Using a botanic garden collection to test a bioclimatic vegetation scheme

Vegetation maps and bioclimatic zone classifications communicate the vegetation of an area and are used to explain how the environment regulates the occurrence of plants on large scales. Many practises and methods for dividing the world’s vegetation into smaller entities have been presented. Climatic parameters, floristic characteristics, or edaphic features have been relied upon as decisive factors, and plant species have been used as indicators for vegetation types or zones. Systems depicting vegetation patterns that mainly reflect climatic variation are termed ‘bioclimatic’ vegetation maps. Based on these it has been judged logical to deduce that plants moved between corresponding bioclimatic areas should thrive in the target location, whereas plants moved from a different zone should languish. This principle is routinely applied in forestry and horticulture but actual tests of the validity of bioclimatic maps in this sense seem scanty. In this study I tested the Finnish bioclimatic vegetation zone system (BZS). Relying on the plant collection of Helsinki University Botanic Garden’s Kumpula collection, which according to the BZS is situated at the northern limit of the hemiboreal zone, I aimed to test how the plants’ survival depends on their provenance. My expectation was that plants from the hemiboreal or southern boreal zones should do best in Kumpula, whereas plants from more southern and more northern zones should show progressively lower survival probabilities. I estimated probability of survival using collection database information of plant accessions of known wild origin grown in Kumpula since the mid 1990s, and logistic regression models. The total number of accessions I included in the analyses was 494. Because of problems with some accessions I chose to separately analyse a subset of the complete data, which included 379 accessions. I also analysed different growth forms separately in order to identify differences in probability of survival due to different life strategies. In most analyses accessions of temperate and hemiarctic origin showed lower survival probability than those originating from any of the boreal subzones, which among them exhibited rather evenly high probabilities. Exceptionally mild and wet winters during the study period may have killed off hemiarctic plants. Some winters may have been too harsh for temperate accessions. Trees behaved differently: they showed an almost steadily increasing survival probability from temperate to northern boreal origins. Various factors that could not be controlled for may have affected the results, some of which were difficult to interpret. This was the case in particular with herbs, for which the reliability of the analysis suffered because of difficulties in managing their curatorial data. In all, the results gave some support to the BZS, and especially its hierarchical zonation. However, I question the validity of the formulation of the hypothesis I tested since it may not be entirely justified by the BZS, which was designed for intercontinental comparison of vegetation zones, but not specifically for transcontinental provenance trials. I conclude that botanic gardens should pay due attention to information management and curational practices to ensure the widest possible applicability of their plant collections.

Vitellins and vitellogenins of Dysdercus koenigii (Heteroptera : Pyrrhocoridae) - identification, purification and temporal pattern

Two vitellins, VtA and VtB, were purified from the eggs of Dysdercus koenigii by gel filtration and ion exchange chromatography. VtA and VtB have molecular weights of 290 and 260 kDa, respectively. Both Vts are glycolipoproteinaceous in nature. VtA is composed of three polypeptides of M-r 116, 92 and 62 kDa while VtB contained an additional subunit of M-r 40 kDa. All subunits except the 116-kDa subunit are glycolipopolypeptides. Polyclonal antibody raised against VtA (anti-VtA antibody) cross-reacted with VtB and also with vitellogenic haemolymph and ovaries and pre-vitellogenic fat bodies, but not with haemolymph from either adult male, fifth instar female, or pre-vitellogenic females demonstrating sex and stage specificity of the Vts. Immunoblots in the presence of anti-VtA revealed two proteins (of 290 and 260 kDa) in both vitellogenic haemolymph and pre-vitellogenic fat bodies that are recognised as D. koenigii Vgs. In newly emerged females, Vgs appeared on day 1 in fat bodies and on day 3 in haemolymph and ovaries. Vg concentration was maximum on day 2 in fat body, day 4 in haemolymph and day 7 in ovary. Although the biochemical and temporal characteristics of these proteins show similarity to some hemipterans, they are strikingly dissimilar with those of a very closely related species. (C) 1999 Elsevier Science Inc. All rights reserved.

Efeitos da exposição à nicotina e à fumaça de cigarro durante a lactação sobre o sistema de recompensa cerebral em ratos

