Les interactions entre facteurs génétiques et environnementaux, comme le stress, jouent un rôle important dans la physiopathologie de maladies psychiatriques telles que la dépression. Les transporteurs de cation organiques (OCTs) sont des transporteurs polyspécifiques considérés comme sensibles à la corticostérone. Au cours de ma thèse, je me suis intéressé au rôle du transporteur de cation organique 2 (OCT2) dans la réponse au stress et la vulnérabilité à la dépression. OCT2 est exprimé dans de nombreuses régions impliquées dans la réponse au stress et le long de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA). L’absence d’OCT2 entraîne une augmentation de la sécrétion de corticostérone (156%) en réponse à un stress aigu, sans altération de la sensibilité des surrénales à l’hormone adrénocorticotrope (ACTH). En conséquence, les souris OCT2-/- sont plus sensibles aux effets du stress chronique imprédictible léger et développent des anomalies comportementales transitoires de la mémoire spatiale et de l’interaction sociale dans la phase précoce du stress chronique. De plus, nous avons montré que l’état fonctionnel de la GSK3β, une voie de signalisation profondément modulée par le stress et la dépression, est altéré dans l’hippocampe des souris OCT2-/-. Des expériences pharmacologiques in vivo et des Western blot suggèrent qu’une augmentation du tonus sérotoninergique chez les souris OCT2-/- pourrait expliquer la dérégulation de la GSK3β lors du stress. Ce travail a permis d’identifier OCT2 comme un déterminant important de la réponse au stress, suggérant que chez l’homme des polymorphismes ou son inhibition pharmacologique lors de traitements thérapeutiques de longue durée pourraient altérer l’activité de l’axe HPA et rendre les individus vulnérables aux effets délétères du stress. / Interactions between genetic and environmental factors like exposure to stress play an important role in the pathogenesis of mood-related psychiatric disorders such as major depressive disorder. The polyspecific organic cation transporters (OCTs) were shown previously to be sensitive to the stress hormone corticosterone in vitro, suggesting these transporters might play a physiological role in the response to stress. During my PhD thesis I investigated the role of organic cation transporter 2 (OCT2) during stress and vulnerability to depression. OCT2 is expressed in several stress-related circuits in the brain and along the hypothalamic-pituitary-adrenocortical (HPA) axis. Genetic deletion of OCT2 in mice enhanced hormonal response to acute stress (156%) without altering adrenal sensitivity to adrenocorticotropic hormone (ACTH). As a consequence, OCT2-/- mice were potently more sensitive to the action of unpredictable chronic mild stress and developed a transient aggravation of depression-related behaviors involving spatial memory and social interaction. We showed that the functional state of the glycogen synthase kinase-3β (GSK3β) signaling pathway, highly responsive to acute stress, was altered in the hippocampus of OCT2-/- mice. In vivo pharmacology and Western blot experiments argue for increased serotonin tonus as a main mechanism for impaired GSK3β signaling in OCT2-/- mice brain during acute response to stress. Our findings identify OCT2 as an important determinant of the response to stress in the brain, suggesting that in man OCT2 mutations or blockade by certain therapeutic drugs could interfere with HPA axis function and enhance vulnerability to repeated adverse events leading to stress-related disorders.

