Endocannabinoid regulation of acute and protracted nicotine withdrawal: effect of FAAH inhibition.

Evidence shows that the endocannabinoid system modulates the addictive properties of nicotine. In the present study, we hypothesized that spontaneous withdrawal resulting from removal of chronically implanted transdermal nicotine patches is regulated by the endocannabinoid system. A 7-day nicotine dependence procedure (5.2 mg/rat/day) elicited occurrence of reliable nicotine abstinence symptoms in Wistar rats. Somatic and affective withdrawal signs were observed at 16 and 34 hours following removal of nicotine patches, respectively. Further behavioral manifestations including decrease in locomotor activity and increased weight gain also occurred during withdrawal. Expression of spontaneous nicotine withdrawal was accompanied by fluctuation in levels of the endocannabinoid anandamide (AEA) in several brain structures including the amygdala, the hippocampus, the hypothalamus and the prefrontal cortex. Conversely, levels of 2-arachidonoyl-sn-glycerol were not significantly altered. Pharmacological inhibition of fatty acid amide hydrolase (FAAH), the enzyme responsible for the intracellular degradation of AEA, by URB597 (0.1 and 0.3 mg/kg, i.p.), reduced withdrawal-induced anxiety as assessed by the elevated plus maze test and the shock-probe defensive burying paradigm, but did not prevent the occurrence of somatic signs. Together, the results indicate that pharmacological strategies aimed at enhancing endocannabinoid signaling may offer therapeutic advantages to treat the negative affective state produced by nicotine withdrawal, which is critical for the maintenance of tobacco use.

Localization of the cannabinoid CB1 receptor and the 2-AG synthesizing (DAGLα) and degrading (MAGL, FAAH) enzymes in cells expressing the Ca(2+)-binding proteins calbindin, calretinin, and parvalbumin in the adult rat hippocampus.

The retrograde suppression of the synaptic transmission by the endocannabinoid sn-2-arachidonoylglycerol (2-AG) is mediated by the cannabinoid CB1 receptors and requires the elevation of intracellular Ca(2+) and the activation of specific 2-AG synthesizing (i.e., DAGLα) enzymes. However, the anatomical organization of the neuronal substrates that express 2-AG/CB1 signaling system-related molecules associated with selective Ca(2+)-binding proteins (CaBPs) is still unknown. For this purpose, we used double-label immunofluorescence and confocal laser scanning microscopy for the characterization of the expression of the 2-AG/CB1 signaling system (CB1 receptor, DAGLα, MAGL, and FAAH) and the CaBPs calbindin D28k, calretinin, and parvalbumin in the rat hippocampus. CB1, DAGLα, and MAGL labeling was mainly localized in fibers and neuropil, which were differentially organized depending on the hippocampal CaBPs-expressing cells. CB(+) 1 fiber terminals localized in all hippocampal principal cell layers were tightly attached to calbindin(+) cells (granular and pyramidal neurons), and calretinin(+) and parvalbumin(+) interneurons. DAGLα neuropil labeling was selectively found surrounding calbindin(+) principal cells in the dentate gyrus and CA1, and in the calretinin(+) and parvalbumin(+) interneurons in the pyramidal cell layers of the CA1/3 fields. MAGL(+) terminals were only observed around CA1 calbindin(+) pyramidal cells, CA1/3 calretinin(+) interneurons and CA3 parvalbumin(+) interneurons localized in the pyramidal cell layers. Interestingly, calbindin(+) pyramidal cells expressed FAAH specifically in the CA1 field. The identification of anatomically related-neuronal substrates that expressed 2-AG/CB1 signaling system and selective CaBPs should be considered when analyzing the cannabinoid signaling associated with hippocampal functions.

Correlating FAAH and anandamide cellular uptake inhibition using N-alkylcarbamate inhibitors: from ultrapotent to hyperpotent.

