Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les enképhalines (ENK), étant neuromodulateurs, ont un rôle prépondérant dans plusieurs circuits neuronaux tels que ceux de la récompense, la peur et l’anxiété. Dans cette étude, nous avons ciblé les ENK et atténué leur expression dans le noyau accumbens et l’amygdale centrale par le biais d’injections de vecteurs lentiviraux exprimant un shRNA spécifique à l’ENK. Les injections des lentivirus exprimant un shENK ont été comparées à des hémisphères intacts et à des injections du même vecteur exprimant un shRNA témoin, pour révéler des diminutions de l'ARNm des ENK de 62 %. Ces quantifications ont été validées in vivo par la comparaison du signal radioactif des sondes pour l’ARNm des ENK dans les régions infectées par le virus, ces régions ayant été identifiées par immunohistochimie. Nous démontrons une spécificité de l’atténuation de l’ARNm des ENK puisqu’aux sites des injections, il n'y a pas eu de diminution de l’ARNm de la GAD65. / Enkephalin (ENK), a prominent endogenous opioid mediator of the behavioural response, elicits its function in important circuits of the brain such as reward, fear and anxiety. In this study, we have targeted the downregulation of ENK expression by the delivery of a lentiviral vector with an expressing shRNA specific to ENK mRNA in ENK rich regions, such as the nucleus accumbens and central amygdala. By injecting a vector expressing an shENK and comparing it to non-injected hemispheres, as well as to injections of the same vector yet expressing a scrambled shRNA, we have observed an average downregulation of 62% ENK mRNA. Quantifications were performed in vivo, by collecting the in situ hybridization radioprobe signal for ENK mRNA of regions infected by the virus; the latter visualized immunohistochemically. Our results show a knockdown specificity of ENK mRNA and tissue integrity, as demonstrated by the lack of GAD65 mRNA disruption.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Problématique : 1 personne sur 3 souffre de dépression après l'avènement d'un AVC. Les AVC des ganglions de la base ont été associés à cette pathologie. Le noyau accumbens, région cérébrale importante dans la récompense et la régulation des émotions, fait partie des ganglions de la base. Les altérations du noyau accumbens contribuent à la dépression, mais peu d'études se sont penchées sur cette région cérébrale dans le contexte de la dépression post-AVC. Hypothèse : Une lésion ischémique touchant majoritairement le noyau accumbens gauche causera ou amplifiera le phénotype dépressif chez les souris mâles. Méthodes : Un peptide vasoconstricteur, l'endothéline-1, a été directement injecté dans le noyau accumbens gauche. La lésion a été caractérisée au niveau morphologique (crésyl violet et immunohistochimie) et au niveau moléculaire (RT-qPCR) à différents temps. Des tests comportementaux ont été faits pour possiblement mettre en évidence le phénotype dépressif. Résultats : L'injection d'endothéline-1 dans le noyau accumbens gauche des souris induit une lésion qui présente une réponse cellulaire typique à l'ischémie et possède un volume significatif jusqu'à 2 semaines post-chirurgie. Le noyau accumbens présente une forte réponse moléculaire qui semble être en lien avec l'angiogenèse et qui progresse dans le temps pour atteindre son maximum à 2 semaines. Malgré les caractéristiques de la lésion du noyau accumbens, cette dernière n'a pas induit de phénotype dépressif chez les souris, et ce, avec ou sans la présence d'un stress social de faible intensité, la microdéfaite, après l'induction de la lésion. Conclusion : Le présent modèle est un modèle d'ischémie du noyau accumbens, mais pas un modèle de dépression post-AVC. / Problematic: One-third of stroke survivors develop post-stroke depression. Stroke of the basal ganglia has been linked to increased post-stroke depression. The nucleus accumbens, an important brain region in reward and in the regulation of emotions, is part of the basal ganglia. Alterations of the nucleus accumbens contribute to depression, but very few studies have investigated this brain region in the context of post-stroke depression. Hypothesis: An ischemic lesion affecting primarily the left nucleus accumbens will cause or will amplify the depressive phenotype of male mice. Methods: Endothelin-1, a vasoconstrictive peptide, was injected in the left nucleus accumbens. The lesion has been characterized on a morphological level (cresyl violet and immunohistochemistry) and on a molecular level (RT-qPCR) at different times. Behavioral tests have been done to possibly show the depressive phenotype of mice. Results: The endothelin-1 injection in the left nucleus accumbens of mice induces a lesion that presents a typical ischemic cellular response, and its volume is significant until 2-weeks post-surgery. Left nucleus accumbens shows impressive molecular changes that seem to be related to angiogenesis and that reach their peak at 2 weeks. Even with these lesion characteristics, the lesion does not induce a depressive phenotype in mice with or without a mild social stress, a microdefeat, after the surgery. Conclusion: This present model is an ischemic model of the nucleus accumbens, but it is not a model of post-stroke depression.