Crianças de mães fumantes são mais suscetíveis a se tornarem adultos obesos e se viciarem em drogas ou alimentos palatáveis. Drogas e alimentos ativam a via mesolímbica de recompensa, causando sensação de prazer que induz ainda mais o consumo. Assim, avaliamos a relação entre a exposição apenas à nicotina ou à fumaça do cigarro durante a lactação com a preferência alimentar e sistema dopaminérgico de recompensa cerebral das proles, em dois modelos de programação: Modelo I: no 2o dia pós-natal (PN), lactantes receberam implante de minibombas osmóticas que liberam nicotina (NIC) ou salina (C), durante 14 dias. Em PN150 e novamente em PN160, as proles foram divididas em 4 grupos para um desafio alimentar: N-SC e C-SC que receberam ração padrão; N-SSD e C-SSD que podiam escolher livremente entre as dietas hiperlipídica e hiperglicídica. A ingestão alimentar foi avaliada após 12 h. As mães foram sacrificadas apenas na 21 da lactação (desmame) e as proles em PN15 (com nicotina), PN21 e PN170 (ausência da NIC). Ao desmame, as ratas lactantes NIC apresentaram menor conteúdo de tirosina hidroxilase (TH), maior OBRb e SOCS3 na area tegmentar ventral (VTA); menor TH, maior receptor de dopamina 1 (D1R), receptor de dopamina 2 (D2R) e transportador de dopamina (DAT) no núcleo accumbens (NAc); maior conteúdo de TH no estriado dorsal (DS); e maior D2R e SOCS3 no núcleo arqueado (ARC). Em PN15, os filhotes NIC apresentaram maior conteúdo de D1R, D2R e menor DAT no NAc, enquanto em PN21, apresentaram apenas menor DAT no DS, e menor conteúdo de pSTAT3 em ARC. Aos 170 dias, as proles SSD demonstraram maior preferência para a ração hiperlipídica. No entanto, os animais N-SSD consumiram mais ração hiperglicidica do que as proles C-SSD. A prole N apresentou menor conteúdo de D2R e DAT no NAc e menor D2R no ARC. Modelo II: as mães e suas proles foram divididas em: expostos à fumaça do cigarro (grupo S: 4 vezes / dia, do 3 ao 21 dia de lactação), e expostos ao ar filtrado (grupo C). Em PN175, as proles foram divididas em 4 grupos para o desafio alimentar S-SC, C-SC, S-SSD e C-SSD. A ingestão alimentar foi avaliada após 30 min e 12 h. Em PN180, as proles foram sacrificadas. O grupo S-SSD ingeriu mais das rações palatáveis do que o grupo C-SSD em 30 min e 12 h. Ambos os grupos preferiram a ração hiperlipídica. No entanto, os animais S-SSD consumiram mais ração hiperlipídica do que C-SSD em 30 min. A prole S apresentou menor conteúdo de TH no VTA, menor conteúdo de TH, D2R e maior conteúdo de D1R no NAc e menor OBRb no ARC. Demonstramos que tanto a nicotina isolada como a exposição à fumaça do cigarro durante a lactação resultaram em mudanças no sistema dopaminérgico das proles, programando o comportamento alimentar devido à diminuição da dopamina no NAc.

Identifying novel molecular mechanisms of ghrelin receptor signalling underlying neural control of food intake: interaction with stress and impulsivity

The gut-hormone, ghrelin, activates the centrally expressed growth hormone secretagogue 1a (GHS-R1a) receptor, or ghrelin receptor. The ghrelin receptor is a G-protein coupled receptor (GPCR) expressed in several brain regions, including the arcuate nucleus (Arc), lateral hypothalamus (LH), ventral tegmental area (VTA), nucleus accumbens (NAcc) and amygdala. Activation of the GHS-R1a mediates a multitude of biological activities, including release of growth hormone and food intake. The ghrelin signalling system also plays a key role in the hedonic aspects of food intake and activates the dopaminergic mesolimbic circuit involved in reward signalling. Recently, ghrelin has been shown to be involved in mediating a stress response and to mediate stress-induced food reward behaviour via its interaction with the HPA-axis at the level of the anterior pituitary. Here, we focus on the role of the GHS-R1a receptor in reward behaviour, including the motivation to eat, its anxiogenic effects, and its role in impulsive behaviour. We investigate the functional selectivity and pharmacology of GHS-R1a receptor ligands as well as crosstalk of the GHS-R1a receptor with the serotonin 2C (5-HT2C) receptor, which represent another major target in the regulation of eating behaviour, stress-sensitivity and impulse control disorders. We demonstrate, to our knowledge for the first time, the direct impact of GHS-R1a signalling on impulsive responding in a 2-choice serial reaction time task (2CSRTT) and show a role for the 5-HT2C receptor in modulating amphetamine-associated impulsive action. Finally, we investigate differential gene expression patterns in the mesocorticolimbic pathway, specifically in the NAcc and PFC, between innate low- and high-impulsive rats. Together, these findings are poised to have important implications in the development of novel treatment strategies to combat eating disorders, including obesity and binge eating disorders as well as impulse control disorders, including, substance abuse and addiction, attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) and mood disorders.

