La perte de l’innervation dopaminergique des ganglions de la base et notamment du striatum dorsal (putamen) est à l’origine des signes moteurs de la maladie de Parkinson : une lenteur à exécuter les mouvements, une rigidité musculaire et des problèmes de posture. Si la quasi-totalité des neurones du striatum sont GABAergiques, seulement1% sont des interneurones cholinergiques. Ces interneurones géants génèrent une réponse caractéristique à un stimulus sensoriel associé à une récompense, une pause dans leur décharge, qui disparait dans le striatum privé de ses afférences dopaminergiques.

Un troisième neurotransmetteur,l’acide g-aminobutyrique (GABA), s’est invité dans la pathologie lorsque nous avons découvert qu’environ 50% des interneurones cholinergiques du striatum sont aussi GABAergiques, en nous basant sur des marqueurs (Lhx6), de la PCR intracellulaire (gad2) et des enregistrements de paires de neurones. Faiblement connectés entre eux chez les animaux témoins,ces interneurones mixtes libèrent acétylcholine et GABA, agissant sur des récepteurs nicotiniques et GABA_A, pour générer des courants antagonistes, entrant et sortant, respectivement. Dans le striatum déplété endopamine, les connexions entre neurones mixtes augmentent et le courant GABA_A devient entrant, tout comme le courant cholinergique, abolissant ainsi la« pause-réponse » évoquée par la stimulation des afférences corticales. Baisser les taux de (Cl^–)_i avec la bumétanide, un bloquant de l’importateur des ions chlorures, NKCC1, rétablit la polarité du courant GABA_A et la pause-réponse in vitro. In vivo, le traitement chronique à la bumétanide des souris dont un des striatum est déplété en dopamine, améliore leur motricité.

En parallèle, nous avons conduit un essai clinique ouvert sur 4 patients avec des effets prometteurs de la bumétanide. Nous allons bientôt effectuer un essai en double aveugle sur 40patients, centré sur les problèmes de chute et de « freezing » des parkinsoniens. Collectivement, ces travaux illustrent l’importance du métabolisme neuronal des ions chlorures, perturbé dans de nombreuses pathologies neurologiques.

Three neurotransmitters and Parkinson disease

The progressive loss of dopaminergic innervation of the basal ganglia, in particular of the dorsal striatum (putamen) is responsible for the motor signs of Parkinson disease such as bradykinesia, rigidity and loss of postural reflexes. In the striatum, the vast majority of neurons are GABAergic, with cholinergic interneurons representing only 1% of the total population. These giant interneurons gradually develop a typical conditioned pause response during acquisition of a sensorimotor association. The proportion of these responsive interneurons is dramatically decreased in the dopamine-depleted striatum.

We recently identified a third player in the disease, the gamma-aminobutyric acid (GABA). On the basis of  intracellular markers labeling (Lhx6), RTqPCR (gad2) and pair recordings, we showed that around 50% of cholinergic interneurons also synthesize and release GABA. Loosely interconnected in control striatum, these mixed interneurons generate inward nicotinic and outward GABA_A currents. In the dopamine-depleted striatum, interconnections dramatically increase and the GABA_A current becomes inward like the nicotinic one, leading to disappearance of the pause (suppression of firing) in response to cortical afferents stimulation. Application in slices of the blocker of the chloride importer NKCC1, bumetanide, to lower intracellular chloride concentration, reestablishes GABA_Acurrent polarity and the pause response. Chronic bumetanide treatment ameliorates the motricity of mice with dopamine-depletion in one striatum.

In parallel, we conducted a promising open study with 4 patients which will be followed by a double-blind essay with 40 patients, targeting problems of posture, falls and freezing, in particular. Overall our studies illustrate the importance of neuronal chloride metabolism which is altered in a variety of neurological disorders.

Référence

 GABAergic inhibition indual-transmission cholinergic and GABAergic striatal interneurons is abolishedin Parkinson disease. LozovayaN, Eftekhari S, Cloarec R, Gouty-Colomer LA, Dufour A, Riffault B, Billon-Grand M, Pons-Bennaceur A, Oumar N, Burnashev N, Ben-Ari Y, Hammond C.

Nat Commun. 2018 Apr 12;9(1):1422. doi: 10.1038/s41467-018-03802-y.

Contact chercheur

Constance Hammond
Inmed Inserm UMR 1249 et B&A Therapeutics, 163 avenue de Luminy, Marseille.

constance.hammond@inserm.fr