京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第22365号 / 医博第4606号 / 新制||医||1043(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 岩田 想, 教授 川上 浩司, 教授 横出 正之 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Le récepteur cannabinoique de type 1 (CB1R) est l’un des récepteurs couplés aux protéines G les plus abondants du cerveau mammifère. CB1R a longtemps été décrit comme un récepteur présynaptique régulant de manière rétrograde la transmission synaptique. Cependant, depuis les vingt dernières années, de nouveaux rôles ont été découverts et il est maintenant clairement admis que l’action des endocannabinoides (eCBs) ne se limite pas à la régulationde la neurotransmission au niveau de synapses adultes déjà établies. En effet, les eCBs et le CB1R sont des acteurs majeurs de l’ensemble des phases du développement cérébral. Cependant, les mécanismes moléculaires impliqués n’ont toujours pas été identifiés. Les mécanismes cellulaires auxquels nous nous intéressons ne dépendant pas de l’environnement cellulaire, nous proposons donc de combiner la puissance génétique du modèle drosophile à l’accessibilité et la haute résolution offerte par la culture primaire de neurones. De plus, le récepteur CB1 ne possédant pas d’orthologue parmi les invertébrés, ce système offre la possibilité d’étudier la biologie du récepteur en s’affranchissant de la machinerie endocannabinoide. Cependant, actuellement, aucun protocole de culture primaire de neurones de drosophile ne permet d’obtenir des cellules hautement différenciées et polarisées à basse densité. Ainsi, nous avons tout d’abord développé, optimisé et validé un nouveau protocole permettant de d’obtenir des neurones fonctionnels, hautement différenciés et polarisés en culture de basse densité. Dans un second temps, nous avons démontré que l’activation durécepteur CB1, exprimé ectopiquement dans les neurones de drosophile, entrainait son internalisation, de manière identique à ce qui avait déjà été observé chez les mammifères. Puis, nous avons étudié l’effet de l’expression et de l’activation ectopique de CB1R sur le développement neuronal chez la drosophile. Ainsi, nous avons démontré que l’activation du récepteur module directement la dendritogénèse. Afin de compléter la caractérisation de notremodèle, nous avons démontré que l’activation transitoire du récepteur dans les corps pédonculés (le centre de la mémoire olfactive chez la drosophile) altérait spécifiquement la formation d’une forme consolidée de mémoire après un conditionnement aversif. En conclusion, la validation du modèle drosophile dans l’étude de la biologie cellulaire durécepteur CB1 ouvre de nouvelles perspectives quant à la détermination des mécanismes moléculaires régissant l’action du récepteur sur le fonctionnement neuronal. / The type-1 cannabinoid receptor (CB1R), the neuronal receptor for the major psychoactive substance of marijuana, is one, of the most abundant G-protein coupled receptors in the mammalian central nervous system. CB1R is traditionally described as a presynaptic receptor that retrogradely regulates synaptic transmission. In addition to this now relatively wellcharacterized function, in the last two decades it has become widely recognized that endocannabinoid (eCB) actions in the brain are not limited to the regulation of neurotransmission at established adult synapses. Indeed, eCB and CB1R are now recognized to be involved in brain development at the synaptic, neuronal and network levels. However, precise mechanisms underlying these processes remain poorly described. Since cellular mechanisms that mediate CB1R-activition dependent neuronal remodeling and subneuronal targeting have been demonstrated to be cell-autonomous, we aimed to combine the power of Drosophila genetics with the experimental accessibility and single-cell resolution of lowdensity primary neuronal cultures, a tool currently lacking in Drosophila. Moreover, becauseDrosophila does not have a CB1R ortholog, CB1R cell biology may be observed independently from eCB machinery. Thus, we first developed and validated an in vitro culture protocol that yields mature and fully differentiated Drosophila neurons. Secondly, we showed that activation-dependent endocytosis of ectopically expressed CB1R is conserved in Drosophila neurons. Next, we investigated whether ectopic expression and activation of CB1R in Drosophila modulate neuronal development. As observed in mammals, we observed that activation of CB1R impairs dendritogenesis in a cell-autonomous manner. For further characterization of our model, we showed that, as with mammals, transient ectopic CB1R expression and activation in mushroom body neurons (the center of olfactory memory in Drosophila) modulate the formation of a consolidated form of aversive memory. In conclusion, the validation of this new animal model opens new perspectives to better characterize mechanisms underlying modulation of neuronal functions induced by CB1Ractivity

