Comment s’organise la conversation entre les neurones dans le cerveau ? Au travers de 2 articles récents nous décrivons une partie de cette organisation aux synapses entre les neurones à dopamine et les neurones environnants. Les synapses, points de contact entre les neurones, sont fondamentale pour le bon fonctionnement du cerveau. On peut distinguer deux grands types de neurones. Les neurones effecteurs assurent une transmission rapide et locale de l’information soit excitatrice soit inhibitrice, tandis que les neurones modulateurs, peu nombreux, affectent de grandes régions du cerveau sur de plus longues durées. Les neurones modulateurs utilisant la dopamine sont très importants pour la régulation du contrôle moteur, de la motivation et de la perception d’une récompense.

Dans nos études, nous avons établi la première purification sélective des synapses dopaminergiques du striatum qui nous a permis d’identifier 2650 protéines, dont 57 spécifiquement enrichies. En revanche, peu d’ARN messagers (codant les protéines) sont sélectivement détectés, suggérant que la traduction locale des protéines n’est pas un mécanisme majeur au niveau des axones des neurones dopaminergiques. De plus, nous avons identifié une nouvelle structure où les synapses dopaminergiques interagissent physiquement avec d’autres synapses classiques et affectent la composition de ces dernières. Ces « Synapses Pivot à Dopamine » pourraient constituer un support important de la neuromodulation par la dopamine sur les circuits neuronaux du striatum, alimentant le débat entre modèles volumiques et synaptiques de la transmission modulatrice. Dans ce nouveau cadre conceptuel, les recherches futures permettront de comprendre en détail les mécanismes cellulaires par lesquels la dopamine module les mouvements volontaires ou l’apprentissage basé sur la prédiction de la récompense. Ceci est d’autant plus crucial que de nombreuses pathologies telles que la maladie de Parkinson, l’addiction et la schizophrénie semblent directement liées à une dysfonction dopaminergique.

Figure : Synapses Pivot à dopamine isolées par tri activé par fluorescence. A : terminaisons synaptiques dopaminergiques isolées (vert) liées à des terminaisons positives pour le GABA (haut, magenta), le glutamate (milieu, magenta) ou l’acétylcholine (bas, magenta). Barre d’échelle 1µm. B : Exemple de synaptosome pivot à dopamine visualisé par microscopie électronique C : Modèle cartographique des synapses du hub de la dopamine. DR/D2R : Récepteurs de la Dopamine ; CAM : Molécule d’Adhésion Cellulaire : Th : Tyrosine hydroxylase (biosynthèse de la dopamine).

English summary: Dopamine Hub Synapses in the striatum: a new hot spot for dopamine transmission?

How is the conversation between neurons organized in the brain? Through 2 recent articles we describe part of this organization between the dopamine and surrounding neurons at synapses. Synapses are points of contact between neurons, essential for the proper functioning of the brain. In the brain, neurons are of 2 main types. The effector neurons ensure a rapid and local transmission of information, either excitatory or inhibitory, while the modulatory neurons, few in number, affect large regions of the brain over longer periods of time. Modulatory neurons using dopamine are very important for the tuning of motor control, motivation and reward perception.

In our studies, we established the first selective purification of dopaminergic synapses in the striatum that allowed us to identify 2650 proteins, 57 of which were specifically enriched. In contrast, few messenger RNAs (encoding proteins) are selectively detected, suggesting that local translation of proteins is not a major mechanism at the axons of dopaminergic neurons. In addition, we have identified a new structure where dopaminergic synapses physically interact with other classical synapses and affect the composition of the latter. These « Dopamine Hub Synapses » may mediate dopamine neuromodulation on striatal neuronal circuits, fueling the debate between volume and synaptic models of modulatory transmission. Within this new conceptual framework, future research will provide a detailed understanding of the cellular mechanisms by which dopamine modulates voluntary movements or reward-prediction based learning. This is crucial as many pathologies such as Parkinson’s disease, addiction and schizophrenia are linked to dopamine dysfunction.

Figure : Dopamine hub synapses isolated by fluorescence activated sorting. A: Isolated dopamine synaptic terminals (green) bind to GABA (top, magenta), Glutamate (middle, magenta) or Acetylcholine (bottom, magenta) positive terminals. Scale bar 1µm. B: Example of dopamine hub synaptosome observed at the electron microscope. C: Model cartoon of dopamine hub synapses. DR/D2R : Dopamine Receptors; CAM: Cell Adhesion Molecule: Th: Tyrosine hydroxylase (dopamine biosynthesis).

Références :

Paget-Blanc, V., Pfeffer, M.E., Pronot, M. et al. A synaptomic analysis reveals dopamine hub synapses in the mouse striatum. Nat Commun 13, 3102 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-30776-9

Hobson, BD., et al. Subcellular and regional localization of mRNA translation in midbrain dopamine neurons. Cell Reports, 38-2, (2022) https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.110208.

Contact :

Etienne Herzog
CNRS CRCN
Team Membrane Traffic at Synapses

Université de Bordeaux
Interdisciplinary Institute for NeuroScience – UMR 5297
Centre Broca Nouvelle-Aquitaine
146 rue Léo Saignat
CS 61292 Case 130
33076 Bordeaux Cedex (FRANCE)

Phone: +33 (0) 5 33 51 47 79