Suppression of glucocorticoid secretion and antipsychotic drugs have similar effects on the mesolimbic dopaminergic transmission

Specific antagonists of central dopaminergic receptors constitute the major class of antipsychotic drugs (APD). Two principal effects of APD are used as criteria for the pre-clinical screening of their antipsychotic action: (i) inhibition of basal and depolarization-induced activity of mesolimbic dopaminergic neurons; (ii) antagonism of the locomotor effects of dopaminergic agonists. Given that glucocorticoid hormones in animals increase dopamine release and dopamine-mediated behaviors and that high levels of glucocorticoids can induce psychotic symptoms in humans, these experiments examined whether inhibition of endogenous glucocorticoids might have APD-like effects on mesolimbic dopaminergic transmission in rats. It is shown that suppression of glucocorticoid secretion by adrenalectomy profoundly decreased (by greater than 50%): (i) basal dopaminergic release and the release of dopamine induced by a depolarizing stimulus such as morphine (2 mg/kg, s.c.), as measured in the nucleus accumbens of freely moving animals by microdialysis; (ii) the locomotor activity induced by the direct dopaminergic agonist apomorphine. The effects of adrenalectomy were glucocorticoid specific given that they were reversed by the administration of glucocorticoids at doses within the physiological range. Despite its profound diminution of dopaminergic neurotransmission, adrenalectomy neither modified the number of mesencephalic dopaminergic neurons nor induced gliosis in the mesencephalon or in the nucleus accumbens, as shown by tyrosine hydroxylase and glial fibrillary acidic protein immunostaining. In conclusion, these findings suggest that blockade of central effects of glucocorticoids might open new therapeutic strategies of behavioral disturbances.

Chronic morphine induces visible changes in the morphology of mesolimbic dopamine neurons.

The mesolimbic dopamine system, which arises in the ventral tegmental area (VTA), is an important neural substrate for opiate reinforcement and addiction. Chronic exposure to opiates is known to produce biochemical adaptations in this brain region. We now show that these adaptations are associated with structural changes in VTA dopamine neurons. Individual VTA neurons in paraformaldehyde-fixed brain sections from control or morphine-treated rats were injected with the fluorescent dye Lucifer yellow. The identity of the injected cells as dopaminergic or nondopaminergic was determined by immunohistochemical labeling of the sections for tyrosine hydroxylase. Chronic morphine treatment resulted in a mean approximately 25% reduction in the area and perimeter of VTA dopamine neurons. This reduction in cell size was prevented by concomitant treatment of rats with naltrexone, an opioid receptor antagonist, as well as by intra-VTA infusion of brain-derived neurotrophic factor. In contrast, chronic morphine treatment did not alter the size of nondopaminergic neurons in the VTA, nor did it affect the total number of dopaminergic neurons in this brain region. The results of these studies provide direct evidence for structural alterations in VTA dopamine neurons as a consequence of chronic opiate exposure, which could contribute to changes in mesolimbic dopamine function associated with addiction.

Association between the oxytocin receptor (OXTR) gene and mesolimbic responses to rewards.

BACKGROUND: There has been significant progress in identifying genes that confer risk for autism spectrum disorders (ASDs). However, the heterogeneity of symptom presentation in ASDs impedes the detection of ASD risk genes. One approach to understanding genetic influences on ASD symptom expression is to evaluate relations between variants of ASD candidate genes and neural endophenotypes in unaffected samples. Allelic variations in the oxytocin receptor (OXTR) gene confer small but significant risk for ASDs for which the underlying mechanisms may involve associations between variability in oxytocin signaling pathways and neural response to rewards. The purpose of this preliminary study was to investigate the influence of allelic variability in the OXTR gene on neural responses to monetary rewards in healthy adults using functional magnetic resonance imaging (fMRI). METHODS: The moderating effects of three single nucleotide polymorphisms (SNPs) (rs1042778, rs2268493 and rs237887) of the OXTR gene on mesolimbic responses to rewards were evaluated using a monetary incentive delay fMRI task. RESULTS: T homozygotes of the rs2268493 SNP demonstrated relatively decreased activation in mesolimbic reward circuitry (including the nucleus accumbens, amygdala, insula, thalamus and prefrontal cortical regions) during the anticipation of rewards but not during the outcome phase of the task. Allelic variation of the rs1042778 and rs237887 SNPs did not moderate mesolimbic activation during either reward anticipation or outcomes. CONCLUSIONS: This preliminary study suggests that the OXTR SNP rs2268493, which has been previously identified as an ASD risk gene, moderates mesolimbic responses during reward anticipation. Given previous findings of decreased mesolimbic activation during reward anticipation in ASD, the present results suggest that OXTR may confer ASD risk via influences on the neural systems that support reward anticipation.

