Diplôme C. Lamy - EPHE
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MINISTERE DE L’EDUCATION NATIONALE<br />
ECOLE PRATIQUE DES HAUTES ETUDES<br />
SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE<br />
MEMOIRE<br />
Présenté<br />
Par Camille LAMY<br />
Pour l’obtention du diplôme de l’Ecole Pratique des Hautes Etudes<br />
Conséquences de la dégénérescence des corps cellulaires dopaminergiques<br />
de la substance noire sur la neurotransmission dopaminergique dans le<br />
noyau caudé : Approches méthodologiques en microdialyse et voltamétrie<br />
Soutenu en 2007 devant le jury suivant :<br />
Mr Norbert KOENIG -Président<br />
Mr Jean-Marie EXBRAYAT -Tuteur Pédagogique<br />
Mme Marie Françoise SUAUD-CHAGNY -Examinateur<br />
Mr Vincent LEVIEL -Tuteur Scientifique<br />
(leviel@lyon.inserm.fr)<br />
Laboratoire Reproduction et Développement des Vertébrés<br />
25, rue du Plat<br />
69288 Lyon Cedex 02 Directeur : Jean-Marie EXBRAYAT<br />
(jmexbrayat@univ-catholyon.fr)<br />
Laboratoire INSERM U846 : Institut Cellule Souche et Cerveau<br />
Equipe Vincent LEVIEL<br />
18, avenue du Doyen Lepine<br />
69675 Bron Directeur : Henry Kennedy<br />
Résumé :<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 1
La maladie de parkinson (MP) est associée à la dégénérescence de la voie dopaminergique<br />
nigrostriée, la voie qui relie la substance noire compacte au striatum. Lorsque la maladie est<br />
cliniquement déclarée, une proportion déjà importante de neurones dopaminergiques de la voie<br />
nigrostriée est donc déjà dégénérée (plus de 70%). Chez l’animal, les symptômes moteurs sont très<br />
différents de ceux observés chez l’homme : aucune manifestation motrice n’est détectable tant que 60<br />
à 70% de la population de neurones dopaminergiques n’est pas atteinte.<br />
Notre travail s’inscrit dans l’hypothèse suivante : la dégénérescence initiale des neurones<br />
dopaminergiques activerait dans le striatum une libération compensatoire de dopamine (DA) par les<br />
neurones survivants, au niveau présynaptique. Cette activation serait indirecte, par l’intermédiaire des<br />
afférences glutamatergiques corticostriatales et de l’activation durable du mécanisme de transport<br />
inverse de la DA. Pour tester cette hypothèse, nous développons différents outils de caractérisation et<br />
de dosage de la DA. Ces derniers doivent être utilisables de la cellule (in vitro) au primate éveillé<br />
Dans cette étude, nous avons utilisé le modèle 6-OHDA chez des rats. Nous avons ainsi<br />
réalisé des lésions partielles de la substance noire latérale puis obtenu des microdialysats provenant<br />
des striata de ces animaux. Nous avons ensuite dosé les concentrations de DA, DOPAC et HVA par<br />
une technique de chromatographie liquide à haute performance (HPLC) suivi d’une détection<br />
électrochimique. Ceci est complété par une analyse immunologique qualitative de la lésion (qui nous<br />
donne par ailleurs des informations sur le bon positionnement de nos sondes)<br />
D’autre part, une grande partie de notre travail a été le développement d’une nouvelle<br />
méthode voltamétrique de détection de la DA : La FCV, dans le but de pouvoir rendre cette<br />
technique applicable sur le primate éveillé réalisant des tâches comportementales. En effet, la<br />
microdialyse est une technique efficace, mais trop invasive pour être utilisé chez le singe. Au<br />
contraire les techniques voltamétriques sont très peu traumatisante, puisque les sondes utilisées<br />
mesurent à leurs extrémités seulement une dizaine de microns.<br />
Mots Clefs : Neurodégénérescence, Système Nigrostriatal, Dopamine, 6-OHDA, Voltamétrie<br />
Cyclique Rapide, Microdialyse<br />
LISTE DES ABREVIATIONS P 4<br />
INTRODUCTION P 7<br />
RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES P 10<br />
I LE SYSTÈME DOPAMINERGIQUE CENTRAL : P 11<br />
I- 1.Rappels historiques P 11<br />
I- 2 . Rappels anatomiques P 11<br />
I- 2.1. Le système extrapyramidal P 11<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 2
I- 2.2. Les principales voies dopaminergiques mésotélencéphaliques P 11<br />
I- 2.1. La voie dopaminergiques nigrostriée P 12<br />
I-2.3.1. Somatotopie des projections nigrostriées : P 12<br />
I- 2.3.2. Organisation anatomo-fonctionnelle du striatum P 13<br />
a) Les populations neuronales du striatum P 13<br />
b) Les afférences striatales P 13<br />
c) Les efférences striatales P 13<br />
II LE METABOLISME DE LA DA P 15<br />
II- 1. La synthèse : P 15<br />
II- 2. Le stockage : P 16<br />
II- 3. La libération : P 16<br />
II- 3.1. La libération par exocytose, ou libération phasique : P 17<br />
II- 3.2. La libération par le transporteur, ou libération tonique : P 17<br />
II- 4. L’inactivation : P 18<br />
II- 4.1. La recapture P 18<br />
II- 4.2. Le catabolisme de la DA P 18<br />
II- 5. Les recepteurs dopaminergiques : P 19<br />
II-5.1. Distinction biochimique des récepteurs dopaminergiques : P 19<br />
II-5.2. Localisation cérébrale et intrastriatale des récepteurs D1 et D2: P 20<br />
II- 5.2.1. Localisation cérébrale des récepteurs dopaminergiques P 20<br />
II- 5.2.2. Localisation intrastriatale des récepteurs dopaminergiques P 20<br />
III DEGENERESCENCE DE LA VOIE DOPAMINERGIQUE NIGROSTRIEE : P 22<br />
III- 1. La maladie de Parkinson: P 22<br />
III- 1.1. La maladie de Parkinson chez l’homme P 22<br />
III-1.1.1. Lésions observées au cours de la maladie de Parkinson : P 22<br />
III-1.1.2. Autres neuromédiateurs : P 23<br />
III- 1.2. Biochimie de la maladie de Parkinson P 23<br />
III- 2. Modèle animaux de la maladie de Parkinson : P 23<br />
III- 2.1. Neurotoxines dopaminergiques : P 24<br />
III-2.1.1. La 6-OHDA P 24<br />
III-2.1.2. Le MPTP P 25<br />
IV DETECTION ELECTROCHIMIQUES DE MOLECULES OXYDABLES P 27<br />
IV- 1. Les bases de l’éléctrochimie : P 27<br />
IV- 1.1. La réaction d’oxydoréduction : P 27<br />
IV- 1.2. Potentiel d’oxydoréduction P 27<br />
IV- 1.3. Composants des techniques voltamétriques P 28<br />
IV- 1.3.1. Unités de base d’un système voltamétrique P 28<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 3
IV- 1.3.2. Les électrodes P 28<br />
a) L’électrode de travail : P 28<br />
b) L’électrode de référence : P 29<br />
c) L’électrode auxiliaire : P 29<br />
IV- 1.4. La mesure du courant : P 29<br />
IV- 1.4.1. Le courant faradique P 30<br />
IV- 1.4.2. Le courant capacitif P 30<br />
IV- 2 Les techniques voltamétriques : P 30<br />
IV- 3.Rappels historiques P 32<br />
BIBLIOGRAPHIE P 33<br />
LISTE DES ABREVIATIONS<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 4
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 5
INTRODUCTION<br />