La dépression et les troubles anxieux chroniques constituent une problématique majeure de santé publique et les stratégies pharmacologiques conventionnelles que sont les antidépresseurs apparaissent à la fois souvent d'une inefficacité limitée et potentiellement source d?iatrogénie. Pour mettre au point de nouveaux traitements la modélisation animale demeure une solution de choix pour évaluer les modifications comportementales induites par ces nouvelles molécules. La création de nouvelles modélisations plus performantes apparaît comme un champ d'investigation important afin d'optimiser le rôle de filtre de la recherche préclinique. L'objectif du travail que nous présentons et de proposer des traitements exploitant des nouvelles voies pharmacologiques comme celles interagissant avec les voies opioïdergiques ou présentant des propriétés anti-oxydantes. Les résultats présentés mettent ainsi en lumière à travers le test de la nage forcée chez le rat, les effets antidépresseurs d'un nouvel inhibiteur des enképhalinases, l'opiorphine, et d'un extrait polyphénolique de cacao. Nous présentons secondairement le développement de nouvelles modélisations animales chez le rat afin de mieux appréhender deux types de situations cliniques. Nous proposons d?une part une nouvelle modélisation éthologique de l'anxiété extrême dans laquelle plusieurs traitements de référence (fluoxétine en chronique et en aiguë, imipramine, diazépam et clonazépam) révèlent une efficacité comparable à celle observée en clinique dans le cadre du trouble panique. D'autre part, une modélisation associant une procédure de stress chronique modérée à une carence chronique en donneurs de méthyle (folates notamment) conduit à manifestations comportementales et des modifications neurobiochimiques originales dont le rapprochement avec certaines psychopathologies peut être discuté (dépression mélancolique et trouble panique). Les données que nous présentons sur l'évaluation de nouveaux traitements comme sur la mise au point de nouvelles modélisations posent des bases prometteuses pour la recherche sur les troubles anxio-dépressifs / Depression and chronic anxiety disorders are a major public health problem and conventional pharmacological strategies (antidepressants) appear often ineffective with a iatrogenic potential. In order to develop new treatments, animal models remain a solution of choice for evaluating the behavioral changes induced by these molecules. Creating new models more efficient seems to be a major field of investigation in order to optimize the role of filter of preclinical research. The objective of the work we present here is to propose some treatments exploiting new pharmacological tools like those with interaction with opioidergic pathways or with anti-oxidant properties. The results in the forced swimming test in rats show the antidepressant effects of a novel enkephalinase inhibitor, opiorphin, and of a cocoa polyphenolic extract. Secondarily, we present the development of new animal models in rats to better understand two types of clinical situations. We propose a new ethological model of extreme anxiety in which several reference treatments (chronic and acute fluoxetine, imipramine, diazepam and clonazepam) showed an efficacy comparable to that observed in panic disorder. On the other hand, a modeling procedure combining chronic mild stress to a chronic deficiency of methyl donors (folates in particular) leads to behavioral manifestations and neurobiochemical changes whose similarity with certain psychopathologies can be discussed (melancholic depression and panic disorder). The evaluation of new treatments and the development of new models set the foundations for promising research on anxiety-depressive disorders

La dépression représente l’affection neuropsychiatrique la plus répandue dans le monde. Son impact socio-économique est important et la prise en charge des patients est souvent confrontée aux limites d’efficacité des traitements actuels. Les mécanismes sous-jacents responsables de cette affection sont en partie inconnus. Néanmoins, un nombre grandissant de données désignent aujourd’hui le microbiote intestinal comme un acteur potentiel de la physiopathologie de la dépression. En particulier, des déséquilibres dans la nature et la quantité des métabolites bactériens qu’il produit pourraient être impliqués. L’indole est un métabolite du tryptophane produit par le microbiote intestinal. Il joue un rôle (i) dans la physiologie bactérienne et les relations bactérie-bactérie au sein du microbiote, (ii) dans le fonctionnement des cellules intestinales, et (iii) certains de ses dérivés sont connus pour être neuro-actifs. L’objectif de la thèse est de mieux comprendre comment un excès de production de ce métabolite bactérien peut influencer le cerveau et le comportement dans le contexte de la dépression et de troubles mentaux qui lui sont souvent