L'obésité constitue l'un des principaux problèmes de santé publique en ce début du 21ème siècle. Sa prévalence augmente régulièrement, en particulier chez les enfants. Ce constat n'est pas anodin car l'obésité est généralement associée à diverses pathologies graves (diabète de type 2, hypertension et cancer,…). Ainsi, des investigations sur les mécanismes impliqués dans la perception gustative des lipides alimentaires pourraient éclairer leurs rôles dans l’incidence de l’obésité.Plusieurs études ont démontré le rôle des endocannabinoïdes et des aliments amers dans l’obésité. Ainsi, nous avons étudié l’interaction (cross-talk) des récepteurs cannabinoïdes et du goût amer avec le goût lipidique. Cette thèse comporte ainsi deux volets : les récepteurs cannabinoïdes (CB1R), le goût amer et leurs interactions avec les récepteurs lipidiques.Dans la première partie, nous avons étudié le rôle régulateur de CB1R. Dans la présente étude, des tests comportementaux sur des souris CB1R-/- et des souris de type sauvage (WT) ont montré que l'invalidation du gène Cb1r était associée à une faible préférence pour les solutions contenant de l'huile de colza ou un acide gras à longue chaîne (AGLC) tel que l’acide linoléique (LA). L'administration de rimonabant, un agoniste-inverse de CB1R, chez la souris a également entraîné une faible préférence pour les acides gras alimentaires. Aucune différence dans l'expression des protéines CD36 et GPR120 n'a été observée dans les cellules des papilles gustatives des souris WT et CB1R-/-. La signalisation calcique via CD36 dans les cellules des papilles gustatives des souris CB1R-/- diminue de façon significative par rapport à celle observée dans les cellules gustatives des souris WT. Les cellules des papilles gustatives des souris CB1R-/- présentent également une diminution significative de l'ARNm de Pro-glucagon et de Glp-1r et un faible niveau basal de GLP-1. Nous rapportons que CB1R est impliqué dans la perception du goût du gras via la signalisation calcique et la sécrétion de GLP-1.Dans la seconde partie, nous avons d’abord caractérisé le phénotype de cellules fongiformes humaines (HTC-8). En effet, le projet de ma thèse comprend la caractérisation à l’échelle moléculaire des récepteurs amers et lipidiques et leur cross-talk dans ces cellules (collaboration BRAIN, Allemagne). Nous avons démontré que les cellules HTC-8 expriment PLCβ2 et l’α-gustducin à l’échelle des ARNm et des protéines. Elles expriment également TAS2R16 et TAS2R38 et ces mêmes cellules co-expriment CD36 et GPR120. Puis, nous avons étudié la signalisation via ces récepteurs en utilisant l’acide linoléique, un agoniste de CD36 et GPR120, la sinigrin, agoniste de TAS2R16 et TAS2R38, la salicin, agoniste du récepteur TAS2R16 et le phénylthiocarbamide, agoniste du récepteur TAS2R38. De plus, les études du signal calcique ont démontré que la signalisation en aval du goût gras partage une voie commune avec la signalisation en aval du goût amer, mettant en évidence un cross-talk entre ces deux modalités gustatives.Bien que nous ayons montré le cross-talk entre les modalités gustatives amère et lipidique, il nous reste à étudier ces phénomènes à l’échelle de l’organisme. Ces résultats, d’ores et déjà, montrent que le goût amer et le récepteur cannabinoïde-1 sont liés à la sensibilité au goût du gras et doivent être pris en compte pour la gestion de l'obésité. / Obesity is one of the major public health problems at the beginning of the 21st century. Its prevalence is increasing steadily, especially among children. This observation is not insignificant because obesity is generally associated with various serious pathologies (type 2 diabetes, hypertension and cancer, etc.). Thus, investigations into the mechanisms involved in the taste perception of dietary lipids could shed light on their roles in the incidence of obesity.Several studies have demonstrated the role of endocannabinoids and bitter foods in obesity. Thus, we studied the cross-talk of cannabinoid receptors and bitter