqués peuvent être conservés dans des groupes d’espèces est celle de l’acquisition d’une localisation différente dans l’organisation du système nerveux. En effet, dès lors que deux récepteurs ne sont pas présents dans la même région ou au même endroit dans la cellule qui les exprime, ils ne peuvent pas être complètement redondants.

Cette remarque souligne d’emblée l’importance de la localisation pour le rôle physiologique que jouent les récepteurs dans un organisme. Dans des cellules aussi différenciées que des neurones, un récepteur de neurotransmetteur contrôlera des aspects distincts des fonctions neuronales selon qu’il est présent dans les terminaisons nerveuses, dans le corps cellulaire ou dans les dendrites. De même, le rôle d’un récepteur pré-synaptique est différent de celui d’un récepteur post-synaptique, et il sera encore différent s’il est situé directement dans la synapse ou à l’extérieur. Il est donc indispensable de pouvoir analyser la localisation cellulaire des récepteurs à l’aide d’anticorps spécifiques, si l’on veut mieux comprendre quels rôles peuvent jouer chacun des sous-types des récepteurs de la dopamine par exemple. Malheureusement, jusqu’à une date récente, il n’existait pas d’anticorps capables de distinguer sans ambiguïté chacun des sous-types du récepteur D1, obligeant à utiliser d’autres techniques, moins précises à l’échelon cellulaire, comme l’autoradiographie des récepteurs et l’hybridation in situ.


III.A.1. Localisation régionale :

L’analyse de la distribution régionale et plus encore de la localisation cellulaire précise des récepteurs de la dopamine a été fortement tributaire des méthodes qui ont été développées dans ce but. La première technique a avoir été utilisée pour détecter les deux classes de récepteurs dopaminergiques a été la visualisation par autoradiographie de la liaison de ligands radioactifs sur des coupes de tissus.


a. L'autoradiographie des sites de liaison des récepteurs de la dopamine dans le cerveau :

L’intérêt des méthodes autoradiographiques est limité par la sélectivité et les caractéristiques physico-chimiques des molécules utilisées (Creese et al., 1983). Néanmoins, ces techniques ont permis d’identifier assez précisément les principales régions-cibles des systèmes de neurotransmission dopaminergiques, dans le cerveau des mammifères. Les récepteurs de la classe D2, dont la distribution a été principalement analysée par l’autoradiographie de la liaison du 3H-spipérone et du 125I-sulpride, sont assez largement distribués dans le cerveau. La grande majorité des sites de liaison de ces récepteurs se concentre principalement dans le noyau caudé, le putamen et la substance noire. Mais on en trouve aussi des quantités importantes dans le bulbe olfactif, le tubercule olfactif, l’hypothalamus postérieur et dans l’hypophyse antérieure (cellules à prolactine).

La distribution des sites de liaisons des récepteurs de la classe D1 a été étudiée essentiellement à l’aide du 3H-SCH-23390 ou du 125I-SCH-23982. Les récepteurs D1 sont aussi les plus abondants dans le striatum (noyau caudé et putamen) où ils se retrouvent dans les neurones GABAergiques qui contiennent aussi de la substance P et qui projettent sur la substance noire. Des quantités importantes de ces sites de liaison ont été identifiées dans l’ensemble du cortex principalement dans les aires antérieures. Des taux modérés de sites de liaison D1 sont observés dans l’hippocampe, l’amygdale et dans le diencéphale avec une certaine concentration dans le noyau suprachiasmatique de l’hypothalamus et dans le noyau réticulaire du thalamus.

Dans le mésencéphale, les sites de liaison des récepteurs D1 sont observés dans la substance noire. Enfin, il existe un marquage modéré dans les cellules de Golgi de la couche granulaire du cervelet, mais aussi dans certaines cellules de Purkinje. Il n’existe, à notre connaissance que trois études publiées sur la localisation des sites de liaison des récepteurs D1 dans des espèces différentes des mammifères, et elles concernent toutes les trois des oiseaux. Pour être bref, ces travaux montrent d’une manière générale, que la localisation des récepteurs D1 est fortement conservée entre les oiseaux et les mammifères. En effet, chez la caille (Ball et al., 1995) et chez le poulet (Schnabel et al., 1997), la plus forte densité de récepteurs D1 a été également observée dans les régions homologues du striatum. Enfin, chez les étourneaux (Casto et Ball, 1994) on trouve une forte densité de récepteurs D1 dans une aire qui présente un dimorphisme sexuel marqué dans cette espèce, et qui pourrait jouer un rôle dans le chant et la parade nuptiale qui sont particulier aux oiseaux.

