Deep brain stimulation-guided optogenetic rescue of parkinsonian symptoms

Autor: Marie Vandecasteele, Jonathan Touboul, Laurent Venance, Bertrand Degos, Sébastien Valverde, Charlotte Piette, Willy Derousseaux, Asier Aristieta Arbelaiz, Giuseppe Gangarossa
Přispěvatelé: Neurosciences Paris Seine (NPS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre interdisciplinaire de recherche en biologie (CIRB), Collège de France (CdF (institution))-Université Paris sciences et lettres (2020-....) (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Dynamics and Pathophysiology of Neuronal Networks Team / Dynamisme et physiopathologie des réseaux neuronaux, Collège de France (CdF (institution))-Université Paris sciences et lettres (2020-....) (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Collège de France (CdF (institution))-Université Paris sciences et lettres (2020-....) (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Université Sorbonne Paris Cité (USPC), Service des Maladies du Système Nerveux [CHU Pitié-Salpêtrière], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP), Dynamics and Pathophysiology of neuronal networks, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Labex MemoLife, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Collège de France (CdF (institution))-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Collège de France (CdF (institution))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Labex MemoLife, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Collège de France (CdF (institution))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Brandeis University, Department of Neurology [Bobigny], Hôpital Avicenne [AP-HP], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Université Sorbonne Paris Nord, This work was supported by grants from Fondation de France (Maladie de Parkinson) CRCPEN, Fondation du Collège de France, France Parkinson, Fondation Patrick Brou de Laurière, INSERM, Collège de France and CNRS. C.P. is supported by Ecole Normale Supérieure, G.G by Fondation Patrick Brou de Laurière, and S.V., W.D. and M.V. by the Collège de France., École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Collège de France (CdF (institution))-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Labex MemoLife, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Bodescot, Myriam, Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Collège de France (CdF (institution))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris sciences et lettres (2020-....) (PSL), Collège de France (CdF (institution))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris sciences et lettres (2020-....) (PSL)-Collège de France (CdF (institution))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris sciences et lettres (2020-....) (PSL)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Male
0301 basic medicine
Parkinson's disease
Deep Brain Stimulation
medicine.medical_treatment
[SDV]Life Sciences [q-bio]
[SDV.NEU.NB]Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]/Neurobiology
General Physics and Astronomy
Stimulation
Antiparkinson Agents
Levodopa
chemistry.chemical_compound
0302 clinical medicine
Neural decoding
lcsh:Science
ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Multidisciplinary
biology
Pyramidal Cells
Motor Cortex
3. Good health
Subthalamic nucleus
Somatostatin
medicine.anatomical_structure
surgical procedures
operative
Female
[SDV.NEU]Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]
Algorithms
Oxidopamine
Motor cortex
Deep brain stimulation
Science
Mice
Transgenic
Optogenetics
Article
General Biochemistry
Genetics and Molecular Biology
03 medical and health sciences
Parkinsonian Disorders
Subthalamic Nucleus
medicine
Animals
Humans
business.industry
[SDV.NEU.NB] Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]/Neurobiology
General Chemistry
Electrophysiological Phenomena
nervous system diseases
Mice
Inbred C57BL
Disease Models
Animal
030104 developmental biology
chemistry
nervous system
biology.protein
lcsh:Q
business
Neuroscience
030217 neurology & neurosurgery
Parvalbumin
Zdroj: Nature Communications
Nature Communications, Nature Publishing Group, 2020, 11 (1), ⟨10.1038/s41467-020-16046-6⟩
Nature Communications, Nature Publishing Group, 2020, 11 (1), pp.2388. ⟨10.1038/s41467-020-16046-6⟩
Nature Communications, Vol 11, Iss 1, Pp 1-17 (2020)
Nature Communications, 2020, 11 (1), pp.2388. ⟨10.1038/s41467-020-16046-6⟩
ISSN: 2041-1723
Popis: Deep brain stimulation (DBS) of the subthalamic nucleus is a symptomatic treatment of Parkinson’s disease but benefits only to a minority of patients due to stringent eligibility criteria. To investigate new targets for less invasive therapies, we aimed at elucidating key mechanisms supporting deep brain stimulation efficiency. Here, using in vivo electrophysiology, optogenetics, behavioral tasks and mathematical modeling, we found that subthalamic stimulation normalizes pathological hyperactivity of motor cortex pyramidal cells, while concurrently activating somatostatin and inhibiting parvalbumin interneurons. In vivo opto-activation of cortical somatostatin interneurons alleviates motor symptoms in a parkinsonian mouse model. A computational model highlights that a decrease in pyramidal neuron activity induced by DBS or by a stimulation of cortical somatostatin interneurons can restore information processing capabilities. Overall, these results demonstrate that activation of cortical somatostatin interneurons may constitute a less invasive alternative than subthalamic stimulation.
Deep brain stimulation (DBS) is a symptomatic treatment of Parkinson’s disease (PD) that benefits only a minority of patients. Here, the authors show that activation of cortical somatostatin interneurons alleviates motor symptoms in a mouse model of PD and may constitute a less invasive alternative than DBS.
Databáze: OpenAIRE
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