La maladie de Parkinson (MP) est associée à la dégénérescence de la voie dopaminergique<br />
nigrostriée, la voie qui relie la substance noire compacte au striatum. Il y a donc une dénervation<br />
dopaminergique de cette région sous corticale. Le métabolisme aminergique est normalement<br />
générateur de radicaux libres dans une proportion physiologiquement contrôlable (Graham et coll,<br />
1978). Le « débordement » des systèmes de production des amines et/ou d’élimination des oxydants<br />
pourrait être à l’origine de la neurodégénérescence. Cependant, les symptômes cliniques de la MP<br />
n’apparaissent que très tardivement après le début de la dégénérescence. Lorsque la maladie est<br />
cliniquement déclarée, une proportion déjà importante de neurones dopaminergiques de la voie<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 6
nigrostriée est donc dégénérée (plus de 70%) (Mc Geer et coll., 1988).<br />
Chez l’animal, les symptômes moteurs sont très différents de ceux observés chez l’homme :<br />
aucune manifestation motrice n’est détectable tant que 60 à 70% de la population de neurones<br />
dopaminergiques n’est pas atteinte (Robinson TE et coll., 1994). Ceci suggère clairement que des<br />
mécanismes compensatoires se mettent en place dès le début de la dégénérescence.<br />
Notre travail s’inscrit dans l’hypothèse suivante : la dégénérescence initiale des neurones<br />
dopaminergiques activerait dans le striatum une libération compensatoire de dopamine (DA) par les<br />
neurones survivants, au niveau présynaptique (Altar et coll., 1989). Cette activation serait indirecte,<br />
par l’intermédiaire des afférences glutamatergiques corticostriatales. La concentration extracellulaire<br />
de glutamate élevée, serait responsable de l’activation durable du mécanisme de transport inverse de<br />
la DA (Leviel V., 2001). Cette hypertonie glutamatergique pourrait, à terme être responsable chez<br />
l’homme de la dégénérescence progressive.<br />
Une des techniques les plus utilisées pour aborder les évènements biochimiques de la phase<br />
présymptomatique de la maladie consiste à réaliser chez le rat une lésion partielle de la substance<br />
noire dans sa partie latérale grâce à des injections d’une toxine spécifique des neurones<br />
dopaminergiques : la 6-hydroxydopamine (6-OHDA). Cette injection a pour effet une<br />
désafférentation partielle du striatum (par dégénérescence des neurones de la voie nigrostriatale).<br />
Nous voulons de cette manière étudier les mécanismes de compensation provoquée par la<br />
perte d’une partie seulement des neurones dopaminergiques de la voie nigrostriatale. Il est nécessaire<br />
de déterminer si une concentration extracellulaire de DA durablement élevée devient toxique pour les<br />
terminaisons environnantes.<br />
Pour tester cette hypothèse, nous développons différents outils de caractérisation et de dosage<br />
de la DA. Ces derniers doivent être utilisables de la cellule (in vitro) au primate éveillé. Pour cela<br />
nous utilisons principalement deux types de techniques la microdialyse et la voltamétrie.<br />
Durant cette étude nous avons choisi de développer une technique voltamétrique nouvelle<br />
(puisqu’elle est à l’heure actuelle utilisée seulement par quelques équipes aux Etats Unis et en<br />
Angleterre), la « voltamétrie cyclique rapide ». La constante de temps de cette technique la rend très<br />
attrayante puisque l’on est capable de réaliser une mesure en seulement 10 ms. Grâce à cette<br />
technique, nous serons capables de mesurer la libération de DA quasiment en temps réel ce qui ouvre<br />
la porte à de nouvelles expérimentations. En effet, il devient envisageable d’étudier avec plus de<br />
précision les phénomènes de libération et de recapture de DA in vivo, ou encore de mesurer les<br />
variations ponctuelles de concentrations extracellulaires de DA chez un primate éveillé pendant que<br />
ce dernier réalise un tâche comportementale.<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 7
RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 8
I- 1.Rappels historiques<br />
I LE SYSTÈME DOPAMINERGIQUE CENTRAL :<br />
C’est dans le début des années soixante et en utilisant la méthode de fluorescence développée<br />
par Falck et coll. (1962), permettant la visualisation des catécholamines dans les corps cellulaires et<br />
les terminaisons, que Anden et coll. (1964) démontrèrent l’existence du système nigrostriatal. Ces<br />
auteurs confirmaient ainsi les hypothèses de Carlsson qui dès 1959, après avoir observé de grandes<br />
quantités de dopamine dans le noyau caudé, avaient envisagé l’existence d’une innervation<br />
dopaminergique de cette structure. La même année, Hornykiewicz (1964) établissait par ailleurs, une<br />
corrélation entre la disparition de la dopamine dans le noyau caudé et la dégénérescence des cellules<br />
de la substance noire chez des patients qui présentaient un syndrome parkinsonien. Le principal actif<br />
pharmacologique destiné au traitement de ces patients est le L-DOPA, utilisée depuis 1970.<br />
I- 2 . Rappels anatomiques<br />
I- 2.1. Le système extrapyramidal<br />
Le système extrapyramidal comprend cinq noyaux étroitement interconnectés : le noyau caudé,<br />
le putamen, le globus pallidus (télencéphalique), le noyau sous thalamique et la substance noire<br />
(mésencéphalique). Le noyau caudé et le putamen sont mal différenciés chez le rat et constituent<br />
l’entrée du réseau. Le globus pallidus est divisé en deux segments (interne et externe). Il constitue<br />
avec la substance noire (située dans le mésencéphale ventral) les structures de sortie du système<br />
extrapyramidal sous le contrôle du noyau sous thalamique.<br />
I- 2.2. Les principales voies dopaminergiques mésotélencéphaliques<br />
Les techniques d’histofluorescence ont permis de différencier trois groupes de corps cellulaires<br />
dopaminergiques dans le mésencéphale de rat (Dahlström et Fuxe, 1964) :<br />
- Groupe A8, situé postérieurement et dorso-latéralement à la substance noire dans le noyau<br />
rétrorubral.<br />
- Groupe A9, qui correspond aux cellules de la partie, dite « compacte » de la substance noire<br />
(SNc).<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 9
- Groupe A10, qui correspond à l’aire tegmentale ventrale (ATV).<br />
Deux voies dopaminergiques ascendantes ont pu être caractérisées (Ungerstedt., 1971) :<br />
La voie mésostriatale ou nigrostrié, issue de la SNc, qui innerve le striatum dorsal (Faull et<br />
Mehler, 1978).<br />
La voie mésolimbique contient des fibres issues de l’ATV (A10) qui innervent le noyau<br />