Besides the suggested role of a putative endocannabinoid membrane transporter mediating the cellular uptake of the endocannabinoid anandamide (AEA), this process is intrinsically coupled to AEA degradation by the fatty acid amide hydrolase (FAAH). Differential blockage of each mechanism is possible using specific small-molecule inhibitors. Starting from the natural product-derived 2E,4E-dodecadiene scaffold previously shown to interact with the endocannabinoid system (ECS), a series of diverse N-alkylcarbamates were prepared with the aim of generating novel ECS modulators. While being inactive at cannabinoid receptors and monoacylglycerol lipase, these N-alkylcarbamates showed potent to ultrapotent picomolar FAAH inhibition in U937 cells. Overall, a highly significant correlation (Spearman's rho=0.91) was found between the inhibition of FAAH and AEA cellular uptake among 54 compounds. Accordingly, in HMC-1 cells lacking FAAH expression the effect on AEA cellular uptake was dramatically reduced. Unexpectedly, 3-(4,5-dihydrothiazol-2-yl)phenyl carbamates and the 3-(1,2,3-thiadiazol-4-yl)phenyl carbamates WOBE490, WOBE491 and WOBE492 showed a potentiation of cellular AEA uptake inhibition in U937 cells, resulting in unprecedented femtomolar (hyperpotent) IC50 values. Potential methodological issues and the role of cellular accumulation of selected probes were investigated. It is shown that albumin impacts the potency of specific N-alkylcarbamates and, more importantly, that accumulation of FAAH inhibitors can significantly increase their effect on cellular AEA uptake. Taken together, this series of N-alkylcarbamates shows a FAAH-dependent inhibition of cellular AEA uptake, which can be strongly potentiated using specific head group modifications. These findings provide a rational basis for the development of hyperpotent AEA uptake inhibitors mediated by ultrapotent FAAH inhibition.

Ulcerative colitis impairs the acylethanolamide-based anti-inflammatory system reversal by 5-aminosalicylic acid and glucocorticoids

Studies in animal models and humans suggest anti-inflammatory roles on the N acylethanolamide (NAE)-peroxisome proliferators activated receptor alpha (PPARα) system in inflammatory bowel diseases. However, the presence and function of NAE-PPARα signaling system in the ulcerative colitis (UC) of humans remain unknown as well as its response to active anti-inflammatory therapies such as 5-aminosalicylic acid (5-ASA) and glucocorticoids. Expression of PPARα receptor and PPARα ligands-biosynthetic (NAPE-PLD) and -degrading (FAAH and NAAA) enzymes were analyzed in untreated active and 5-ASA/glucocorticoids/immunomodulators-treated quiescent UC patients compared to healthy human colonic tissue by RT-PCR and immunohistochemical analyses. PPARα, NAAA, NAPE-PLD and FAAH showed differential distributions in the colonic epithelium, lamina propria, smooth muscle and enteric plexus. Gene expression analysis indicated a decrease of PPARα, PPARγ and NAAA, and an increase of FAAH and iNOS in the active colitis mucosa. Immunohistochemical expression in active colitis epithelium confirmed a PPARα decrease, but showed a sharp NAAA increase and a NAPE-PLD decrease, which were partially restored to control levels after treatment. We also characterized the immune cells of the UC mucosa infiltrate. We detected a decreased number of NAAA-positive and an increased number of FAAH-positive immune cells in active UC, which were partially restored to control levels after treatment. NAE-PPARα signaling system is impaired during active UC and 5-ASA/glucocorticoids treatment restored its normal expression. Since 5-ASA actions may work through PPARα and glucocorticoids through NAE-producing/degrading enzymes, the use of PPARα agonists or FAAH/NAAA blockers that increases endogenous PPARα ligands may yield similar therapeutics advantages.

The Endocannabinoid System as Pharmacological Target Derived from Its CNS Role in Energy Homeostasis and Reward. Applications in Eating Disorders and Addiction

