Effets neurophysiologiques de la stimulation du nerf vague : implication dans le traitement de la dépression résistante et optimisation des paramètres de stimulation

La dépression est une pathologie grave qui, malgré de multiples stratégies thérapeutiques, demeure résistante chez un tiers des patients. Les techniques de stimulation cérébrale sont devenues une alternative intéressante pour les patients résistants à diverses pharmacothérapies. La stimulation du nerf vague (SNV) a ainsi fait preuve de son efficacité en clinique et a récemment été approuvée comme traitement additif pour la dépression résistante. Cependant, les mécanismes d’action de la SNV en rapport avec la dépression n’ont été que peu étudiés. Cette thèse a donc eu comme premier objectif de caractériser l’impact de la SNV sur les différents systèmes monoaminergiques impliqués dans la pathophysiologie de la dépression, à savoir la sérotonine (5-HT), la noradrénaline (NA) et la dopamine (DA), grâce à l’utilisation de techniques électrophysiologiques et de la microdialyse in vivo chez le rat. Des études précliniques avaient déjà révélé qu’une heure de SNV augmente le taux de décharge des neurones NA du locus coeruleus, et que 14 jours de stimulation sont nécessaires pour observer un effet comparable sur les neurones 5-HT. Notre travail a démontré que la SNV modifie aussi le mode de décharge des neurones NA qui présente davantage de bouffées, influençant ainsi la libération terminale de NA, qui est significativement augmentée dans le cortex préfrontal et l’hippocampe après 14 jours. L’augmentation de la neurotransmission NA s’est également manifestée par une élévation de l’activation tonique des récepteurs postsynaptiques α2-adrénergiques de l’hippocampe. Après lésion des neurones NA, nous avons montré que l’effet de la SNV sur les neurones 5-HT était indirect, et médié par le système NA, via l’activation des récepteurs α1-adrénergiques présents sur les neurones du raphé. Aussi, tel que les antidépresseurs classiques, la SNV augmente l’activation tonique des hétérorécepteurs pyramidaux 5-HT1A, dont on connait le rôle clé dans la réponse thérapeutique aux antidépresseurs. Par ailleurs, nous avons constaté que malgré une diminution de l’activité électrique des neurones DA de l’aire tegmentale ventrale, la SNV induit une augmentation de la DA extracellulaire dans le cortex préfrontal et particulièrement dans le noyau accumbens, lequel joue un rôle important dans les comportements de récompense et l’hédonie. Un deuxième objectif a été de caractériser les paramètres optimaux de SNV agissant sur la dépression, en utilisant comme indicateur le taux de décharge des neurones 5-HT. Des modalités de stimulation moins intenses se sont avérées aussi efficaces que les stimulations standards pour augmenter l’activité électrique des neurones 5-HT. Ces nouveaux paramètres de stimulation pourraient s’avérer bénéfiques en clinique, chez des patients ayant déjà répondu à la SNV. Ils pourraient minimiser les effets secondaires reliés aux périodes de stimulation et améliorer ainsi la qualité de vie des patients. Ainsi, ces travaux de thèse ont caractérisé l’influence de la SNV sur les trois systèmes monoaminergiques, laquelle s’avère en partie distincte de celle des antidépresseurs classiques tout en contribuant à son efficacité en clinique. D’autre part, les modalités de stimulation que nous avons définies seraient intéressantes à tester chez des patients recevant la SNV, car elles devraient contribuer à l’amélioration des bénéfices cliniques de cette thérapie.

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.