accumbens (striatum ventral), le tubercule olfactif, le septum et l’amygdale (Anden et coll., 1966 ;<br />
Ungerstedt, 1971), et auxquelles s'ajoute une voie issue également des groupes mésencéphaliques A9-<br />
A10 et qui innerve les cortex frontal, entorhinal, suprarhinal et cingulaire (Fuxe et coll., 1974 ;<br />
Lindvall et coll., 1974).<br />
I- 2.1. La voie dopaminergiques nigrostriée<br />
I-2.3.1. Somatotopie des projections nigrostriées :<br />
La substance noire est une structure mésencéphalique, comprenant deux zones : la substance<br />
noire pars reticula (SNr) et la substance noire pars compacta (SNc). C’est dans cette dernière que<br />
sont regroupés les corps cellulaires des neurones dopaminergiques du groupe A9. Les axones des<br />
cellules dopaminergiques présents dans la SNc rejoignent le faisceau médian du télencéphale pour<br />
innerver le striatum. Ces axones sont fins, non myélinisés et présentent de nombreuses varicosités. Ils<br />
innervent le striatum selon une somatotopie relativement précise : les groupes de neurones situés dans<br />
la partie la plus médiane de la SNc projettent vers les parties médianes et dorsales du striatum, tandis<br />
que les neurones localisés plus latéralement dans la SNc projettent dans les parties latérales et<br />
ventrales du striatum (Veenig, 1980).<br />
I- 2.3.2. Organisation anatomo-fonctionnelle du striatum<br />
a) Les populations neuronales du striatum<br />
Elles sont définies par leurs caractéristiques morphologiques et neurochimiques (Graybiel,<br />
1990). On distingue :<br />
- Les neurones épineux de taille moyenne : Ce sont les neurones les plus abondants, ils<br />
représentent environ 90% des neurones du striatum. Ils sont caractérisés par la présence de très<br />
nombreuses épines sur l’ensemble de leur arbre dendritique.<br />
- Les neurones non épineux, de taille moyenne ou grande, représentent moins de 10% de la<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 10
population neuronale striatale.<br />
b) Les afférences striatales<br />
Les principales afférences au striatum ont pour origine le cortex, le thalamus, et la SNc,<br />
d’autres projections à partir du pallidum, du noyau sous thalamique, du noyau du raphé (dorsal) ont<br />
été également mises en évidence.<br />
- Les afférences corticales sont de nature glutamatergique (Divac et coll., 1977 ; McGeer et<br />
coll., 1977). Elles proviennent de l’ensemble des régions du cortex (principalement cortex moteur,<br />
sensoriel, préfrontal et visuel) et innervent l’ensemble du striatum (Mc Georges et Faull, 1989).<br />
- Les afférences thalamiques sont principalement issues des noyaux intralaminaires du thalamus,<br />
et plus particulièrement du noyau centro-médian (Van Der Kooy, 1979). La nature du ou des<br />
neurotransmetteurs impliqués dans cette voie n’est pas clairement identifiée.<br />
- Les afférences nigrales : les fibres dopaminergiques forment de contacts synaptiques<br />
symétriques (Freund et coll., 1984 ; Kubota et coll., 1987) localisés au niveau du cou des épines<br />
dendritiques, des troncs dendritiques, des dendrites proximales et parfois des corps cellulaires de ces<br />
neurones.<br />
c) Les efférences striatales<br />
Deux voies principales émergent du complexe caudé-putamen : la voie striatonigrale et la voie<br />
striato-pallidale<br />
-La voie striatonigrale : Les neurones à l’origine de cette voie sont de nature GABAergique<br />
(Jessel et coll., 1978) et se projettent dans la substance noire réticulée en respectant une somatotopie<br />
stricte dans le sens médiolatéral et inverse dans le sens dorsoventral (Domesick et coll., 1981).<br />
Des projections striatonigrales indirectes via le pallidum et le noyau sous-thalamique ont été<br />
également décrites.<br />
-La voie striatopallidale : cette voie est issue des neurones épineux GABAergique de taille<br />
moyenne et se projette vers le pallidum (interne et externe, Jessel et coll., 1978). Le pallidum externe<br />
reçoit également une innervation enképhalinergique probablement par les mêmes fibres<br />
GABAergiques (Cuello et paxinos, 1978 ; Del Fiacco et coll., 1982). Le pallidum interne,<br />
(correspondant au noyau entopédenculaire chez le chat et le primate) est innervé par des fibres<br />
contenant de la substance P et /ou de la dynorphine (Haber et Elde, 1981 ; Paxinos et coll., 1984).<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 11
II LE METABOLISME DE LA DA<br />
Comme tous les neurones, les neurones DA sont des éléments excitables, capables de recevoir,<br />
d’intégrer puis de transmettre les informations par la libération de neurotransmetteur. L’activité<br />
électrique des neurones DA responsable de cette libération est modifiée par divers processus au<br />
niveau du corps cellulaire ou des terminaisons. L’intégration des informations se traduit par des<br />
potentiels d’action qui se propagent jusqu’à la terminaison nerveuse et entraînent la libération de DA.<br />
Un rétrocontrôle de la libération de la DA est réalisée par la DA elle-même agissant sur des<br />
autorécepteurs inhibiteurs.<br />
II- 1. La synthèse :<br />
La synthèse de la DA est possible autant dans les dendrites que dans le corps cellulaire ou les<br />
axones des neurones DA.<br />
La phénylalanine, substrat de départ de la synthèse des catécholamines, est transformée au<br />
niveau périphérique en tyrosine par la phénylalanine oxydase. La tyrosine est ensuite transportée par<br />
le flux sanguin au cerveau où elle est captée par les neurones cathécholaminergiques. La synthèse de<br />
DA à partir de la tyrosine se fait en deux étapes, la première est une réaction d’hydroxylation avec la<br />
formation de L-DOPA, la deuxième est une réaction de décarboxylation qui conduit à la DA.<br />
La première phase de la synthèse de DA est l’hydroxylation de la L-tyrosine en L-DOPA par<br />
la tyrosine hydroxylase (TH), enzyme cytoplasmique qui requiert un cofacteur, la tétrahydrobioptérine<br />
(BH4). La TH est spécifique aux neurones catécholaminergiques. Son activité lente comparée aux<br />
autres enzymes de la synthèse catécholaminergique, en fait le facteur limitant dans la synthèse de la<br />
DA (Udenfriend, 1966).<br />
La seconde phase de la biosynthèse de la dopamine est la décarboxylation de la L-DOPA en<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 12
DA par la DOPA décarboxylase, enzyme non spécifique des neurones catécholaminergiques. Dans les<br />
conditions normales, cet enzyme présente une vitesse de réaction beaucoup plus importante que celle<br />
de la TH et ne constitue pas un facteur limitant dans la synthèse de la DA (Lovenberg et coll., 1978).<br />
II- 2. Le stockage :<br />