The endocannabinoid system (ECS) has been implicated in many physiological functions, including the regulation of appetite, food intake and energy balance, a crucial involvement in brain reward systems and a role in psychophysiological homeostasis (anxiety and stress responses). We first introduce this important regulatory system and chronicle what is known concerning the signal transduction pathways activated upon the binding of endogenous cannabinoid ligands to the Gi/0-coupled CB1 cannabinoid receptor, as well as its interactions with other hormones and neuromodulators which can modify endocannabinoid signaling in the brain. Anorexia nervosa (AN) and bulimia nervosa (BN) are severe and disabling psychiatric disorders, characterized by profound eating and weight alterations and body image disturbances. Since endocannabinoids modulate eating behavior, it is plausible that endocannabinoid genes may contribute to the biological vulnerability to these diseases. We present and discuss data suggesting an impaired endocannabinoid signaling in these eating disorders, including association of endocannabinoid components gene polymorphisms and altered CB1-receptor expression in AN and BN. Then we discuss recent findings that may provide new avenues for the identification of therapeutic strategies based on the endocannabinod system. In relation with its implications as a reward-related system, the endocannabinoid system is not only a target for cannabis but it also shows interactions with other drugs of abuse. On the other hand, there may be also a possibility to point to the ECS as a potential target for treatment of drug-abuse and addiction. Within this framework we will focus on enzymatic machinery involved in endocannabinoid inactivation (notably fatty acid amide hydrolase or FAAH) as a particularly interesting potential target. Since a deregulated endocannabinoid system may be also related to depression, anxiety and pain symptomatology accompanying drug-withdrawal states, this is an area of relevance to also explore adjuvant treatments for improving these adverse emotional reactions.

Effects of acute versus repeated cocaine exposure on the expression of endocannabinoid signaling-related proteins in the mouse cerebellum.

Growing awareness of cerebellar involvement in addiction is based on the cerebellum's intermediary position between motor and reward, potentially acting as an interface between motivational and cognitive functions. Here, we examined the impact of acute and repeated cocaine exposure on the two main signaling systems in the mouse cerebellum: the endocannabinoid (eCB) and glutamate systems. To this end, we investigated whether eCB signaling-related gene and protein expression {cannabinoid receptor type 1 receptors and enzymes that produce [diacylglycerol lipase alpha/beta (DAGLα/β) and N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D (NAPE-PLD)] and degrade [monoacylglycerol lipase (MAGL) and fatty acid amino hydrolase (FAAH)] eCB} were altered. In addition, we analyzed the gene expression of relevant components of the glutamate signaling system [glutamate synthesizing enzymes liver-type glutaminase isoform (LGA) and kidney-type glutaminase isoform (KGA), metabotropic glutamatergic receptor (mGluR3/5), NMDA-ionotropic glutamatergic receptor (NR1/2A/2B/2C) and AMPA-ionotropic receptor subunits (GluR1/2/3/4)] and the gene expression of tyrosine hydroxylase (TH), the rate-limiting enzyme in catecholamine biosynthesis, because noradrenergic terminals innervate the cerebellar cortex. Results indicated that acute cocaine exposure decreased DAGLα expression, suggesting a down-regulation of 2-arachidonylglycerol (2-AG) production, as well as gene expression of TH, KGA, mGluR3 and all ionotropic receptor subunits analyzed in the cerebellum. The acquisition of conditioned locomotion and sensitization after repeated cocaine exposure were associated with an increased NAPE-PLD/FAAH ratio, suggesting enhanced anandamide production, and a decreased DAGLβ/MAGL ratio, suggesting decreased 2-AG generation. Repeated cocaine also increased LGA gene expression but had no effect on glutamate receptors. These findings indicate that acute cocaine modulates the expression of the eCB and glutamate systems. Repeated cocaine results in normalization of glutamate receptor expression, although sustained changes in eCB is observed. We suggest that cocaine-induced alterations to cerebellar eCB should be considered when analyzing the adaptations imposed by psychostimulants that lead to addiction.

Fatty acid amide hydrolase deficiency enhances intraplaque neutrophil recruitment in atherosclerotic mice.

OBJECTIVE: Endocannabinoid levels are elevated in human and mouse atherosclerosis, but their causal role is not well understood. Therefore, we studied the involvement of fatty acid amide hydrolase (FAAH) deficiency, the major enzyme responsible for endocannabinoid anandamide degradation, in atherosclerotic plaque vulnerability. METHODS AND RESULTS: We assessed atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient (ApoE(-/-)) and ApoE(-/-)FAAH(-/-) mice. Before and after 5, 10, and 15 weeks on high-cholesterol diet, we analyzed weight, serum cholesterol, and endocannabinoid levels, and atherosclerotic lesions in thoracoabdominal aortas and aortic sinuses. Serum levels of FAAH substrates anandamide, palmitoylethanolamide (PEA), and oleoylethanolamide (OEA) were 1.4- to 2-fold higher in case of FAAH deficiency. ApoE(-/-)FAAH(-/-) mice had smaller plaques with significantly lower content of smooth muscle cells, increased matrix metalloproteinase-9 expression, and neutrophil content. Circulating and bone marrow neutrophil counts were comparable between both genotypes, whereas CXC ligand1 levels were locally elevated in aortas of FAAH-deficient mice. We observed enhanced recruitment of neutrophils, but not monocytes, to large arteries of ApoE(-/-) mice treated with FAAH inhibitor URB597. Spleens of ApoE(-/-)FAAH(-/-) mice had reduced CD4+FoxP3+regulatory T-cell content, and in vitro stimulation of splenocytes revealed significantly elevated interferon-γ and tumor necrosis factor-α production in case of FAAH deficiency. CONCLUSIONS: Increased anandamide and related FAAH substrate levels are associated with the development of smaller atherosclerotic plaques with high neutrophil content, accompanied by an increased proinflammatory immune response.

