Évolution et développement des systèmes neuromodulateurs dopaminergiques chez les Vertébrés

Evolution and development of dopamine neurotransmitter systems in vertebrates

UPR 2197, Développement, Évolution, Plasticité du Système Nerveux, Institut de Neurobiologie A. Fessard, CNRS, 91198, Gif-sur-Yvette Cedex

Résumé

La dopamine est l’un des principaux neuromédiateurs modulateurs qui contribuent à adapter les fonctions nerveuses aux conditions de vie des animaux. Pour comprendre les fondements génétiques qui ont abouti à leur diversification au cours de l’évolution il est nécessaire de comparer de l’organisation moléculaire, anatomique et fonctionnelle des systèmes dopaminergiques dans les principaux groupes de Vertébrés.

La disposition des noyaux dopaminergiques le long de l’axe antéro-postérieur du cerveau a peu changé au cours de l’évolution, révélant la profonde conservation des mécanismes développementaux qui les gouvernent. Une des principales exceptions concerne le groupe dopaminergique mésencéphalique où s’exprime le facteur de transcription Nurr1 (la substance noire des Mammifères) qui reste en position diencéphalique chez les Poissons Téléostéens.

Contrastant avec la conservation des noyaux dopaminergiques, les régions sur lesquelles ils projettent sont très nombreuses et expriment plusieurs sous-types de récepteurs de la dopamine. Pour la classe des récepteurs D„ deux étapes de duplication génique ont généré les trois principaux sous types (D_1A, D_1B, D_1C) présents chez tous les vertébrés à mâchoires, sauf les mammifères. Ces duplications ont été conservées par l’acquisition d’un petit nombre de caractères fonctionnels et de localisations spécifiques pour chacun des sous-types. La conservation des gènes dupliqués dépend de différences somme toute mineures, mais qui confèrent un degré d’adaptabilité considérable aux espèces qui les possèdent.

Abstract

Dopamine is a widespread neurotransmitter which exerts numerous neuromodulatory actions in the vertebrate central nervous system. This pleiotropic activity relies on the organisation of dopamine-synthesizing neuronal pathways and on a multiplicity of specific membrane receptors. A comparative approach has been undertaken to gain clues on the genetic events which took place during evolution to devise the dopamine systems of modern vertebrates. The localisation and phenotype of dopamine-synthesizing neurones is determined by different gene networks in each of the dopaminergic nuclei. However, despite this amazing diversity, the overall organisation of the dopaminergic nuclei is strinkingly conserved in the main vertebrates groups.

In sharp contrast, the number of dopamine receptors subtypes has been multiplied by two major steps of gene duplications during vertebrates evolution. The first one occurred in the lineage leading to agnathans, whereas the second was concomitant to the emergence of cartilaginous fish. Accordingly, three subtypes exist in D1 receptor class (D_1A, D_1B, D_1C) in all the jawed vertebrates, with two exceptions: eutherian mammals where only two D1 subtypes are found (D_1A, D_1B) and archosaurs where a fourth subtype is present (D_1D). Comparisons of the pharmacological and biochemical characteristics of the dopamine receptors in vertebrate groups revealed homologous features that define each of the receptor subtypes and that have been fixed after gene duplications. The comparison of the distribution of the D1 receptor transcripts in the brain of teleosts and mammals points to significant conserved or derived expression territories, revealing previously neglected aspects of dopamine physiology in vertebrates.