Optogenetics refers to the ability to control cells that have been genetically modified to express light-sensitive ion channels. The introduction of optogenetic approaches has facilitated the dissection of neural circuits. Optogenetics allows for the precise stimulation and inhibition of specific sets of neurons and their projections with fine temporal specificity. These techniques are ideally suited to investigating neural circuitry underlying motor and cognitive dysfunction in animal models of human disease. Here, we focus on how optogenetics has been used over the last decade to probe striatal circuits that are involved in Parkinson disease, a neurodegenerative condition involving motor and cognitive abnormalities resulting from degeneration of midbrain dopaminergic neurons. The precise mechanisms underlying the striatal contribution to both cognitive and motor dysfunction in Parkinson disease are unknown. Although optogenetic approaches are somewhat removed from clinical use, insight from these studies can help identify novel therapeutic targets and may inspire new treatments for Parkinson disease. Elucidating how neuronal and behavioral functions are influenced and potentially rescued by optogenetic manipulation in animal models could prove to be translatable to humans. These insights can be used to guide future brain-stimulation approaches for motor and cognitive abnormalities in Parkinson disease and other neuropsychiatric diseases.
La optogenética se refiere a la capacidad de controlar células que han sido modificadas genéticamente para expresar canales iónicos sensibles a la luz. La introducción de las estrategias optogenéticas ha facilitado la disección de los circuitos neurales. La optogenética permite precisar la estimulación e inhibición de conjuntos específicos de neuronas y sus proyecciones con una alta especificidad temporal. Estas técnicas idealmente están adaptadas para investigar los circuitos neurales que subyacen a la disfunción motora y cognitiva en modelos animales de la enfermedad humana. Este artículo se enfoca en cómo se ha empleado la optogenética durante la última década para explorar los circuitos neurales que están involucrados en la Enfermedad de Parkinson, una condición neurodegenerativa que incluye alteraciones motoras y cognitivas resultantes de la degeneración de neuronas dopaminérgicas del mesencéfalo. Aunque las estrategias optogenéticas están algo alejadas del empleo clínico, el conocimiento a partir de estos estudios puede ayudar a identificar nuevos blancos terapéuticos y puede inspirar nuevos tratamientos para la Enfermedad de Parkinson. El esclarecer cómo las mediciones neurales y conductuales son influenciadas y potencialmente recuperadas por la manipulación optogenética podría llegar a ser traducible a los humanos. Estos conocimientos pueden ser empleados para guiar futuras estrategias de estimulación cerebral para anormalidades motoras y cognitivas en la Enfermedad de Parkinson y otras enfermedades neuropsiquiátricas.
L'optogénétique est une méthode permettant de contrôler des cellules qui ont été préalablement génétiquement modifiées pour exprimer des canaux ioniques sensibles à la lumière. Son utilisation a ouvert la voie à l'analyse des circuits neuronaux car elle permet la stimulation et l'inhibition précises de groupes spécifiques de neurones et de leurs projections avec une excellente spécificité temporale. Ces techniques sont parfaitement adaptées à l'examen des circuits neuronaux sous-tendant une dysfonction motrice et cognitive dans des modèles animaux de pathologies humaines. Cet article met l'accent sur la façon dont l'optogénétique a été utilisée ces 10 dernières années pour examiner les circuits striataux impliqués dans la maladie de Parkinson, une maladie neurodégénérative dont les troubles moteurs et cognitifs résultent d'une dégénérescence des neurones dopaminergiques du mésencéphale. Les mécanismes précis sous-tendant la contribution du striatum au dysfonctionnement moteur et cognitif de la maladie de Parkinson sont encore méconnus. Bien que l'optogénétique soit quelque peu éloignée de l'usage clinique, les connaissances issues de ces études peuvent aider à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques et suggérer de nouveaux traitements pour la maladie de Parkinson. Une fois élucidés, les mécanismes par lesquels les manipulations optogénétiques peuvent influencer et potentiellement restaurer les fonctions neuronales et comportementales pourraient être transposés chez l'homme. Ces connaissances pourraient alors être utilisées pour mener de futures stratégies de stimulation cérébrale dans les anomalies motrices et cognitives de la maladie de Parkinson et d'autres maladies neuropsychiatriques.
Keywords: Parkinson disease; animal model; dopamine; optogenetics; striatum.