Regulation of GABAergic neuron identity and diversity in the developing midbrain

Gamma-aminobutyric acid (GABA) is the most abundant inhibitory neurotransmitter in the vertebrate brain. In the midbrain, GABAergic neurons contribute to the regulation of locomotion, nociception, defensive behaviours, fear and anxiety, as well as sensing reward and addiction. Despite the clinical relevance of this group of neurons, the mechanisms regulating their development are largely unknown. In addition, their migration and connectivity patterns are poorly characterized. This study focuses on the molecular mechanisms specifying the GABAergic fate, and the developmental origins of midbrain GABAergic neurons. First, we have characterized the function of a zink-finger transcription factor Gata2. Using a tissue-specific mutagenesis in mouse midbrain and anteror hindbrain, we showed that Gata2 is a crucial determinant of the GABAergic fate in midbrain. In the absence of Gata2, no GABAergic neurons are produced from the otherwise competent midbrain neuroepithelium. Instead, the Gata2-mutant cells acquire a glutamatergic neuron phenotype. Ectopic expression of Gata2 was also sufficient to induce GABAergic in chicken midbrain. Second, we have analyzed the midbrain phenotype of mice mutant for a proneural gene Ascl1, and described the variable and region-dependent requirements for Ascl1 in the midbrain GABAergic neurogenesis. These studies also have implications on the origin of distinct anatomical and functional GABAergic subpopulations in midbrain. Third, we have identified unique developmental properties of GABAergic neurons that are associated with the midbrain dopaminergic nuclei, the substantia nigra pars reticulata (SNpr) and ventral tegmental area (VTA). Namely, the genetic regulation of GABAergic fate in these cells is distinct from the rest of midbrain. In accordance to this phenomenon, our detailed fate-mapping analyses indicated that the SNpr-VTA GABAergic neurons are generated outside midbrain, in the neuroepithelium of anterior hindbrain.

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.

M-type channels selectively control bursting in rat dopaminergic neurons

Midbrain dopaminergic neurons in the substantia nigra, pars compacta and ventral tegmental area are critically important in many physiological functions. These neurons exhibit firing patterns that include tonic slow pacemaking, irregular firing and bursting, and the amount of dopamine that is present in the synaptic cleft is much increased during bursting. The mechanisms responsible for the switch between these spiking patterns remain unclear. Using both in-vivo recordings combined with microiontophoretic or intraperitoneal drug applications and in-vitro experiments, we have found that M-type channels, which are present in midbrain dopaminergic cells, modulate the firing during bursting without affecting the background low-frequency pacemaker firing. Thus, a selective blocker of these channels, 10,10-bis(4-pyridinylmethyl)-9(10H)- anthracenone dihydrochloride, specifically potentiated burst firing. Computer modeling of the dopamine neuron confirmed the possibility of a differential influence of M-type channels on excitability during various firing patterns. Therefore, these channels may provide a novel target for the treatment of dopamine-related diseases, including Parkinson's disease and drug addiction. Moreover, our results demonstrate that the influence of M-type channels on the excitability of these slow pacemaker neurons is conditional upon their firing pattern. © 2010 Federation of European Neuroscience Societies and Blackwell Publishing Ltd.

Dopaminergic and Non-Dopaminergic Value Systems in Conditioning and Outcome-Specific Revaluation