Feeding association between the nucleus of the solitary tract and the ventral tegmental area

Male Sprague-Dawley rats were fitted with two cannulae in the VTA and one cannula in the NTS for co-administration of the mu-opioid receptoragonist DAMGO in one site and the opioid antagonist naltrexone in the other. Injection of DAMGO into the VTA or the NTS stimulated feeding. The increase in food intake after DAMGO injection into the VTA was decreased following injection of naltrexone into the NTS. Furthermore, the increase in food intake after DAMGO injection into the NTS was decreased following injection of naltrexone into the VTA. These results suggest an opioid-mediated feeding association between the VTA and NTS. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Sex-specific disruption of murine midbrain astrocytic and dopaminergic developmental trajectories following antenatal GC treatment

The mammalian midbrain dopaminergic systems arising in the substantia nigra pars compacta (SNc) and ventral tegmental area (VTA) are critical for coping behaviours and are implicated in neuropsychiatric disorders where early life challenges comprise significant risk factors. Here, we aimed to advance our hypothesis that glucocorticoids (GCs), recognised key players in neurobiological programming, target development within these systems, with a novel focus on the astrocytic population. Mice received antenatal GC treatment (AGT) by including the synthetic GC, dexamethasone, in the mothers' drinking water on gestational days 16-19; controls received normal drinking water. Analyses of regional shapes and volumes of the adult SNc and VTA demonstrated that AGT induced long-term, dose-dependent, structural changes that were accompanied by profound effects on astrocytes (doubling/tripling of numbers and/or density). Additionally, AGT induced long-term changes in the population size and distribution of SNc/VTA dopaminergic neurons, confirming and extending our previous observations made in rats. Furthermore, glial/neuronal structural remodelling was sexually dimorphic and depended on the AGT dose and sub-region of the SNc/VTA. Investigations within the neonatal brain revealed that these long-term organisational effects of AGT depend, at least in part, on targeting perinatal processes that determine astrocyte density and programmed cell death in dopaminergic neurons. Collectively, our characterisation of enduring, AGT-induced, sex-specific cytoarchitectural disturbances suggests novel mechanistic links for the strong association between early environmental challenge (inappropriate exposure to excess GCs) and vulnerability to developing aberrant behaviours in later life, with translational implications for dopamine-associated disorders (such as schizophrenia, ADHD, autism, depression), which typically show a sex bias

Modulation de l’expression du transporteur vésiculaire du glutamate : implication dans la plasticité des neurones dopaminergiques

De nombreuses études ont établi que la majorité des neurones libèrent plus qu’une substance chimique. Il est bien connu que les neurones peuvent co-exprimer et co-libérer des neuropeptides en plus de leur neurotransmetteur, mais des évidences de la co-libération de deux petits neurotransmetteurs à action rapide se sont accumulées récemment. Des enregistrements électrophysiologiques ont aussi montré que des neurones sérotoninergiques et dopaminergiques isolés peuvent libérer du glutamate quand ils sont placés en culture. De plus, la présence de glutamate et de glutaminase a été détectée dans des neurones sérotoninergiques, dopaminergiques et noradrénergiques par immunomarquage sur des tranches de cerveau. Malheureusement, en considérant le rôle métabolique du glutamate, sa détection immunologique n’est pas suffisante pour assurer le phénotype glutamatergique d’un neurone. Récemment, la découverte de trois transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUT1-3) a grandement facilité l’identification des neurones glutamatergiques. Ces transporteurs sont nécessaires pour la libération de glutamate et constituent les premiers marqueurs morphologiques du phénotype glutamatergique. Il a été démontré que des neurones noradrénergiques expriment VGLUT2 et que des neurones sérotoninergiques expriment VGLUT3. Mais aucune évidence d’expression d’un des sous-types de VGLUT n’a été reportée pour les neurones dopaminergiques. Le but de notre travail était d’identifier quel sous-type de VGLUT est exprimé par les neurones dopaminergiques mésencéphaliques, et de déterminer si le phénotype glutamatergique de ces neurones peut être modulé dans des conditions particulières. Premièrement, nous avons utilisé des microcultures pour isoler les neurones dopaminergiques et des doubles marquages immunocytochimiques pour observer l’expression de VGLUT dans les neurones positifs pour la tyrosine hydroxylase (TH). Nous avons montré que la majorité (80%) des neurones TH+ isolés exprime spécifiquement VGLUT2. Cette expression est précoce au cours du développement in vitro et limitée aux projections axonales des neurones dopaminergiques. Toutefois, cette forte expression in vitro contraste avec la non-détection de ce transporteur dans les rats adultes in vivo. Nous avons décidé ensuite de regarder si l’expression de VGLUT2 pouvait être régulée pendant le développement cérébral de jeunes rats et sous des conditions traumatiques, par double hybridation in situ. Entre 14 et 16 jours embryonnaires, les marquages de VGLUT2 et de TH montraient une superposition significative qui n’était pas retrouvée à des stades ultérieurs. Dans le mésencéphale de jeunes rats postnataux, nous avons détecté l’ARNm de VGLUT2 dans environs 1-2% des neurones exprimant l’ARNm de TH dans la substance noire et l’aire tegmentaire ventrale (ATV). Pour explorer la régulation de l’expression de VGLUT2 dans des conditions traumatiques, nous avons utilisé la 6-hydroxydopamine (6-OHDA) pour léser les neurones dopaminergiques dans les jeunes rats. Dix jours après la chirurgie, nous avons trouvé que 27% des neurones dopaminergiques survivants dans l’ATV exprimaient l’ARNm de VGLUT2 dans les rats 6-OHDA. Finalement, nous avons observé la colocalisation de la protéine VGLUT2 dans les terminaisons TH positives par microscopie électronique. Dans les rats normaux, la protéine VGLUT2 est retrouvée dans 28% des terminaisons axonales TH dans le noyau accumbens. Dans les rats lésés à la 6-OHDA, nous avons observé une diminution considérable des terminaisons TH positives, et une augmentation dans la proportion (37%) des terminaisons dopaminergiques présentant du VGLUT2. Nos résultats suggèrent que le phénotype glutamatergique des neurones dopaminergiques est régulé au cours du développement, peut être réactivé dans des états pathologiques, et que ces neurones peuvent libérer du glutamate dans conditions spécifiques.

