Étude du rôle des récepteurs NMDA du mésencéphale ventral dans la récompense induite par la stimulation électrique du mésencéphale postérieur chez le rongeur.

La voie dopaminergique mésolimbique qui prend son origine dans le mésencéphale ventral et qui projette vers des régions rostrales du système limbique fait partie du substrat nerveux qui contrôle la récompense et les comportements motivés. Il a été suggéré qu’un signal de récompense est produit lorsque le patron de décharge des neurones dopaminergiques passe d’un mode tonique à un mode phasique, une transition qui est initiée par l’action du glutamate aux récepteurs N-Méthyl-D-aspartate (NMDA). Étant donné qu’une altération du système de récompense est souvent associée à des anomalies cliniques telles que l’addiction compulsive et à des troubles émotionnels tels que l’anhédonie, nous avons étudié le rôle des récepteurs NMDA dans la récompense induite par la stimulation électrique intracérébrale. Puisque les récepteurs NMDA sont composés de sous-unités distinctes, GluN1, GluN2 et GluN3, nous avons étudié le rôle de deux sous-unités qui sont présentes dans le mésencéphale ventral : GluN2A et GluN2B. Les résultats montrent que des injections mésencéphaliques de R-CPP et de PPPA, des antagonistes préférentiels aux sous-unités GluN2A/B, ont produit une augmentation dose-dépendante de l’effet de récompense, un effet qui était, à certains temps après les injections, accompagné d’une augmentation du nombre de réponses maximales. Ces effets n’ont pas été observés après l’injection d’une large gamme de doses de Ro04-5595, un antagoniste des sous-unités GluN2B. Ces résultats suggèrent que le glutamate mésencéphalique exerce une modulation négative sur le circuit de récompense, un effet dû à son action au niveau des récepteurs NMDA composés des sous-unités GluN2A.

Modulation des neurones GABAergiques du mésencéphale ventral

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Modulation des neurones GABAergiques du mésencéphale ventral

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Données nouvelles sur l’innervation à dopamine du striatum et son co-phénotype glutamatergique

Une sous-population des neurones à dopamine (DA) du mésencéphale ventral du rat et de la souris étant connue pour exprimer l'ARN messager du transporteur vésiculaire 2 du glutamate (VGLUT2), nous avons eu recours à l'immunocytochimie en microscopie électronique, après simple ou double marquage de l'enzyme de synthèse tyrosine hydroxylase (TH) et de VGLUT2, pour déterminer la présence de l'une et/ou l'autre protéine dans les terminaisons (varicosités) axonales de ces neurones et caractériser leur morphologie ultrastructurale dans diverses conditions expérimentales. Dans un premier temps, des rats jeunes (P15) ou adultes (P90), ainsi que des rats des deux âges soumis à l'administration intraventriculaire cérébrale de la cytotoxine 6-hydroxydopamine (6-OHDA) dans les jours suivant la naissance, ont été examinés, afin d'étayer l'hypothèse d'un rôle de VGLUT2 au sein des neurones DA, au cours du développement normal ou pathologique de ces neurones. Chez le jeune rat, ces études ont montré: i) la présence de VGLUT2 dans une fraction importante des varicosités axonales TH immunoréactives du coeur du noyau accumbens ainsi que du néostriatum; ii) une augmentation de la proportion de ces terminaisons doublement marquées dans le noyau accumbens par suite de la lésion 6-OHDA néonatale; iii) le double marquage fréquent des varicosités axonales appartenant à l'innervation DA aberrante (néoinnervation), qui se développe dans la substance noire, par suite de la lésion 6-OHDA néonatale. Des différences significatives ont aussi été notées quant à la dimension des terminaisons axonales marquées pour la TH seulement, VGLUT2 seulement ou TH et VGLUT2. Enfin, à cet âge (P15), toutes les terminaisons doublement marquées sont apparues dotées d'une spécialisation membranaire synaptique, contrairement aux terminaisons marquées pour la TH ou pour VGLUT2 seulement. Dans un deuxième temps, nous avons voulu déterminer le devenir du double phénotype chez le rat adulte (P90) soumis ou non à la lésion 6-OHDA néonatale. Contrairement aux observations recueillies chez le jeune rat, nous avons alors constaté: i) l'absence complète de terminaisons doublement marquées dans le coeur du noyau accumbens et le néostriatum d'animaux intacts, de même que dans les restes de la substance noire des animaux 6-OHDA lésés; ii) une très forte baisse de leurnombre dans le coeur du noyau accumbens des animaux 6-OHDA lésés. Ces observations, suggérant une régression du double phénotype TH/VGLUT2 avec l'âge, sont venues renforcer l'hypothèse d'un rôle particulier d'une co-libération de glutamate par les neurones mésencéphaliques DA au cours du développement. Dans ces conditions, il est apparu des plus intéressants d'examiner l'innervation DA méso-striatale chez deux lignées de souris dont le gène Vglut2 avait été sélectivement invalidé dans les neurones DA du cerveau, ainsi que leurs témoins et des souris sauvages. D'autant que malgré l'utilisation croissante de la souris en neurobiologie, cette innervation DA n'avait jamais fait l'objet d’une caractérisation systématique en microscopie électronique. En raison de possibles différences entre le coeur et la coque du noyau accumbens, l'étude a donc porté sur les deux parties de ce noyau ainsi que le néostriatum et des souris jeunes (P15) et adultes (P70-90) de chaque lignée, préparées pour l'immunocytochimie de la TH, mais aussi pour le double marquage TH et VGLUT2, selon le protocole précédemment utilisé chez le rat. Les résultats ont surpris. Aux deux âges et quel que soit le génotype, les terminaisons axonales TH immunoréactives des trois régions sont apparues comparables quant à leur taille, leur contenu vésiculaire, le pourcentage contenant une mitochondrie et une très faible incidence synaptique (5% des varicosités, en moyenne). Ainsi, chez la souris, la régression du double phénotype pourrait être encore plus précoce que chez le rat, à moins que les deux protéines ne soient très tôt ségréguées dans des varicosités axonales distinctes des mêmes neurones DA. Ces données renforcent aussi l’hypothèse d’une transmission diffuse (volumique) et d’un niveau ambiant de DA comme élément déterminant du fonctionnement du système mésostriatal DA chez la souris comme chez le rat.