La dopamine synthétisée dans le cytoplasme des terminaisons et des varicosités axonales, est<br />
ensuite chargée dans des vésicules par un transporteur, spécifique de ces vésicules. La DA est donc<br />
repartie entre un compartiment vésiculaire et un compartiment cytoplasmique (Glowinski et coll.,<br />
1972). Il est connu depuis longtemps que la DA néosynthétisée est préférentiellement libérée (Besson,<br />
1969 ; Javoy, 1971) et il a été proposé que cette DA neosynthétisée se répartisse entre les deux<br />
compartiments cytoplasmique et vésiculaire (Leviel et coll., 1989).<br />
II- 3. La libération :<br />
Les terminaisons dopaminergiques se caractérisent par la présence de deux types de vésicules<br />
(De Camilli et Jahn, 1990) :<br />
-De petites vésicules qui apparaissent claires en microscopie électronique (50nm de<br />
diamètre) autrement appelées vésicules synaptiques (Whittaker et coll., 1964). Elles contiennent le<br />
neurotransmetteur.<br />
-De plus grandes vésicules (100 nm de diamètre), denses aux électrons en raison des<br />
protéines solubles qu’elles contiennent (dont des neuropeptides).<br />
Ces grandes vésicules, localisées assez loin de la membrane synaptique, ne seraient pas<br />
associées directement aux mécanismes de libération de la DA dans la fente synaptique mais<br />
pourraient jouer un rôle dans le transport et le stockage de l’amine dans la terminaison (Maley et coll.,<br />
1990)<br />
La libération de la DA est étroitement associé à l’activité électrique des neurones<br />
dopaminergiques. Il existe deux mécanismes de libération :<br />
-un mécanisme de libération produit par une entrée de calcium. Il est responsable de la<br />
libération par exocytose de la DA à partir du compartiment vésiculaire.<br />
-un mécanisme de libération par un transporteur qui est indépendant du calcium mais<br />
sensible au gradient de sodium, et qui concerne le compartiment cytoplasmique de la DA.<br />
II- 3.1. La libération par exocytose, ou libération phasique :<br />
Lors de la dépolarisation membranaire, certaines vésicules sont recrutées rapidement pour<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 13
libérer la DA dans la fente synaptique. La perméabilité de la membrane à l’ion Ca++ est modifiée et<br />
l’entrée de Ca++ permet au neurotransmetteur stocké dans les vésicules d’être libéré par exocytose<br />
après fusion des vésicules avec la membrane présynaptique. Ces molécules se fixent alors sur des<br />
récepteurs spécifiques situés sur la membrane postsynaptique ou bien sont recaptées dans la<br />
terminaison présynaptique, Les autres demeurant en réserve.<br />
II- 3.2. La libération par le transporteur, ou libération tonique :<br />
L’idée de l’existence d’une libération de DA non vésiculaire par un transporteur membranaire<br />
a été proposée par Raiteri et ses collaborateurs en 1978. L’existence d’un mécanisme de transport<br />
actif responsable de la libération des catécholamines avait dejà été proposée dès 1973 par Paton et<br />
coll. pour le système nerveux périphérique, et un peu plus tard par Raiteri et coll. en 1974 sur des<br />
préparations synaptosomes issues de tissu cérébral. La réduction de la concentration du sodium dans<br />
de tel milieu entraîne une augmentation proportionnelle de la libération de DA et cet effet est inhibé<br />
par les inhnibiteurs du mécanisme de recapture de l’amine.<br />
Sur le plan pharmacologique, il a été également montré que plusieurs agents qui produisent<br />
une augmentation de la libération de DA (amphétamine, β-phényléthylamine, tyramine) voient leur<br />
action réduite par la présence d’inhibiteur de la recapture comme la nomifensine, le GBR, le<br />
Mazindol ou encore l’imiprazine (Butcher et coll., 1988 ; Garris et coll., 1991).<br />
La libération de DA dans le striatum est soumise à diverses influences qui pour certaines sont<br />
d’origines nigrales et pour d’autres d’origine corticale ou thalamique. Ainsi la libération de la DA<br />
peut être le résultat d’une volée afférente de potentiels d’action initiés au niveau des corps cellulaires.<br />
Il est notable, cependant que l’activité physiologique des neurones DA est capable de modifier la<br />
concentration extracellulaire de la DA de manière durable (Grace et coll., 1991 ; Olivier et coll.,<br />
1995) Une régulation locale de cette libération existe au niveau striatal, directement par des<br />
autorecepteurs localisé sur les terminaisons DA elles mêmes (récepteurs de type D2). Ainsi la DA<br />
peut affecter sa propre libération.<br />
Il semble en fait que la DA extracellulaire dans le striatum soit plutôt contrôlée par un<br />
processus de libération Ca++ indépendant de l’activité électrique des neurones et qui met en jeu un<br />
transport inverse de l’amine par la protéine responsable de la recapture. La volée afférente de<br />
potentiels d’action (les bursts) n’exercerait une action qu’au niveau synaptique sans modifier<br />
notablement la concentration extracellulaire (Levi et Raiteri, 1993 ; Olivier et coll., 1995 ; Leviel,<br />
2001).<br />
II- 4. L’inactivation :<br />
La dopamine libérée dans le milieu extracellulaire est rapidement inactivée par plusieurs<br />
mécanismes au moins : la recapture et le catabolisme et la diffusion.<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 14
II- 4.1. La recapture<br />
Le mécanisme de recapture pourrait constituer le processus essentiel d’inactivation de la DA<br />
(Glowinski et Iversen 1966 ; Coyle et Snyder 1969) : 60 à 80% de la DA libérée serait recaptée par<br />
Le neurone d’origine (Horn, 1979). Ce processus est rapide, la demi-vie de la DA dans ce cas<br />
n’excède pas 100 ms (Gonon et coll., 1998) et s’effectue au niveau de la terminaison nerveuse<br />
présynaptique grâce à un transporteur à haute affinité (Coyle et Snyder, 1969), couplé à une ATPase<br />
dépendante du sodium et potassium. La recapture permettrait ainsi la réutilisation des molécules de<br />
DA, ce qui constituerait une mesure d’économie pour le neurone. Il faut noter cependant que les<br />
études récentes ont mis en évidence une absence de transporteur au niveau de la synapse elle-même<br />
(Pickel, 1996).<br />
Le concept de la recapture intrasynaptique de l’amine libérée doit donc être probablement<br />
reconsidéré.<br />
II- 4.2. Le catabolisme de la DA<br />
Le catabolisme de la dopamine est essentiellement assuré pour sa part intraneuronale par la<br />
monoamine oxydase (MAO), une enzyme largement distribuée dans les terminaisons nerveuses<br />
(Rodriguez et De Robertis 1962) ; et pour sa part extraneuronale par la catéchol-o-amine-transférase<br />
(COMT) (Axelrod et coll., 1970).<br />