Contribution of tachykinin and kinin receptors in central autonomic control of blood pressure and behavioural activity in hypertensive rats

This work aims at studing the role of tachykinin NK-3 receptor (R) and kinin B1R in central autonomic regulation of blood pressure (BP) and to determine whether the B1R is overexpressed and functional in rat models of hypertension by measuring the effect of a B1R agonist on behavioural activity. Assumptions: (1) NK-3R located in the ventral tegmental area (VTA) modulates the mesolimbic dopaminergic system and has a tonic activity in hypertension; (2) B1R is overexpressed in the brain of hypertensive rats and has a tonic activity, which contributes to hypertension via a dopamine mechanism; (3) the inhibition of NK-3R and B1R with selective antagonists, reduces central dopaminergic hyperactivity and reverses hypertension. A model of genetic hypertension and a model of experimental hypertension were used: spontaneously hypertensive rats (SHR, 16 weeks) and Wistar-Kyoto (WKY) rats infused for 14 days with angiotensin II (Ang II) (200 ng / kg / min, subcutaneous (s.c.) with Alzet mini pump). The age-matched untreated WKY rats served as common controls. In the first study (article # 1), the cardiovascular response in SHR was evaluated following intracebroventricular (i.c.v.) and/or intra-VTA injection of an agonist (senktide) and antagonists (SB222200 and R-820) of NK-3R. These responses have also been characterized using selective dopamine antagonists DA-D1R (SCH23390), DA-D2R (raclopride) or non-selective dopamine DA-D2R (haloperidol). Also the VTA has been destroyed by ibotenic acid. The pressor response induced by senktide and the anti-hypertensive response induced by SB222200 or R-820 were more pronounced by intra-VTA. These responses were prevented by pre-treatment with raclopride and haloperidol. The lesion of the VTA has prevented the pressor response relayed by senktide (i.c.v.) and the anti-hypertensive effect of R-820 (i.c.v.). In addition, SB222200 (intra-VTA) prevented the pressor response of senktide (i.c.v.) and conversely, senktide (i.c.v.) prevented the antihypertensive effect of SB222200 (intra-VTA). The second study (article # 2) showed that the B1R antagonist (SSR240612) administered by gavage or i.c.v. reverses hypertension in both models. This anti-hypertensive effect was prevented by raclopride and haloperidol. In contrast, the two B1R antagonists (R-715 and R-954) injected s.c., which do not cross the blood-brain barrier reduced weakly blood pressure in hypertensive rats. In the third study (article # 3), the i.c.v. injection of a selective kinin B1R agonist Sar[DPhe8][des-Arg9]BK caused behavioural responses in SHR and Ang II-treated rats and had no effect in control WKY rats . The responses elicited by B1R agonist were blocked by an antagonist of NK-1 (RP67580), an antagonist of NMDA glutamate receptor (DL-AP5), an inhibitor of nitric oxide synthase (NOS) (L -NNA) as well as raclopride and SCH23390.The responses were modestly affected by the inhibitor of inducible NOS (iNOS). The B1R mRNA (measured by RT-PCR) was significantly increased in the hypothalamus, the VTA and the nucleus accumbens of hypertensive animals (SHR and treated with Ang II) compared with control rats. These neuropharmacological studies suggest that: (1) the NK-3R from the VTA is involved in the maintenance of hypertension in SHR by increasing DA transmission in the midbrain; (2) the B1R in SHR and Ang II-treated rats contributes to hypertension via a central mechanism involving DA-D2R; (3) the central B1R increases locomotor activity and nocifensive behaviours via the release of substance P (NK-1), DA and nitric oxide in both rat models of hypertension. Thus, the brain tachykinin NK-3R and kinin B1R represent potential therapeutic targets for the treatment of hypertension. The modulation of the mesolimbic/mesocortical dopaminergic pathway by these receptors suggests their involvement in other physiological functions (pleasure, motor activity, coordination of the response to stress) and pathophysiology (anxiety, depression).