Endogenous cannabinoid receptor CB1 activation promotes vascular smooth-muscle cell proliferation and neointima formation.

Percutaneous transluminal angioplasty is frequently used in patients with severe arterial narrowing due to atherosclerosis. However, it induces severe arterial injury and an inflammatory response leading to restenosis. Here, we studied a potential activation of the endocannabinoid system and the effect of FA amide hydrolase (FAAH) deficiency, the major enzyme responsible for endocannabinoid anandamide degradation, in arterial injury. We performed carotid balloon injury in atherosclerosis-prone apoE knockout (apoE(-/-)) and apoE(-/-)FAAH(-/-) mice. Anandamide levels were systemically elevated in apoE(-/-) mice after balloon injury. ApoE(-/-)FAAH(-/-) mice had significantly higher baseline anandamide levels and enhanced neointima formation compared with apoE(-/-) controls. The latter effect was inhibited by treatment with CB1 antagonist AM281. Similarly, apoE(-/-) mice treated with AM281 had reduced neointimal areas, reduced lesional vascular smooth-muscle cell (SMC) content, and proliferating cell counts. The lesional macrophage content was unchanged. In vitro proliferation rates were significantly reduced in CB1(-/-) SMCs or when treating apoE(-/-) or apoE(-/-)FAAH(-/-) SMCs with AM281. Macrophage in vitro adhesion and migration were marginally affected by CB1 deficiency. Reendothelialization was not inhibited by treatment with AM281. In conclusion, endogenous CB1 activation contributes to vascular SMC proliferation and neointima formation in response to arterial injury.

Expression et localisation du système endocannabinoïde dans la rétine du singe

Les effets de la marijuana, un médicament utilisé par l’homme depuis des millénaires, sur le système visuel sont peu connus. Une meilleure connaissance de la distribution du système endocannabinoïde (eCB) de la rétine pourrait expliquer comment cette drogue affecte la vision. Cette étude vise à caractériser la distribution du récepteur cannabinoïde CB1 (CB1R) et de l’enzyme de dégradation FAAH (“fatty acid amide hydrolase”) des ligands du CB1R dans la rétine du singe Vert (Chlorocebus sabaeus). De plus, elle vise à déterminer quelles sous-populations cellulaires de la rétine expriment ces composantes. La plupart des études à ce jour ont été conduites surtout sur les rongeurs et peu de travaux ont été réalisés chez le singe. Notre étude vient donc combler cette carence. Par le biais de méthodes immunohistochimiques, nous avons investigué la localisation du CB1R et de l’enzyme FAAH à différentes excentricités rétiniennes, de la fovéa centralis vers la périphérie. Nos résultats, en accord avec notre hypothèse de travail, démontrent que CB1R et FAAH sont exprimés à travers toute la rétine mais avec, cependant, des différences notoires. Au niveau de la couche des photorécepteurs, CB1R est exprimé préférentiellement dans les cônes et ce patron d’expression suit la distribution des photorécepteurs centre-périphérie. De plus, CB1R se retrouve surtout dans les pédicules des cônes de la couche plexiforme externe. CB1R et FAAH sont abondants dans les cellules bipolaires tant au centre qu’en périphérie. Le soma et l’axone des cellules ganglionnaires expriment aussi CB1R et FAAH. Ces données suggèrent que le système eCB est présent à travers toute la rétine du primate et pourrait expliquer les perturbations visuelles entrainées par la marijuana, telles la photosensibilité et la vision des couleurs.