Animals are motivated to choose environmental options that can best satisfy current needs. To explain such choices, this paper introduces the MOTIVATOR (Matching Objects To Internal Values Triggers Option Revaluations) neural model. MOTIVATOR describes cognitiveemotional interactions between higher-order sensory cortices and an evaluative neuraxis composed of the hypothalamus, amygdala, and orbitofrontal cortex. Given a conditioned stimulus (CS), the model amygdala and lateral hypothalamus interact to calculate the expected current value of the subjective outcome that the CS predicts, constrained by the current state of deprivation or satiation. The amygdala relays the expected value information to orbitofrontal cells that receive inputs from anterior inferotemporal cells, and medial orbitofrontal cells that receive inputs from rhinal cortex. The activations of these orbitofrontal cells code the subjective values of objects. These values guide behavioral choices. The model basal ganglia detect errors in CS-specific predictions of the value and timing of rewards. Excitatory inputs from the pedunculopontine nucleus interact with timed inhibitory inputs from model striosomes in the ventral striatum to regulate dopamine burst and dip responses from cells in the substantia nigra pars compacta and ventral tegmental area. Learning in cortical and striatal regions is strongly modulated by dopamine. The model is used to address tasks that examine food-specific satiety, Pavlovian conditioning, reinforcer devaluation, and simultaneous visual discrimination. Model simulations successfully reproduce discharge dynamics of known cell types, including signals that predict saccadic reaction times and CS-dependent changes in systolic blood pressure.

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.

Activation in mesolimbic and visuospatial neural circuits elicited by smoking cues: evidence from functional magnetic resonance imaging.

OBJECTIVE: The authors sought to increase understanding of the brain mechanisms involved in cigarette addiction by identifying neural substrates modulated by visual smoking cues in nicotine-deprived smokers. METHOD: Event-related functional magnetic resonance imaging (fMRI) was used to detect brain activation after exposure to smoking-related images in a group of nicotine-deprived smokers and a nonsmoking comparison group. Subjects viewed a pseudo-random sequence of smoking images, neutral nonsmoking images, and rare targets (photographs of animals). Subjects pressed a button whenever a rare target appeared. RESULTS: In smokers, the fMRI signal was greater after exposure to smoking-related images than after exposure to neutral images in mesolimbic dopamine reward circuits known to be activated by addictive drugs (right posterior amygdala, posterior hippocampus, ventral tegmental area, and medial thalamus) as well as in areas related to visuospatial attention (bilateral prefrontal and parietal cortex and right fusiform gyrus). In nonsmokers, no significant differences in fMRI signal following exposure to smoking-related and neutral images were detected. In most regions studied, both subject groups showed greater activation following presentation of rare target images than after exposure to neutral images. CONCLUSIONS: In nicotine-deprived smokers, both reward and attention circuits were activated by exposure to smoking-related images. Smoking cues are processed like rare targets in that they activate attentional regions. These cues are also processed like addictive drugs in that they activate mesolimbic reward regions.

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

Addiction and arousal: the hypocretin connection

The hypocretins, also known as orexins, are two neuropeptides now commonly described as critical components to maintain and regulate the stability of arousal. Several lines of evidence have raised the hypothesis that hypocretin-producing neurons are part of the circuitries that mediate the hypothalamic response to acute stress. Intracerebral administration of hypocretin leads to a dose-related reinstatement of drug and food seeking behaviors. Furthermore, stress-induced reinstatement can be blocked with hypocretin receptor 1 antagonism. These results, together with recent data showing that hypocretin is critically involved in cocaine sensitization through the recruitment of NMDA receptors in the ventral tegmental area, strongly suggest that activation of hypocretin neurons play a critical role in the development of the addiction process. The activity of hypocretin neurons may affect addictive behavior by contributing to brain sensitization or by modulating the brain reward system. Hypocretinergic cells, in coordination with brain stress systems may lead to a vulnerable state that facilitates the resumption of drug seeking behavior. Hence, the hypocretinergic system is a new drug target that may be used to prevent relapse of drug seeking

Investigation of the role of the nucleus accumbens in amphetamine-induced 50 kHz ultrasonic vocalizations in the rat