taste with lipid taste. This thesis has two components: cannabinoid receptors (CB1R), bitter taste and their interactions with lipid receptors.In the first part, we studied the regulatory role of CB1R. In the present study, behavioral tests on CB1R-/- mice and wild-type (WT) mice showed that the invalidation of the Cb1r gene was associated with a low preference for solutions containing rapeseed oil or a long chain fatty acid (LCFA) such as linoleic acid (LA). Administration of rimonabant, a CB1R inverse agonist, in mice also resulted in a low preference for dietary fatty acids. No differences in the expression of CD36 and GPR120 proteins were observed in the taste buds cells of the WT and CB1R-/- mice. Calcium signaling via CD36 in the taste bud cells of CB1R-/- mice decreased significantly compared with those observed in the taste cells of WT mice. The taste bud cells of CB1R-/- mice also show a significant decrease in Pro-glucagon and Glp-1r mRNA and a low basal level of GLP-1. We report that CB1R is involved in the perception of fat taste via calcium signaling and secretion of GLP-1.In the second part, we first characterized the phenotype of human fungiform cells (HTC-8). Indeed, the project of my thesis includes the characterization on the molecular scale of bitter and lipid receptors and their cross-talk in these cells (collaboration BRAIN, Germany). We have demonstrated that HTC-8 cells express PLCβ2 and α-gustducin at the mRNA and protein level. They also express TAS2R16 and TAS2R38 and these same cells co-express CD36 and GPR120. Then, we studied signaling via these receptors using linoleic acid, a CD36 and GPR120 agonist, sinigrin, TAS2R16 agonist and TAS2R38, salicin, TAS2R16 receptor agonist, and phenylthiocarbamide, TAS2R38 receptor agonist. In addition, calcium signal studies have shown that downstream fatty signaling shares a common path with downstream bitter taste signaling, highlighting a cross-talk between these two taste modalities.Although we have shown the cross-talk between bitter and lipid taste modalities, we still have to study these phenomena at the level of the organism. These results, already, show that the bitter taste and the cannabinoid-1 receptor are related to the taste sensitivity of fat and must be taken into account for the management of obesity

Post-ischemia depression (PID) is a condition that affects approximately 30% of survivors from stroke or cardiac arrest and has an important impact on patients’ quality of life. Previous studies support important roles of the endocannabinoid (eCB) system in depression and brain ischemia. This study attempts to link all three variables together by investigating the role and mechanism of eCB signaling in the development of PID. A global ischemia + hypotension model was used to induce a PID phenotype in CD1 mice. Three ischemic time frames were tested, and even though all three could induce significant cell death in the CA1 region of the hippocampus, only the 15-minute time point led to an increased immobility time on the forced swimming test (FST). The main goal of this study was to investigate the effect of a cannabinoid type-I receptor (CB1R) antagonist/inverse agonist, AM281, on the development of two depressive symptoms: anhedonia, measured with the sucrose preference test (SPT), and behavioral despair, measured with the FST. AM281 administration was able to significantly reduce the symptoms of anhedonia and behavioural despair. Subsequently, the mechanism behind this antidepressant-like effect was investigated. Administration of bicuculine with AM281 did not significantly affect the antidepressant effect on the FST, therefore suggesting that AM281 does not act on GABAergic synapses. A similar protocol was adopted with NVP-AM077, where its administration combined with AM281 was able to block the effect of AM281, thus confirming the importance of glutamatergic synapses for the antidepressant effect of AM281. Furthermore, the administration of a TAT-GLUR2 peptide did not significantly affect the effect of AM281, implying that the astroglial cell-mediated LTD (long-term depression) at glutamatergic synapses is not involved in the antidepressant effects of AM281. Finally, a bilateral intra-BLA (basolateral nucleus of the amygdala) administration of AM281 was able to reduce the immobility time on the FST. In conclusion, these results highlight the important contribution of BLA glutamatergic synapses to the antidepressant-like effect conferred by AM281.