Deux types de MAO, A et B, liées aux membranes mitochondriales, provoquent la désamination<br />
de la dopamine (Youdim, 1972). L’aldéhyde obtenu est ensuite soumis à une oxydation catalysée par<br />
l’aldéhyde déshydrogénase pour former l’acide dihydroxyphénylacétique (DOPAC).<br />
La COMT se trouve dans le milieu extracellulaire, associée aux membranes postsynaptiques<br />
(Kaakkola et coll., 1987). Cet enzyme transforme la DA en 3-méthoxytyramine (3-MT) et transforme<br />
également le DOPAC en acide homovanillique (HVA).<br />
II- 5. Les recepteurs dopaminergiques :<br />
II-5.1. Distinction biochimique des récepteurs dopaminergiques :<br />
Les récepteurs dopaminergiques jouent un rôle capital dans la transmission dopaminergique.<br />
C'est pourquoi quelques précisions vont être apportées sur la localisation et la fonction des récepteurs<br />
dopaminergiques. Les récepteurs sont classés en deux principaux groupes (Kebadian et Calne, 1979) :<br />
les récepteurs D1-like (il s’agit des D1 et D5), couplés positivement à une adénylate cyclique et dont<br />
la stimulation conduit à une élévation du taux d’adénosine monophosphate cyclique (AMPc).<br />
D’autre part, on distingue les récepteurs D2, D3 et D4 couplés négativement ou non couplés a<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 15
une adénylate cyclase.<br />
La distinction biochimique et pharmacologique des récepteurs de type D1 et D2 repose sur un<br />
critère biochimique essentiel faisant intervenir un mécanisme de transduction classiquement utilisé<br />
par les neurotransmetteurs : le système adénylcyclasique. Ce système est responsable de la formation<br />
d’un second messager intracellulaire, l’AMPc, synthétisé par une enzyme membranaire, l’adénylate<br />
cyclase, à partir de l’adénosine triphosphate. La notion de récepteur dopaminergique a été évoquée<br />
après que l’existence d’une relation dopamine/adénylate cyclase ait été démontrée (Kebadian et coll.,<br />
1972).<br />
Des études ultérieures ont suggérée que d’autres systèmes de seconds messagers pouvaient<br />
être couplé aux récepteurs dopaminergiques, notamment le couplage positif à une phospholipase C<br />
pour certains récepteurs D1 ou le couplage pour quelques récepteurs D2 à une protéine Gk, régulant<br />
l’ouverture des canaux au potassium (pour revue, voir Costentin, 1991).<br />
II-5.2. Localisation cérébrale et intrastriatale des récepteurs D1 et D2:<br />
II- 5.2.1. Localisation cérébrale des récepteurs dopaminergiques<br />
Les techniques d’autoradiographie sur coupes de tissu (Kuhar et coll., 1986; 1991) ont permis<br />
d’établir une cartographie détaillée des deux types de récepteurs au sein du cerveau de rat (Palacios et<br />
coll., 1981; Dubois et Scatton, 1985; Savasta et coll., 1987a).<br />
Il faut noter que le striatum, le Nacc, les TUO et la SN présentent les plus fortes concentrations de<br />
récepteurs dopaminergiques, D1 et D2 confondus. Au sein du striatum, territoire cible des projections<br />
dopaminergiques nigrostriées, la répartition des récepteurs D1 et D2 est hétérogène.<br />
Les sites D1 sont les plus abondants dans les régions ventrolatérale et dorsomédiane du<br />
striatum, et ce, tout au long de l’axe rostrocaudal (Savasta et coll., 1986 ; Savasta, 1987a). Cependant,<br />
au sein même de ces zones fortement marquées, il semble exister un gradient rostrocaudal. En effet,<br />
les densités les plus élevées se situent dans la région médiane et les plus faibles dans les parties plus<br />
rostrale et caudale. Les sites D2 présentent un gradient de densité médiolatéral (maximum dans les<br />
régions dorso- et ventro-latérales) et rostrocaudal (maximum dans les plans médians du striatum)<br />
(Palacios et coll., 1981; Scatton et coll., 1985; Savasta, 1987b).<br />
II- 5.2.2. Localisation intrastriatale des récepteurs dopaminergiques<br />
Les récepteurs dopaminergiques présents au sein du striatum peuvent avoir deux localisations:<br />
ils peuvent être portés soit par les terminaisons des neurones afférents au striatum, soit par les corps<br />
cellulaires des neurones striataux (interneurones ou neurones efférents). Des expériences basées<br />
essentiellement sur des techniques de lésion neuronale ont permis de préciser quelles étaient les<br />
populations neuronales impliquées dans la distribution striatale respective des récepteurs D1 et D2.<br />
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Les récepteurs D1 : Au niveau du striatum, les récepteurs D 1 sont abondants dans les régions<br />
ventrolatérale et dorsomédiane du striatum et ceci tout au long de l’axe rostrocaudal (Savasta et coll.,<br />
1986 ; 1987a). Enfin il semble que la plupart des récepteurs D1 soient localisés principalement en<br />
situation post synaptique dans les synapses dopaminergiques des neurones nigrostriés (Dubois et coll.,<br />
1986 ; Savasta et coll., 1986 ; Harrison et coll., 1990).<br />
Les récepteurs D2: Dans le striatum la distribution des récepteurs D2 présente un gradient de<br />
densité médiolatéral (maximum dans les régions dorso et ventrolatéral) et rostrocaudal (maximum<br />
dans le plan médian du striatum) (Palacios et coll., 1981 ; Scatton et coll., 1985 ; Savasta et coll.,<br />
1987). La majorité des récepteurs D2 se trouve en situation pré synaptique sur les terminaisons<br />
dopaminergiques. Enfin des récepteurs D 2 sont également localisés sur l’ensemble des neurones du<br />
striatum (Joyce et Marshall, 1985, 1987) et sur les neurones projetant vers le pallidum (Harrison et<br />
coll., 1992).<br />
III DEGENERESCENCE DE LA VOIE DOPAMINERGIQUE NIGROSTRIEE :<br />
III- 1. La maladie de Parkinson:<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 17
III- 1.1. La maladie de Parkinson chez l’homme<br />
La maladie de Parkinson est caractérisée par une atteinte neurodégénérative se développant<br />
dans la deuxième moitié de la vie, avec une évolution lente et progressive. Dans cette maladie une<br />
lésion a été mise en évidence dans la substance noire pars compacta (Trétiakoff et coll., 1919). Elle<br />
est définie cliniquement par l’apparition d'une triade symptomatique associant une akinésie, une<br />
rigidité et un tremblement de repos. La maladie de Parkinson apparaît avec une fréquence élevée<br />
(1/400 pour l’ensemble de la population et 1/200 après 40 ans) et une légère prédominance chez<br />
l’homme. L’âge moyen du commencement de la maladie est de 55±11ans avec des extrêmes allant de<br />
17 à 89 ans (pour revue, voir Barbeau, 1986). Lorsque la maladie est cliniquement déclarée, une<br />
proportion déjà importante de neurones dopaminergiques de la voie nigrostriée est donc déjà<br />
