L’addiction est un désordre psychobiologique caractérisé par des prises de drogue répétées, une incapacité à en contrôler la consommation et une tendance chronique à la rechute. Dans le cas des opiacés (morphine, héroïne), l’arrêt de la consommation de drogue induit un syndrome de sevrage qui peut être associé de manière forte et durable à l’environnement dans lequel il est vécu. Cette association est telle que même après une longue période d’abstinence, la simple réexposition à cet environnement peut faire émerger un état émotionnel aversif qui pourrait favoriser la rechute. Dans le cadre de la dépendance aux opiacés, il est de plus en plus clair que la réactivation des mémoires affectives associées au sevrage joue un rôle dans la motivation à rechercher de la drogue. Au plan neurobiologique, il a été montré au laboratoire que le processus de plasticité synaptique se met en place lors du conditionnement des stimuli conditionnés au sevrage des opiacés, au sein de structures limbiques impliquées à différents titres dans le processus d’apprentissage associatif. Il a été proposé que les effets de la réexposition aux stimuli conditionnés au sevrage soient dus à la réactivation spécifique de ces structures limbiques. Dans ces travaux, les stimuli environnementaux étaient associés à la fois à l’état aversif précoce du sevrage et à des symptômes somatiques, ce qui permet une première avancée dans la compréhension des processus cellulaires impliqués dans la formation et le rappel de la mémoire du sevrage. Cependant afin de mieux comprendre comment cette mémoire pourrait exercer un rôle dans la rechute, il est nécessaire d’analyser les substrats neuronaux mis en jeu de manière plus spécifique dans les effets conditionnés de la seule composante aversive précoce du sevrage. En effet, cette composante dite « motivationnelle » joue un rôle majeur chez l’individu dépendant dans le besoin de continuer à consommer la drogue, et potentiellement chez l’individu abstinent dans sa vulnérabilité à la rechute.L’objectif de mon travail de thèse a consisté à préciser les substrats neurobiologiques impliqués dans le sevrage des opiacés et dans le rappel des mémoires aversives associées notamment à la composante motivationnelle du sevrage.Dans un premier temps, nous avons développé une approche d’hybridation in situ fluorescente (catFISH) dont le principal avantage est de préciser la dynamique des activations neuronales induites par une stimulation. Nous avons validé l’utilisation du catFISH en caractérisant la dynamique d’activation neuronale dans le cortex préfrontal (CPF), le noyau accumbens (Nac), le noyau central (CeA) et basolatéral (BLA) de l’amygdale lors de la précipitation d’un syndrome de sevrage des opiacés. Nos résultats montrent que le catFISH permet de révéler des activations neuronales durables et que le CeA et le Nac présentent une dynamique d’activation différente en réponse à la précipitation du sevrage des opiacés.Dans une deuxième partie nous avons étudié les substrats neuronaux impliqués lorsque le rappel des mémoires du sevrage des opiacés exerce un effet sur un comportement opérant dirigé vers la nourriture, et ceci en fonction de l’intensité du sevrage. L’utilisation du catFISH nous a permis de différencier les activations neuronales induites par la réexposition au contexte du sevrage ou par la présentation du stimulus conditionné au sevrage. Nos résultats montrent que le CPF et le Nac shell sont impliqués dans le rappel des mémoires contextuelles du sevrage et que le CPF ainsi que le Nac core et le BLA sont activés par le rappel du stimulus conditionné au sevrage.Enfin, nous avons analysé dans un protocole d’aversion de place conditionnée les substrats neurobiologiques recrutés par le rappel des mémoires associées au syndrome de sevrage motivationnel des opiacés. Nos résultats indiquent que le Nac shell et le BLA sont les deux structures cérébrales les plus sensibles au rappel des mémoires du sevrage. L’ensemble de ce travail a permis de faire ressortir le rôle crucial du Nac shell et du BLA au sein du réseau de substrats neuronaux impliqués dans le traitement des mémoires émotionnelles aversives associées au sevrage des opiacés. Ces structures pourraient représenter les substrats communs au traitement des mémoires émotionnelles associées aux effets de drogues d’abus. L’ensemble de ces résultats devra être mis en perspective avec des travaux débutés lors de ma thèse en électrophysiologie in vivo sur animal se comportant. Ces travaux consisteront à étudier de façon longitudinale les dynamiques du réseau CPF/Nac/BLA lors de la formation et