Increased expression of mitochondrial genes in human alcoholic brain revealed by differential display

Polymerase chain reaction (PCR)-based differential display was used to screen for alterations in gene expression in the mesolimbic system of the human alcoholic brain. Total RNA was extracted from the nucleus accumbens of five alcoholic and five control brains. A selected subpopulation of mRNA was reverse-transcribed to cDNA and amplified by PCR. A differentially expressed cDNA fragment was recovered, cloned, and sequenced. Full sequence analysis of this 467 bp fragment revealed 98.2% homology with the human mitochondrial 12S rRNA gene. Dot-blot analysis showed increased expression of this gem in nucleus accumbens and hippocampus, but not in the superior frontal cortex, primary motor cortex, caudate, and pallidus/putamen In a total of eight human alcoholic brains, compared with seven control brains. A similar increased expression was observed by dot-blot analysis, using RNA from the cerebral cortex of rats chronically treated with alcohol vapor. Hybridization of a 16S rRNA oligonucleotide probe indicated that the expression of both rRNAs genes was significantly increased in nucleus accumbens. These results indicate that chronic alcohol consumption induces alteration in expression of mitochondrial genes in selected brain regions. The altered gene expression may reflect mitochondrial dysfunction In the alcohol-affected brain.

Hypocretin/orexin in addiction: a mediator of stress-induced reinstatement of cocaine-seeking behaviour

The importance of the lateral hypothalamus in the pursuit of reward has long been recognized. However, the hypothalamic neuronal network involved in the regulation of reward still remains partially unknown. Hypocretins (aka orexins) are neuropeptides synthesized by a few thousand neurons restricted to the lateral hypothalamus and the perifornical area. Compelling evidence indicates that hypocretin neurons receive inputs from sensory and limbic systems and drive hyper-arousal possibly through modulation of stress responses. Major advances have been made in the elucidation of the hypocretin involvement in the regulation of arousal, stress, motivation, and reward seeking, without clearly defining the role of hypocretins in addictionrelated behaviors. We have recently gathered substantial evidence that points to a previously unidentified role for hypocretin-1 in driving relapse for cocaine seeking through activation of brain stress pathways. Meanwhile, several authors published concordant observations rather suggesting a direct activation of the mesolimbic dopamine system. In particular, hypocretin-1 has been shown to be critically involved in cocaine sensitization through the recruitment of NMDA receptors in the ventral tegmental area. Overall, on can conclude from recent findings that activation of hypocretin/orexin neurons plays a critical role in the development of the addiction process, either by contributing to brain sensitization (which is thought to lead to the unmanageable desire for drug intake) or by modulating the brain reward system that, in coordination with brain stress systems, leads to a vulnerable state that may facilitate relapse for drug seeking behavior.

Neurobiology of pathological gambling. Brain imaging and epidemiological studies

Pathological gambling, a form of behavioral addiction, refers to maladaptive, compulsive gambling behavior severely interfering with an individual’s normal life. The prevalence of pathological gambling has been estimated to be 1–2% in western societies. The reward deficiency hypothesis of addiction assumes that individuals that have, or are prone, to addictions have blunted mesolimbic dopamine reward signaling, which leads to compulsive reward seeking in an attempt to compensate for the malfunctioning brain reward network. In this research project, the effects of gambling were measured using brain [11C] raclopride PET during slot machine gambling and possible brain structural changes associated with pathological gambling using MRI. The subjects included pathological gamblers and healthy volunteers. In addition, impulse control disorders associated with Parkinson’s disease were investigated by using brain [18F]fluorodopa PET and conducting an epidemiological survey. The results demonstrate mesolimbic dopamine release during gambling in both pathological gamblers and healthy volunteers. Striatal dopamine was released irrespective of the gambling outcome, whether the subjects won or not. There was no difference in gambling induced dopamine release between pathological gamblers and control subjects, although the magnitude of the dopamine release correlated with gambling related symptom severity in pathological gamblers. The results also show that pathological gambling is associated with extensive abnormality of brain white matter integrity, as measured with diffusion tensor imaging, similar to substance-addictions. In Parkinson’s disease patients with impulse control disorders, enhanced brain [18F] fluorodopa uptake in the medial orbitofrontal cortex was observed, indicating increased presynaptic monoamine function in this region, which is known to influence signaling in the mesolimbic system and reward processing. Finally, a large epidemiological survey in Finnish Parkinson’s disease patients showed that compulsive behaviors are very common in Parkinson disease and they are strongly associated with depression. These findings demonstrate the role of dopamine in pathological gambling, without support for the concept of reward deficiency syndrome.