dégénérée (plus de 70%) (Mc Geer et coll. ; 1988)<br />
La cause de la dégénérescence des neurones dopaminergiques reste inconnue. Sa survenue<br />
pourrait être liée à une prédisposition génétique, ou à des agents extérieurs (Xenobiotiques, virus lent<br />
etc.…), ou encore à un mécanisme autoimmun. D’autre part le métabolisme aminergique est<br />
normalement générateur de radicaux libres dans une proportion physiologiquement contrôlable<br />
(Graham et coll ; 1978). Le « débordement » des systèmes de production des amines et/ou<br />
d’élimination des oxydants pourrait être à l’origine de la neurodégénérescence.<br />
III-1.1.1. Lésions observées au cours de la maladie de Parkinson :<br />
Les lésions de la substance noire sont toujours bilatérales (Tretiakov ; 1919) et prédominent<br />
dans la zone compacte. Une bonne corrélation a été rapportée entre l’importance de la lésion et la<br />
gravité des symptômes cliniques (Mc Geer et coll., 1988 ; Fearnley et Lees, 1991).<br />
L’examen histologique post mortem montre la disparition d’un grand nombre des neurones pigmentés<br />
de la substance noire et une atrophie des neurones restants. La mélanine libérée est éliminée par la<br />
glie, et on observe une gliose réactionnelle. Les autres formations pigmentées du tronc cérébral (locus<br />
coeruleus, noyau dorsal du vague), sont aussi le siège de lésions analogues (Gibb, 1992). Des lésions<br />
moins constantes peuvent toucher également le cortex cérébral, les noyaux gris et le pallidum. Le<br />
striatum intact sur le plan histologique est le siège d’une chute massive de la DA tissulaire,<br />
proportionnelle au degré de la dépigmentation de la substance noire.<br />
III-1.1.2. Autres neuromédiateurs :<br />
Si l’atteinte de la voie dopaminergique nigrostriée se situe au premier plan des altérations<br />
biochimiques observées au cours de la maladie de Parkinson, des altérations apparaissent aussi au<br />
niveau des systèmes noradrénergique (locus coeruleus), sérotoninergique (noyau dorsal du raphé)<br />
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(Scatton et coll., 1983), cholinergique (Ruberg et coll., 1982) et peptidergique (Agid et coll., 1987).<br />
III- 1.2. Biochimie de la maladie de Parkinson<br />
La dopamine tissulaire diminue fortement au cours de la maladie de Parkinson, cette<br />
diminution étant accompagnée par une augmentation du rapport DA/métabolites (Lloyd, 1977) dans<br />
le putamen et le noyau caudé. La TH et l’ARNm codant pour cette protéine mesurés (postmortem)<br />
diminuent aussi, chez des sujets Parkinsoniens (Kastner et coll., 1993, Agid et Coll., 1990). La densité<br />
des sites de recapture de la dopamine, évaluée avec le GBR12935 (une substance antagoniste du<br />
transporteur dopaminergique) diminue. Parallèlement, le taux de l’ARNm codant pour le transporteur<br />
dopaminergique est diminué dans les neurones dopaminergiques nigrostriés (Uhl et coll., 1994).<br />
III- 2. Modèle animaux de la maladie de Parkinson :<br />
La maladie de Parkinson n’existe pas de manière spontanée chez l’animal et plusieurs méthodes<br />
expérimentales ont été développées pour simuler cette pathologie.<br />
Les modèles animaux les plus courants sont obtenus par injection intracérébrale de 6-OHDA ou<br />
systémique de MPTP chez les souris (Brundin et coll., 1986), le chat (Lin et coll., 1995), et les<br />
primates (Annett et coll., 1992). Chez le rat, le MPTP injecté par voie systémique présente une<br />
absence de toxicité (Boyce et coll., 1984 ; Chiueh et coll., 1984) qui serait liée à une durée de<br />
biodisponibilité de la toxine ou de son métabolite actif (le MPP + ) trop courte (Langston et coll., 1986)<br />
ou encore à une particularité biochimique de la barrière hémato-encéphalique propre à l’espèce<br />
(Harik et coll., 1988). L’administration de MPTP ou de son métabolite actif (MPP + ) directement au<br />
niveau du tissu cérébral, par voie stéréotaxique, entraine des altérations biochimiques et<br />
comportementales similaires au modèle 6-OHDA.<br />
III- 2.1. Neurotoxines dopaminergiques :<br />
III-2.1.1. La 6-OHDA<br />
La 6-OHDA est une neurotoxine qui induit une destruction sélective du système<br />
catécholaminergique (Tranzer, 1968). La 6-OHDA a une structure chimique très similaire aux<br />
catécholamines. Cette similarité de structure permet la capture de cette neurotoxine par le système de<br />
transport à haute affinité présent sur les neurones catécholaminergiques. Parce qu’elle est très<br />
électroactive, la 6-OHDA est rapidement oxydée à l’intérieur des terminaisons. Cette oxydation<br />
produit des radicaux libres et de l’eau oxygénée, des toxiques cellulaires qui affectent les protéines et<br />
les lipides membranaires (Heikkila et coll, 1972 ; Sachs et Jonson, 1975). Les effets toxiques sont<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 19
éduits par les substances qui inhibent l’oxydation de la 6-OHDA par la MAO tel que la pargyline<br />
(Kita et Coll 1995). La 6-OHDA ne traverse pas facilement la barrière hématoencéphalique, elle doit<br />
donc être appliquée localement, à proximité immédiate des neurones cathécholaminergiques.<br />
Enfin la 6-OHDA n’a pas de spécificité pour les neurones dopaminergiques, il est donc<br />
nécessaire d’appliquer simultanément un inhibiteur de la recapture par les neurones noradrénergiques<br />
pour préserver ces derniers (Commins et coll., 1989) et pour obtenir une destruction sélective des<br />
neurones dopaminergiques. Certaines conditions d’application interviennent sur la taille et même sur<br />
la sélectivité de la lésion comme le diamètre de l’aiguille d’injection qui doit être le plus petit<br />
possible, la vitesse d’injection qui doit être inférieure à 1µl/min pour limiter la diffusion et réduire la<br />
lésion mécanique.<br />
Le site d’injection présente différentes zones : - une zone interne de lésion mécanique due au<br />
passage de l’aiguille -une zone intermédiaire avec une dégénérescence<br />
encore non sélective et une zone extérieure avec une réaction gliale et une dégénérescence sélective<br />
(Javoy et coll.; 1976), la taille de cette zone est fonction de la concentration de 6-OHDA injectée.<br />
Les modèles courants utilisant la 6-OHDA consistent à injecter cette toxine soit au niveau du<br />
medial forebrain bundle (MFB) où cheminent les fibres dopaminergiques issues de la substance noire<br />
ou même directement dans la substance noire pour induire une destruction aiguë, complète ou<br />
partielle, des neurones dopaminergiques. Ce type de modèle présente plusieurs inconvénients, la<br />
lésion induite est aiguë et non pas progressive, et il est difficile de produire de très faibles lésions.<br />