Une lésion neurotoxique de l’habenula latérale amplifie la locomotion induite par un psychostimulant sans altérer la récompense

L’habenula, un noyau épithalamique, est située au centre de la voie dorsale diencéphalique. Cette voie relie les structures limbiques et les ganglions de la base aux cellules monoaminergiques du mésencéphale. En particulier, l’habenula latérale (HbL) projette directement aux cellules dopaminergiques et GABAergiques de l’aire tegmentale ventrale (ATV). L’ATV est le site d’origine de la voie mésolimbique dopaminergique, une voie impliquée de façon cruciale dans la manifestation des comportements dirigés. L’importance de cette projection habenulaire pour le comportement demeure encore méconnue. Ainsi, l’objectif de cette étude est d’approfondir notre compréhension du rôle de régulation de l’HbL sur les comportements dépendants de la neurotransmission dopaminergique. MATÉRIEL ET MÉTHODES: Des rats adultes mâles Sprague-Dawley ont été anesthésiés avec de l’isofluorane et installés sur un appareil stéréotaxique. L’acide iboténique, une neurotoxine agoniste des récepteurs glutamatergiques, était infusée bilatéralement dans l’HbL (0,25 μg/0,25 μl/côté). Les rats du groupe contrôle recevaient des infusions NaCl 0,9%. Les rats de l’expérience d’autostimulation intracérébrale (ASIC) étaient aussi implantés d’une électrode monopolaire dans le mésencéphale postérieur. Un groupe de rats était testé pour leur réponse de locomotion à l’amphétamine (0; 0,5 ou 1 mg/kg, intrapéritonéal), dix jours suivant la lésion de l’HbL. La locomotion était mesurée dans des chambres d’activité, chacune équipée de deux faisceaux parallèles infrarouges. Le jour du test, les rats étaient pesés et placés dans la chambre d’activité puis leur activité locomotrice de base était mesurée pendant une heure. Les rats recevaient ensuite une dose d’amphétamine ou le véhicule (NaCl 0,9%) par voie intrapéritonéale et l’activité locomotrice était mesurée pendant deux heures supplémentaires. Un groupe de rats distinct a été utilisé dans l’expérience d’ASIC. Commençant sept jours suivant la lésion, les rats étaient entraînés à appuyer sur un levier afin de s’autoadministrer des stimulations électriques, au cours de sessions quotidiennes. Nous avons ensuite mesuré chacun des taux de réponses d’une série de stimulations aux fréquences décroissantes. À partir d’une courbe réponses-fréquences, le seuil de récompense était inféré par la fréquence de la stimulation nécessaire pour produire une réponse semi-maximale. Les seuils de récompense étaient stabilisés à un niveau similaire pour l’ensemble des rats. Enfin, l’effet sur la récompense de l’amphétamine était testé aux mêmes doses employées pour l’expérience de locomotion. RÉSULTATS: Une lésion neurotoxique de l’HbL n’a pas altéré les niveaux de base de l’activité locomotrice dans chaque groupe. Cependant, une telle lésion a potentialisé l’effet de locomotion de l’amphétamine (1 mg/kg) pendant la première heure suivant son administration, et une tendance similaire était observable pendant la seconde heure. À l’inverse, nous n’avons observé aucune interaction entre une lésion à l’HbL et l’effet amplificateur sur la récompense de l’amphétamine. CONCLUSION: Nos résultats révèlent une importante contribution fonctionnelle de l’HbL à la locomotion induite par l’activation de la voie mésolimbique dopaminergique avec une dose de 1 mg/kg d’amphétamine. À l’opposé, aucun effet sur la récompense n’a été observé. Ces résultats suggèrent que l’activation psychomotrice et l’amplifiation de la récompense produite par l’amphétamine dépendent de substrats dissociables, chacun étant différentiellement sensible à la modulation provenant de l’HbL.

Plasticité synaptique dans l’aire tegmentaire ventrale : implication des endocannabinoïdes