associés, les troubles anxieux. Mon travail de thèse comporte 3 parties.La première a pour but de tester si une dysbiose du microbiote intestinal induisant une surproduction d’indole est un facteur de vulnérabilité aux troubles anxieux et dépressifs, et d’étudier les modifications biochimiques et moléculaires associées. Une étude comportementale chez des souris gnotoxéniques produisant de l’indole en excès ou n’en produisant pas montre qu’une surproduction intestinale d’indole exacerbe les comportements de type anxieux et dépressif induits par l’exposition à un stress chronique modéré. L’étude de l’expression de gènes des glandes surrénales impliqués dans la synthèse de la corticostérone et de l’adrénaline montre que les souris surproductrices d’indole et soumises au stress chronique surexpriment un gène impliqué dans la synthèse de l’adrénaline. Des dosages de neurotransmetteurs cérébraux et des analyses d’expression de gènes dans le cerveau et la muqueuse intestinale ont aussi été conduits. La seconde partie de la thèse porte sur l’identification des circuits neuronaux cérébraux activés par l’indole. Pour ce faire, des souris conventionelles ont été gavées avec de l’indole et la protéine c-Fos marquée par immunohistochimie dans toutes les régions du cerveau, du tronc cérébral au cortex préfrontal. La troisième partie de la thèse consiste à moduler la disponibilité du tryptophane alimentaire dans le tube digestif de souris conventionnelles, et à en étudier l’impact sur la composition bactérienne du microbiote intestinal et sa capacité à produire de l’indole. La composition du microbiote fécal des souris a été déterminée par séquençage de l’ADN codant l’ARNr 16S et les concentrations fécales de tryptophane et d’indole ont été déterminées par analyse HPLC.En conclusion, ce projet de thèse aura contribué à une meilleure compréhension du rôle de l’indole dans les réponses comportementales et neuro-endocrines au stress. Il aura également permis d’initier l’étude des circuits neuronaux activés par l’indole, et de tester comment la modulation de la digestibilité de protéines riches en tryptophane peut influencer l’équilibre du microbiote intestinal et ses capacités à produire de l’indole. / Depression is the most spread neuropsychiatric disorder worldwide. It is a socio-economical burden and efficacy of the treatments is very limited. Mechanisms underlying this disorder are mainly unknown. However, a growing number of data has highlighted the potential role of gut microbiota dysbioses in the pathophysiology of depression. Particularly, an unbalance in the diversity and abundance of metabolites produced by the gut microbiota might be implicated. Indole is a tryptophan derivative produced by the gut microbiota. It is known to influence (i) the bacterial physiology and quorum sensing within the gut microbial ecosystem, (ii) the intestinal cells functioning, and (iii) some of its derivatives are known to affect the brain. The aim of this work is to investigate how an overproduction of indole by the gut microbiota can modulate the brain and behaviour in the context of depression and its main co-morbidity, anxiety. This thesis work contains 3 sections.In the first one, we investigated whether an intestinal microbiota dysbiosis leading to an overproduction of indole could confer vulnerability toward anxiety and depression. We also looked for potentially associated biochemical and molecular changes. A behavioural study in gnotobiotic mice overproducing or non producing indole showed the overproduction of indole exacerbated the anxiety-like and depressive-like behaviours induced by a chronic mild stress. Gene expression analysis in the adrenal glands showed chronically stressed mice overproducing indole up-regulated the expression of one gene implicated in adrenaline synthesis. Brain neurotransmitters quantification and gene expression in the brain and intestinal mucosa were also carried out. The second part of the thesis work focused on the brain neurocircuitry of indole. Conventional mice were force-fed with indole and the c-Fos protein was labelled by immunohistochemistry in all brain areas from brainstem to prefrontal cortex. In the third and last part, we modulated dietary tryptophan availability in the gastro-intestinal tract of mice, to study how this modulation could affect the composition and the indole production ability of the gut microbiota. The mice fecal microbiota composition was determined by 16S rRNA sequencing, and fecal tryptophan and indole concentrations were measured by HPLC.In summary, this work improves the understanding of the role of indole in the behavioural and neuro-endocrine responses to stress. This study also initiated the deciphering of brain circuits activated by indole. Finally, it brings some evidence about how modulating food digestibility can impact the gut microbiota composition and its indole production capacity.