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Résumé : La prééclampsie (PE) est un désordre de la grossesse caractérisée par une dysfonction endothéliale faisant en sorte que l’endothélium devient moins sensible aux signaux de vasodilatation. La réponse provoquée par la liaison de la sérotonine au sous-type de récepteur S[indice inférieur 2] entraîne la libération de molécules aux propriétés vasoconstrictrices, qui, par une boucle de rétroaction positive, entraîne la libération de davantage de sérotonine par les plaquettes. Cette boucle amplifie la réponse et contribue ainsi à l’hypertension présente chez les femmes ayant une PE. Précédemment, il a été démontré par notre laboratoire que le Bisphénol A (BPA) s’accumulait davantage dans le placenta des femmes avec PE en comparaison aux femmes normotensives. Cette accumulation pourrait découler d’une perturbation de sa métabolisation qui impliquerait notamment la β-glucuronidase (GUSB). Des études chez les animaux ont quant à elles démontré que le BPA pouvait inhiber l’activité de la monoamine oxydase (MAO) à forte dose. Nous avons étudié l’effet du BPA à faible concentration (10 ng/ml) sur la MAO-A des cellules placentaires et démontré que le BPA inhibait la MAO-A de façon significative sans affecter son expression protéique. Afin d’expliquer l’accumulation particulière du BPA chez les femmes PE, nous avons comparé l’activité spécifique et l’expression protéique de la β-glucuronidase (GUSB) placentaire en utilisant un devis cas-témoins. Une tendance non significative suggère que la GUSB pourrait partiellement contribuer à l’accumulation du BPA chez les femmes PE. Nous avons étudié la relation entre la concentration sérique maternelle de BPA et la concentration à laquelle le fœtus est exposé par régression linéaire et corrélation de Spearman. Un tel modèle ne pourrait être utilisé pour déterminer de façon quantitative l’exposition fœtale. En revanche, en vue de la forte corrélation entre ces deux variables, une haute concentration sérique maternelle de BPA devrait se refléter par une haute exposition fœtale. Cette corrélation implique aussi que le métabolisme placentaire ne joue pas un rôle significatif dans la protection du fœtus. Le BPA pourrait ainsi contribuer à l’hypertension chez les femmes PE présentant une dysfonction endothéliale en inhibant la MAO-A et ainsi, favorisant la hausse de sérotonine circulante. Cette étude suggère les bases d’un mécanisme par lequel le BPA s’accumulerait davantage chez les femmes PE et affecterait ainsi la MAO-A placentaire et potentiellement, la MAO-A fœtale vu ses propriétés physico-chimiques. / Abstract : Preeclampsia (PE) is an hypertensive disorder of pregnancy characterized by a generalized endothelial dysfunction where the response to vasodilatation signals is compromised. The binding of serotonin to its S[subscript 2] receptor subtype 2 releases vasoconstrictor molecules which, by a positive retroaction loop, stimulates the release of more serotonin from platelets. This positive retroaction loop stimulates the vasoconstriction of blood vessels and contributes to the hypertension in women with PE. Previously, we showed that Bisphenol A (BPA) accumulates more in the placenta of women with PE than in normotensive women. This accumulation may be the result of an impaired metabolization due to the action of the β-Glucuronidase (GUSB). Animal studies showed that BPA at high dose could lower the activity of the monoamine oxidase A (MAO-A), an enzyme implicated in the metabolism of serotonin. We studied the impact of BPA at low dose (10 ng/ml) in trophoblastic primary cells and showed that even at low dose, BPA can lower its activity without affecting the protein expression. To determine if GUSB could be the cause of the BPA accumulation in women with PE, we studied its activity and protein expression in placental biopsies from women with and without PE. A nonsignificant tendency showed that the GUSB activity and protein expression were higher in women with PE. To study the impact of placental metabolism in the fetal exposure, we studied the relation between maternal and fetal concentrations of BPA with linear regression analysis and Spearman’s correlation. We showed that maternal BPA could not precisely predict the fetal exposure and that the placental metabolism is probably limited in light of the strong correlation between both variables. This strong correlation also implied that high maternal exposure would result in high fetal exposure. This study shows that the accumulation of BPA in preeclamptic women could contribute to maternal hypertension by interacting with serotonin levels. This accumulation could partially be attributed to a higher GUSB, but other factors are probably implicated. The strong correlation between maternal and fetal exposure implies that the placental metabolism of BPA is limited and does not protect the fetus significantly. This study suggests the basis of a mechanism explaining the abnormal accumulation of BPA in the placenta in women with PE and its impact on the placental MAO-A and potentially, the foetal MAO-A because of its physico-chemical properties.