le rappel des mémoires du sevrage et permettront de mieux définir les rôles spécifiques que jouent les substrats neurobiologiques que nous avons étudiés dans le traitement des mémoires du sevrage des opiacés. / Addiction is a psychobiological disorder that is characterized by repeated drug intakes, inability to control its consumption and a chronic tendency to relapse. Concerning opiate addiction (heroin, morphine), cessation of drug consumption induces a withdrawal syndrome, which can be strongly and persistently associated with the environment in which it is experimented. This association is so tight that a single re-exposure to this specific environment is enough to provoke a negative emotional state, which may promote drug relapse. In opiate dependence, it becomes clearer and clearer that reactivation of the affective memories associated with drug withdrawal play a major role in drug seeking. In terms of neurobiological processes, previous works conducted in the lab have shown that synaptic plasticity takes place during the conditioning of stimuli to opiate withdrawal, in limbic structures known to be involved in associative learning. It has been suggested that the consequences of the re-exposition to withdrawal conditioned stimuli are due to the reactivation of these specific limbic regions. In theses studies, environmental stimuli were both associated to the early aversive state of withdrawal and to somatic symptoms. This represents a first step in the understanding of the cellular processes involved in the formation and retrieval of withdrawal memories. However, in order to better understand how these memories could play a role in relapse, it is necessary to analyze the neuronal substrates involved in the conditioned effects of the sole early aversive motivational component of opiate withdrawal. Indeed, this motivational component is considered as exerting a strong influence on the maintaining of drug consumption, and eventually on the vulnerability to relapse in abstinent addicts. The aim of my work was to specify the neurobiological substrates involved in opiate withdrawal and in the retrieval of the aversive memories especially the memories associated with the motivational component of withdrawal. We first developed an in situ hybridization approach (catFISH) whose main advantage is to add a dynamical dimension to the neuronal activations induced by a stimulation. We validated the use of the catFISH method by studying the dynamics of neuronal activations in the prefrontal cortex (PFC), the nucleus accumbens (Nac), the central (CeA) and basolateral (BLA) nucleus of the amygdala as a consequence of the precipitation of opiate withdrawal. Our results show that catFISH allows determining persistent neuronal activations and that the CeA and the Nac have a different dynamics of activation in response to opiate withdrawal. In the second part, we studied the neuronal substrates involved when the retrieval of opiate withdrawal memories modifies an operant goal-directed behaviour, according to the withdrawal intensity. The use of catFISH allowed us to differentiate the neuronal activations induced by the re-exposition to the withdrawal context or to the conditioned stimuli. Our results show that the PFC and the Nac shell are involved in the retrieval of contextual memories of withdrawal and that PFC, Nac core and BLA are activated by the retrieval of more specific conditioned stimuli.Lastly, we analysed, using a conditioned place aversion protocol, the neuronal structures recruited by the retrieval of the memories associated with the motivational component of opiate withdrawal. Our results suggest that the Nac shell and the BLA are the brain structures that are the most sensible to the retrieval of the memories of opiate withdrawal.Overall, our work emphasized the crucial role played by the Nac shell and the BLA within a network of neuronal substrates involved in the processing of aversive emotional memories associated with opiate withdrawal. These structures could be considered as the common substrates to the processing of emotional memories associated with the effects of drugs of abuse. These results will be compared with an in vivo electrophysiology on behaving animals’ approach that we initiated during my PhD. This study will consist of detailing longitudinally the dynamics of the PFC/Nac/BLA network during the formation and the retrieval of the memories of opiate withdrawal. This study will also provide more details on the specific functions of the previously studied neuronal substrates in the processing of opiate withdrawal memories.