La malnutrition et la consommation de cannabis font partie des grands problèmes de santé publique.L'objectif de cette thèse était d’étudier les conséquences de ces facteurs externes sur les voies mésocorticolimbiques.Le système endocannabinoïde est un complexe multimoléculaire incluant les endocannabinoïdes (eCB), molécules lipidiques synthétisées à partir des oméga-3, les enzymes de synthèse et de dégradation des eCB, et les récepteurs aux cannabinoïdes de type 1 (CB1R), principale cible du cannabis. Nos travaux montrent qu’une alimentation déficiente en oméga-3, tout comme une exposition prénatale aux cannabinoïdes, altère la signalisation endocannabinoïde dans les régions étudiées. Nous avons découvert des altérations sévères du répertoire comportemental émotionnel et cognitif chez les souris déficientes en oméga-3 corrélées à des déficits spécifiques de la plasticité synaptique dépendante du complexe de signalisation mGlu5/eCB dans le PFC et le NAc. Nous avons mis en évidence une divergence sexuelle des effets à long-terme induits par une exposition prénatale aux cannabinoïdes chez la progéniture à l’âge adulte. Nous avons observé une diminution de l’interaction sociale chez les mâles mais pas chez les femelles exposés in-utero aux cannabinoïdes. Ce déficit comportemental était associé à une hyperexcitabilité des neurones pyramidaux et à l’absence spécifique de la plasticité synaptique endocannabinoïde dans le PFC des mâles. Enfin, dans nos deux modèles d’étude, la potentialisation pharmacologique du complexe macromoléculaire de signalisation mGlu5/eCB normalise les déficits synaptiques et comportementaux, ouvrant la voie sur de nouvelles cibles thérapeutiques. / Malnutrition and the use of cannabis are amongst the public’s most signficant problems. In the past decades, drastic dietary changes are accompanied by low consumption of essential omega-3 polyunsaturated fatty acids (PUFAs). Cannabis is the most frequently used illicit drug by pregnant women and young women of reproductive age. This thesis aimed to study the consequences of these environmental factors on synaptic and behavioral functions of the mesocorticolimbic system, particularly the nucleus accumbens (NAc) and prefrontal cortex (PFC). The endocannabinoid system is a multimolecular complex including endocannabinoids (eCB), lipidic molecules synthesized from PUFAs, eCB synthesizing and degradating enzymes, and cannabinoid receptor type 1 (CB1R), the main target of cannabis. Our work shows that an omega-3 deficiency, as well as PCE, alters endocannabinoid-signaling in the areas of interest.We found severe alterations in the emotional and cognitive behavioral repertoire of omega-3 deficient mice that correlated with specific alterations in synaptic plasticity mediated by mGlu5/eCB signaling complex in PFC and NAc.We showed a sexual divergence in the long-term effects of PCE in adult offsprings. We observed a decrease in social interaction in males but not in females prenatally exposed cannabinoids. This behavioral deficit was associated with hyperexcitability of the pyramidal neurons and a specific lack of endocannabinoid synaptic plasticity in the male PFC.Finally, in our two study models, pharmacological enchancement of the mGlu5/eCB macromolecular signaling complex normalized synaptic and behavioral deficits, illuminating routes to new therapeutic targets.