La présence du système endocannabinoïde (eCB), en particulier le récepteur CB1 (CB1R), dans la rétine, le corps genouillé latéral, et l’aire visuelle primaire (V1) du singe a récemment été mise en évidence. Cependant, aucune étude n’a démontré la présence de ce système dans l’aire visuelle secondaire V2, une région qui reçoit la plupart des efférences de V1. Comme V1 exprime ce récepteur, nous faisons l’hypothèse que l’aire V2 l’exprime également. Le but de notre étude est donc de caractériser l’expression et la localisation cellulaire de ce système dans l’aire V2 du singe vervet. Des cerveaux de cinq singes vervets (Chlorocebus sabeus) adultes ont été utilisés. Les marqueurs cellulaires NeuN, SMI-32, et PV ont été employés pour caractériser et identifier les différentes couches de V2. En localisant ces derniers, nous déterminons la distribution de CB1R et des enzymes de synthèse (NAPE-PLD) et de dégradation (FAAH) du système eCB en utilisant des techniques d’immunofluorescence. De plus, l’organisation laminaire en six couches de V2 a été mise en évidence par nos marqueurs cellulaires. Nos résultats démontrent la présence de CB1R dans les fibres axonales aux extrémités de V2, c’est-à-dire dans les couches superficielles (1-3) et profondes (5-6). CB1R est peu ou pas exprimé dans la couche 4. CB1R entoure, mais n’est pas exprimé par les cellules positives- NeuN, SMI-32 et PV. Cependant, les enzymes NAPE-PLD et FAAH sont présentes dans les cellules pyramidales SMI-32 et les cellules interneurones PV -positives. Ces données indiquent que CB1R, NAPE-PLD et FAAH sont présentes dans V2 et pourraient moduler l’information visuelle provenant de V1 et se dirigeant vers les aires V4 et V5, et probablement, influencer la perception visuelle. / The presence of the endocannabinoid system in the retina, the lateral geniculate body, and the primary visual area (V1) of the monkey has recently been established. However, no study has demonstrated the presence of this system in area V2, a region that receives most of the afferents from V1. As V1 expresses this system, we assume that the area V2 also expresses it. The aim of our study is to characterize the expression and cellular localization of this system in the visual cortex V2 of the vervet monkey. The brains of 5 adult monkeys were used in this project. Cellular markers NeuN, SMI-32, and PV were used to characterize and identify the layers of V2. Using immunofluorescence, these markers were also localized in order to study the distribution of CB1R, the enzyme of synthesis (NAPE-PLD) and of degradation (FAAH) of eCB ligands. The six-layer organization of V2 was also identified by our cellular markers. Our results show the presence of the eCB system in area V2. Furthermore, we found that CB1R immunoreactivity is present in the axonal fibers at the ends of V2; in the superficial (L1-3) and deep (L5-6) layers. CB1R expression was low to non-existence in layer 4. CB1R surrounds but does not co-localize with NeuN-, SMI-32-, and PV- positive cells. On the other hand, NAPE-PLD and FAAH enzymes were co-localized with SMI-32-positive pyramidal cells and PV-positive interneuron cells. These data, therefore, indicate that CB1R, NAPE-PLD and FAAH are present in V2 and their presence can modulate visual information coming from V1 and going to V4 and V5, and probably, influence visual perception.

L’architecture polarisée des neurones est mise en place est maintenue grâce à un adressage hautement contrôlé de protéines vers l’axone ou vers le compartiment somatodendritique. Parmi ces protéines, les récepteurs aux protéines G (RCPG) neuronaux sont des cibles pharmacologiques clés. Cependant, leur pharmacologie est généralement étudiée dans des lignées cellulaires non polarisées et les résultats obtenus dans ces systèmes ne caractérisent pas correctement les effets physiologiques de l’activation des RCPG présents dans le cerveau. Par conséquent, un des principaux sujets de recherche de notre équipe est de comprendre comment la polarité neuronale influe sur la pharmacologie des RCPG, en étudiant l’un des RCPG les plus abondants dans le cerveau : le récepteur cannabinoïque de type-1 (CB1R). Les études précédentes de notre groupe ont suggéré que CB1R acquiert une polarisation axonale grâce à un adressage transcytotique : après leur synthèse, ces récepteurs apparaissent sur la membrane plasmique somatodendritique d’où ils sont rapidement enlevés par endocytose constitutive puis adressés à la membrane plasmique axonale où ils s’accumulent du fait d’une endocytose réduite. Au début de ma thèse, nous avons directement mesuré cette endocytose différentielle et le transport transcytotique de CB1R en utilisant des neurones de rats mis en culture dans des dispositifs microfluidiques. De plus, nous avons montré que des traitements pharmacologiques prolongés peuvent fortement changer la distribution de RCPG à la surface neuronale. Ces résultats démontrent que l’équilibre endocytotique dépendant du compartiment neuronal, qui est contrôlable pharmacologiquement, est important pour la distribution des RCPG neuronaux. Dans une seconde partie, nous avons étudié si le trafic différentiel de CB1R entre axones et dendrites est corrélé avec une pharmacologie différentielle. CB1R est majoritairement couplé à des protéines de type Gi/o et est connu pour inhiber la production d’AMPc. Nous avons donc développé l’imagerie par Föster Resonance Energy Transfer (FRET) appliqué aux cultures de neurones d’hippocampe