Caractérisation du système des endocannabinoïdes au niveau de la rétine adulte et en développement

Le système endocannaboïde (eCB) est constitué des ligands, des récepteurs – les plus étudiés étant les récepteurs CB1 et CB2 – et les enzymes de synthèse et de dégradation. Les ligands étant lipophiles, ils ne sont pas encapsulés dans des vésicules, ce qui place les enzymes de synthèse et de dégradation dans une position de régulateurs clés. Plusieurs études démontrent une participation du système eCB à des processus de développement dans le système nerveux central (SNC). La rétine est un modèle important pour l’étude de ces processus car elle contient plusieurs types cellulaires bien connus, dont le patron de développement est clairement établi. Pour l’instant très peu est connu sur l’expression du système eCB durant le développement rétinien. C’est dans ce cadre que les patrons d’expression du récepteur CB1 et de l’enzyme de dégradation FAAH ont été étudiés pendant le développement rétinien postnatal chez le rat. Pour identifier les types cellulaires exprimant ces protéines, des co-marquages ont été accomplis pour le récepteur CB1 ou FAAH et des marqueurs des types cellulaires rétiniens. À P1, les cellules ganglionnaires, amacrines, horizontales et mitotiques expriment le récepteur CB1. Les cellules ganglionnaires et amacrines cholinergiques sont FAAH-positives. Au cours du développement, certains types cellulaires démontrent une expression transitoire de ces deux protéines, suggérant une implication du système eCB dans les processus de développement. Nos données démontrent également une importante expression du système eCB dans la rétine adulte, ce qui soutient l’hypothèse de son implication dans la réponse rétinienne. En bref, des études fonctionnelles in vitro sur des rétines de non-mammifères ont révélées que le récepteur CB1 modulait la réponse des cônes et des cellules bipolaires. Malgré la récente démonstration de sa présence dans la rétine, il n’existe pas de d’étude sur le rôle du récepteur CB2 dans la rétine. Dans cette thèse, les conséquences fonctionnelles de l’élimination des récepteurs CB1 ou CB2 ont été évaluées chez des souris transgéniques. Les réponses rétiniennes ont été enregistrées par électrorétinographie chez des souris cnr1-/- (CB1R-KO) et cnr2-/- (CB2R-KO). Nos données suggèrent une implication différente pour chaque récepteur dans la formation de la réponse rétinienne

Rôle et implication du système cannabinoïde dans la modulation périphérique de la douleur inflammatoire et neuropathique