Interactions between the cholinergic and dopaminergic systems during the production of ultrasonic vocalizations in rats

Rats produce ultrasonic vocalizations that can be categorized into two types of ultrasonic calls based on their sonographic structure. One group contains 22-kHz ultrasonic vocalization (USVs), characterized by relatively constant (flat) frequency with peak frequency ranging from 19 to 28-kHz, and a call duration ranging between 100 – 3000 ms. These vocalization can be induced by cholinomimetic agents injected into the ascending mesolimbic cholinergic system that terminates in the anterior hypothalamic-preoptic area (AH-MPO) and lateral septum (LS). The other group of USVs contains 50-kHz USVs, characterized by high peak frequency, ranging from 39 to 90-kHz, short duration ranging from 10-90 ms, and varying frequency and complex sonographic morphology. These vocalizations can be induced by dopaminergic agents injected into the nucleus accumbens, the target area for the mesolimbic dopaminergic system. 22-kHz USVs are emitted in situations that are highly aversive, such as proximity of a predator or anticipation of a foot shock, while 50 kHz USVs are emitted in rewarding and appetitive situations, such as juvenile play behaviour or anticipation of rewarding electrical brain stimulation. The activities of these two mesolimbic systems were postulated to be antagonistic to each other. The current thesis is focused on the interaction of these systems indexed by emission of relevant USVs. It was hypothesized that emission of 22 kHz USVs will be antagonized by prior activation of the dopaminergic system while emission of 50 kHz will be antagonized by prior activation of the cholinergic system. It was found that injection of apomorphine into the shell of the nucleus accumbens significantly decreased the number of carbachol-induced 22 kHz USVs from both AH-MPO and LS. Injection of carbachol into the LS significantly decreased the number of apomorphine-induced 50 kHz USVs from the shell of the nucleus accumbens. The results of the study supported the main hypotheses that the mesolimbic dopaminergic and cholinergic systems function in antagonism to each other.

Interactions between the cholinergic and dopaminergic system during the production of ultrasonic vocalizations in rats

Rats produce ultrasonic vocalizations that can be categorized into two types of ultrasonic calls based on their sonographic structure. One group contains 22-kHz ultrasonic vocalization (USVs), characterized by relatively constant (flat) frequency with peak frequency ranging from 19 to 28-kHz, and a call duration ranging between 100 – 3000 ms. These vocalization can be induced by cholinomimetic agents injected into the ascending mesolimbic cholinergic system that terminates in the anterior hypothalamic-preoptic area (AH-MPO) and lateral septum (LS). The other group of USVs contains 50-kHz USVs, characterized by high peak frequency, ranging from 39 to 90-kHz, short duration ranging from 10-90 ms, and varying frequency and complex sonographic morphology. These vocalizations can be induced by dopaminergic agents injected into the nucleus accumbens, the target area for the mesolimbic dopaminergic system. 22-kHz USVs are emitted in situations that are highly aversive, such as proximity of a predator or anticipation of a foot shock, while 50 kHz USVs are emitted in rewarding and appetitive situations, such as juvenile play behaviour or anticipation of rewarding electrical brain stimulation. The activities of these two mesolimbic systems were postulated to be antagonistic to each other. The current thesis is focused on the interaction of these systems indexed by emission of relevant USVs. It was hypothesized that emission of 22 kHz USVs will be antagonized by prior activation of the dopaminergic system while emission of 50 kHz will be antagonized by prior activation of the cholinergic system. It was found that injection of apomorphine into the shell of the nucleus accumbens significantly decreased the number of carbachol-induced 22 kHz USVs from both AH-MPO and LS. Injection of carbachol into the LS significantly decreased the number of apomorphine-induced 50 kHz USVs from the shell of the nucleus accumbens. The results of the study supported the main hypotheses that the mesolimbic dopaminergic and cholinergic systems function in antagonism to each other.

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.

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.

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.

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.

The D2 antagonist sulpiride modulates the neural processing of both rewarding and aversive stimuli in healthy volunteers.

Rationale: Animal studies indicate that dopamine pathways in the ventral striatum code for the motivational salience of both rewarding and aversive stimuli, but evidence for this mechanism in humans is less established. We have developed a functional magnetic resonance imaging (fMRI) model which permits examination of the neural processing of both rewarding and aversive stimuli. Objectives: The aim of the study was to determine the effect of the dopamine receptor antagonist, sulpiride, on the neural processing of rewarding and aversive stimuli in healthy volunteers. Methods: We studied 30 healthy participants who were randomly allocated to receive a single dose of sulpiride (400 mg) or placebo, in a double-blind, parallel-group design. We used fMRI to measure the neural response to rewarding (taste or sight of chocolate) and aversive stimuli (sight of mouldy strawberries or unpleasant strawberry taste) 4 h after drug treatment. Results: Relative to placebo, sulpiride reduced blood oxygenation level-dependent responses to chocolate stimuli in the striatum (ventral striatum) and anterior cingulate cortex. Sulpiride also reduced lateral orbitofrontal cortex and insula activations to the taste and sight of the aversive condition. Conclusions: These results suggest that acute dopamine receptor blockade modulates mesolimbic and mesocortical neural activations in response to both rewarding and aversive stimuli in healthy volunteers. This effect may be relevant to the effects of dopamine receptor antagonists in the treatment of psychosis and may also have implications for the possible antidepressant properties of sulpiride.