Le système dopaminergique (DA) méso-corticolimbique du cerveau, qui prend son origine dans l'aire tegmentaire ventrale (ATV), est fortement impliqué dans les comportements motivés et la toxicomanie. Les drogues d'abus activent ce système et y induisent une plasticité synaptique de longue durée. Les neurones DA de l'ATV reçoivent sur leur arborisation dendritique une grande densité de terminaisons glutamatergiques. Les drogues d'abus induisent une potentialisation à long terme (PLT) de ces contacts glutamatergiques. La PLT est une augmentation prolongée de la transmission synaptique, qui semble sous-tendre la mémoire et l'apprentissage. Les endocannabinoïdes (ECs) sont des neurotransmetteurs qui agissent de façon rétrograde sur des récepteurs présynaptiques (CB1) pour diminuer la libération des neurotransmetteurs comme le glutamate. Les neurones libèrent les ECs à partir de leur compartiment somatodendritique suite à une stimulation des afférences et la dépolarisation membranaire qui s’ensuit. La neurotensine (NT) est un neuropeptide retrouvé de façon abondante dans le système DA du cerveau. Il a été découvert que la NT peut induire la libération des ECs dans le striatum. En faisant appel à une combinaison d’approches immunohistochimique, électrophysiologique et pharmacologique chez la souris, nous avons confirmé dans la première étude de cette thèse la présence des récepteurs CB1 sur les terminaisons glutamatergiques des neurones DA de l'ATV, et avons montré que leur activation induit une diminution de la libération de glutamate. Par ailleurs, nous avons montré que des trains de stimulation peuvent induire la libération des ECs. Nous avons découvert qu'en présence d'un antagoniste des récepteurs CB1, il y a facilitation de l’induction de la PLT. Cette observation suggère que les ECs ont un effet inhibiteur sur l’induction de la PLT, plutôt que sur son expression. Nous avons déterminé que le 2-arachidonoylglycerol (2-AG) est l’EC qui est principalement responsable de cette action inhibitrice. Finalement, la PLT induite en présence d’un antagoniste CB1 est aussi dépendante d'une activation des récepteurs NMDA du glutamate. Les travaux réalisés dans la deuxième étude de cette thèse ont montré que la NT est présente dans une sous-population de terminaisons axonales glutamatergiques dans l’ATV. Une application exogène de NT induit une diminution prolongée de l'amplitude des courants postsynaptiques excitateurs (CPSEs). Cette diminution est bloquée en présence d'un antagoniste non-sélectif des récepteurs à la NT, ainsi qu'en présence d'un antagoniste sélectif pour le récepteur de NT de type 1 (NTS1). Confirmant l’implication d’une production d’ECs, la baisse des CPSEs par la NT a été bloquée en présence d’un antagoniste des récepteurs CB1 ou d’un bloqueur de la synthèse de 2-AG. La chélation du calcium intracellulaire n'empêchait pas l’effet inhibiteur de la NT sur les CPSEs, cependant, l'inhibition des protéines G ou de la phospholipase C a complètement bloqué la dépression synaptique induite par la NT. Par ailleurs, nos travaux ont montré que la nature prolongée de la dépression synaptique induite par la NT exogène s’explique par une libération soutenue des ECs, et non pas à une activation prolongée des NTR. Finalement, notre observation qu’un antagoniste des récepteurs de la NT ne facilite pas l’induction de la PLT, comme le fait un antagoniste du récepteur CB1, suggère que la stimulation répétitive des afférences glutamatergiques nécessaire à l’induction de la PLT n’induit pas de libération des ECs via la libération de NT, nous permettant ainsi de conclure que la sécrétion de NT n'agit pas dans ces conditions comme un facteur de régulation négative de la PLT.

Étude du système dopaminergique pré- et postsynaptique : régulation de l'autorécepteur D2 par la neurotensine et formation des synapses excitatrices dans le striatum

La dopamine (DA) est un neurotransmetteur impliqué dans la modulation de fonctions essentielles du cerveau telles que le contrôle des mouvements volontaires, le système de récompense et certains aspects de la cognition. Depuis sa découverte, la DA a attiré énormément d'attention scientifique en partie à cause des pathologies majeures associées aux dysfonctions du système DAergique, comme la maladie de Parkinson, la schizophrénie et la toxicomanie. On retrouve la majorité des neurones qui synthétisent la DA au niveau du mésencéphale ventral, dans les noyaux de la substance noire compacte (SNc) et de l'aire tegmentaire ventrale (ATV). Ces neurones projettent leurs axones dans un très dense réseau de fibres qui s'organisent en trois voies DAergiques classiques: la voie nigrostriée, la voie mésolimbique et la voie mésocorticale. La transmission DAergique s'effectue par l'activation de récepteurs de la DA qui font partie de la grande famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs). Les récepteurs de la DA sont abondamment exprimés aussi bien par les neurones DAergiques que par les neurones des régions cibles, ce qui implique que la compréhension de la signalisation et des fonctions particulières des récepteurs de la DA pré- et postsynaptiques représente un enjeu crucial dans l'étude du système DAergique. Cette thèse de doctorat se sépare donc en deux volets distincts: le premier s'intéresse à la régulation du récepteur D2 présynaptique par la neurotensine (NT), un neuropeptide intimement lié à la modulation du système DAergique; le deuxième s'intéresse au côté postsynaptique du système DAergique, plus particulièrement à la ségrégation de l'expression des récepteurs de la DA dans le striatum et aux fonctions de ces récepteurs dans l'établissement des circuits neuronaux excitateurs prenant place dans cette région. Dans la première partie de cette thèse, nous démontrons que l'activation du récepteur à haute affinité de la NT, le NTR1, provoque une internalisation hétérologue du récepteur D2, avec une amplitude et une cinétique différente selon l'isoforme D2 observé. Cette internalisation hétérologue dépend de la protéine kinase C (PKC), et nous montrons que la surexpression d'un récepteur D2 muté sur des sites de phosphorylation par la PKC ii ainsi que l'inhibition de l'expression de β-arrestine1 par ARNs interférents dans des neurones DAergiques bloquent complètement l'interaction fonctionnelle entre le NTR1 et le D2. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous démontrons d'abord que la ségrégation de l'expression des récepteurs D1 et D2 dans le striatum est déjà bien établie dès le 18e jour embryonnaire, bien qu'elle progresse encore significativement aux jours 0 et 14 postnataux. Nos résultats témoignent aussi d'un maintien complet de cette ségrégation lorsque les neurones striataux sont mis en culture aussi bien en présence ou en absence de neurones corticaux et/ou mésencéphaliques. Ensuite, nous montrons que la présence de neurones mésencéphaliques stimule la formation d’épines et de synapses excitatrices sur les neurones striataux épineux exprimant le récepteur D2 (MSN-D2). Le co-phénotype glutamatergique des neurones dopaminergiques semble nécessaire à une grande partie de cet effet. Par ailleurs, le nombre total de terminaisons excitatrices formées sur les MSN-D2 par les neurones corticaux et mésencéphaliques apparaît être régit par un équilibre dynamique. Finalement, nous démontrons que le blocage de la signalisation des récepteurs D1 et D2 de la DA n'est pas nécessaire pour la formation des synapses excitatrices des MSN-D2, alors que l'antagonisme des récepteurs glutamatergiques ionotropes diminue la densité d'épines dendritiques et contrôle de façon opposée le nombre de terminaisons excitatrices corticales et mésencéphaliques. Globalement, ce travail représente une contribution significative pour une meilleure compréhension du fonctionnement normal du système DAergique. Ces découvertes sont susceptibles d’être utiles pour mieux comprendre les dysfonctions de ce système dans le cadre de pathologies du cerveau comme la maladie de Parkinson.