Leptin modulation of locomotor and emotional behaviors : the role of STAT3 signaling in dopamine neurons

La leptine circule en proportion de la masse graisseuse du corps et la transduction de son signal à travers la forme longue de son récepteur via un certain nombre de voies neurales , y compris MAPK, PI3-K ,AMPK et JAK2 - STAT3 . Il faut noter que STAT3 constitue une voie clée au récepteur de la leptine par laquelle la leptine module l'expression des gènes impliqués dans la régulation du bilan énergétique. La plupart des recherches ont porté sur la fonction du récepteur de la leptine au sein de l' hypothalamus, en particulier la fonction du récepteur de la leptine dans le noyau arqué. Toutefois, les récepteurs de la leptine sont également exprimés sur les neurones dopaminergiques de l'aire tégmentale ventrale et la leptine agit sur cette région du cerveau pour influencer la prise alimentaire, la motivation, la locomotion, l'anxiété et la transmission de la dopamine. De plus, la leptine active la STAT3 dans les dopaminergiques et GABAergiques populations neuronales. Bien que ces résultats contribuent à notre compréhension des multiples actions de la leptine dans le système nerveux central, il reste à résoudre les cellules et la signalisation du récepteur de la leptine qui sont responsables des effets neurocomportementaux de la leptine dans le mésencéphale. Visant à déterminer la contribution de la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques du mésencéphale, nous avons généré une lignée de souris knockout conditionnel dans lequel l'activation du gène de STAT3 sur son résidu tyrosine 705 ( Tyr 705 ) est absent spécifiquement dans les neurones dopaminergiques. Avec l'utilisation de ce modèle de souris génétique, nous avons évalué l'impact de l'ablation de la signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques sur un certain nombre de fonctions liées à la dopamine, y compris l'alimentation, la locomotion, les comportements liés à la récompense, l'émotion et la libération de dopamine dans le noyau accumbens. Fait intéressant, nous avons observé un dimorphisme sexuel dans le phénotype des souris STAT3DAT-KO. L'activation de la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques est responsable de l'action de la leptine dans la réduction de la locomotion, récompense liée à l'activité physique, et de l'augmentation de la libération et de la disponibilité de la dopamine chez les souris mâles. Cependant, il ne module pas le comportement émotionnel. D'autre part, les souris femelles STAT3DAT-KO augmentent les niveaux d'anxiété et les niveaux plasmatiques de corticostérone, sans provoquer de changements de la dépression. Cependant, la perte d'activation de STAT3 dans les neurones dopaminergiques ne module pas le comportement locomoteur chez les souris femelles. Notamment, les actions de la leptine dans le mésencéphale pour influencer le comportement alimentaire ne sont pas médiées par l'activation de STAT3 dans les neurones dopaminergiques, considérant que les souris mâles et femelles ont un comportement alimentaire normal. Nos résultats démontrent que la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques est responsable des effets anxiolytiques de la leptine, et soutient l'hypothèse que la leptine communique l'état d'énergie du corps (i.e. la relation entre la dépense et les apports énergétiques) pour les régions mésolimbiques pour atténuer les effets de motivation et de récompense de plusieurs comportements qui servent à réhabiliter ou à épuiser les réserves d'énergie. En outre, ce travail souligne l'importance d'étudier la modulation de la signalisation de la leptine dans différente types de cellules, afin d'identifier les voies de signalisation et les mécanismes cellulaires impliqués dans les différentes fonctions neuro-comportementales de la leptine.

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.

Neurotensinergic modulation of glutamatergic neurotransmission in VTA neurons.

