Synthèse de monoamines par des neurones non-monoaminergiques. Illusion ou réalité ?Synthesis of monoamines by non-monoaminergic neurons: illusion or reality?

Journal de la Société de Biologie, 203 (1), 75-85 (2009)
DOI: 10.1051/jbio:2009013

Synthèse de monoamines par des neurones non-monoaminergiques. Illusion ou réalité ?

Mikhail V. Ugrumov

Institut de Biologie du Développement, Académie Russe des Sciences et Institut de Physiologie Normale, Académie Russe des Sciences Médicales, 26 rue Vavilov, 117808 Moscou, Russie

Reçu le 12 janvier 2009 / Publié en ligne 10 avril 2009

Résumé
Outre les neurones monoaminergiques qui possèdent l'ensemble complet des enzymes de biosynthèse des monoamines (MA), certains neurones, pour la plupart peptidergiques, expriment seulement une des enzymes de cette synthèse. Ils sont largement distribués dans le cerveau et sont particulièrement nombreux au cours du développement et, à l'âge adulte, dans certaines situations physiologiques. La plupart des neurones monoenzymatiques possèdent une des enzymes de biosynthèse de la dopamine, la tyrosine-hydroxylase (TH) ou la décarboxylase des acides aminés aromatiques (AADC). La TH et l'AADC sont enzymatiquement actives dans un grand nombre de ces neurones où elles sont capables respectivement de transformer la tyrosine en DOPA et la DOPA en dopamine (ou le 5-hydroxy-tryptophane en sérotonine). D'après nos résultats, la L-DOPA synthétisée dans les neurones monoenzymatiques à TH est libérée puis captée par les neurones monoenzymatiques à AADC où elle est décarboxylée en dopamine. De plus, la L-DOPA captée par les neurones dopaminergiques et sérotoninergiques est susceptible d'augmenter la synthèse de dopamine dans les premiers et de l'initier dans les autres. La synthèse coopérative de MA est probablement un mécanisme compensatoire en cas de déficience en neurones dopaminergiques comme dans des maladies neurodégénératives telles l'hyperprolactinémie ou le Parkinson qui sont dus respectivement à une dégénérescence des neurones dopaminergiques du système tubéro-infundibulaire et du système nigro-strié. Il est à noter que l'augmentation de la sécrétion de prolactine induite par une neurotoxine des neurones dopaminergiques disparaît avec le temps, grâce à la stimulation d'une néosynthèse de dopamine par les neurones tubéro-infundibulaires, probablement monoenzymatiques. Le même mécanisme compensatoire pourrait être mis en œuvre par suite de la déficience en neurones dopaminergiques nigro-striés comme le montre l'augmentation du nombre de neurones monoenzymatiques dans le striatum de patients parkinsoniens ou bien d'animaux où la maladie a été provoquée par une neurotoxine. L'expression des enzymes de la synthèse des MA dans les neurones non-monoaminergiques est contrôlée par des signaux intercellulaires tels que les catécholamines et autres neurotransmetteurs classiques. Ainsi, un nombre substantiel de neurones du cerveau expriment partiellement le phénotype monoaminergique, sous la forme de seulement certaines enzymes complémentaires dans la synthèse des MA, permettant ainsi la production coopérative de monoamines et constituant un mécanisme compensatoire d'une déficience en neurones monoaminergiques.

Abstract - Synthesis of monoamines by non-monoaminergic neurons: illusion or reality?
In contrast to monoaminergic (MA-ergic) neurons possessing the whole set of the enzymes for MA synthesis from the precursor amino-acid, some, mostly peptidergic, neurons co-express only one of the enzymes of monoamine synthesis. They are widely distributed in the brain, being particularly numerous in ontogenesis and, in adulthood, under certain physiological conditions. Most monoenzymatic neurons possess one of the enzymes for dopamine (DA) synthesis, tyrosine hydroxylase (TH) or aromatic L-amino acid decarboxylase (AADC). TH and AADC are enzymatically active in a substantial number of monoenzymatic neurons, where they are capable of converting L-tyrosine to L-3,4-dihydroxy-phenylalanine (L-DOPA) and L-DOPA to dopamine (DA) (or 5-hydroxy-tryptophan, 5-HTP to serotonin), respectively. According to our data L-DOPA synthesized in monoenzymatic TH-neurons is released and taken up by monoenzymatic AADC-neurons for DA synthesis. Moreover, L-DOPA captured by dopaminergic neurons and serotoninergic neurons serves to stimulate dopamine synthesis in the former and to start DA synthesis in the latter. Cooperative synthesis of MAs is considered as a compensatory reaction under a failure of MA-ergic neurons, e.g. in neurodegenerative diseases like hyperprolactinemia and Parkinson's disease, which are developed primarily because of degeneration of DA-ergic neurons of the tuberoinfundibular system and the nigrostriatal system, respectively. Noteworthy, the neurotoxin-induced increase of prolactin secretion returns with time to a normal level due to the stimulation of DA synthesis by the tuberoinfundibular most probably monoenzymatic neurons. The same compensatory mechanism is supposed to be used under the failure of the nigrostriatal DA-ergic system that is manifested by an increased number of monoenzymatic neurons in the striatum of animals with neurotoxin-induced parkinsonism and in humans with Parkinson's disease. Expression of the enzymes of MA synthesis in non-monoaminergic neurons is controlled by intercellular signals such as classical neurotransmitters (catecholamines), etc. Thus, a substantial number of brain neurons express partly the monoaminergic phenotype, namely individual complementary enzymes of MA synthesis, serving to produce MAs in cooperation, which is considered as a compensatory reaction under the failure of MA-ergic neurons.

Key words: Brain -- dopamine -- tyrosine hydroxylase -- aromatic L-amino acid decarboxylase -- Parkinson's disease

Mots clés : Cerveau -- dopamine -- tyrosine hydroxylase -- décarboxylase des amino-acides aromatiques -- maladie de Parkinson