Étude comparative des projections des neurones dopaminergiques chez deux espèces animales.

Une des voies les plus étudiées dans le contrôle locomoteur est la voie dopaminergique ascendante, vu son importance dans les maladies qui touchent la locomotion, comme la maladie du Parkinson. La substance noire pars compacta (A9; SNc) et l’aire tegmentaire ventrale (A10; VTA) envoient des projections dopaminergiques (DA+) vers les ganglions de la base (GB) qui à leur tour projettent vers la région locomotrice mésencéphalique (RLM), une région de tronc cérébral qui contrôle la locomotion chez les vertébrés. Des terminaisons DA+ au niveau de la RLM ont récemment été découvertes chez le singe. Donc, il semblait intéressant de savoir d’où provenaient ces projections DA+ et si elles étaient maintenues de manière équivalente dans l’évolution des espèces animales. Nous nous sommes donc penchés sur deux espèces animales en particulier, la lamproie et le triton. Dans ce travail, nous avons observé une voie DA+ descendante du tubercule postérieur (PT; homologue à la substance noire pars compacta et à l’aire tegmentaire ventrale chez les mammifères) directement vers la RLM, sans passer par l’intermédiaire des GB. Cette voie DA+ descendante a été observée autant chez la lamproie que chez le triton, à la suite d’injections de marqueurs rétrogrades et de détection immunohistochimique de la tyrosine hydroxylase (TH) ou de la dopamine (DA). La voie DA+ descendante semble donc conservée au cours de l’évolution des espèces vertébrés, bien que l’importance relative de la voie ascendante DA+ semble augmenter au cours de l’évolution.

Rôles physiologiques du transporteur vésiculaire du glutamate VGLUT2 dans les neurones dopaminergiques

Des travaux récents démontrent que certains neurones dopaminergiques du mésencéphale ont la capacité de libérer du glutamate en plus de la dopamine (DA). Ce phénomène de « co-transmission » requiert l’expression du transporteur vésiculaire du glutamate de type 2 (VGLUT2) dans les neurones dopaminergiques. Certaines observations montrent que l’expression de VGLUT2 dans les neurones dopaminergiques survient tôt durant leur développement et est essentiellement limitée aux neurones de l’aire tegmentaire ventrale (VTA). De plus, cette libération de glutamate se retrouve principalement au niveau des terminaisons de ces neurones dans le striatum ventral, mais pas dans le striatum dorsal. Ces données suggèrent d’une part un rôle développemental possible du glutamate dans les neurones dopaminergiques, et d’autre part, que les signaux dérivés des neurones cibles puissent réguler le double phénotype des neurones dopaminergiques menant ainsi à une plasticité phénotypique. Par ailleurs, il est toujours inconnu si cette libération de glutamate se fait à partir des terminaisons qui relâchent la DA ou à partir de terminaisons axonales distinctes. De plus, le rôle physiologique de ce surprenant phénomène de co-transmission reste également inconnu. Ainsi, dans cette étude, nous avons d’abord démontré in vitro et in vivo que l’expression de VGLUT2 est nécessaire pour la survie et la croissance d’une sous-population de neurones dopaminergiques. En utilisant une lignée de souris ayant une délétion génique spécifique de VGLUT2 dans les neurones dopaminergiques, nous avons observé une diminution du nombre de terminaisons dopaminergiques et glutamatergiques dans le striatum, une baisse de libération de DA dans le striatum ventral, une diminution de la coordination motrice ainsi qu’une diminution de l’activité locomotrice induite par les drogues d’abus. D’autre part, nous avons démontré in vitro et in vivo que les neurones dopaminergiques au double phénotype établissent des terminaisons distinctes afin de relâcher le glutamate et la DA. De plus, nous démontrons que ce phénomène de ségrégation des sites de libération semble être induit par une interaction avec les neurones du striatum ventral. Ces travaux démontrent le rôle physiologique déterminant de la co-transmission DA-glutamate pour l’homéostasie du système DAergique et dévoile une caractéristique fondamentale de l’établissement des terminaisons axonales de ces neurones. Ces travaux permettent ainsi de mieux comprendre les rôles physiologiques de la co-libération de glutamate par les neurones du système nerveux central et présentent une nouvelle perspective sur les dysfonctions potentielles de ces neurones dans les maladies du cerveau.