There is extensive evidence that the mesolimbic dopamine system underlies the production of 50 kHz ultrasonic vocalizations in rats. In particular, the shell of the nucleus accumbens is associated with generation of frequency modulated 50 kHz calls (a specific type of 50 kHz call which can be subdivided into various subtypes). There is also evidence that amphetamine administered systemically preferentially increases the proportion of trill and step calls compared to other frequency modulated 50 kHz subtypes. The purpose of this study was to investigate the effect of drug administration route and the role of the nucleus accumbens shell in amphetamine-induced 50 kHz call profile in the rat. Three experiments investigated this by using subcutaneous and intra-accumbens microinjections of amphetamine, as well as procaine (a local anesthetic) blockade of the nucleus accumbens. Ultrasonic vocalizations were recorded digitally from 24 rats and were analysed for sonographic structure based on general call parameters. The results of the three experiments were partially supportive of the hypotheses. Systemic amphetamine was found to induce greater bandwidth in 50 kHz calling compared to spontaneous calls in a vehicle condition. Systemic amphetamine was also found to preferentially increase the proportion of trill and step subtypes compared to vehicle. Moreover, there was no difference in the proportions of 50 kHz subtypes resulting from intracerebral or systemic application of amphetamine. There was, however, a significant difference for bandwidth, with systemic amphetamine inducing greater bandwidth over intraaccumbens application. Procaine blockade of the nucleus accumbens shell paired with subcutaneous amphetamine produced no difference in bandwidth of calls compared with those after a vehicle pre-treatment similarly paired. There was no reduction in the proportions of trill and step 50 kHz subtypes as well, with the procaine condition showing significantly greater proportion of step calls. The results of the study support a role for the iii nucleus accumbens shell in the amphetamine-induced changes on 50 kHz call profile. They also indicate there are more regions and pathways involved in generating 50 kHz calls than the projections from the ventral tegmental area to the nucleus accumbens. The implications of this work are that frequency modulated 50 kHz subtypes may be generated by distinct neurophysiological mechanisms and may represent a profitable avenue for investigating different circuits of 50 kHz call categories in the rat.

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.

Étude du rôle de la dopamine et de la sérotonine dans l’effet atténuateur des antipsychotiques et de l’OSU-6162 sur la récompense induite par la stimulation du faisceau médian prosencéphalique chez le rongeur