L’aire tegmentaire ventrale (VTA) contient une forte densité de terminaisons neurotensinergiques ainsi que des récepteurs à la surface des neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques. Le VTA a été impliqué dans des maladies comme la schizophrénie, les psychoses et l’abus de substance. Les drogues d’abus sont connues pour induire le phénomène de sensibilisation - un processus de facilitation par lequel l’exposition à un stimulus produit une réponse augmentée lors de l’exposition subséquente au même stimulus. La sensibilisation se développe dans le VTA et implique mécanismes dopaminergiques et glutamatergiques. Il a été montré que les antagonistes neurotensinergiques bloquaient le développement de la sensibilisation et certains mécanismes de récompense et ces effets pourraient être médiés indirectement par une modulation de la neurotransmission glutamatergique. Cependant, on connaît peu les mécanismes de modulation de la transmission glutamatergique par la neurotensine (NT) dans le VTA. Le but de la présente thèse était d’étudier la modulation neurotensinergique de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques du VTA. Pour ce faire, nous avons utilisé la technique du patch clamp dans la cellule entière dans des tranches horizontales du VTA pour étudier les effets de différents agonistes et antagonistes neurotensinergiques. Les neurones ont été identifié comme Ih+ (présumés dopaminergiques) ou Ih- (présumés non-dopaminergiques) selon qu’ils exprimaient ou non un courant cationique activé par l’hyperpolarisation (Ih). Des techniques d’immunocytochimie ont été utilisées pour marquer les neurones et vérifier leur localisation dans le VTA. Dans une première étude nous avons trouvé que la neurotensine indigène (NT1-13) ou son fragment C-terminal, NT8-13, induisait une augmentation comparable des courants postsynaptiques excitateurs glutamatergiques (CPSEs) dans les neurones Ih+ ou Ih- du VTA. L'augmentation induite dans les neurones Ih+ par la NT8-13 a été bloquée par le SR48692, un antagoniste des récepteurs NTS1, et par le SR142948A, un antagoniste des récepteurs NTS1 et NTS2, suggérant que l'augmentation était médiée par l’activation des récepteurs NTS1. Dans les neurones Ih- l'augmentation n’a été bloquée que par le SR142948A indiquant une implication des récepteurs NTS2. Dans une deuxième étude, nous avons testé les effets de la D-Tyr[11]NT (un analogue neurotensinergique ayant différentes affinités de liaison pour les sous-types de récepteurs neurotensinergiques) sur les CPSEs glutamatergiques dans les neurones Ih+ et Ih- en parallèle avec une série d’expériences comportementales utilisant un paradigme de préférence de place conditionnée (PPC) menée dans le laboratoire de Pierre-Paul Rompré. Nous avons constaté que la D-Tyr[11]NT induisaient une inhibition dépendante de la dose dans les neurones Ih+ médiée par l'activation de récepteurs NTS2. En revanche, la D-Tyr[11]NT a produit une augmentation des CPSEs glutamatergiques médiée par des récepteurs NTS1 dans les neurones Ih-. Les résultats des expériences comportementales ont montré que des microinjections bilatérales de D-Tyr[11]NT dans le VTA induisait une PPC bloquée uniquement par la co-injection de SR142948A et SR48692, indiquant un rôle pour les deux types de récepteurs, NTS1 et NTS2. Cette étude nous a permis de conclure que i) la D-Tyr[11]NT agit dans le VTA via des récepteurs NTS1 et NTS2 pour induire un effet de récompense et ii) que cet effet est dû, au moins en partie, à une augmentation de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones non-dopaminergiques (Ih-). Dans une troisième étude nous nous sommes intéressés aux effets de la D-Tyr[11]NT sur les réponses isolées médiées par les récepteurs N-méthyl-D-aspartate (NMDA) et acide α-amino-3- hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropionique (AMPA) dans les neurones du VTA. Nous avons constaté que dans les neurones Ih+ l’amplitude des CPSEs NMDA et AMPA étaient atténuées de la même manière par la D-Tyr[11] NT. Cette modulation des réponses était médiée par les récepteurs NTS1 et NTS2. Au contraire, dans les neurones Ih-, l’amplitude des réponses NMDA et AMPA étaient augmentées en présence de D-Tyr[11]NT et ces effets dépendaient de l’activation des récepteurs NTS1 localisés sur les terminaisons glutamatergiques. Ces résultats fournissent une preuve supplémentaire que le NT exerce une modulation bidirectionnelle sur la neurotransmission glutamatergique dans les neurones du VTA et met en évidence un nouveau type de modulation peptidergique des neurones non-dopaminergiques qui pourrait être impliqué dans la sensibilisation. En conclusion, la modulation neurotensinergique de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques du VTA se fait en sens opposé soit, respectivement, par une inhibition ou par une excitation. De plus, ces effets sont médiés par différents types de récepteurs neurotensinergiques. En outre, nos études mettent en évidence une modulation peptidergique de la neurotransmission glutamatergique dans le VTA qui pourrait jouer un rôle important dans les mécanismes de lutte contre la toxicomanie.