La dépression majeure (DM) est la principale cause d'invalidité depuis trois décennies, avec plus de 300 millions de personnes touchées dans le monde. En effet, elle contribue largement à la charge économique mondiale globale des maladies. Malgré son impact sociétal important, les mécanismes biologiques de la dépression restent mal compris. Malheureusement, seuls 30 % environ des patients traités pour la dépression présentent une amélioration complète de leurs symptômes. Étant donné le taux d’échec élevé des essais cliniques d’antidépresseurs, récemment, un examen plus minutieux de leur utilisation a eu lieu, notamment pour investiguer la neurobiologie de la dépression et dans le design de potentiels traitements. Étant donné que la plupart de nos connaissances dans ce domaine proviennent de modèles animaux, ces modèles reproduisent en effet certains aspects de la DM humaine, mais on ne sait pas dans quelle mesure. Ce travail a pour but d'élucider dans quelle mesure ils récapitulent la pathologie moléculaire du trouble humain. Dans cette thèse, nous nous sommes appuyés sur des analyses de réseaux d'expression différentielle et de co-expression pour cataloguer le chevauchement entre la DM humaine et 3 modèles murins de stress, à savoir le stress variable chronique, l'isolement social et le stress par défaite sociale chronique, et avons évalué leur capacité à reproduire les profils transcriptionnels associés à la DM humaine dans deux régions du cerveau, le mPFC et le NAc, largement impliquées dans la dépression. Nos résultats montrent que chaque modèle reproduit efficacement les caractéristiques transcriptionnelles communes mais aussi uniques du syndrome humain. Dans l'ensemble, en identifiant des groupes de gènes fortement co-exprimés, partagés entre l'homme et la souris, nos résultats suggèrent que ces signatures transcriptionnelles sont impliquées de manière similaire dans le contrôle des voies fonctionnelles chez les deux espèces et confèrent un fort soutien à l'utilisation de ces modèles de souris pour l'étude des altérations moléculaires observées dans la DM tout en fournissant des implications importantes pour la recherche future et les applications cliniques. / Major depressive disorder (MDD) is the leading cause of disability for three decades with over 300 million affected worldwide. Indeed, it is a major contributor to the overall global economic burden of disease. Despite its significant societal impact, the biological mechanisms of depression remain poorly understood. Unfortunately, only around 30% of patients treated for depression show complete improvement in their symptoms. Given, the high failure rate of antidepressant clinical trials, there has been increased scrutiny recently regarding their use for deciphering the neurobiology of depression and to design potential treatment interventions. Given the fact that most of our knowledge of the field comes from animal models, indeed, these models reproduce some aspects of human MDD but to what degree remains unknown. This work elucidates the extent to which they recapitulate the molecular pathology of the human disorder. In this thesis, we leveraged differential expression and co-expression network analyses to catalogue the overlap between human MDD and 3 mouse model of stress, namely chronic variable stress, social isolation and chronic social defeat stress, and evaluated their capacity of reproducing the transcriptional profiles associated with human MDD in two brain regions, mPFC and NAc, widely implicated in depression. Our results show that each model efficiently reproduces common but also unique transcriptional features of the human syndrome.Overall, by identifying strongly co-expressed groups of genes shared between humans and mice, our results suggest that these transcriptional signatures are similarly involved in the control of functional pathways in both species and confer strong support for the use of these mouse models for the study of the molecular alterations seen in MDD while providing important implications for future research and clinical applications.

Pour comprendre comment le cerveau inhibe l'appétit en dépit d'un besoin énergétique, nous avons étudié les mécanismes neuronaux qui sous-tendent l'effet hypophagique induit par la 3,4-N-méthylén édioxyméthamphétamine (MDMA : « ecstasie ») et le stress (immobilisation forcée) car ces facteurs réduisent la faim d'un animal, même s'il est affamé. Nous montrons que la stimulation intracérébrale des récepteurs 5-HT4 de la sérotonine (R5-HT4), ou leur plus forte expression (ectopique, physiologique) dans une aire de la récompense (noyau accumbens : NAc), réduit la faim en augmentant l'action anorexigène d'un peptide de l'addiction : CART. A l'encontre de l'équilibre énergétique, l'effet anorexigène induit par la stimulation des R5-HT4 dans le NAc s'accompagne d'une hyperactivité motrice, souvent décrite chez l'humain souffrant d'anorexie mentale. En supposant qu'un effet récompensant prévaut sur le danger d'un déséquilibre énergétique, nous montrons, qu'effectivement, l'injection d'un antagoniste des R5-HT4 dans le NAc