Les dérivés de l’opium (opioïdes) et du cannabis (cannabinoïdes) présentent de nombreuses propriétés intéressantes. Suite à l’identification de leurs récepteurs respectifs, diverses stratégies pharmacologiques ont tenté d’exploiter leurs propriétés analgésiques. Le clonage des récepteurs cannabinoïdes CB1 et CB2 a favorisé la découverte de composés endogènes pour ces récepteurs, les endocannabinoïdes, dont les deux plus étudiés sont l’anandamide et le 2-arachidonyl glycérol (2-AG). Cette découverte a également mené à l’identification d’enzymes qui catalysent l’inactivation de ces cannabinoïdes endogènes : une amidohydrolase des acides gras ou FAAH ainsi qu’une monoacylglycérol lipase ou MAGL. Le système cannabinoïde endogène est régulé à la hausse dans une variété de processus pathologiques, tels que les douleurs inflammatoire et neuropathique. Cette augmentation est habituellement interprétée comme une réaction physiologique visant à rétablir l’homéostasie et elle a notamment été observée en périphérie. Les endocannabinoïdes semblent donc agir de façon spécifique à des moments clés dans certains tissus ciblés afin de minimiser les conséquences reliées au déclenchement de ces douleurs. Cette observation est très intéressante d’un point de vue thérapeutique puisqu’elle suggère la possibilité de cibler les enzymes de dégradation des endocannabinoïdes dans le but d’augmenter leurs concentrations locales et d’ainsi prolonger leur action neuromodulatrice. En périphérie, l’activation des récepteurs cannabinoïdes induit des effets antinociceptifs bénéfiques tout en minimisant les effets indésirables souvent associés à leur activation centrale. Nous avons orienté nos travaux vers la modulation périphérique de ce système endogène à l’aide d’inhibiteurs des enzymes de dégradation des endocannabinoïdes afin d’évaluer leur potentiel thérapeutique et d’élucider les mécanismes d’action qui sous-tendent leurs effets dans des modèles animaux de douleurs inflammatoire et neuropathique. Nous avons démontré que cette approche permet de soulager les symptômes associés à ces deux types de douleurs, et ce via les récepteurs CB1 et CB2. Les systèmes cannabinoïde et opioïde présentent des similitudes, dont des localisations similaires le long des voies de la douleur, des mécanismes d’action relayés par des récepteurs couplés aux protéines G et des propriétés pharmacologiques communes telles que l’analgésie. Le système opioïde est impliqué dans les effets antinociceptifs induits par les cannabinoïdes. À l’inverse, le rôle joué par le système cannabinoïde dans ceux induits par la morphine demeure incertain. Nous avons démontré que les effets antinociceptifs périphériques et spinaux produits par la morphine sont diminués chez les souris génétiquement modifiées chez lesquelles l’expression des récepteurs CB1 ou CB2 a été éliminée, laissant supposer un rôle pour ces récepteurs dans les effets de la morphine. Nous avons de plus démontré que la diminution de l'analgésie produite par la morphine dans ces souris n'est pas causée par un dysfonctionnement des récepteurs opioïdes mu (MOP) ni par une régulation à la baisse de ces récepteurs. Nos résultats confirment l'existence d'interactions fonctionnelles entre les systèmes cannabinoïde et opioïde au niveau périphérique et spinal. Ces observations sont prometteuses d’un point de vue thérapeutique puisqu’une modulation périphérique ciblée des niveaux d’endocannabinoïdes et d’opioïdes endogènes permettrait de produire des effets analgésiques bénéfiques potentiellement synergiques tout en minimisant les effets indésirables associés à l’activation centrale de ces systèmes.

Localization and function of the endocannabinoid system throughout the retinogeniculate pathway of vervet monkeys

Le système endocannabinoïde (eCB) est présent dans le système nerveux central (SNC) de mammifères, incluant la rétine, et est responsable de la régulation de nombreux processus physiologiques. Bien que la présence du récepteur cannabinoïde de type 1 (CB1R) a bien été documenté dans la rétine de rongeurs et primates, il y a encore une controverse quant à la présence du récepteur cannabinoïde de type 2 (CB2R) au niveau du SNC. En utilisant la microscopie confocale, nous sommes les premiers à signaler les patrons d’expression du CB2R dans la rétine de singe. Nos résultats démontrent que le CB2R est exprimé exclusivement dans les cellules de Müller de la rétine du singe. En outre, nous avons comparé les différents patrons d’expression du système eCB dans la rétine de la souris, du toupaye, ainsi que du singe vervet et macaque. Nous rapportons que les distributions de CB1R, FAAH (fatty acid amid hydrolase), MAGL (monoacylglycerol lipase) et DAGLα (diacylglycerol lipase alpha) sont hautement conservées parmi ces espèces alors que CB2R et NAPE-PLD (N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D) présentent différents profils d'expression. CB2R n'a pas été détecté dans les cellules neuronales de la rétine des primates. L’immunoréactivité de NAPE-PLD est présente dans les couches de la rétine de souris et toupayes, mais a été limitée à la couche des photorécepteurs des singes vervet et macaque. Pour étudier les corrélats neuronaux et le rôle de la signalisation du système eCB dans la rétine, nous avons établi un protocole standard pour l'électrorétinographie (ERG), puis enregistré la réponse ERG de la rétine après le blocage des récepteurs avec des antagonistes spécifiques pour CB1R (AM251) et CB2R (AM630). Comparé au témoin, dans des conditions photopiques, et à certaines intensités faibles du stimulus, le blocage de CB1R diminue l'amplitude de l'onde-b, alors qu’à des intensités plus élevées, le blocage de CB2R augmente l'amplitude des deux-ondes a et b. De plus, le blocage des récepteurs cannabinoïdes provoque une augmentation de la latence des deux ondes a et b. Dans des conditions d’adaptation à l'obscurité, le blocage de CB1R et CB2R réduit l’amplitudes de l'onde a seulement à des intensités plus élevées et réduit l’onde b à intensités plus faibles. Des augmentations significatives de latence ont été observées dans les deux cas. Ces résultats indiquent que les récepteurs CB1 et CB2 chez les primates non humains sont impliqués dans la fonction rétinienne conditions photopiques. En outre, nous avons évalué le profil d'expression du CB1R, de FAAH et de NAPE-PLD au-delà de la rétine dans le corps géniculé latéral des singes et nous rapportons pour la première fois que CB1R et FAAH sont exprimés davantage dans les couches magnocellulaires. La NAPE-PLD a été localisée à travers les couches magno- et parvocellulaires. Aucune de ces composantes n’est exprimée dans les couches koniocellulaires. Ces résultats nous aident à mieux comprendre les effets des cannabinoïdes sur le système visuel qui pourraient nous mener à trouver éventuellement de nouvelles cibles thérapeutiques.

