Soutenance de thèse de Joanna SIKORA

La maladie de Parkinson (MP) est une affection neurodégénérative sévère qui affecte la motricité. Elle est caractérisée par la perte progressive des neurones dopaminergiques qui projettent vers le striatum, structure cérébrale impliquée dans le contrôle des mouvements volontaires. La dégénérescence progressive de la voie nigrostriée dans la MP s’accompagne par une réactivité fonctionnelle des voies glutamatergiques cortico-striées qui contribue à l’expression des symptômes cliniques et à la neurotoxicité menant à la mort neuronale. Une sous-population de neurones glutamatergiques cortico-striés utilise le zinc ionique (Zn2+) comme co-transmetteur à côté du glutamate, mais la contribution du Zn2+ synaptique (ou vésiculaire) à la MP demeure à ce jour inexploré. Dans le cadre de mon travail de Thèse nous avons cherché à élucider le rôle du Zn2+ synaptique dans la MP et ses mécanismes d’action en utilisant des approches génétiques et pharmacologiques combinées avec des modèles lésionnels murins de la maladie. Dans une première partie nous avons étudié la contribution du Zn2+ synaptique aux déficits moteurs et non-moteurs de la MP en utilisant des souris knockout (KO ZnT3) dépourvues du Zn2+ synaptique. La déplétion génétique du Zn2+ synaptique restore les déficits locomoteurs induits par la lésion unilatérale de la voie dopaminergique nigrostriée, un effet antiparkinsonien reproduit par la chélation pharmacologique du Zn2+ extracellulaire directement dans le striatum. La déplétion du Zn2+ synaptique restaure également le déficit de la mémoire de reconnaissance et réduit les comportements anxieux induits par la lésion bilatérale partielle de la voie dopaminergique nigrostriée (modèle lésionnel des symptômes non-moteurs des stades précoces de la MP). En revanche, elle est sans effet sur la dégénérescence des terminaisons dopaminergiques nigrostriatales indiquant que le Zn2+ synaptique libéré contribue à l’expression des déficits comportementaux mais pas à la neurotoxicité. Nous nous sommes ensuite intéressés aux mécanismes d’action du Zn2+ synaptique. Pour cela, nous avons utilisé une nouvelle lignée de souris knock-in dont le site d’inhibition du Zn2+ situé sur le récepteur glutamatergique NMDA-GluN2A a été muté. L’analyse comportementale de ces souris a révélé un phénotype intéressant. En condition normale, la mutation est sans effet sur le comportement locomoteur mais améliore les capacités d’apprentissage dans différentes tâches cognitives et motrices dépendantes du striatum. En condition parkinsonien, la mutation n’impacte pas les déficits locomoteurs, par contre, elle entraine un retard de l’apprentissage moteur chez les souris. Ces données montrent que le Zn2+ synaptique exerce une influence opposée sur l’apprentissage moteur en condition normale et parkinsonienne en inhibant l’activité des récepteurs NMDA-GluN2A. L’ensemble de ces travaux fournit les premières preuves empiriques impliquant le Zn2+ synaptique dans la physiopathologie de la MP. Il suggère que le Zn2+ synaptique jouerait globalement un rôle modulateur délétère en favorisant l’expression des déficits moteurs et non-moteurs (troubles cognitifs et émotionnels) de la maladie. Enfin, nos résultats mettent en exergue l’importance de l’interaction entre le Zn2+ et les récepteurs NMDA-GluN2A striataux dans la modulation de l’apprentissage moteur.

Parkinson’s disease (PD) is severe neurodegenerative movement disorder characterized by the loss of dopaminergic neurons that project to the striatum, a brain region that controls voluntary movements. The progressive degeneration of nigrostriatal dopaminergic pathway in PD results in a compensatory overactivity of glutamatergic corticostriatal pathways that contributes to the expression of the clinical symptoms and neurotoxicity leading to cell death. Subset of glutamatergic cortical-striatal neurons uses ionic zinc (Zn2+) as a co-transmitter alongside glutamate, yet the contribution of synaptically released Zn2+ (or vesicular Zn2+) to PD remains unexplored. In the context of my thesis work we investigated the involvement of synaptic Zn2+ in PD and its mechanisms of action using genetic and pharmacological approaches in combination with lesioned mouse models of the disease. In the first part, we investigated the contribution of synaptic Zn2+ to motor and non-motor (cognitive and emotional impairments) deficits of PD using knockout mice (ZnT3 KO) lacking synaptic Zn2+. Genetic depletion of synaptic Zn2+ restores locomotor deficits induced by unilateral lesion of nigrostriatale dopamine pathway, an antiparkinsonian effect that was reproduced by pharmacological chelation of extracellular Zn2+ directly within the striatum. Genetic depletion of synaptic Zn2+ was also effective in improving recognition memory deficit and in reducing anxiety-like behavior induced by a partial bilateral lesion of nigrostriatale dopamine pathway (lesioned model of non-motor symptoms of early stages of PD). By contrast, it was without effect on the degeneration of dopaminergic nigrostriatal terminals indicating that synaptically released Zn2+ contributes to the expression of behavioral deficits but not to neurotoxicity. We next focused on the mechanisms of action of synaptic Zn2+. To do so, we used a novel knock-in mouse line carrying a point mutation in Zn2+ inhibition site located on glutamatergic GluN2A-cantaining NMDA receptor (GluN2A-NMDAR). Behvairoal analysis of these mice revealed an interesting phenotype. In normal condition, the mutation has no effect on spontaneous locomotor behavior, but improved learning performances in various cognitive and motor tasks that typically depend on the integrity of striatum. In parkinsonian condition, the mutation has no impact on locomotor deficits, but it delays motor learning. These findings show that synaptic Zn2+ exerts a dual influence on motor skill learning in normal and parkinisonian conditions by inhibiting GluN2A-NMDAR activity. Taken together, these studies provide the first empirical evidence implicating synaptic Zn2+ in the pathophysiology of PD. They suggest that synaptically released Zn2+ may play a deleterious modulatory role by promoting the expression of motor and non-motor (cognitive and emotional complications) deficits of the disease. Finally, our results emphasize the importance of the interaction between Zn2+ and striatal NMDA-GluN2AR in the modulation of motor learning skills.