réduit les effets anorexigène, hyperlocomoteur et récompensant de la MDMA. S'il est alors récompensant de se priver d'aliments, une souris surexprimant les R5-HT4 dans le NAc, devrait, après une faible et transitoire restriction alimentaire, continuer à s'auto-priver d'aliments même si l'aliment est fourni ensuite ad libitum. La réponse est positive. En revanche, les R5-HT4 du NAc ne contribuent pas, à priori, à l'hypophagie due au stress. Puisque le système de la récompense est inclut dans celui de la prise de décision contrôlée par le cortex préfrontal médian (CPFm), nous avons supposé que l'effet hypophagique provoqué par le stress utilise les R5-HT4 corticaux. L'injection de traitements nucléiques (siRNA, virus), dans le CPFm de souris sauvages et privées des R5-HT4, montre que seule l'activation des R5-HT4 du CPFm est à l'origine de l'effet hypophagique du stress. Nos résultats suggèrent que [1] le stress active les R5-HT4 du CPFm et réduit la densité du transporteur de capture de la 5-HT, favorisant [2] l'augmentation du taux de la 5-HT extracellulaire dans le noyau d u raphé dorsal d'où, [3] un contrôle inhibiteur de l'activité des neurones 5-HT par le R5-HT1A permettant d'éviter que l'hypophagie ne se prolonge en conduite anorexigène. L'ensemble de nos résultats étayent la possibilité que le réseau neuronal de l'addiction et de la prise de décision de manger après stress inclut celui de la conduite anorexigène, avec jusqu'alors, une contribution évidente des R5-HT4. / To understand how the brain inhibits appetite despite an energy demand, we study the neuronal mechanisms, which underlie the hypophagic effect induced by the 3,4-N-methylenedioxymethamphetamine (MDMA: « Ecstasy ») and stress (forced immobilization) because these factors reduce appetite in animals, even starved. We show that stimulating serotonin 4 receptors (5-HTR4), or their overexpression (ectopic, physiological) in a brain reward area (nucleus accumbens: NAc), reduced hunger in increasing the appetite-suppressant effect of an addiction peptide: CART. Against the energy balance, the appetite-suppressant effect induced by stimulating 5-HTR4 in the NAc comes along with hyperactivity, often described in human suffering from anorexia nervosa. Supposing that a rewarding effect prevails over the danger of an energy imbalance, we show indeed that injecting 5-HTR4 antagonist in the NAc reduced the appetite-suppressant effect, the hyperactivity and the rewarding effect provoked by MDMA. If food deprivation is rewarding, mouse overexpressing 5-HTR4 in the NAc, after a low and transient diet period, should continue to self-imposed food refusal even in the presence of food ad libitum. The answer is positive. In contrast, 5-HTR4 in the NAc does not contribute, à priori, to stress-induced hypophagia. Because the reward system is included in the neuronal network of the decision-making, mainly controlled by the medial prefrontal cortex (mPFC), we postulated that hypophagia following stress uses cortical 5-HTR4. Injecting nucleic treatments (siRNA, virus), in the mPFC of wild-type or 5-HTR4 null mice, shows that only the stimulation of 5-HTR4 in the mPFC sparks off the hypophagic effect of stress. Our results suggest that [1] stress activates 5-HTR4 in the mPFC and reduces density of the 5-HT transporter, promoting [2] increase of the extracellular 5-HT level in the dorsal raphe nucleus and thus [3] an inhibitory control of t he activity of 5-HT neurons by 5-HTR1A allowing to avoid that the period of food restriction persists (anorexia-like behavior). Colectively, our findings support the the neuronal network of addiction and decision-making to eat after stress include the neuronal pathway related to anorexia, with so far, a clear contribution of 5-HTR4.

La contribution de la neurotransmission dopaminergique dans le noyau accumbens à l’effet de récompense induit par la stimulation électrique du cerveau a été l’objet de plusieurs années de recherche. Cependant, d’autres sites recevant des terminaisons dopaminergiques pourraient contribuer à moduler la récompense dans d’autres régions cérébrales. Parmi elles, on retrouve l’habenula qui reçoit des projections dopaminergiques de l’aire tegmentale ventrale. La contribution de cette voie au phénomène de récompense en général et à l’effet de recompense induit par l’autostimulation intracrânienne est peu connue. Le but de cette recherche était d’étudier la contribution de la dopamine mésohabenulaire à l’effet de recompense induit par la stimulation électrique du raphé dorsal. Des rats ont été implantés d’une bicanule dans l’Hb et d’une électrode dans le raphé dorsal. Le paradigme du déplacement de la courbe a été utilisé pour évaluer les changements dans l’effet de récompense à la suite de l’injection intra-habenulaire d’amphétamine (10-40 μg). À titre de contrôles positifs, des rats ont reçu l’amphétamine dans le core et dans le shell (1-20 μg) du noyau accumbens. Les injections d’amphétamine dans l’habenula n’ont pas changé l’effet de récompense induit par la stimulation électrique. Dans le noyau accumbens, les injections dans le shell et