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / La dopamine, la sérotonine et la noradrénaline sont des neurotransmetteurs dits monoaminergiques. Connus pour leur rôle dans de nombreuses fonctions cognitives, émotionnels et motrices, les récepteurs, transporteurs et autres médiateurs cellulaires des monoamines sont les cibles principales des agents pharmacologiques utilisés en psychiatrie et appelés psychotropes. Dans notre laboratoire, nous appréhendons de manière multidisciplinaire le rôle de ces neurotransmetteurs sur le comportement et la biochimie du cerveau, ainsi que l’impact des psychotropes sur les cibles cellulaires monoaminergiques susceptibles de réguler les comportements cognitifs et émotionnels chez la souris. Le test comportemental automatisé appelé H-maze, nous a permis de mesurer l’impact cognitif de plusieurs dérèglements monoaminergiques chez des souris génétiquement modifiées. Des souris déficientes en sérotonine (Tph2-KI) ou hyperdopaminergiques (DAT-KO) présentent de profondes altérations des fonctions exécutives. Grâce à la complexité du paradigme présenté dans le H-maze, nous pouvons modéliser des symptômes cognitifs observés chez l’homme (ex : persévération dans l’erreur) et restaurer de manière sélective des facultés d’apprentissage indépendamment d’autres fonctions cérébrales comme la motricité. La stimulation pharmacologique du récepteur à sérotonine 5HT2C chez la souris Tph2-KIet le blocage du transporteur de la noradrénaline NET chez la souris DAT-KO ont permis d’abolir les déficits cognitifs observés. En parallèle, nous avons étudié les fonctions de plusieurs acteurs intracellulaires régulés par les monoamines et découvert un nouveau mode d’action commun aux psychotropes appelés stabilisateurs de l’humeur. Ces derniers, le lithium, le valproate et la lamotrigine, régulent plusieurs comportements émotionnels chez la souris via une voie de signalisation dopaminergique appelée Akt/GSK3 sous la dépendance de la protéine βArrestine 2. De plus, nous montrons pour la première fois que cette voie est orchestrée par la formation d’un complexe protéique entre le récepteur D2 et le canal sodique Nav1.6, et que cette interaction serait un mécanisme cellulaire directement ciblé par le valproate et la lamotrigine. Enfin, nous avons découvert un nouveau substrat de GSK3, la protéine du X-fragile FXR1, qui pourrait participer aux effets antidépresseurs et anxiolytiques des stabilisateurs de l’humeur. Nous espérons que ces découvertes pourront contribuer au développement d’agents pharmacologiques plus efficaces et dénués d’effets secondaires. / Dopamine, serotonin and norepinephrine are monoaminergic neurotransmitters. Receptors, transporters and others monoamines compounds are involved in several brain functions such as cognition, emotions and locomotion, and are targeted by psychotropic drugs. In our research center, we focus on multidisciplinary approaches to better understand the role of monoamines on brain-regulated behavioral and biochemical processes, and on the impact of these agents on the monoamine cellular targets involved in the regulation of cognitive and emotional behaviors in mice. Using the automated behavioral test named olfactory H-maze, we measured the cognitive impact of several monoaminergic metabolic changes in mutant mice. Serotonin deficient (Tph2-KI) or hyperdopaminergic (DAT-KO) mice showed severe cognitive deficits. Thanks to the complexity of the H-maze, we were able to rescue learning and cognitive flexibility in these mice independently from others brain functions like motricity, and by targeting several extracellular monoaminergic substrates, like the serotonin 5HT2C receptor and the norepinephrine transporter. Furthermore, we investigate the cellular functions of several monoamines-regulated intracellular compounds and identified a new common action mode of psychotropic drugs mood stabilizers. We showed that lithium, valproate and lamotrigine may regulate several emotional behaviors by involving the Akt/GSK3 signaling pathway and the multifunctional scaffolding protein βarrestin 2. Thus, we show for the first time that this signaling cascade may be regulated by the formation of a protein complex composed by the D2 receptor and the voltage-gated sodium channel Nav1.6. This interaction would be a mechanism targeted by mood stabilizers valproate and lamotrigine. Finally, we found a new common substrate of GSK3 for these three mood stabilizers, the fragile X-related protein 1 (FXR1), which may participate to the regulation of mood by these agents. We hope that our works will lead to new research avenues and, in the future, to the development of more efficacy psychotropic drugs without aversive side effects.