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.

Anhedonia and reward-circuit connectivity distinguish nonresponders from responders to dorsomedial prefrontal rTMS in major depression

Background Depression is a heterogeneous mental illness. Neurostimulation treatments, by targeting specific nodes within the brain’s emotion-regulation network, may be useful both as therapies and as probes for identifying clinically relevant depression subtypes. Methods Here, we applied 20 sessions of magnetic resonance imaging-guided repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to the dorsomedial prefrontal cortex in 47 unipolar or bipolar patients with a medication-resistant major depressive episode. Results Treatment response was strongly bimodal, with individual patients showing either minimal or marked improvement. Compared with responders, nonresponders showed markedly higher baseline anhedonia symptomatology (including pessimism, loss of pleasure, and loss of interest in previously enjoyed activities) on item-by-item examination of Beck Depression Inventory-II and Quick Inventory of Depressive Symptomatology ratings. Congruently, on baseline functional magnetic resonance imaging, nonresponders showed significantly lower connectivity through a classical reward pathway comprising ventral tegmental area, striatum, and a region in ventromedial prefrontal cortex. Responders and nonresponders also showed opposite patterns of hemispheric lateralization in the connectivity of dorsomedial and dorsolateral regions to this same ventromedial region. Conclusions The results suggest distinct depression subtypes, one with preserved hedonic function and responsive to dorsomedial rTMS and another with disrupted hedonic function, abnormally lateralized connectivity through ventromedial prefrontal cortex, and unresponsive to dorsomedial rTMS. Future research directly comparing the effects of rTMS at different targets, guided by neuroimaging and clinical presentation, may clarify whether hedonia/reward circuit integrity is a reliable marker for optimizing rTMS target selection.

Eag 1, Eag 2 and Kcnn3 gene brain expression of isolated reared rats

The Eag1 and Eag2, voltage-dependent potassium channels, and the small-conductance calcium-activated potassium channel (Kcnn3) are highly expressed in limbic regions of the brain, where their function is still unknown. Eag1 co-localizes with tyrosine hydroxilase enzyme in the substantia nigra and ventral tegmental area. Kcnn3 deficiency leads to enhanced serotonergic and dopaminergic neurotransmission accompanied by distinct alterations in emotional behaviors. As exposure to stress is able to change the expression and function of several ion channels, suggesting that they might be involved in the consequences of stress, we aimed at investigating Eag 1, Eag2 and Kcnn3 mRNA expression in the brains of rats submitted to isolation rearing. As the long-lasting alterations in emotional and behavioral regulation after stress have been related to changes in serotonergic neurotransmission, expressions of serotonin Htr1a and Htr2a receptors in male Wistar rats` brain were also investigated. Rats were reared in isolation or in groups of five for nine weeks after weaning. Isolated and socially reared rats were tested for exploratory activity in the open field test for 5 min and brains were processed for reverse-transcription coupled to quantitative polymerase chain reaction (qRT-PCR). Isolated reared rats showed decreased exploratory activity in the open field. Compared to socially reared rats, isolated rats showed reduced Htr2a mRNA expression in the striatum and brainstem and reduced Eag2 mRNA expression in all examined regions except cerebellum. To our knowledge, this is the first work to show that isolation rearing can change Eag2 gene expression in the brain. The involvement of this channel in stress-related behaviors is discussed.