le core provoquent des augmentations dans l’effet de récompense comme il a déjà été démontré. Nos résultats suggèrent que la neurotransmission dopaminergique dans l’habenula latérale ne contribue pas significativement au circuit soutenant l’effet renforçant de la stimulation électrique du cerveau. / The contribution of nucleus accumbens dopamine neurotransmission to reward and reinforcement has been the focus of many years of study. Other terminal sites have received comparatively less research attention, but may be potentially important. One of these sites is the lateral habenula, which receives dopaminergic innervation from cells arising from the ventral tegmental area. Very little is known about the contribution of this pathway to reward in general and to the rewarding effect of electrical brain stimulation in particular. The goal of this study was to study the contribution of mesohabenular dopamine to reward induced by electrical stimulation of the dorsal raphe. Male Sprague-Dawley rats were implanted with bilateral cannulae in the lateral habenula and a stimulation electrode aimed at the dorsal raphe nucleus. Using the curveshift paradigm, we measured the rewarding effect of intra-habenular infusions of amphetamine (10-40 μg). Control rats received amphetamine infusions into nucleus accumbens core or shell subregions (1-20 μg). Our findings show that regardless of concentration, intra-habenular amphetamine did not alter brain stimulation reward. Infusions into the nucleus accumbens enhanced the rewarding effectiveness of the stimulation, as previously shown. Our findings suggest that dopaminergic neurotransmission within the lateral habenula does not contribute significantly to the circuitry that mediates the rewarding effect of electrical brain stimulation.

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L'impulsivité, un trait multidimensionnel, détermine la sévérité d'affections comportant des désordres compulsifs (syndrome de Gilles de la Tourette, maladie de Parkinson, troubles obsessionnels compulsifs), mais la nature de la relation impulsivité / compulsivité reste méconnue. L'intérêt du présent travail est d'identifier les substrats neurobiologiques de la balance impulsivité / compulsivité, dans une approche transnosographique, en s'aidant au plan préclinique, de manipulations causales et au plan clinique, d'une approche corrélationnelle. Ainsi, nous démontrons pour la première fois en dehors du champ de l'addiction, non seulement que l'impulsivité motrice, endophénotype de vulnérabilité à la compulsivité, prédit, sous l'influence de la transmission noradrénergique, la transition vers la compulsivité, mais aussi que (dans le modèle de la maladie de Parkinson) la dénervation de la voie nigrostriée et les traitements substitutifs dopaminergiques amplifient l'état impulsif. D'où l'interaction complexe entre le trait impulsif, les traitements et le processus dégénératif. Enfin, nous démontrons le bénéfice thérapeutique de la stimulation de la portion antérieure du pallidum interne dans les formes sévères de tics et suggérons dans un modèle préclinique d'une grande valeur heuristique, que le trait impulsif prédit l'efficacité de la stimulation du core du noyau accumbens. Nos résultats démontrent l'intérêt de mieux caractériser le trait impulsif des patients présentant des désordres compulsifs (syndrome de Gilles de la Tourette, maladie de Parkinson) et ouvrent ainsi de nouvelles perspectives thérapeutiques, tant pour la prévention de la transition de l'impulsivité à la compulsivité, que dans le traitement de ceux-ci. / Impulsivity, a multidimensional trait, determines the severity of compulsive disorders (Tourette's syndrome, Parkinson's disease, obsessive compulsive disorders), but the impulsive / compulsive relation remains unclear. The aim of this work is to identify the neurobiological substrates of impulsive / compulsive balance, using causal manipulations in rats and correlational studies in patients. The results demonstrate - for the first time beside the field of addiction - that, not only high impulsive trait is a transnosological endophenotype of increased vulnerability to develop compulsive disorders, but also that the transition from impulsivity toward compulsivity depends upon the noradrenergic transmission. Furthermore, we also show that, in a Parkinson's disease preclinical model, both the nigrostriatal denervation and dopaminergic treatments increase impulsive state, thereby indicating the contribution of a complex interaction between impulsive trait, medications and neurodegenerative process to the impulsive/compulsive balance. Finally, we show the therapeutic benefit of anterior globus pallidus interna in severe forms of tics and suggest in a preclinical model, with great heuristic value, that impulsive trait predicts the efficacy of nucleus accumbens core stimulation. Together, our results demonstrate the need to address the impulsive/compulsive balance in compulsive disorders and show promise for developing new pathophysiological-based therapeutic strategies that will treat both impulsivity and compulsivity.