La dopamine (DA) est un neurotransmetteur, une molécule biochimique qui permet la communication au sein du système nerveux, et l'un des neurotransmetteurs qui influent directement sur le comportement. La dopamine renforce les actions habituellement bénéfiques telles que manger un aliment sain, en activant le système de récompense/renforcement. Elle est donc indispensable à la survie de l'individu. Plus généralement, elle joue un rôle dans la motivation et la prise de risque chez les mammifères, et donc chez l'être humain.
La dopamine affecte aussi l'appétence des insectes, notamment des drosophiles. et des abeilles domestiques..
Cette molécule appartient au groupe des catécholamines, et est issue de deux acides aminés, la tyrosine ou la phénylalanine. Dans le système nerveux central, elle active les récepteurs dopaminergiques postsynaptiques et présynaptiques (autorécepteur D). Elle est principalement produite dans la substance noire et dans l'aire tegmentaire ventraleFallon J.H. and Moore R.Y. (1978), Catecholamine innervation of the basal forebrain. IV. Topography of the dopamine projection to the basal forebrain and neostriatum, J. Comp. Neurol., Volume 180, Issue 3, p. 545-80, situées dans le mésencéphale (partie supérieure du tronc cérébral). Bien que la dopamine, avec la noradrénaline et la sérotonine, soient très minoritaires dans le cerveau, puisque ensemble elles concernent moins de 1 % des neurones, elles jouent un rôle modulateur final essentiel des sorties motrices et psychiques.
C'est aussi une neurohormone produite par l'hypothalamus. Sa principale fonction hormonale est d'inhiber la libération de prolactine par le lobe antérieur de l'hypophyse.
La dopamine est le précurseur de l'adrénaline et de la noradrénaline. Les personnes ayant un fort taux de dopamine auraient davantage tendance à poursuivre des conduites dites « à risque » ou à rechercher ces situations (dont l'usage de stupéfiants, les jeux de hasard ou les paris). En effet, des résultats scientifiques ayant mesuré le taux de dopamine ont montré que les sujets qui avaient le plus fort désir de vivre de nouvelles expériences excitantes avaient à la fois plus de dopamine dans le cerveau et plus de régions du cerveau où la dopamine était activeNew Brain Research: Hunger for Stimulation Driven by Dopamine in the Brain, Science Daily, février 2010, étude publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences.
Sémantique
Elle est nommée « dopamine » car c'est une monoamine dont le précurseur direct est le 3,4-dihydroxyphénylalanine (dit L-DOPA).
Historique Sa fonction de neurotransmetteur a été découverte en 1958 par Arvid Carlsson et Nils-Åke Hillarp au Laboratoire de pharmacologie du Conseil national cardiologique de Suède. Arvid Carlsson a reçu en 2000 le prix Nobel de physiologie ou médecine pour avoir démontré que la dopamine n'est pas seulement un précurseur de la norépinéphrine (noradrénaline) et de l'épinéphrine (adrénaline), mais également un neurotransmetteur. Au début des années 2000, Nora D. Volkow a mis en évidence le rôle de la dopamine dans les addictions.
La dopamine a été synthétisée pour la première fois en 1910 par George Barger et James Ewens (au Wellcome Laboratories, à Londres).
Métabolisme de la dopamine thumb|left|Métabolisme de la dopamine. thumb|Synapse dopaminergique (d'après Landry). La dopamine est synthétisée dans les neurones à partir de la tyrosine d'origine circulante. La réaction est assurée par deux enzymes : la tyrosine-hydroxylase (TH), une enzyme limitante contrôlant la production de L-DOPA, puis par la DOPA-décarboxylase (DDC) assurant la décarboxylation de cette dernière pour donner la dopamine.
Après avoir été produite dans le cytoplasme des terminaisons axonales, la dopamine est chargée dans des vésicules synaptiques par un transporteur VMAT-2. À l'arrivée d'un potentiel d'action, les vésicules libèrent leur contenu dans le milieu extracellulaire par exocytose.
La dopamine libérée dans le milieu extracellulaire se lie en partie aux récepteurs dopaminergiques métabotropes se trouvant sur la cellule postsynaptique et transmet ainsi le signal neuronal par transduction. Environ 80 % de la dopamine libérée est recapturée par les neurones dopaminergiques via le transporteur membranaire sélectif de la dopamine (dopamine transporter ou DAT). Cependant, au niveau du cortex préfrontal, où l'expression des DAT est très faible, la dopamine est recapturée par les neurones noradrénergiques via le transporteur NET.
La dégradation de la dopamine s'opère soit dans le milieu extracellulaire par une exoenzyme, la catécholamine-O-méthyltransférase (COMT), soit à l'intérieur du neurone par des enzymes mitochondriales, les monoamines-oxydases A et B (MAO). La première voie produit de l'acide homovanillique (HVA) et la seconde, de l'acide dihydroxyphénylacétique (DOPAC). La mesure du taux de ces deux métabolites dans le liquide céphalorachidien peut donner un index indirect de l'activité des neurones dopaminergiques centraux.