L'Astyanax mexicanus est un poisson téléostéen utilisé dans les études de microévolution. Au sein de la même espèce, il existe plusieurs populations. Des poissons de surface (SF), vivant en banc dans les rivières d'Amérique Centrale et plusieurs populations cavernicoles (CF), vivant dans l'obscurité des grottes mexicaines. La majorité des populations cavernicoles sont indépendantes et ont dérivé des populations de surface depuis environ un million d'années. Les CF sont aveugles et dépigmentés. D'un point de vue comportemental, les CF ont, entre autres, perdu l'agressivité qui est un caractère important des SF. Ce travail caractérise finement les différences comportementales entre poissons de surface et cavernicoles, et analyse les modifications des circuits neuronaux qui sont à l'origine de la perte du comportement agressif chez les poissons cavernicoles. Les tests d'agressivité montrent que deux SF s'attaquent dix fois plus que deux CF. La distribution temporelle des attaques diffère également entre les populations. En effet, la majorité des attaques entre CF ont lieu lors des premières minutes du test, alors que chez les SF la fréquence des attaques augmente au cours du temps. L'étude de l'agressivité de SF rendu aveugle ou dans le noir montre que la perte d'agressivité chez les CF n'est pas due au phénotype aveugle. De plus, l'agressivité des poissons hybrides suggère que le comportement agressif des SF est génétiquement codé. Après des expériences pharmacologiques utilisant des composés interférant avec le système sérotoninergique ou soumettant les SF et les CF à différents régimes alimentaires, nous faisons l'hypothèse selon laquelle la perte d'agressivité des CF est une adaptation à la vie cavernicole, ceux-ci recherchant en permanence de la nourriture. En revanche, l'agressivité des SF est étroitement reliée à la hiérarchie existant au sein du banc, la dominance étant elle-même liée en partie à la concentration de la sérotonine présente au niveau du raphé. La concentration de sérotonine est inversement corrélée à l'agressivité. D'un point de vue neuroanatomique, l'organisation du système sérotoninergique est similaire entre les populations. Cependant, l'un des noyaux hypothalamiques est plus large chez les CF et contient plus de neurones. Par ailleurs, l'agressivité et le taux de sérotonine sont connus pour être inversement corrélés chez les vertébrés. De fait, des traitements pharmacologiques augmentant le taux de sérotonine diminuent l'agressivité des SF et modifient leur profil d'agressivité, mimant celui des CF. Cependant, le système sérotoninergique n'est pas le seul à être modifié dans le système nerveux des CF. En réalité, les dosages HPLC montrent que l'ensemble des systèmes aminergiques est amplifié chez les CF, conduisant à l'apparition d'un phénotype " hyper-aminergique ". Les études neuro-anatomiques et enzymologiques des systèmes sérotoninergiques et catécholaminergiques montrent que des variations du nombre de neurones et de l'activité des enzymes de dégradation des neurotransmetteurs aminergiques convergent vers cette amplification et sont à l'origine de ce phénotype. Par ailleurs, et en parallèle, les méthodes de transgénèses stables ont été testées chez l'Astyanax. Cette étude montre que l'utilisation des méganucléases et des transposons sont utilisables chez notre poisson modèle et permettent l'établissement de lignées transgéniques. Cet outil permettra de tester à l'avenir l'importance et la fonction des gènes d'intérêt lors du développement du système nerveux, ainsi que lors de la mise en place des comportements.