Le système endocannabinoïde dans la rétine du singe : expression, localisation et fonctions

Le cannabis produit de nombreux effets psychologiques et physiologiques sur le corps humain. Les molécules contenues dans cette plante, désignées comme « phytocannabinoïdes », activent un système endogène qu’on appelle le système endocannabinoïde (eCB). Les effets de la consommation de cannabis sur la vision ont déjà été décrits sans cependant de formulation sur les mécanismes sous-jacents. Ces résultats comportementaux suggèrent, malgré tout, la présence de ce système eCB dans le système visuel, et particulièrement dans la rétine. Cette thèse vise donc à caractériser l’expression, la localisation et le rôle du système eCB dans la rétine du singe vervet, une espèce animale ayant un système visuel semblable à celui de l’humain. Nous avons mis au point un protocole expérimental d’immunohistochimie décrit dans l’article apparaissant dans l’Annexe I que nous avons utilisé pour répondre à notre objectif principal. Dans une première série de quatre articles, nous avons ainsi caractérisé l’expression et la localisation de deux récepteurs eCBs reconnus, les récepteurs cannabinoïdes de type 1 (CB1R) et de type 2 (CB2R), et d’un 3e présumé récepteur aux cannabinoïdes, le récepteur GPR55. Dans l’article 1, nous avons démontré que CB1R et une enzyme clé de ce système, la fatty acid amide hydrolase (FAAH), sont exprimés dans les parties centrale et périphérique de la rétine, et abondamment présents dans la fovéa, une région où l’acuité visuelle est maximale. Dans l’article 2, nous avons localisé le CB2R dans des cellules gliales de la rétine : les cellules de Müller et nous avons proposé un modèle sur l’action de cette protéine dans la fonction rétinienne faisant appel à une cascade chimique impliquant les canaux potassiques. Dans l’article 3, nous avons observé le GPR55 exclusivement dans les bâtonnets qui sont responsables de la vision scotopique et nous avons soumis un deuxième modèle de fonctionnement de ce récepteur par le biais d'une modulation des canaux calciques et sodiques des bâtonnets. Vu que ces 3 récepteurs se retrouvent dans des cellules distinctes, nous avons suggéré leur rôle primordial dans l’analyse de l’information visuelle au niveau rétinien. Dans l’article 4, nous avons effectué une analyse comparative de l’expression du système eCB dans la rétine de souris, de toupayes (petits mammifères insectivores qui sont sont considérés comme l’étape intermédiaire entre les rongeurs et les primates) et de deux espèces de singe (le vervet et le rhésus). Ces résultats nous ont menés à présenter une hypothèse évolutionniste quant à l’apparition et à la fonction précise de ces récepteurs. Dans les articles subséquents, nous avons confirmé notre hypothèse sur le rôle spécifique de ces trois récepteurs par l’utilisation de l’électrorétinographie (ERG) après injection intravitréenne d’agonistes et d’antagonistes de ces récepteurs. Nous avons conclu sur leur influence indéniable dans le processus visuel rétinien chez le primate. Dans l’article 5, nous avons établi le protocole d’enregistrement ERG normalisé sur le singe vervet, et nous avons produit un atlas d’ondes ERG spécifique à cette espèce, selon les règles de l’International Society for Clinical Electrophysiology of Vision (ISCEV). Les patrons électrorétinographiques se sont avérés semblables à ceux de l’humain et ont confirmé la similarité entre ces deux espèces. Dans l’article 6, nous avons démontré que le blocage de CB1R ou CB2R entraine une modification de l’électrorétinogramme, tant au niveau photopique que scotopique, ce qui supporte l’implication de ces récepteurs dans la modulation des ondes de l’ERG. Finalement, dans l’article 7, nous avons confirmé le modèle neurochimique proposé dans l’article 3 pour expliquer le rôle fonctionnel de GPR55, en montrant que l’activation ou le blocage de ce récepteur, respectivement par un agoniste (lysophosphatidylglucoside, LPG) ou un antagoniste (CID16020046), entraine soit une augmentation ou une baisse significative de l’ERG scotopique seulement. Ces données, prises ensemble, démontrent que les récepteurs CB1R, CB2R et GPR55 sont exprimés dans des types cellulaires bien distincts de la rétine du singe et ont chacun un rôle spécifique. L’importance de notre travail se manifeste aussi par des applications cliniques en permettant le développement de cibles pharmacologiques potentielles dans le traitement des maladies de la rétine.