Récepteurs dopaminergiques À la puberté, les récepteurs de la dopamine augmentent plus rapidement chez les garçons que chez les filles. On connaît actuellement cinq types de récepteurs de la dopamine, encodés par cinq gènes différents. Ce sont tous des récepteurs métabotropes, également appelés récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), formés par des protéines comportant sept hélices transmembranaires. Ils sont classés en deux familles suivant la nature de la protéine G à laquelle ils sont couplés : la famille des récepteurs de type D1, comprenant les sous-types D1 et D5, couplés à la protéine Gs qui augmente l'activité de l'adénylate-cyclase ; la famille des récepteurs de type D2, comprenant les sous-types D2, D3, D4, couplés à la protéine Gi qui diminue l'activité de l'adénylate-cyclase. Contrairement aux récepteurs ionotropes, qui sont rapides, les récepteurs couplés aux protéines G réagissent lentement et le plus souvent ne produisent pas de courants postsynaptiques mesurables (du moins in vitro). Ils sont là pour moduler l'activité des neurones postsynaptiques en modifiant leur excitabilité et donc leur mode de traitement de l'information.
Localisation des récepteurs dopaminergiques (d'après Landry et Gies 2009)Famille de type D1Famille de type D2Protéine GGsGsGiGiGiLocalisation centralestriatum, noyau accumbens, tubercules olfactifs, cortexhippocampe, hypothalamusstriatum, substance noire, noyau accumbens, tubercules olfactifs, cortextubercules olfactifs, noyau accumbensamygdale, cortex, hippocampeLocalisation périphériqueartères, rein, tractus digestifartères, rein, tractus digestifterminaisons synaptiques, système nerveux entérique, area postrema, hypophyserein, area postremarein, cœur
Quand les récepteurs de sous-types D1 et D5 de la première famille sont activés par la liaison d'un agoniste, ils induisent la formation d'AMP cyclique par activation de l'adénylate-cyclase par l'intermédiaire de la protéine Gs. La cascade de réactions qui s'ensuit mène souvent à une augmentation de l'excitabilité cellulaire.
Ces récepteurs ont une localisation somatodendritique dans le système nerveux central. Ils sont fortement exprimés par le striatum, le noyau accumbens, les tubercules olfactifs, le cortex cérébral, l'hypothalamus, le thalamus, et la pars reticulata de la substance noire. Le récepteur D5, dont l'affinité pour la dopamine est 10 fois supérieure à celle du récepteur D1, se trouve essentiellement dans l'hippocampe et l'hypothalamus.
Au niveau périphérique, l'activation des récepteurs de la famille D1, présents dans les cellules musculaires lisses vasculaires, entraînent une vasodilatation.
Les récepteurs dopaminergiques de type D2 comportent les sous-types D2, D3, D4 et leurs isoformes. Ils réagissent différemment à la liaison de la dopamine puisque la protéine Gi à laquelle ils sont couplés induit une diminution du taux d'AMP cyclique et donc de l'activité PKA. Cette voie de signalisation mène souvent à une activation de canaux potassiques à rectification entrante, à une hyperpolarisation au niveau postsynaptique, à une baisse de l'excitabilité cellulaire et à une diminution de la libération de neuromédiateur (par inhibition de l'exocytose) au niveau présynaptique.
Au niveau central, ces récepteurs sont principalement localisés dans le striatum, la pars compacta de la substance noire, l'aire tegmentale ventrale, le noyau accumbens, les tubercules olfactifs et le cortex cérébral.
Voies de projections dopaminergiques Dans le système nerveux central, la dopamine joue un rôle complexe et intervient dans diverses fonctions importantes telles que le comportement, la cognition, les fonctions motrices, la motivation, les récompenses, le sommeil ou la mémorisation. La dopamine est principalement synthétisée et libérée par des populations de neurones très restreintes situées dans la substance noire (SN) et dans l'aire tegmentaire ventrale qui ont pour cible majeure diverses structures cérébrales appartenant au système des noyaux de la base. Les noyaux de la base sont des structures sous-corticales comprenant différents noyaux (striatum, globus pallidus, noyau sous-thalamique). Le striatum qui représente le premier relais du système et la cible principale des projections dopaminergiques se divise en deux composantes : ventrale et dorsale.
De nombreuses études ont mis en évidence trois grandes voies de projection ascendantes du mésencéphale : la voie nigrostriée, la voie mésolimbique et la voie mésocorticale.
Voie nigrostriatale ou nigrostriée
thumb|right|Voie nigrostriée dopaminergique, à la différence de la connexion cortico striée glutamatergique excitatrice (d'après Purves Neurosciences). Les neurones dopaminergiques de la pars compacta de la substance noire projettent majoritairement dans la partie supérieure du striatum, constituée du noyau caudé et du putamen. La voie nigrostriée représente 80 % des neurones dopaminergiques centraux. Ce réseau constitue un système modulateur des aires corticales motrices et intervient dans le phénomène de contrôle des fonctions motricesHouk J.C. and Wise S.P. (1995), Distributed modular architectures linking basal ganglia, cerebellum, and cerebral cortex: their role in planning and controlling action, Cereb. Cortex. 5, 95-110.. La maladie de Parkinson est une maladie dont la cause est la dégénérescence du groupe de neurones produisant la dopamine dans la substance noire. L'administration du précurseur L-DOPA qui, contrairement à la dopamine, peut traverser la barrière hémato-encéphalique, traite temporairement les symptômes de la maladie, car le cerveau transforme cette substance en dopamine.
Voie mésolimbique (mésencéphale → système limbique)
thumb|left|Voie mésolimbique (en rouge) et voie mésocorticale (en mauve), sur une coupe sagittale médiane du cerveau humain.