Rôle de l`acide aminé D-sérine dans les

Equipe de Neurobiologie du vieillissement
normal et pathologique (P. Dutar)
Rôle de l’acide aminé D-sérine dans les mécanismes du vieillissement
cognitif
Jean-Marie Billard
SUPPORT EXPERIMENTAL
Gyrus dentatus
Pente des ppotentiels synaptiques (% de la ligne de base)
La plasticité synaptique est altérée chez les rats âgés
220
200
Jeunes adultes
180
Agés
160
140
120
**
100
80
60
-15
0
15
30
45
60
Temps (min)
Pente des potentiels synaptiques
L’activation du récepteur NMDA est nécessaire pour la LTP
260
220
Control medium
+ D-APV (80 µM)
180
140
100
60
-15
0
15
30
45
60
Temps (min)
L’activation du récepteur NMDA est altérée chez les animaux âgés
Agé
0.5 mV
Pente des potentiels NMDA
0.12
0.1
0.08
20 ms
jeune
**
0.06
0.04
Jeunes adultes
Agés
0.02
0
100
200
300
400
500
Intensité de stimulation (μA)
ACTIVATION DU RECEPTEUR NMDA
Contrôle
L689.560
1 mV
250
200
10 ms
150
100
Contrôles
+ L689.560
50
-15
0
15
30
45
60
Temps (min)
250
DAAO + D-SER
DAAO
200
1 mV
Pente des ppotentiels synaptiques (%
de la ligne de base)
Pente des ppotentiels synaptiques (%
de la ligne de base)
La D-sérine est nécessaire pour l’expression de la plasticité synaptique
10 ms
150
100
DAAO
DAAO+ D-SER
50
-15
0
15
30
45
60
Temps (min)
Pente des ppotentiels synaptiques (% de la ligne de base)
La D-sérine exogène renverse le déficit de LTP lié à l’âge
D-SERINE 100 µM
220
200
Jeunes adultes
Agés
180
160
140
120
100
80
60
-15
0
15
30
45
60
Temps (min)
La D-sérine exogène renverse le déficit d’activation du récepteur NMDA lié à l’âge
+ D-sérine and D-APV
0.5 mV
contrôle
+ D-sérine
Pente des potentiels synaptiques NMDA (mV/ms)
20 ms
0.14
0,.2
0.1
0.08
0.06
0.04
Jeunes adultes
Agés
0.02
0
0
100
200
300
400
500
Intensité de stimulation (μA)
L’affinité du site glycine pour la D-sérine n’est pas affectée
avec l’âge
Stratum
radiatum
Jeune
Agé
1 µM D-sérine 10 µM D-sérine
(3H) L689.560 spécifique binding (in %)
Total
120
100
Jeunes adultes
80
Agés
60
50
40
20
10-3
0
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
D-sérine froide (3xM)
10-4
Les taux hippocampiques de D-sérine diminuent avec l’âge
luminol
HRP
DAAOx
D-sérine
H2O2
Pyruvate
+
NH3
3-aminophtalate
(état excité)
2 H2O
+
N2(g)
Taux de D-serine
(nmol/mg de protéins)
30
Photon (h)
***
25
20
15
10
5
0
Jeunes
adultes
3-aminophtalate
(état stable)
Agés
L’expression de la sérine racémase est spécifiquement altérée chez les animaux âgés
L-sérine
D-sérine
Sérine racemase
(SR)
Pyruvate + NH3
D-amino acid oxidase
(DAAO)
β-actine
Sérine racémase
D-amino acid oxidase
PROTEINE
0,5
mRNAs
**
0,08
Agés
0,4
0,3
0,2
0,1
*
Ratio mRNA/β actine
ratio proteine/β actine
Jeunes adultes
0,06
0,04
0,02
0
0
SR
DAAO
SR
DAAO
Le rat LOU/C: un modèle de vieillissement réussi
% de mortalité
Longévité accrue
Wistar
LOU/C
24 mois
55%
W
Lou
50%
Lou
W
45%
20
24
28
32
Age (mois)
Poids corporel (g)
Resistance à l’obésité
500
W
400
300
Lou
200
100
0 0
6
12
18
Age (mois)
24
• Absence de pathologies liées à l’âge
(tumeurs hypophysaires, nephropathies
chroniques, artériosclérose)
La production de D-sérine n’est pas atteinte chez les rats LOU/C âgés
YOUNG
AGED
0.6
0.5
Jeunes adultes
Agés
0.4
0.3
0.2
Ratio mRNA/ß actine
0.7
0.1
0
SR
0.025
0.010
0.001
0.005
25
20
15
10
5
Jeunes adultes
0.002
0.015
30
0
0.003
Jeunes adultes
Agés
0.020
0
DAAO
Taux de D-serine
(nmol/mg de protéines)
Ratio proteine/ß actine
mRNAs
Agés
0
SR
DAAO
L’activation du récepteur NMDA n’est pas altérée chez les rats LOU/C âgés
0.5 mV
Agé
Pente des potentiels NMDA (mV/ms)
0.14
Jeune
20 ms
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
Jeunes adultes
Agés
0.02
0
100
200
300
Intensité de stimulation (μA)
400
500
L’expression de la LTP est préservée chez les rats LOU/C âgés
Pente des ppotentiels synaptiques
(% de la ligne de base)
300
260
220
Jeunes adultes
Agés
180
140
100
60
-15
0
15
30
45
60
Temps (min)
La mémoire spatiale est conservée chez les rats LOU/C âgés
Distance (cm)
1400
Apprentissage spatial
1200
Agés
1000
Jeunes adultes
800
600
400
200
1
2
3
4
5
6
Temps passé dans les
quadrants (sec)
Jour de test
40
Rétention
30
20
10
0
1
2
3
4