Cannabinoid system combined to classic targets for a new MTDL strategy: design and synthesis of natural inspired molecules for Alzheimer's disease

In this thesis is described the design and synthesis of potential agents for the treatment of the multifactorial Alzheimer’s disease (AD). Our multi-target approach was to consider cannabinoid system involved in AD, together with classic targets. In the first project, designed modifications were performed on lead molecule in order to increase potency and obtain balanced activities on fatty acid amide hydrolase and cholinesterases. A small library of compounds was synthesized and biological results showed increased inhibitory activity (nanomolar range) related to selected target. The second project was focused on the benzofuran framework, a privileged structure being a common moiety found in many biologically active natural products and therapeutics. Hybrid molecules were designed and synthesized, focusing on the inhibition of cholinesterases, Aβ aggregation, FAAH and on the interaction with CB receptors. Preliminary results showed that several compounds are potent CB ligands, in particular the high affinity for CB2 receptors, could open new opportunities to modulate neuroinflammation. The third and the fourth project were carried out at the IMS, Aberdeen, under the supervision of Prof. Matteo Zanda. The role of the cannabinoid system in the brain is still largely unexplored and the relationship between the CB1 receptors functional modification, density and distribution and the onset of a pathological state is not well understood. For this reasons, Rimonabant analogues suitable as radioligands were synthesized. The latter, through PET, could provide reliable measurements of density and distribution of CB1 receptors in the brain. In the fifth project, in collaboration with CHyM of York, the goal was to develop arginine analogues that are target specific due to their exclusively location into NOS enzymes and could work as MRI contrasting agents. Synthesized analogues could be suitable substrate for the transfer of polarization by p-H2 molecules through SABRE technique transforming MRI a more sensitive and faster technique.

Immunomodulatory lipids in plants: plant fatty acid amides and the human endocannabinoid system

Since the discovery that endogenous lipid mediators show similar cannabimimetic effects as phytocannabinoids from CANNABIS SATIVA, our knowledge about the endocannabinoid system has rapidly expanded. Today, endocannabinoid action is known to be involved in various diseases, including inflammation and pain. As a consequence, the G-protein coupled cannabinoid receptors, endocannabinoid transport, as well as endocannabinoid metabolizing enzymes represent targets to block or enhance cannabinoid receptor-mediated signalling for therapeutic intervention. Based on the finding that certain endocannabinoid-like fatty acid N-alkylamides from purple coneflower ( ECHINACEA spp.) potently activate CB2 cannabinoid receptors we have focused our interest on plant fatty acid amides (FAAs) and their overall cannabinomodulatory effects. Certain FAAs are also able to partially inhibit the action of fatty acid amide hydrolase (FAAH), which controls the breakdown of endocannabinoids. Intriguingly, plants lack CB receptors and do not synthesize endocannabinoids, but express FAAH homologues capable of metabolizing plant endogenous N-acylethanolamines (NAEs). While the site of action of these NAEs in plants is unknown, endogenous NAEs and arachidonic acid glycerols in animals interact with distinct physiological lipid receptors, including cannabinoid receptors. There is increasing evidence that also plant FAAs other than NAEs can pharmacologically modulate the action of these endogenous lipid signals. The interference of plant FAAs with the animal endocannabinoid system could thus be a fortunate evolutionary cross point with yet unexplored therapeutic potential.