de rats afin de mesurer la modulation de la voie de signalisation AMPc/PKA en aval de CB1R endogènes dans l’ensemble des compartiments neuronaux : somata, dendrites, mais aussi dans les axones matures très fins. Nos résultats montrent que CB1R possède une pharmacologie différente entre les dendrites et les axones. Notamment, son activation conduit à une diminution plus forte de l’activité basale de la PKA dans les axones comparé aux dendrites, lié au plus grand nombre de récepteurs présents sur la membrane de ce compartiment. De plus, nous démontrons que, contrairement aux récepteurs axonaux, les CB1R somatodendritiques inhibent constitutivement la voie AMPc/PKA. Cette différence est due à la distribution polarisée de la DAGLipase, l’enzyme synthétisant l’endocannabinoïde principal, le 2-arachidonoyglycerol (2-AG). De plus, l’inhibition pharmacologique de la DAGL modifie l’efficacité de plusieurs agonistes de CB1R dans le compartiment somatodendritique mais pas dans l’axone. Cet effet pourrait être dû à une modulation allostérique. Dans une troisième partie, nous avons étudié si les résultats ci-dessus peuvent être généralisés à d’autres RCPG. Etant donné que l’adressage axonal et la pharmacologie in vitro des récepteurs sérotoninergiques 5-HT1B montrent de fortes similitudes avec ceux de CB1R, nous avons étudié la pharmacologie de ces récepteurs en utilisant la technique de FRET développée précédemment. De façon similaire, nous avons trouvé une pharmacologie différentielle entre l’axone et les dendrites. / Polarized neuronal architecture is achieved and maintained mainly through highly controlled targeting of proteins to axons versus to the somatodendritic compartment. Among these proteins, neuronal G protein coupled receptors (GPCRs) are key therapeutic targets. However, their pharmacology is generally studied in non-polarized cell lines, and results obtained in such systems likely do not fully characterize the physiological effects of brain GPCR activation. Therefore, a main research subject of our group is to understand how neuronal polarity influences GPCR pharmacology, by studying one of the most abundant GPCR in the brain: the type-1 cannabinoid receptor (CB1R). Previous studies of the group suggested that CB1Rs achieve axonal polarization through transcytotic targeting: after their synthesis, these receptors appear on the somatodendritic plasma membrane from where they are removed rapidly by constitutive endocytosis and then targeted to the axonal plasma membrane where they accumulate due to relatively reduced endocytosis rate. At the beginning of my PhD project we directly demonstrated this differential endocytosis and transcytotic transport of CB1Rs by using cultured neurons in microfluidic devices. Moreover, we showed that chronic pharmacological treatments may strongly change neuronal GPCR distribution on the neuronal surface. These results demonstrate that subdomain-dependent steady-state endocytosis, which is pharmacologically controllable, is important for GPCR distribution in neurons. In a second part, we asked if differential traffic of CB1Rs between axons and dendrites is correlated with differential pharmacology. CB1R is predominantly coupled to Gi/o proteins and is known to inhibit cAMP production. Thus, we developed live Föster Resonance Energy Transfer (FRET) imaging in cultured hippocampal neurons in order to measure basal cAMP/PKA pathway modulation downstream of endogenous CB1Rs in all neuronal compartments: in somata, in dendrites but also in the very thin mature axons. Our results show that CB1R displays differential pharmacology between axon and dendrites. Notably, its activation leads to a stronger decrease of PKA activity in axons compared to dendrites, due to increased number of membrane receptors in this compartment. Moreover, we demonstrate that somatodendritic CB1Rs constitutively inhibit cAMP/PKA pathway, while axonal receptors do not. This difference is due to polarized distribution of DAGLipase, the enzyme that synthesizes the major endocannabinoid 2-arachidonoylglycerol (2-AG). Moreover, blocking DAGL by pharmacological treatment modifies somatodendritic, but not axonal effects of several CB1R agonists, possibly through allosteric action. In a third part, we asked if the above results may be generalized to other GPCRs. Because the axonal targeting and in vitro pharmacology of 5-HT1B serotonin receptors demonstrate strong similarities with CB1Rs, we studied their neuronal pharmacology by using the previously developed FRET technique. We found similar differential responses to pharmacological treatments between axon and dendrites. In a fourth part, we investigated the role of the threonine 210 (T210) residue in the constitutive activity of neuronal CB1R. We showed that the hypoactive mutant T210A-CB1R do not constitutively recruit signaling pathways even in somatodendritic compartment, where 2-AG is present. This result demonstrates that T210 is necessary for constitutive CB1R activation by 2-AG.Finally, previous results of our group demonstrated the involvement of CB1R in neuronal development. Notably, CB1R activation was shown to have an overall inhibitory effect on the development of polarized neuronal morphology. We established a bibliographic review on this subject. The published literature data suggest that not only neuronal polarization influences both CB1R traffic and pharmacology but CB1Rs also contribute to the achievement of neuronal polarization. (...)