Une sous-population des neurones à dopamine (DA) du mésencéphale ventral du rat et de la souris étant connue pour exprimer l'ARN messager du transporteur vésiculaire 2 du glutamate (VGLUT2), nous avons eu recours à l'immunocytochimie en microscopie électronique, après simple ou double marquage de l'enzyme de synthèse tyrosine hydroxylase (TH) et de VGLUT2, pour déterminer la présence de l'une et/ou l'autre protéine dans les terminaisons (varicosités) axonales de ces neurones et caractériser leur morphologie ultrastructurale dans diverses conditions expérimentales. Dans un premier temps, des rats jeunes (P15) ou adultes (P90), ainsi que des rats des deux âges soumis à l'administration intraventriculaire cérébrale de la cytotoxine 6-hydroxydopamine (6-OHDA) dans les jours suivant la naissance, ont été examinés, afin d'étayer l'hypothèse d'un rôle de VGLUT2 au sein des neurones DA, au cours du développement normal ou pathologique de ces neurones. Chez le jeune rat, ces études ont montré: i) la présence de VGLUT2 dans une fraction importante des varicosités axonales TH immunoréactives du coeur du noyau accumbens ainsi que du néostriatum; ii) une augmentation de la proportion de ces terminaisons doublement marquées dans le noyau accumbens par suite de la lésion 6-OHDA néonatale; iii) le double marquage fréquent des varicosités axonales appartenant à l'innervation DA aberrante (néoinnervation), qui se développe dans la substance noire, par suite de la lésion 6-OHDA néonatale. Des différences significatives ont aussi été notées quant à la dimension des terminaisons axonales marquées pour la TH seulement, VGLUT2 seulement ou TH et VGLUT2. Enfin, à cet âge (P15), toutes les terminaisons doublement marquées sont apparues dotées d'une spécialisation membranaire synaptique, contrairement aux terminaisons marquées pour la TH ou pour VGLUT2 seulement. Dans un deuxième temps, nous avons voulu déterminer le devenir du double phénotype chez le rat adulte (P90) soumis ou non à la lésion 6-OHDA néonatale. Contrairement aux observations recueillies chez le jeune rat, nous avons alors constaté: i) l'absence complète de terminaisons doublement marquées dans le coeur du noyau accumbens et le néostriatum d'animaux intacts, de même que dans les restes de la substance noire des animaux 6-OHDA lésés; ii) une très forte baisse de leurnombre dans le coeur du noyau accumbens des animaux 6-OHDA lésés. Ces observations, suggérant une régression du double phénotype TH/VGLUT2 avec l'âge, sont venues renforcer l'hypothèse d'un rôle particulier d'une co-libération de glutamate par les neurones mésencéphaliques DA au cours du développement. Dans ces conditions, il est apparu des plus intéressants d'examiner l'innervation DA méso-striatale chez deux lignées de souris dont le gène Vglut2 avait été sélectivement invalidé dans les neurones DA du cerveau, ainsi que leurs témoins et des souris sauvages. D'autant que malgré l'utilisation croissante de la souris en neurobiologie, cette innervation DA n'avait jamais fait l'objet d’une caractérisation systématique en microscopie électronique. En raison de possibles différences entre le coeur et la coque du noyau accumbens, l'étude a donc porté sur les deux parties de ce noyau ainsi que le néostriatum et des souris jeunes (P15) et adultes (P70-90) de chaque lignée, préparées pour l'immunocytochimie de la TH, mais aussi pour le double marquage TH et VGLUT2, selon le protocole précédemment utilisé chez le rat. Les résultats ont surpris. Aux deux âges et quel que soit le génotype, les terminaisons axonales TH immunoréactives des trois régions sont apparues comparables quant à leur taille, leur contenu vésiculaire, le pourcentage contenant une mitochondrie et une très faible incidence synaptique (5% des varicosités, en moyenne). Ainsi, chez la souris, la régression du double phénotype pourrait être encore plus précoce que chez le rat, à moins que les deux protéines ne soient très tôt ségréguées dans des varicosités axonales distinctes des mêmes neurones DA. Ces données renforcent aussi l’hypothèse d’une transmission diffuse (volumique) et d’un niveau ambiant de DA comme élément déterminant du fonctionnement du système mésostriatal DA chez la souris comme chez le rat. / Knowing that a subset of rat and mouse mesencephalic dopamine (DA) neurons expresses the mRNA of the vesicular glutamate transporter type 2 (VGLUT2), we used electron microscopic immunocytochemistry, after single or double labeling of the biosynthetic enzyme tyrosine hydroxylase (TH) and of VGLUT2, to determine the presence of one and/or both proteins in axon terminals (varicosities) of these neurons and characterize their ultrastructural morphology under various experimental conditions. At first, young (P15) or adult (P90) rats, subjected or not to cerebro-ventricular administration of the cytotoxin 6-hydroxydopamine (6-OHDA) a few days after birth, were examined in order to investigate the role of VGLUT2 in DA neurons during normal and pathological development of these neurons. In the young rats, these studies revealed: i) the presence of VGLUT2 in a significant fraction of TH immunoreactive varicosities in the core of the nucleus accumbens and the neostriatum; ii) an increase in the proportion of dually labeled terminals in the nucleus accumbens following neonatal 6-OHDA lesion; iii) frequent double labeling