Développement d'une méthode de quantification des varicosités synaptiques et asynaptiques établies par les neurones dopaminergiques

Les neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire compacte (SNc) et de l’aire tegmentaire ventrale (ATV) développent des contacts de type synaptique et non synaptique. Malgré de nombreux travaux sur la synaptogénèse en général, aucune méthode autre que la microscopie électronique, n’a été développée pour quantifier les varicosités synaptiques et asynaptiques issues des neurones DA. L’objectif principal de ce projet était de développer une méthode d’analyse et de quantification des varicosités synaptiques et asynaptiques des neurones DA. L’hypothèse proposée est qu’il devait être possible de détecter la présence de synapses en visualisant la colocalisation d’une protéine présynaptique telle que synaptotagmine 1 (SYT1) avec un marqueur post-synaptique tel que la postsynaptic density protein 95 (PSD95). Pour ce faire, nous avons préparé des cultures primaires de neurones DA à l’aide d’une lignée de souris transgéniques exprimant la protéine fluorescente verte (GFP) sous le contrôle du promoteur de la tyrosine hydroxyalse (TH). Nous avons ensuite visualisé les terminaisons axonales à l'aide de marquages immunocytochimiques de protéines pré et post-synaptiques. L’analyse quantitative des images a été effectuée avec le logiciel de traitement d’image Image-J. Nos résultats montrent que, via l’association d’un marqueur présynaptique tel que SYT1 avec un marqueur postsynaptique tel que PSD95, seule une minorité des terminaisons établies par les neurones DA sont de type synaptique. En contraste, des neurones glutamatergiques du cortex, établissent une majorité de terminaisons associées à un marqueur postsynaptique. Nos résultats valident donc la mise en place d'une technique d'analyse permettant de quantifier la proportion de terminaisons synaptiques et asynaptiques établies par les neurones DA.

Organization of ventral tegmental area projections to the ventral tegmental area-nigral complex in the rat

The ventral tegmental area (VTA) is a nodal link in reward circuitry. Based on its striatal output, it has been subdivided in a caudomedial part which targets the ventromedial striatum, and a lateral part which targets the ventrolateral striatum [Ikemoto S (2007) Dopamine reward circuitry: two projection systems from the ventral midbrain to the nucleus accumbens-olfactory tubercle complex. Brain Res Rev 56:27-78]. Whether these two VTA parts are interconnected and to what extent the VTA innervates the substantia nigra compacta (SNc) and retrorubral nucleus (RR) are critical issues for understanding information processing in the basal ganglia. Here, VTA projections to the VTA-nigral complex were examined in rats, using Phaseolus vulgaris leucoagglutinin (PHA-L) as anterograde tracer. The results show that the dorsolateral VTA projects to itself, as well as to the dorsal tier of the SNc and RR, largely avoiding the caudomedial VTA. The ventrolateral VTA innervates mainly the interfascicular nucleus. The components of the caudomedial VTA (the interfascicular, paranigral and caudal linear nuclei) are connected with each other. In addition, the caudomedial VTA (especially the paranigral and caudal linear nuclei) innervates the lateral VTA, and, to a lesser degree, the SNc and RR. The caudal pole of the VTA sends robust, bilateral projections to virtually all the VTA-nigral complex, which terminate in the dorsal and ventral tiers. Modest inputs from the medial supramammillary nucleus to ventromedial parts of the VTA-nigral complex were also identified. In double-immunostained sections, PHA-L-labeled varicosities were sometimes found apposed to tyrosine hydroxylase-positive neurons in the ventral mesencephalon. Overall, the results underscore that VTA projections to the VTA-nigral complex are substantial and topically organized. In general, these projections, like the spiralated striato-nigro-striatal loops, display a medial-to-lateral organization. This anatomical arrangement conceivably permits the ventromedial striatum to influence the activity of the lateral striatum. The caudal pole of the VTA appears to be a critical site for a global recruitment of the mesotelencephalic system. (C) 2008 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.