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. / The endocannabinoid (eCB) system is present in the mammalian central nervous system, including the retina, and is responsible for the regulation of many physiological processes. Anatomical and functional data collected in the retina indicate that cannabinoid receptors are important mediators of retinal function. Although the presence of the cannabinoid receptor type 1 (CB1R) has been documented in the rodent and primate retina, there is still some controversy regarding the presence of the CB2 receptor (CB2R) within the central nervous system. By using confocal microscopy, we are the first to report the distribution patterns of CB2R in the monkey retina. Our results show that CB2R is expressed exclusively in the Müller cells of the primate retina. Furthermore, we compared the eCB system distribution patterns in the retinas of mice, tree shrews, and vervet and macaque monkeys. We report that CB1R, FAAH, MAGL, and DAGLα distributions are highly conserved among these 3 species whereas CB2R and NAPE-PLD exhibit different expression patterns. CB2R was not detected in the neuroretinal cells of primates. NAPE-PLD immunoreactivity was present in the retinal layers of mice and tree shrews but was restricted to the photoreceptor layer in both species of primates studied. To study the neural correlates and the role of eCB signaling in the retina, we first established a standard protocol for electroretinography (ERG) and then recorded the ERG response of the retina after blocking receptors with specific antagonists for CB1R (AM251) and CB2R (AM630). Compare to control, in photopic conditions, at certain low flash intensities, only the blockade of CB1R decreases the amplitude of the a-wave and b-wave, while at some high flash intensities, blockade of CB2R increase the amplitude of both a- and b-waves. Also the blockade of the cannabinoid receptors causes an increase in the latency of both a- and b-waves. In dark-adapted eyes, blockade of the CB1R and CB2R reduces the a-wave only amplitudes in the higher intensities and decrease the b-wave in lower intensities. Some significant increases in latency were observed in both cases. These results indicate that CB1 and CB2 receptors in primates are involved in retinal function under photopic and scotopic conditions. In addition, we assessed the expression pattern of eCB components CB1R, FAAH, and NAPE-PLD beyond the retina in the dorsal lateral geniculate nucleus (dLGN) of primates and report for the first time that while CB1R and FAAH are more abundantly expressed in the magnocellular layer, NAPE-PLD is distributed throughout both the magno- and parvocellular layers. None of these components are expressed in the koniocellular layer. These findings augment our understanding of the effects of cannabinoids on the visual system and may lead to novel therapeutics targeted to eCB signaling.