A Substrate Trapping Mutant Form of Striatal-Enriched Protein Tyrosine Phosphatase Prevents Amphetamine-Induced Stereotypies and Long-Term Potentiation in the Striatum

Background: Chronic, intermittent exposure to psychostimulant drugs results in striatal neuroadaptations leading to an increase in an array of behavioral responses on subsequent challenge days. A brain-specific striatal-enriched tyrosine phosphatase (STEP) regulates synaptic strengthening by dephosphorylating and inactivating several key synaptic proteins. This study tests the hypothesis that a substrate-trapping form of STEP will prevent the development of amphetamine-induced stereotypies. Methods: A substrate-trapping STEP protein, TAT-STEP (C-S), was infused into the ventrolateral striatum on each of 5 consecutive exposure days and I hour before amphetamine injection. Animals were challenged to see whether sensitization to the stereotypy-producing effects of amphetamine developed. The same TAT-STEP (C-S) protein was used on acute striatal slices to determine the impact on long-term potentiation and depression. Results: Infusion of TAT-STEP (C-S) blocks the increase of amphetamine-induced stereotypies when given during the 5-day period of sensitization. The TAT-STEP (C-S) has no effect if only infused on the challenge day. Treatment of acute striatal slices with TAT-STEP (C-S) blocks the induction of long-term potentiation and potentates long-term depression. Conclusions: A substrate trapping form of STEP blocks the induction of amphetamine-induced neuroplasticity within the ventrolateral striatum and supports the hypothesis that STEP functions as a tonic break on synaptic strengthening.

Leptin Targets in the Mouse Brain

The central actions of leptin are essential for homeostatic control of adipose tissue mass, glucose metabolism, and many autonomic and neuroendocrine systems. In the brain, leptin acts on numerous different cell types via the long-form leptin receptor (LepRb) to elicit its effects. The precise identification of leptin`s cellular targets is fundamental to understanding the mechanism of its pleiotropic central actions. We have systematically characterized LepRb distribution in the mouse brain using in situ hybridization in wildtype mice as well as by EYFP immunoreactivity in a novel LepRb-IRES-Cre EYFP reporter mouse line showing high levels of LepRb mRNA/EYFP coexpression. We found substantial LepRb mRNA and EYFP expression in hypothalamic and extrahypothalamic sites described before, including the dorsomedial nucleus of the hypothalamus, ventral premammillary nucleus, ventral tegmental area, parabrachial nucleus, and the dorsal vagal complex. Expression in insular cortex, lateral septal nucleus, medial preoptic area, rostral linear nucleus, and in the Edinger-Westphal nucleus was also observed and had been previously unreported. The LepRb-IRES-Cre reporter line was used to chemically characterize a population of leptin receptor-expressing neurons in the midbrain. Tyrosine hydroxylase and Cre reporter were found to be coexpressed in the ventral tegmental area and in other midbrain dopaminergic neurons. Lastly, the LepRbI-RES-Cre reporter line was used to map the extent of peripheral leptin sensing by central nervous system (CNS) LepRb neurons. Thus, we provide data supporting the use of the LepRb-IRES-Cre line for the assessment of the anatomic and functional characteristics of neurons expressing leptin receptor. J. Comp. Neurol. 514:518-532, 2009. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

The indirect amygdala-dorsal striatum pathway mediates conditioned freezing: Insights on emotional memory networks

The dorsal striatum (DS) is involved in various forms of learning and memory such as procedural learning, habit learning, reward-association and emotional learning. We have previously reported that bilateral DS lesions disrupt tone fear conditioning (TFC), but not contextual fear conditioning (CFC) [Ferreira TL, Moreira KM, Ikeda DC, Bueno OFA, Oliveira MGM (2003) Effects of dorsal striatum lesions in tone fear conditioning and contextual fear conditioning. Brain Res 987:17-24]. To further elucidate the participation of DS in emotional learning, in the present study, we investigated the effects of bilateral pretest (postraining) electrolytic DS lesions on TFC. Given the well-acknowledged role of the amygdala in emotional learning, we also examined a possible cooperation between DS and the amygdala in TFC, by using asymmetrical electrolytic lesions, consisting of a unilateral lesion of the central amygdaloid nucleus (CeA) combined to a contralateral DS lesion. The results show that pre-test bilateral DS lesions disrupt TFC responses, suggesting that DS plays a role in the expression of TFC. More importantly, rats with asymmetrical pre-training lesions were impaired in TFC, but not in CFC tasks. This result was confirmed with muscimol asymmetrical microinjections in DS and CeA, which reversibly inactivate these structures. On the other hand, similar pretest lesions as well as unilateral electrolytic lesions of CeA and DS in the same hemisphere did not affect TFC. Possible anatomical substrates underlying the observed effects are proposed. Overall, the present results underscore that other routes, aside from the well-established CeA projections to the periaqueductal gray, may contribute to the acquisition/consolidation of the freezing response associated to a TFC task. It is suggested that CeA may presumably influence DS processing via a synaptic relay on dopaminergic neurons of the substantia nigra compacta and retrorubral nucleus. The present observations are also in line with other studies showing that TFC and CFC responses are mediated by different anatomical networks. (C) 2008 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Ethanol-induced sensitization depends preferentially on D(1) rather than D(2) dopamine receptors