La voie mésocorticolimbique est constitutée d’un ensemble d’éléments nerveux issus de l’aire tegmentaire ventrale mésencéphalique et projettant vers des régions corticales et sous-corticales. Les neurones à dopamine (DA) qui en font partie modulent plusieurs fonctions cognitives dont l’attention, l’apprentissage et la récompense. L’activité nerveuse des cellules à DA augmente lorsque l’organisme anticipe et reçoit une récompense, ainsi qu’au cours de la phase d’apprentissage des comportements d’appétence. Or, si l’activité dopaminergique de la voie mésocorticolimbique est désordonnée, voire aberrante, des stimuli neutres deviennent saillants et prennent une signification erronée. Cette anomalie fonctionnelle du système dopaminergique pourrait être à l’origine des symptômes psychotiques observés dans la schizophrénie. Cette hypothèse est renforcée par le fait que les médicaments antipsychotiques efficaces ont tous une activité antagoniste aux récepteurs à DA de type 2 (D2); les antipsychotiques dits classiques (i.e. halopéridole) possèdent une forte affinité pour les récepteurs D2 tandis que les antipsychotiques dits atypiques (i.e. clozapine) présentent une plus forte affinité pour les récepteurs à sérotonine de type 2a (5-HT2a) que pour les récepteurs D2. Les antipsychotiques atypiques semblent plus efficaces contre les symptômes négatifs (i.e. anhédonie) de la schizophrénie et induisent moins d’effets moteurs extrapyramidaux et de dysphorie que les antipsychotiques classiques. Il a été proposé que l’efficacité des antipsychotiques atypiques soit expliqué par leur double action antagoniste aux récepteurs 5-HT2a et D2. Afin de mieux comprendre les mécanismes de ces médicaments, nous avons étudié leurs effets sur la récompense en utilisant le modèle d’autostimulation intracérébrale (ASI) chez le rongeur. Le but de la première étude était d’évaluer l’effet d’un antagoniste sélectif des récepteurs 5-HT2a, le M100907, sur la récompense et sur l’atténuation de la récompense induite par l’halopéridole. L’hypothèse était que l’atténuation de la récompense induite par l’ajout du M100907 à l’halopéridole serait similaire à celle induite par la clozapine. Dans une seconde étude, l’effet sur la récompense d’un agoniste partiel aux récepteurs D2, l’OSU-6162, a été caractérisé sous deux conditions : i) en condition de base et ii) lorsque la neurotransmission dopaminergique est altérée par l’administration systémique de quinpirole, un agoniste des récepteurs D2/D3. Les hypothèses étaient que l’OSU-6162 i) atténuerait la récompense induite par la stimulation et ii) empêcherait l’atténuation et la facilitation de la récompense induites par le quinpirole. Les données obtenues montrent que le M100907 n’altère pas la récompense par lui-même mais réduit l’atténuation de la récompense induite par l’halopéridole. La co-administration du M100907 et de l’halopéridole induit une atténuation de la récompense d’amplitude similaire à celle induite par la clozapine, ce qui suggère que l’activité antagoniste aux récepteurs 5-HT2a de la clozapine contribue à son efficacité. Les données de la seconde étude montrent que l’OSU-6162 atténue la récompense, de manière dose-dépendante, ainsi que la facilitation, mais pas l’atténuation de la récompense induite par le quinpirole. Cette dernière observation suggère que l’OSU-6162 agit comme un antagoniste fonctionnel aux récepteurs D2 post-synaptiques. Un ensemble de données suggèrent que le comportement d’ASI constitue un modèle valide permettant d’évaluer l’efficacité antipsychotique potentielle de nouvelles molécules. Le comportement d’ASI est atténué par les antipsychotiques cliniquement efficaces mais est peu ou pas modifié par des molécules dépourvues d’activité antipsychotique. Les données obtenues dans cette thèse permettent de supposer que l’OSU-6162 possède une activité antipsychotique de nature atypique, et cela sans altérer la neurotransmission sérotoninergique.

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.

L’amphétamine intra-habenulaire n’altère pas l’effet de récompense induit par la stimulation électrique du raphé dorsal

La contribution de la neurotransmission dopaminergique dans le noyau accumbens à l’effet de récompense induit par la stimulation électrique du cerveau a été l’objet de plusieurs années de recherche. Cependant, d’autres sites recevant des terminaisons dopaminergiques pourraient contribuer à moduler la récompense dans d’autres régions cérébrales. Parmi elles, on retrouve l’habenula qui reçoit des projections dopaminergiques de l’aire tegmentale ventrale. La contribution de cette voie au phénomène de récompense en général et à l’effet de recompense induit par l’autostimulation intracrânienne est peu connue. Le but de cette recherche était d’étudier la contribution de la dopamine mésohabenulaire à l’effet de recompense induit par la stimulation électrique du raphé dorsal. Des rats ont été implantés d’une bicanule dans l’Hb et d’une électrode dans le raphé dorsal. Le paradigme du déplacement de la courbe a été utilisé pour évaluer les changements dans l’effet de récompense à la suite de l’injection intra-habenulaire d’amphétamine (10-40 μg). À titre de contrôles positifs, des rats ont reçu l’amphétamine dans le core et dans le shell (1-20 μg) du noyau accumbens. Les injections d’amphétamine dans l’habenula n’ont pas changé l’effet de récompense induit par la stimulation électrique. Dans le noyau accumbens, les injections dans le shell et le core provoquent des augmentations dans l’effet de récompense comme il a déjà été démontré. Nos résultats suggèrent que la neurotransmission dopaminergique dans l’habenula latérale ne contribue pas significativement au circuit soutenant l’effet renforçant de la stimulation électrique du cerveau.

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.