Numéro du quadrant
Le stress oxydant est aboli chez les rats LOU/C âgés
Ratio GSH/GSSG normalisé par rapport
aux jeunes adultes (en %)
***
20
15
10
LOU/C âgés
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
Wistar âgés
Changement normalisés par rapport aux jeunes adultes
(en %)
Le traitement au L-NAC renverse le stress oxydant lié à l’âge
Protéines carbonylées
300
Agés
Agés + L-NAC
**
250
200
150
ratio GSH/GSSG
100
**
50
0
-50
-100
Pente des potentiels synaptiques
Le traitement au L-NAC empêche l’atteinte liée à l’âge de l’activation du
récepteur NMDA
300
250
Jeunes adultes
Agés + L-NAC
200
150
100
50
-15
0
15
30
45
60
Pente des potentiels NMDA (mV/ms)
Temps (min)
0.3
0.2
0.1
Jeunes adultes
Agés+ L-NAC
0
100
200
300
400
Intensité de stimulation (µA)
500
La disponibilité de D-sérine est préservée chez les rats âgés traités avec le L-NAC
Taux de D-sérine hippocampique
Expression de la sérine racémase
0.6
100
Ratio proéine/ß actine
Taux de D-sérine
(% des jeunes adultes)
120
80
60
40
20
0
Jeunes Agés + L-NAC
0.4
0.2
0
jeunes Agés + L-NAC
Contrôler le métabolisme oxydant durant le vieillissement s’oppose aux atteintes
des mécanismes cellulaires responsable du déclin mnésique, en partie en
préservant une activation maintenue des récepteurs NMDA par la D-sérine.
D-sérine et vieillissement pathologique
- l’expression des mRNAs pour la sérine racemase est augmentée dans le cerveau
de patients atteints de la MA (Wu et al,, 2004).
- l’expression de la sérine racemase et la libération de D-sérine release sont
amplifiées dans les neurones et les cellules microgliales par le peptide amyloide
(Wu et al, 2007; Brito-Moreira et al, 2011)
- la neurotoxicité par le peptide Aß est fortement atténuée chez les souris
présentant une délétion du gène de la sérine racemase (Inoue et al, 2008)
Contrairement au vieillissement non pathologique , le système lié à la D-sérine
semble stimulé dans la maladie d’Alzheimer, ce qui contribuerait à la
neurotoxicité et la perte synaptique observées dans cette pathologie.
D-serine et vieillissement mnésique
B. Potier , A. Jouvenceau,
P-M. Sinet, F. Poindessous-Jazat, P.
Dutar
J-M. Billard
J-P Mothet (Marseille)
J. Alliot (Clermont-ferrand)
M. Boulouard (Caen)
G. Barbanel (Montpellier)
H. Wolosker (Haifa, Israel)
L. Pollegioni (Varese, Italy)
J. Epelbaum
F. Turpin, E. Rouaud, G. Junjaud, M.
Kollen, A. Stephan, M. Kervern, M.
Labarrière, F. Thomas
Pour en savoir plus:
Paban, V. et al (2012): Genomic transcriptional profiling in LOU/C/Jall rats identifies genes for successful aging. Brain
Struct & Funct, in press.
Haxaire, C. et al (2012): Reversal of age-related oxidative stress prevents hippocampal synaptic plasticity deficits by
protecting D-serine-dependent NMDA receptor activation. Aging Cell 11, 336-344.
Turpin, F.R et al. (2011): Reduced serine racemase expression contributes to age-related deficits in hippocampal
cognitive functions. Neurobiol. Aging, 32, 1495-1504.
Potier, B. et al. (2010): Contribution of the D–serine-dependent pathway in cellular mechanisms underlying cognitive
aging. Front. Aging Neurosci. 2010, 2:1.
Billard, J-M. (2010): Long-term depression in hippocampal CA1 area of aged rats, revisited: Contribution of temporal
constraints related to slice preparation. Plos ONE 5, e9843.
Kollen, M. et al. (2010): Preserved memory capacities in aged LOU/C/Jall rats. Neurobiol. Aging 31, 129-142.
Billard J-M. (2008): D-serine signalling as a prominent determinant of neuronal-glial dialogue in the healthy and
diseased brain. J. Cell. Mol. Med. 12, 1872-1884.
Billard, J-M. and Rouaud, E. (2007): Deficit of NMDA receptor activation in CA1 hippocampal area of aged rats is
rescued by D-cycloserine. Eur. J. Neurosci., 25, 2260-2268.
Junjaud, G. et al. (2006): Age–related effects of the neuromodulator D-serine on neurotransmission and synaptic
potentiation in the CA1 hippocampal area of the rat. J. Neurochem., 98, 1159-1166.
Mothet, J.P. et al. (2006): A critical role for the glial-derived neuromodulator D-serine in the age-related alterations of
cellular mechanisms of learning and memory. Aging Cell 5, 267-274.