Behavioral sensitization, defined as a progressive increase in the locomotor stimulant effects elicited by repeated exposure to drugs of abuse, has been used as an animal model for drug craving in humans. The mesoaccumbens dopaminergic system has been proposed to be critically involved in this phenomenon; however, few studies have been designed to systematically investigate the effects of dopaminergic antagonists on development and expression of behavioral sensitization to ethanol in Swiss mice. We first tested the effects of D(1) antagonist SCH-23390 (0-0.03 mg/kg) or D(2) antagonist Sulpiride (0-30 mg/kg) on the locomotor responses to an acute injection of ethanol (2.0 g/kg). Results showed that all tested doses of the antagonists were effective in blocking ethanol`s stimulant effects. In another set of experiments, mice were pretreated intraperitoneally with SCH-23390 (0.01 mg/kg) or Sulpiride (10 mg/kg) 30 min before saline or ethanol injection, for 21 days. Locomotor activity was measured weekly for 20 min. Four days following this pretreatment, all mice were challenged with ethanol. Both antagonists attenuated the development of ethanol sensitization, but only SCH-23390 blocked the expression of ethanol sensitization according to this protocol. When we tested a single dose (30 min before tests) of either antagonist in mice treated chronically with ethanol, both antagonists attenuated ethanol-induced effects. The present findings demonstrate that the concomitant administration of ethanol with D(1) but not D(2) antagonist prevented the expression of ethanol sensitization, suggesting that the neuroadaptations underlying ethanol behavioral sensitization depend preferentially on D(1) receptor actions. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Prefrontal afferents to the dorsal raphe nucleus in the rat

The prefrontal cortex (PFC) receives strong inputs from monoaminergic cell groups in the brainstem and also sends projections to these nuclei. Recent evidence suggests that the PFC exerts a powerful top-down control over the dorsal raphe nucleus (DR) and that it may be involved in the actions of pharmaceutical drugs and drugs of abuse. In the light of these findings, the precise origin of prefrontal inputs to DR was presently investigated by using the cholera toxin subunit b (CTb) as retrograde tracer. All the injections placed in DR produced retrograde labeling in the medial, orbital, and lateral divisions of the PFC as well as in the medial part of the frontal polar cortex. The labeling was primarily located in layer V. Remarkably, labeling in the medial PFC was denser in its ventral part (infralimbic and ventral prelimbic cortices) than in its dorsal part (dorsal prelimbic, anterior cingulate and medial precentral cortices). After injections in the rostral or caudal DR, the largest number of labeled neurons was observed in the medial PFC, whereas after injections in the mid-rostrocaudal DR, the labeled neurons were more homogeneously distributed in the three main PFC divisions. A cluster of labeled neurons also was observed around the apex of the rostral pole of the accumbens, especially after rostral and mid-rostrocaudal DR injections. Overall, these results confirm the existence of robust preftontal projections to DR, mainly derived from the ventral part of the medial PFC, and underscore a substantial contribution of the frontal polar cortex. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Stress-induced cross-sensitization to amphetamine is related to changes in the dopaminergic system

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)