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.

Mécanismes de guidage des axones sérotoninergiques du raphé dorsal : études in vivo et in vitro

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Expression des récepteurs EphA dans le raphé dorsal néonatal et adulte

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mécanismes de guidage des axones sérotoninergiques du raphé dorsal : études in vivo et in vitro

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Expression des récepteurs EphA dans le raphé dorsal néonatal et adulte

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

The dual orexin/hypocretin receptor antagonist, almorexant, in the ventral tegmental area attenuates ethanol self-administration

Recent studies have implicated the hypocretin/orexinergic system in reward-seeking behavior. Almorexant, a dual orexin/hypocretin R1 and R2 receptor antagonist, has proven effective in preclinical studies in promoting sleep in animal models and was in Phase III clinical trials for sleep disorders. The present study combines behavioral assays with in vitro biochemical and electrophysiological techniques to elucidate the role of almorexant in ethanol and sucrose intake. Using an operant self-administration paradigm, we demonstrate that systemic administration of almorexant decreased operant selfadministration of both 20% ethanol and 5% sucrose. We further demonstrate that intraventral tegmental area (VTA) infusions, but not intra substantia nigra infusions, of almorexant reduced ethanol self-administration. Extracellular recordings performed in VTA neurons revealed that orexin-A increased firing and this enhancement of firing was blocked by almorexant. The results demonstrate that orexin/hypocretin receptors in distinct brain regions regulate ethanol and sucrose mediated behaviors.

The α5 subunit regulates the expression and function of α4*-containing neuronal nicotinic acetylcholine receptors in the ventral-tegmental area

Human genetic association studies have shown gene variants in the α5 subunit of the neuronal nicotinic receptor (nAChR) influence both ethanol and nicotine dependence. The α5 subunit is an accessory subunit that facilitates α4* nAChRs assembly in vitro. However, it is unknown whether this occurs in the brain, as there are few research tools to adequately address this question. As the α4*-containing nAChRs are highly expressed in the ventral tegmental area (VTA) we assessed the molecular, functional and pharmacological roles of α5 in α4*-containing nAChRs in the VTA. We utilized transgenic mice α5+/+(α4YFP) and α5-/-(α4YFP) that allow the direct visualization and measurement of α4-YFP expression and the effect of the presence (α5+/+) and absence of α5 (-/-) subunit, as the antibodies for detecting the α4* subunits of the nAChR are not specific. We performed voltage clamp electrophysiological experiments to study baseline nicotinic currents in VTA dopaminergic neurons. We show that in the presence of the α5 subunit, the overall expression of α4 subunit is increased significantly by 60% in the VTA. Furthermore, the α5 subunit strengthens baseline nAChR currents, suggesting the increased expression of α4* nAChRs to be likely on the cell surface. While the presence of the α5 subunit blunts the desensitization of nAChRs following nicotine exposure, it does not alter the amount of ethanol potentiation of VTA dopaminergic neurons. Our data demonstrates a major regulatory role for the α5 subunit in both the maintenance of α4*-containing nAChRs expression and in modulating nicotinic currents in VTA dopaminergic neurons. Additionally, the α5α4* nAChR in VTA dopaminergic neurons regulates the effect of nicotine but not ethanol on currents. Together, the data suggest that the α5 subunit is critical for controlling the expression and functional role of a population of α4*-containing nAChRs in the VTA.