of TH varicosities belonging to the aberrant DA innervation (neoinnervation) which develops in the substantia nigra following neonatal 6-OHDA lesion. Significant differences were also noted in the size of the axon terminals labeled for TH only, VGLUT2 only, or TH and VGLUT2. Finally, at this age (P15), all the dually labeled terminals appeared equipped with a synaptic membrane specialization, unlike the terminals labeled for TH or for VGLUT2 only. In a second step, we sought to determine the fate of the dual phenotype in adult rats (P90) subjected or not to the neonatal 6-OHDA lesion. In contrast with the observations made in young rats, we found: i) a complete absence of dually labeled terminals in the core of the nucleus accumbens and striatum of intact animals, as well as in the remains of the substantia nigra after neonatal 6-OHDA lesion; ii) a sharp decline of their number in the core of the nucleus accumbens of 6-OHDA-lesioned animals. These findings, suggesting a regression of the dual TH/VGLUT2 phenotype with age, reinforced the hypothesis of a specific role of the co-release of glutamate from midbrain DA neurons during development. Under these conditions, it was of considerable interest to examine the DA meso-striatal innervation in two strains of mice whose Vglut2 gene has been selectively invalidated in DA neurons, as well as in their control littermates and wild-type mice. This issue was particularly relevant with the increasing use of genetically modified mice in neurobiology; indeed, this DA innervation had never been systematically characterized by electron microscopy. Because of possible differences between the core and shell of the nucleus accumbens, the study included both parts of this nucleux as well as the striatum of young (P15) and adult (P70-90) mice of each strain, prepared for TH immunocytochemistry, and also for double labeling of TH and VGLUT2, according to the protocol previously used in rats. The results were surprising. At both ages, regardless of the genotype, the TH immunoreactive axon terminals of the three regions appeared comparable in size, vesicle content, percent with mitochondria, and exceeding low frequency of synaptic membrane specialization (5% of varicosities, on average). Thus, in mice, the regression of the dual phenotype might be even more precocious than in rats, unless the two proteins are segregated very early in different axon terminals of the same DA neurons. These data also strenghten the hypothesis of a diffuse (volume) transmission and of an ambient level of DA as determinant elements in the functioning of the meso-striatal DA system in mice as well as rats.

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Une sous-population des neurones à dopamine (DA) du mésencéphale ventral du rat et de la souris étant connue pour exprimer l'ARN messager du transporteur vésiculaire 2 du glutamate (VGLUT2), nous avons eu recours à l'immunocytochimie en microscopie électronique, après simple ou double marquage de l'enzyme de synthèse tyrosine hydroxylase (TH) et de VGLUT2, pour déterminer la présence de l'une et/ou l'autre protéine dans les terminaisons (varicosités) axonales de ces neurones et caractériser leur morphologie ultrastructurale dans diverses conditions expérimentales. Dans un premier temps, des rats jeunes (P15) ou adultes (P90), ainsi que des rats des deux âges soumis à l'administration intraventriculaire cérébrale de la cytotoxine 6-hydroxydopamine (6-OHDA) dans les jours suivant la naissance, ont été examinés, afin d'étayer l'hypothèse d'un rôle de VGLUT2 au sein des neurones DA, au cours du développement normal ou pathologique de ces neurones. Chez le jeune rat, ces études ont montré: i) la présence de VGLUT2 dans une fraction importante des varicosités axonales TH immunoréactives du coeur du noyau accumbens ainsi que du néostriatum; ii) une augmentation de la proportion de ces terminaisons doublement marquées dans le noyau accumbens par suite de la lésion 6-OHDA néonatale; iii) le double marquage fréquent des varicosités axonales appartenant à l'innervation DA aberrante (néoinnervation), qui se développe dans la substance noire, par suite de la lésion 6-OHDA néonatale. Des différences significatives ont aussi été notées quant à la dimension des terminaisons axonales marquées pour la TH seulement, VGLUT2 seulement ou TH et VGLUT2. Enfin, à cet âge (P15), toutes les terminaisons doublement marquées sont apparues dotées d'une spécialisation membranaire synaptique, contrairement aux terminaisons marquées pour la TH ou pour VGLUT2 seulement. Dans un deuxième temps, nous avons voulu déterminer le devenir du double phénotype chez le rat adulte (P90) soumis ou non à la lésion 6-OHDA néonatale. Contrairement aux observations recueillies chez le jeune rat, nous avons alors constaté: i) l'absence complète de terminaisons doublement marquées dans le coeur du noyau accumbens et le néostriatum d'animaux intacts, de même que dans les restes de la substance noire des animaux 6-OHDA lésés; ii) une très forte baisse de leurnombre dans le coeur du noyau accumbens des animaux 6-OHDA lésés. Ces observations, suggérant une régression du double phénotype TH/VGLUT2 avec l'âge, sont venues renforcer l'hypothèse d'un rôle particulier d'une co-libération de glutamate par les neurones mésencéphaliques DA au cours du développement. Dans ces