III-2.1.2. Le MPTP<br />
Découvert en Californie en 1982 par l’observation de symptômes Parkinsoniens chez de jeunes<br />
toxicomanes utilisant une nouvelle héroïne de synthèse (Langston et coll., 1983), ce toxique a été<br />
rapidement utilisé pour développer des modèles expérimentaux de la maladie de Parkinson chez<br />
l’animal (Burns et coll., 1983 ; Langston et coll., 1984).<br />
Le MPTP est rapidement oxydé en ion 1-méthyl-4-phénylpyridinium (MPP + ) (Langston et coll.,<br />
1984) en présence de MAO de type B.<br />
Cette transformation peut être inhibée par les inhibiteurs de la MAO B, tandis que les<br />
inhibiteurs de la MAO A n’ont que peu d’effet (Chiba et coll., 1984). Le MPP + est ensuite capté par<br />
le système de recapture à haute affinité localisé sur les neurones dopaminergiques (Javitch et coll.,<br />
1985, d’Amato et coll., 1987). L’hypothèse actuelle est que le MPTP provoquerait une<br />
dégénérescence rétrograde de la voie nigrostriée (Kitt et coll., 1986 ; Irwin et coll., 1990).<br />
Les résultats obtenus avec le MPTP montrent que les effets toxiques varient beaucoup selon<br />
l’espèce considérée (Kopin et Markey, 1988). L’injection systémique du MPTP produit une<br />
destruction de la voie dopaminergique nigrostriée chez l’homme (Langston et coll., 1983), et le singe<br />
(Burns et coll., 1983).<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 20
D’autres espèces sont moins sensibles comme le chat (Schneider et coll., 1986) et certaines<br />
souches de souris (Hallman et coll., 1984). En revanche chez le rat, le lapin, le cobaye et certaines<br />
lignées de souris, des doses élevées de MPTP administrées par différentes voies n’induisent pas<br />
d’altération majeure du système dopaminergique (Heikkila et coll., 1985 ; Parisi et Burns, 1986).<br />
IV DETECTION ELECTROCHIMIQUES DE MOLECULES OXYDABLES<br />
Durant notre travail, nous avons été amené à réaliser des techniques voltamétriques et plus<br />
particulièrement la « Voltamétrie cyclique rapide ». C’est pourquoi il est important de rappeler les<br />
bases de l’électrochimie qui s’appliquent à ces techniques voltammetriques.<br />
IV- 1. Les bases de l’électrochimie :<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 21
IV- 1.1. La réaction d’oxydoréduction :<br />
La réaction d’oxydoréduction est la base des mesures électrochimiques, rappelons qu’il s’agit<br />
d’une réaction au cours de laquelle s’opère un échange d’électrons d’une espèce à une autre. Cette<br />
réaction entraîne une perte d’électrons de l’espèce oxydée. Cette notion a été pour la première fois<br />
introduite par Lavoisier en 1772 qui avait mis l’accent sur le rôle du dioxygène dans certaines<br />
réactions d'oxydoréduction. Cependant, il a fallu attendre la découverte de l'électron par J.J.<br />
Thomson, en 1897 ainsi que l'introduction du modèle atomique de Bohr (1913) pour que se dessine le<br />
concept actuel de transferts d'électrons.<br />
IV- 1.2. Potentiel d’oxydoréduction<br />
Une molécule électrochimiquement active peut passer de sa forme native à sa forme oxydée si<br />
elle est placée à un certain potentiel. Il s’agit du potentiel d’oxydation de la molécule qui lui est<br />
spécifique.<br />
Lorsque la molécule d’intérêt est placée dans un champs de potentiel elle est en conséquence<br />
oxydée. Elle perd des électrons qui vont générer un flux de courant qui pourra être mesuré. Ce courant<br />
est proportionnel à la concentration de la molécule<br />
Par la suite si on reporte i en fonction de E, on obtient une sigmoïde comme ci-dessous. On<br />
peut ainsi en reportant le point d’inflexion de la courbe déterminer le potentiel d’oxydation de la<br />
molécule Me.<br />
Si maintenant on reporte di/dp (la pente de la courbe) en fonction du potentiel, on obtient une<br />
courbe présentant un pic dont le maximum est atteint pour le potentiel d’oxydation de la molécule<br />
Me.<br />
IV- 1.3. Composants des techniques voltamétriques<br />
IV- 1.3.1. Unités de base d’un système voltamétrique<br />
Les unités de base d’un analyseur voltamétrique sont les suivants :<br />
-Un système à trois électrodes immergées dans le milieu à analyser<br />
-Un potentiostat dont le but est de modifier le potentiel<br />
-Un ampèremètre qui mesure le courant<br />
-Un amplificateur opérationnel permettant de maintenir à une valeur déterminée le<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 22
potentiel, indépendamment des autres facteurs intervenant dans le système électrochimique dont elle<br />
fait partie.<br />
IV- 1.3.2. Les électrodes<br />
a) L’électrode de travail :<br />
L’électrode de travail est celle dont la surface sert de site pour la réaction de transfert<br />
d’électrons, elle est le catalyseur de cette réaction.<br />
Les électrodes de travail sont de nos jours le plus souvent composées de fibres de carbones très fines<br />
(de 8 à 30µm de diamètre) bien qu’elles puissent être conçues dans d’autres matériaux (mercure, or,<br />
platine, iridium). Lorsqu’elles sont en carbone, la surface active de l’électrode est constituée par la<br />
fibre de carbone dans sa partie non isolée.<br />
b) L’électrode de référence :<br />
L’électrode de référence possède un potentiel spécifique et constant. Cette propriété permet de<br />
pouvoir imposer un potentiel précisément défini entre cette électrode et l’électrode de travail afin de<br />
forcer l’oxydation de la molécule étudiée.<br />
Les électrodes de travail les plus utilisées sont celles au calomel saturé, et celles au chlorure<br />
d’argent saturé.<br />
c) L’électrode auxiliaire :<br />
Il s’agit d’une électrode en inox, en platine ou bien en carbone qui assure le passage du<br />
courant. En effet, les électrons libérés au cours la réaction d’oxydoréduction créent un courant entre<br />
l’électrode auxiliaire et l’électrode de travail.<br />
Grâce aux techniques électrochimiques, il est donc possible de détecter et de doser des<br />
molécules oxydables. En effet la réduction ou l’oxydation d’un composé présent en solution sous<br />
l’effet d’une variation contrôlée de la différence de potentiel entre l’électrode de travail et l’électrode<br />
de référence provoquent un flux de courant faradique mesurable et proportionnel à la concentration de<br />
cette molécule. Ce courant est dû à la circulation des électrons entre l’électrode de travail et<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 23
l’électrode auxiliaire. De nombreux composés d’intérêt biologique sont de cette façon détectables tels<br />
que les catécholamines et plus spécifiquement la dopamine.<br />
IV- 1.4. La mesure du courant :<br />