The ventral striatum of the Syrian hamster

The Syrian hamster, Mesocricetus auratus, was first used in laboratory experiments some fifty years ago in the Middle East, from animals captured in the wild. 1 Since then the Syrian hamster has been domesticated and used extensively in laboratory studies of motivation, includuing reproduction, feeding, aggression and circadian behaviors. 2 In comparison to the rat, the male Syrian hamster is a solitary animal known for its territorial aggression, photoperiodic mating and hoarding behaviors. Many neural circuits controlling reproductive behaviors are now known. 3 While these motivated behaviors have been demonstrated to be regulated by endocrine status there is increasing evidence that dopamine within the nucleus accumbens conveys the rewarding tone of sexual motivation

Differential expression of NADPH-diaphorase between electrophysiologically-defined classes of pyramidal neurons in rat ventral subiculum, in vitro

The subiculum is the major output region of the hippocampal formation. We have studied pyramidal neurons in slices of rat ventral subiculum to determine if there is a correlation between nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-diaphorase (NADPH-d) activity and electrophysiological phenotype. The majority of NADPH-d-positive pyramidal neurons were found in the superficial cell layer (i.e. nearest to the hippocampal fissure) of the subiculum and appreciable NADPH-d activity was absent from pyramidal neurons in area CA1. This distribution of NADPH-d activity was mimicked by that of immunoreactivity for the neuronal isoform of nitric oxide synthase. Subicular pyramidal neurons were classified, electrophysiologically, as intrinsically burst-firing or regular spiking. After electrophysiological characterization, neurons were filled with Neurobiotin and revealed using fluorescence immunocytochemistry. The slices containing these neurons were also processed for NADPH-d. NADPH-d activity was found in six out of eight regular spiking neurons but was not found in any of 13 intrinsically burst-firing neurons (P=0.0008, Fisher's Exact Test). We conclude that in rat ventral subiculum, NADPH-d activity is present in a proportion of pyramidal neurons and indicates the presence of the neuronal isoform of nitric oxide synthase. Furthermore, amongst pyramidal neurons, NADPH-d activity is distributed preferentially to those with the regular spiking phenotype. The distribution of regular spiking neurons suggests that they may not be present to the same extent in all subicular output pathways. Thus, the actions of nitric oxide may be relatively specific to particular hippocampal connections.

mRNA and microRNA analysis reveals modulation of biochemical pathways related to addiction in the ventral tegmental area of methamphetamine self-administering rats

Background Methamphetamine is a highly addictive central nervous system stimulant with increasing levels of abuse worldwide. Alterations to mRNA and miRNA expression within the mesolimbic system can affect addiction-like behaviors and thus play a role in the development of drug addiction. While many studies have investigated the effects of high-dose methamphetamine, and identified neurotoxic effects, few have looked at the role that persistent changes in gene regulation play following methamphetamine self-administration. Therefore, the aim of this study was to identify RNA changes in the ventral tegmental area following methamphetamine self-administration. We performed microarray analyses on RNA extracted from the ventral tegmental area of Sprague–Dawley rats following methamphetamine self-administration training (2 h/day) and 14 days of abstinence. Results We identified 78 miRNA and 150 mRNA transcripts that were differentially expressed (fdr adjusted p < 0.05, absolute log2 fold change >0.5); these included genes not previously associated with addiction (miR-125a-5p, miR-145 and Foxa1), loci encoding receptors related to drug addiction behaviors and genes with previously recognized roles in addiction such as miR-124, miR-181a, DAT and Ret. Conclusion This study provides insight into the effects of methamphetamine on RNA expression in a key brain region associated with addiction, highlighting the possibility that persistent changes in the expression of genes with both known and previously unknown roles in addiction occur.