L’Astyanax mexicanus est un poisson téléostéen utilisé dans les études de microévolution. Au sein de la même espèce, il existe plusieurs populations. Des poissons de surface (SF), vivant en banc dans les rivières d’Amérique Centrale et plusieurs populations cavernicoles (CF), vivant dans l’obscurité des grottes mexicaines. La majorité des populations cavernicoles sont indépendantes et ont dérivé des populations de surface depuis environ un million d’années. Les CF sont aveugles et dépigmentés. D’un point de vue comportemental, les CF ont, entre autres, perdu l’agressivité qui est un caractère important des SF. Ce travail caractérise finement les différences comportementales entre poissons de surface et cavernicoles, et analyse les modifications des circuits neuronaux qui sont à l’origine de la perte du comportement agressif chez les poissons cavernicoles. Les tests d’agressivité montrent que deux SF s’attaquent dix fois plus que deux CF. La distribution temporelle des attaques diffère également entre les populations. En effet, la majorité des attaques entre CF ont lieu lors des premières minutes du test, alors que chez les SF la fréquence des attaques augmente au cours du temps. L’étude de l’agressivité de SF rendu aveugle ou dans le noir montre que la perte d’agressivité chez les CF n’est pas due au phénotype aveugle. De plus, l’agressivité des poissons hybrides suggère que le comportement agressif des SF est génétiquement codé. Après des expériences pharmacologiques utilisant des composés interférant avec le système sérotoninergique ou soumettant les SF et les CF à différents régimes alimentaires, nous faisons l’hypothèse selon laquelle la perte d’agressivité des CF est une adaptation à la vie cavernicole, ceux-ci recherchant en permanence de la nourriture. En revanche, l’agressivité des SF est étroitement reliée à la hiérarchie existant au sein du banc, la dominance étant elle-même liée en partie à la concentration de la sérotonine présente au niveau du raphé. La concentration de sérotonine est inversement corrélée à l’agressivité. D’un point de vue neuroanatomique, l’organisation du système sérotoninergique est similaire entre les populations. Cependant, l’un des noyaux hypothalamiques est plus large chez les CF et contient plus de neurones. Par ailleurs, l’agressivité et le taux de sérotonine sont connus pour être inversement corrélés chez les vertébrés. De fait, des traitements pharmacologiques augmentant le taux de sérotonine diminuent l’agressivité des SF et modifient leur profil d’agressivité, mimant celui des CF. Cependant, le système sérotoninergique n’est pas le seul à être modifié dans le système nerveux des CF. En réalité, les dosages HPLC montrent que l’ensemble des systèmes aminergiques est amplifié chez les CF, conduisant à l’apparition d’un phénotype « hyper-aminergique ». Les études neuro-anatomiques et enzymologiques des systèmes sérotoninergiques et catécholaminergiques montrent que des variations du nombre de neurones et de l’activité des enzymes de dégradation des neurotransmetteurs aminergiques convergent vers cette amplification et sont à l’origine de ce phénotype. Par ailleurs, et en parallèle, les méthodes de transgénèses stables ont été testées chez l’Astyanax. Cette étude montre que l’utilisation des méganucléases et des transposons sont utilisables chez notre poisson modèle et permettent l’établissement de lignées transgéniques. Cet outil permettra de tester à l’avenir l’importance et la fonction des gènes d’intérêt lors du développement du système nerveux, ainsi que lors de la mise en place des comportements. / Astyanax mexicanus is a teleost fish model used for evolution studies. Among the same species, there are several populations of sighted surface fish (SF) that live in Mexican rivers and at least twenty nine populations of blind cavefish (CF) that live in perpetual darkness. Several of these cave populations are independently-evolved, and they derived from surface fish-like ancestors. CF have lost their eyes and their pigmentation, and they have also evolved a number of behavioral traits. Most CF populations have lost the aggressive behavior that is a trademark of their SF counterparts. Here we characterized behavioural differences between SF and CF and we investigated the modifications of neural networks responsible for the loss of aggressiveness in cavefish. We first characterized aggressive behavior in Astyanax. Using an “intruder assay”, we found that SF not only attack ten times more during a one hour period, but also show a significantly different pattern in the temporal distribution of their attacks: while two CF attack mostly during the first minutes, SF attack more and more frequently as time goes by during the test. Then we demonstrated that the loss of aggressiveness in CF is not due to their blind phenotype, and using hybrids and independently-evolved populations of CF we could suggest that aggressive behavior in SF is genetically-encoded. After pharmacological experiments using compounds modulating serotonin levels or using SF and CF receiving different food regimes, we hypothesized that the loss of aggressiveness of CF may correspond to an adaptation to cave life, as they spend most of their time looking for food. On the other hand, the aggressiveness of SF is closely connected to the hierarchy within the school, dominance itself being mainly due to the levels of serotonin in the raphe. Thus, serotonin levels are inversely correlated with agonistic behavior. Neuroanatomical analyses on SF and CF brains showed an identical organization of their serotonin neuronal networks, but one of the serotonergic hypothalamic nucleus was significantly larger in CF and contained more neurons. Treatments of embryos with cyclopamine, an inhibitor of Sonic hedgehog (Shh) signaling, showed that this enlargement is induced by the Shh signaling pathway, itself known to be amplified during the development of the CF. In fact, the serotonergic system is not only one that is changed in the nervous system of CF. HPLC measurements showed that all aminergic systems are amplified in CF, which show a sort of “hyper-aminergic” phenotype. Studies comparing the neuroanatomy of aminergic systems and the activity of amine-degrading enzymes between SF and CF showed that variations in both the number of neurons and the activity of degrading enzymes converge towards an amplification of aminergic neurotransmission and are responsible for the phenotype. In parallel, we established transgenesis methods in Astyanax. We showed that techniques using meganuclease or transposons are valuable with our fish species to generate transgenic lines. This tool will be used to test the importance and function of genes of interest in the development of the nervous system and associated behaviors.