Le courant mesuré est la somme de deux courant distincts : le courant faradique et le courant<br />
capacitif.<br />
IV- 1.4.1. Le courant faradique<br />
Le courant faradique résulte des réactions d’oxydoréduction des éléments à analyser à<br />
l’interface électrode/solution et est donc la composante importante pour l’analyse quantitative des<br />
composés tests. Le courant faradique peut être influencé par les vitesses de différents processus :<br />
-la vitesse de transfert de masse de l’espèce oxydée électroactive du sein de la solution<br />
vers l’électrode (et vice-versa pour une espèce réduite)<br />
-la vitesse de transfert d’électrons à l’interface électrode/solution<br />
-la vitesse des réactions chimiques qui précède ou qui suivent le transfert d’électrons.<br />
D’autre part, il est important de considérer les vitesses relatives de ces différents processus par<br />
rapport à la vitesse à laquelle le système est perturbé expérimentalement (vitesse de balayage de E = f<br />
(t)). Ainsi, le courant i est fonction non seulement du potentiel E, mais également du temps.<br />
IV- 1.4.2. Le courant capacitif<br />
Le courant capacitif est dû à la charge du condensateur représenté par l’interface entre la<br />
couche de surface de l’électrode et la couche de la solution adjacente. Le courant capacitif dépend de<br />
la surface de l’électrode, de la vitesse du changement du potentiel avec le temps, et de la composition<br />
du milieu mais non de la concentration du composé analysé.<br />
IV- 2 Les techniques voltamétriques :<br />
Les méthodes voltamétriques permettent donc d’obtenir des informations concernant les<br />
éléments électroactifs contenus en solution ou dans le tissus testé. Il existe différentes méthodes<br />
utilisant ce principe, elles sont classées en fonction de la forme de la courbe de potentiel appliquée à<br />
l’électrode de travail. Il existe donc des méthodes utilisant des plateaux de potentiels, des pics ou<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 24
pulses, ou impulsions de potentiel ou des rampes de potentiels. Chaque méthode présente des<br />
avantages et des inconvénients qui lui sont propres.<br />
La technique de base est la voltamétrie à balayage linéaire de potentiel (LSV : linear sweep<br />
voltammetry). La voltamétrie cyclique qui en découle (CV : cyclic voltammetry) est basée sur un<br />
balayage linéaire aller-retour du potentiel, permettant ainsi la mesure des courbes i = f(E) pour<br />
l’oxydation et la réduction du même composé. Cette technique permet, en particulier, d’étudier la<br />
rapidité de la réaction redox en fonction du temps de mesure ou encore d’apprécier des phénomènes<br />
très rapides tels que la libération de neurotransmetteurs.<br />
Les techniques à tension pulsée qui permettent d’augmenter le rapport courant<br />
faradique/courant capacitif, et ainsi la sensibilité. En effet, après un changement instantané de<br />
potentiel, la décroissance du courant capacitif a lieu plus rapidement que la décroissance du courant<br />
faradique. En voltamétrie à impulsion différentielle (DPV : differential pulse voltammetry), une<br />
rampe linéaire de potentiel est imposée, comme en LSV, mais une pulsation de faible amplitude, est<br />
imposée pendant un temps de typiquement 50 ms tous les 150 à 200 ms. Le courant est mesuré juste<br />
avant l’application de chaque pulse et juste à la fin de chaque pulse durant une courte période (10-20<br />
ms). Le signal enregistré est la différence de courant entre ces deux mesures en fonction de E<br />
conduisant à une courbe différentiel ayant l’allure d’un pic. (Voir Matériels et méthodes p 44, 45)<br />
La voltamétrie à onde carrée (SWV : square wave voltammetry) est basée sur la combinaison<br />
d’une modulation d’onde carrée d’amplitude avec une rampe en escalier. Le signal mesuré est la<br />
différence entre les courants mesurés à la fin de chaque pulse montant et descendant de l’onde carrée.<br />
Le principal avantage de la SWV, par rapport à la DPV, est qu’elle permet de varier le potentiel à des<br />
vitesses beaucoup plus élevées, et ainsi d’améliorer la sensibilité non seulement par une augmentation<br />
du rapport courant faradique/courant capacitif mais également par la réduction du temps de mesure.<br />
Les techniques de voltamétrie en redissolution anodique avec balayage de potentiel linéaire<br />
(ASV : anodic stripping voltammetry) ou pulsé (DPASV : differential pulse anodic stripping<br />
voltammetry ; SWASV : square wave anodic stripping voltammetry) permettent un accroissement du<br />
courant faradique tout en maintenant le courant capacitif à des valeurs comparables aux autres<br />
techniques. Ceci est obtenu par une mesure effectuée en deux étapes. Durant la première étape, un<br />
potentiel suffisamment négatif est appliqué pour permettre la réduction et la préconcentration en<br />
surface de l’électrode de travail. Cette étape peut durer plusieurs minutes et est effectuée en solution<br />
agitée pour assurer un apport contrôlé des composés tests à la surface de l’électrode. L’agitation est<br />
ensuite arrêtée et après un court temps d’attente, permettant l’élimination de toute convection en<br />
solution, les composés sont reoxydés par balayage linéaire ou pulsé du potentiel vers des valeurs plus<br />
positives.<br />
IV- 3.Rappels historiques<br />
Les techniques voltamétriques sont utilisées depuis une cinquantaine d’année mais c’est en<br />
1973 que Kissinger et ses collaborateurs ont montré qu’il était possible de détecter in vivo des<br />
substances éléctroactives. Un autre pas fut franchi lorsqu’en 1978 Gonon et coll. ont introduit l’usage<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 25
d’électrodes en fibre de carbone. Ceci a engendré une nette amélioration de la reproductibilité des<br />
mesures.<br />
C’est en 1980 qu’ Amstrong, Millar et Kruk ont utilisé des électrodes à fibre de carbone pour<br />
une nouvelle forme de voltamétrie initialement nommée « Voltamétrie cyclique rapide à grande<br />
vitesse » et que l’on nomme aujourd’hui « Voltamétrie cyclique rapide ». Le temps d’acquisition étant<br />
très court, cette technique permet de suivre l’évolution d’une espèce en temps réel.<br />
Cette technique a pu ouvrir la voie a des nombreuses expérimentations, c’est ainsi qu’elle a pu être<br />
appliquée récemment à la détection de DA extracellulaire chez des rats éveillés dans différents<br />
situations expérimentales (Cheer et coll., 2005 ; Michael et coll., 1999 ; Garris et coll., 1997)<br />
<strong>EPHE</strong> Banque de Monographies SVT 26
BIBLIOGRAPHIE<br />
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