conditions, il est apparu des plus intéressants d'examiner l'innervation DA méso-striatale chez deux lignées de souris dont le gène Vglut2 avait été sélectivement invalidé dans les neurones DA du cerveau, ainsi que leurs témoins et des souris sauvages. D'autant que malgré l'utilisation croissante de la souris en neurobiologie, cette innervation DA n'avait jamais fait l'objet d’une caractérisation systématique en microscopie électronique. En raison de possibles différences entre le coeur et la coque du noyau accumbens, l'étude a donc porté sur les deux parties de ce noyau ainsi que le néostriatum et des souris jeunes (P15) et adultes (P70-90) de chaque lignée, préparées pour l'immunocytochimie de la TH, mais aussi pour le double marquage TH et VGLUT2, selon le protocole précédemment utilisé chez le rat. Les résultats ont surpris. Aux deux âges et quel que soit le génotype, les terminaisons axonales TH immunoréactives des trois régions sont apparues comparables quant à leur taille, leur contenu vésiculaire, le pourcentage contenant une mitochondrie et une très faible incidence synaptique (5% des varicosités, en moyenne). Ainsi, chez la souris, la régression du double phénotype pourrait être encore plus précoce que chez le rat, à moins que les deux protéines ne soient très tôt ségréguées dans des varicosités axonales distinctes des mêmes neurones DA. Ces données renforcent aussi l’hypothèse d’une transmission diffuse (volumique) et d’un niveau ambiant de DA comme élément déterminant du fonctionnement du système mésostriatal DA chez la souris comme chez le rat. / Knowing that a subset of rat and mouse mesencephalic dopamine (DA) neurons expresses the mRNA of the vesicular glutamate transporter type 2 (VGLUT2), we used electron microscopic immunocytochemistry, after single or double labeling of the biosynthetic enzyme tyrosine hydroxylase (TH) and of VGLUT2, to determine the presence of one and/or both proteins in axon terminals (varicosities) of these neurons and characterize their ultrastructural morphology under various experimental conditions. At first, young (P15) or adult (P90) rats, subjected or not to cerebro-ventricular administration of the cytotoxin 6-hydroxydopamine (6-OHDA) a few days after birth, were examined in order to investigate the role of VGLUT2 in DA neurons during normal and pathological development of these neurons. In the young rats, these studies revealed: i) the presence of VGLUT2 in a significant fraction of TH immunoreactive varicosities in the core of the nucleus accumbens and the neostriatum; ii) an increase in the proportion of dually labeled terminals in the nucleus accumbens following neonatal 6-OHDA lesion; iii) frequent double labeling of TH varicosities belonging to the aberrant DA innervation (neoinnervation) which develops in the substantia nigra following neonatal 6-OHDA lesion. Significant differences were also noted in the size of the axon terminals labeled for TH only, VGLUT2 only, or TH and VGLUT2. Finally, at this age (P15), all the dually labeled terminals appeared equipped with a synaptic membrane specialization, unlike the terminals labeled for TH or for VGLUT2 only. In a second step, we sought to determine the fate of the dual phenotype in adult rats (P90) subjected or not to the neonatal 6-OHDA lesion. In contrast with the observations made in young rats, we found: i) a complete absence of dually labeled terminals in the core of the nucleus accumbens and striatum of intact animals, as well as in the remains of the substantia nigra after neonatal 6-OHDA lesion; ii) a sharp decline of their number in the core of the nucleus accumbens of 6-OHDA-lesioned animals. These findings, suggesting a regression of the dual TH/VGLUT2 phenotype with age, reinforced the hypothesis of a specific role of the co-release of glutamate from midbrain DA neurons during development. Under these conditions, it was of considerable interest to examine the DA meso-striatal innervation in two strains of mice whose Vglut2 gene has been selectively invalidated in DA neurons, as well as in their control littermates and wild-type mice. This issue was particularly relevant with the increasing use of genetically modified mice in neurobiology; indeed, this DA innervation had never been systematically characterized by electron microscopy. Because of possible differences between the core and shell of the nucleus accumbens, the study included both parts of this nucleux as well as the striatum of young (P15) and adult (P70-90) mice of each strain, prepared for TH immunocytochemistry, and also for double labeling of TH and VGLUT2, according to the protocol previously used in rats. The results were surprising. At both ages, regardless of the genotype, the TH immunoreactive axon terminals of the three regions appeared comparable in size, vesicle content, percent with mitochondria, and exceeding low frequency of synaptic membrane specialization (5% of varicosities, on average). Thus, in mice, the regression of the dual phenotype might be even more precocious than in rats, unless the two proteins are segregated very early in different axon terminals of the same DA neurons. These data also strenghten the hypothesis of a diffuse (volume) transmission and of an ambient level of DA as determinant elements in the functioning of the meso-striatal DA system in mice as well as rats.