Le système endocannabinoïdien (SEC) est impliqué dans de nombreuses fonctions biologiques comme la régulation du métabolisme énergétique. Ces dernières années, de nombreuses études ont montré que l’obésité était associée à une suractivation du SEC et en particuliers des récepteurs CB1 (CB1R) centraux. De plus, l’inactivation des CB1R par des antagonistes spécifiques comme le Rimonabant (SR141716) conduits à une amélioration des paramètres métaboliques chez le sujet obèse. Cependant, l’inactivation des CB1R périphériques pourrait également contribuer à l’amélioration de ces paramètres et c’est cette dernière notion que nous avons cherché à approfondir. Pour cela, nous avons testé les effets du SR141716, sur des souris obèses afin d’établir des relations entre l’activité du SEC et le statut lipidique en étudiant plus particulièrement la régulation du métabolisme dans deux tissus clé, le foie et le tissu adipeux (TA). Des souris préalablement rendues obèses via un régime alimentaire enrichi en sucre et en graisse ont été traitées 6 semaines par SR141716 et le traitement à conduit à une perte de poids associée à une normalisation paramètres plasmatiques ainsi qu’à une résorption de la stéatose hépatique. L’hypothèse majeure de cette étude est que la réversion de la stéatose serait associée à un effet bénéfique du traitement sur le métabolisme du TA viscéral et qu’il y aurait donc des effets directs du SR141716 sur les tissus périphériques. Par conséquent, les effets de l’antagonisme des CB1R périphériques sur le métabolisme lipidique ont ensuite été étudiés in vitro. Pour cela, nous avons tout d’abord développé un modèle d’explants de foie en culture traités avec SR141716. Dans ce modèle, le blocage des CB1R hépatiques est associé à une diminution de leur expression génique et dans certaines conditions à une augmentation des capacités -oxydatives. Enfin, afin d’étudier l’impact du SEC sur le métabolisme adipocytaire, nous avons mis au point un modèle d’explants de TA en culture en distinguant le TA viscéral du sous-cutané. Des résultats préliminaires semblent indiquer que le blocage des CB1R limite la lipolyse dans le TA viscéral. En conclusion, ces travaux de thèse démontrent que les CB1R périphériques constituent une cible thérapeutique très prometteuse pour le traitement de l’obésité et des désordres associés. / The endocannabinoïd system (ECS) is involved in many biological functions such as regulation of energy metabolism. Recently, several studies have shown an association between obesity and ECS overactivity. In addition, specific CB1R antagonists such as Rimonabant (SR141716) improved metabolic parameters in obese patients essentially through inactivation of central CB1R. However, peripheral CB1R inactivation could also contribute to the improvement of these parameters and it is this notion that we have studied. To this purpose, we tested the effects of SR141716 on obese mice in order to establish relationships between the ECS activity and lipid metabolism by looking more specifically to its regulation in two key tissues, the liver and the adipose tissue (AT). Obese mice previously fed with a high sucrose high fat diet were treated six weeks by SR141716 and this treatment induced weight loss associated with a normalization of plasmatic parameters and a reduction of hepatic steatosis. The major hypothesis of this study is that steatosis reversion was associated with a beneficial effect of treatment on visceral AT metabolism and that SR141716 would have direct effects on peripheral tissues. Therefore, these effects of CB1R antagonism on peripheral lipid metabolism have been studied in vitro. In this way, we first developed a model of liver explants in culture treated with SR141716. In this model, CB1R antagonism in the liver was associated with a decrease in CB1 gene expression and in certain conditions with an increased in -oxidative capacity. Finally, in order to study the impact of the ECS on adipocyte metabolism, we developed a model of cultured AT explants distinguishing visceral and subcutaneous AT. Preliminary results suggested that CB1R antagonism limits lipolysis in visceral AT. In conclusion, this work showed that peripheral CB1R are a very promising therapeutic target for treating obesity and related disorders.

Cannabinoids have been shown to alter synaptic plasticity but the mechanism by which this occurs at hippocampal CA3-CA1 synapses in vivo is not yet known. Utilizing in vivo electrophysiological recordings of field excitatory postsynaptic potentials (fEPSP) on anesthetized rats and mice as well as three lines of conditional knockout mouse models, the objective was to show a two-part mechanistic breakdown of cannabinoid-evoked CA3-CA1 long-term depression (LTD) in its induction as well as early and later-phase expression stages. It was determined that this cannabinoid-induced in vivo LTD requires cannabinoid type-1 receptors (CB1Rs) on astrocytes, but not CB1Rs on glutamatergic or GABAergic neuronal axons/terminals. Pharmacological testing determined that cannabinoid-induced in vivo LTD also requires activation of NMDA receptors (NMDAR) and subsequent postsynaptic endocytosis of AMPA receptors (AMPAR). There exists a clear role for NR2B-containing NMDARs in a persistent, transitory form, potentially related to prolonged or delayed glutamate release (possibly as a result of the astrocytic network). A key determination of the expression phase is the involvement of new protein synthesis (using translation and transcription inhibitors) – further evidence of the long-term action of the synaptic plasticity from a single cannabinoid dose.

No description available.