En conclusion, ces études autoradiographiques ont démontré l’existence d’une régionalisation des récepteurs D1 et D2 qui correspond exactement aux zones de projections des voies neuronales dopaminergiques (Figure 1 et Figure 10). La localisation massive des récepteurs dans les noyaux qui synthétisent la dopamine (substance noire pour les récepteurs D2, ou noyaux hypothalamiques pour les récepteurs D1) suggère aussi qu’ils puissent agir comme récepteurs pré-synaptiques ou même comme des autorécepteurs dans certaines structures comme le striatum. En revanche, malgré quelques tentatives, la description de la distribution de chacun des sous-types de récepteurs D1 ou D2 dans le système nerveux central a été principalement réalisée par la technique d’hybridation in situ avec des sondes spécifiques.



Figure 10 : Représentation schématique sagittale des localisations comparée des récepteurs D1 dans le cerveau des vertébrés. Ce schéma récapitule les différentes localisations observées chez les mammifères aussi bien pour les ARNm (hybridation in situ) que les protéines (anticorps ou liaison de ligands) (Ariano et al., 1997b; Huang et al., 1992; Le Moine et al., 1991; Mansour et al., 1991; Monsma et al., 1990; Severynse et al., 1995; Tiberi et al., 1991). Par extrapolation, les localisations observées pour les autres espèces sont indiquées sur le même schéma entre autres pour le récepteur D1C (Cardinaud et al., 1997; Kapsimali et al., 2000). Abréviations : AP, aire prétectale; BO, bulbe olfactif C, cervelet; CE, cortex enthorinal; Cx, cortex; CP, caudate-putamen; Gd, gyrus dentelé; H, hippocampe; Hy, hypothalamus; NA, noyau accumbens; SN, substance noire; Th, thalamus et TO, tubercule olfactif.



b. Distribution des transcrits codants les récepteurs de la dopamine dans le système nerveux central des vertébrés :

La difficulté d’obtenir des anticorps spécifiques des sous-types des récepteurs de la dopamine a conduit la plupart des auteurs à privilégier l’hybridation in situ sur coupes de tissus pour analyser la régionalisation de ces sous-types. Chez les mammifères, il existe paradoxalement peu d’études claires et exhaustives de la localisation des transcrits de récepteurs de la dopamine. Pour les récepteurs de la classe D1, les travaux les plus complets sont ceux de Mansour et al. (Mansour et al., 1991) et de Schambra et al. (Schambra et al., 1994) pour les récepteurs D1A et de Tiberi et al. (Tiberi et al., 1991) pour les récepteurs D1B. D’une manière générale, la distribution des transcrits est très semblable de celle des sites de liaison décrits par autoradiographie. Néanmoins, ces études ont permis de montrer que, chez les mammifères, le sous-type D1A est de loin le plus abondant (Figure 10). La prédominance des localisations striatales pour le sous-type D1A est évidente. En revanche, il n'y a pas d’ARNm D1 dans la substance noire, ce qui révèle que les sites de liaison qui étaient observés correspondent à des récepteurs synthétisés dans les neurones striataux et transportés jusqu’aux terminaisons de ces neurones. La présence du sous-type D1B dans les aires striatales est discutée et semble varier d’une espèce à l’autre chez les mammifères. Absent chez l’homme, il serait présent à un taux faible chez le rat et principalement dans le noyau accumbens. Dans les régions corticales, les deux sous-types semblent colocalisés dans les couches profondes du cortex.

Le sous-type D1B est clairement prédominant dans l’hippocampe et pour le diencéphale, dans le noyau parafasciculaire du thalamus. Dans l’hypothalamus, en l’absence de comparaison directe, il est difficile de savoir exactement quelle proportion de chacun des deux sous-types est exprimée, mais leur localisation est fortement semblable et prédomine dans les noyaux supraoptiques, paraventriculaires et suprachiasmatiques.

Mise à part la localisation des sous-types D1A et D1B chez les mammifères, la première analyse de la diversité de répartition des différents sous-types du récepteur D1 chez d'autres espèces a été effectuée par Northern blot contre les ARNm de différentes régions du cerveau d'anguille (Cardinaud et al., 1997). Le récepteur D1A2 est ainsi le plus abondant, mais chaque sous-type semble avoir des localisations un peu différentes. Ainsi le récepteur D1A1 est présent dans toutes les régions avec une prédominance pour le tronc cérébral. Le récepteur D1A2 semble très faiblement présent dans l'hypophyse et le cervelet. Le D1B quant à lui est majoritaire dans le diencéphale et absent de l'hypophyse. Enfin le D1C possède une localisation, analysée grossièrement de cette manière, proche du D1A2. Une étude comparée plus précise par hybridation in situ de la localisation des ARNm des sous-types D1 chez l'anguille (Kapsimali et al., 2000) montre qu'effectivement les localisations se recoupent largement entre les sous-types avec une expression graduée D1A2>D1B>>D1C. Les régions marquées sont le télencéphale (bulbe olfactif et télencéphale dorsal), le diencéphale (thalamus, hypothalamus, noyau préoptique et tectum optique) et le cervelet. Seuls le diencéphale et le cervelet possèdent un marquage D1C. Le sous-type D1A est le plus abondant, le récepteur D1B est moins représenté mis à part dans le télencéphale ventro-latéral. On le retrouve également dans quelques régions où le récepteur D1A n'est pas présent tel que l'équivalent du colliculus inférieur des mammifères. Enfin le sous-type D1C est exprimé de façon restreinte dans l'hypothalamus dorsal, l'habenula et le cervelet. Les marquages D1A2 et D1A1 quant à eux se recoupent très largement.

L'analyse de la localisation de l'expression du gène rapporteur lacZ sous le contrôle du promoteur du gène D1A humain a été mené chez la souris (Severynse et al., 1995). Les régions marquées sont le noyau caudé, le putamen, le thalamus, l'amygdale, le cortex cérébral, l'hippocampe et l'hypothalamus. Si cette localisation semble correspondre celle du récepteur D1A dans le système nerveux central, l'observation détaillée dans différentes régions comme le striatum indique que des modifications post-traductionnelles doivent affecter la localisation précise de ces récepteurs.


c. Comparaison chez les mammifères de la localisation des transcrits des récepteurs D1 avec les marquages immunocytochimiques correspondants :

Quand des anticorps contre les récepteurs dopaminergiques ont été disponibles, un certain nombre de comparaisons complémentaires ont alors été faites entre la localisation des ARNm et cele des protéines. En général, les résultats obtenus avec les anticorps sont proches de ceux des hybridations in situ (Levey et al., 1993). Ainsi, les récepteurs D1A et D1B sont coexprimés au niveau des neurones pyramidaux des cortex préfrontaux, prémoteur, cingulate et entorhinal, de l'hippocampe et du gyrus dentelé (Bergson et al., 1995; Huang et al., 1992; Smiley et al., 1994). Cependant, les récepteurs D1A sont retrouvés seuls dans la pars réticulata de la substance noire où aucun ARNm n'est détectable. Dans le noyau caudé, les récepteurs D1A sont majoritairement localisés dans des neurones de taille moyenne GABAergiques (Le Moine et Gaspar, 1998), alors que les récepteurs D1B sont présents seuls dans de les grands neurones cholinergiques (Bergson et al., 1995). A l'aide d'anticorps spécifiques des récepteurs D1B, dans le cerveau de rat, on trouve également une bonne corrélation avec les analyses par hybridation in situ (Ariano et al., 1997b). Ainsi les régions des cortex pariétaux et frontaux, de l'hippocampe et du gyrus dentelé sont marqués et, dans une moindre mesure, on retrouve un marquage dans le striatum dorsal, le tubercule olfactif et le cervelet. La localisation des récepteurs D1 chez le poulet est un des rares travaux d'immunohistochimie dans le cerveau d'un vertébré différent des mammifères (Schnabel et al., 1997). L'anticorps utilisé est dirigé contre le D1A humain, et malgré les problèmes de spécificité que cela comporte, la localisation observée correspond à des aires cérébrales largementhomologue aux régions déjà définies chez les mammifères, ce qui rend compte de la conservation des structures marquées par ce récepteur au cours de l'évolution.