L'addiction est un comportement compulsif de recherche et de prise de drogues alternant des phases d'abstinence et de rechute malgré les conséquences négatives sur la vie de l'individu. Les êtres humains ne sont pas égaux devant l'addiction et les mécanismes moléculaires sous jacents sont encore mal compris. De nombreuses structures cérébrales, telles que l'aire tegmentale ventrale (VTA), le cortex préfrontal ou l'amygdale convergent sur le noyaux accumbens (NAc) pour réguler les circuits de la " récompense ". Les neurones GABAergiques épineux de taille moyenne (MSN) sont à la fois la voie d'entrée et de sortie majeure du NAc. Les MSNs sont régulés de façon dynamique par les fibres dopaminergiques provenant de la VTA ainsi que par les interneurones cholinergiques locaux (TANs). La destruction sélective des TANs entraine une importante modification des propriétés renforçantes des psychostimulants tel que la cocaïne. En 2002 nous avons découvert que, de façon surprenante, ces neurones expriment à la fois le transporteur vésiculaire de l'acétylcholine (VAChT) et le transporteur vésiculaire du glutamate de type 3 (VGLUT3). Plus récemment nous avons établi que VGLUT3 augmentait le stockage vésiculaire ainsi que la libération d'acétylcholine (ACh) par un mécanisme que nous avons appelé " synergie vésiculaire ". De plus, il a été observé que VGLUT3 confère aux TANs la capacité d'utiliser le glutamate aussi bien qu'avec l'ACh pour communiquer. De façon surprenante, des souris ayant perdu la capacité de libérer l'ACh dans le NAc ne présente que très peu d'altération de leurs réponses comportementales à la cocaïne. Ce résultat suggère que l'ACh n'est pas indispensable à la régulation des comportements de « récompense ». 1.2 Afin de déterminer le rôle de la signalisation VGLUT3-dépendante par les TANs nous avons utilisé une souris n’exprimant plus VGLUT3. Au cours de cette thèse j’ai pu établir que l’absence de VGLUT3 exacerbe les effets comportementaux induit par la cocaïne. Il semble donc que les TANs utilisent l’ACh ou le glutamate pour réguler différentiellement la libération de DA. Nous avons des résultats préliminaires suggérant que le glutamate libéré par les TANs va activer des mGluR qui exercent un contrôle inhibiteur sur la libération de DA. De plus j’ai observé que l’augmentation de libération de DA chez les souris VGLUT3-KO entraine une activation des cascade de signalisation DR1-dépendantes. De plus les MSNs du NAc des souris VGLUT3-KO présentent des augmentations morphologiques et synaptiques de l’activité glutamatergique du NAc. Finalement une augmentation de la fréquence des mutations du gène codant pour VGLUT3 a été trouvée dans une cohorte de sujets souffrants de formes sévères d’addictions. L’ensemble de ces résultats suggère que la régulation concomitante de la signalisation DAergique et glutamatergique dans le NAc agit comme un filtre protecteur contre les effets renforçant de la cocaïne. / Drug addiction is a compulsive pattern of drug-taking/drug-seeking behavior with alternate phases of abstinence and relapse despite adverse consequences. Human beings are not equally susceptible to addictions and molecular mechanisms underlying addiction are still poorly understood. Numerous brain structures such as the ventral tegmental area (VTA), the prefrontal cortex, the amygdala or the hippocampus converge onto the nucleus accumbens (NAc) to regulate reward. GABAergic medium spiny neurons (MSN) are the major input target as well as output pathway of the NAc. MSNs are dynamically regulated by dopaminergic fibers originating from the VTA and by local tonically active cholinergic interneurons (TANs). The selective destruction of TANs modulates rewarding properties of psychostimulant such as cocaine. Twelve years ago we made the surprising discovery that these neurons express both the vesicular acetylcholine transporter (VAChT) and the vesicular glutamate transporter type 3 (VGLUT3). We recently established that VGLUT3 increases the acetylcholine (ACh) vesicular accumulation (and release) by a mechanism named vesicular synergy. Furthermore, the presence of VGLUT3 confers to TANs the ability to release glutamate in addition to ACh. Unexpectedly, mice that have lost the ability to secrete ACh in the NAc show minimal alteration of their behavioral response to cocaine. This result suggests that ACh is not sufficient to modulate reward.To investigate the role of VGLUT3-mediated signaling by TANs we used a mouse line that no longer expressed VGLUT3. During this PhD I established that silencing VGLUT3 in mice dramatically exacerbated cocaine-induced behaviors. Furthermore, we found that VAChT-KO and VGLUT3-KO mice showed a decreased and increased DA release (respectively) in the NAc. Therefore, TANs use ACh and glutamate to differentially regulate DA release. We have preliminary data suggesting the glutamate released by TANs activate mGluR that negatively control DA release. I further observed that in VGLUT3-KO mice the increased DA release enhanced DR1-signaling cascades. In addition, MSNs from the NAc of VGLUT3-KO mice had increased morphologic and synaptic glutamatergic activity in the NAc. Finally, we report non-synonymous mutations in the gene encoding VGLUT3 in patients with severe addictions. Our results suggested that the concomitant regulation of the dopaminergic and glutamatergic tone by VGLUT3 in the NAc acted as a protective filter against reinforcing properties of cocaine.

Bien que la neurotransmission glutamatergique joue un rôle pivot dans le développement et l’expression de la sensibilisation comportementale aux amphétamines, le rôle spécifique de certaines structures glutamatergiques qui projettent sur l’aire tegmentale ventrale et/ou le noyau accumbens n’est pas encore bien caractérisé. Nous montrons que l’hippocampe dorsal, la partie prélimbique du cortex préfrontal et l’amygdale basolatérale joue un rôle prépondérant dans les réponses locomotrices induites par l’administration aiguë (développement de la sensibilisation) et chronique (expression de la sensibilisation) d’amphétamines, suggérant les réponses locomotrices aux amphétamines impliquent un ensemble de structures glutamatergiques corticolimbiques. Par la suite, nous nous sommes intéressés au rôle de la neurotransmission glutamatergique associée aux récepteurs NMDA dans le noyau accumbens, qui est considéré comme le noyau clé de l’expression de la sensibilisation, sur le développement à court terme de la sensibilisation aux amphétamines. De plus, nous montrons le développement de la sensibilisation à court terme aux amphétamines requiert l’activation concomitante de certains récepteurs NMDA au glutamate et nicotiniques à l’acétylcholine dans le noyau accumbens. De plus, l’activation concomitante de ces récepteurs sous tend également la libération de dopamine induite par les amphétamines dans le noyau accumbens. L’ensemble de ces données montre que la neurotransmission glutamatergique, et les structures glutamatergiques qui projettent sur l’aire tegmentale ventrale et/ou le noyau accumbens, joue un rôle majeur dans la sensibilisation comportementale à court terme aux amphétamines. / Although it is well admitted that the glutamatergic neurotransmission plays a pivotal role in the development and expression of behavioral sensitization to amphetamine, the specific role of glutamatergic structures that project to the ventral tegmental and/or the nucleus accumbens is less well studied. We showed that the dorsal hippocampus, the prelimbic part of the prefrontal cortex and the basolateral amygdala play a critical role in both acute (development of sensitization) and chronic (expression of sensitization) locomotor responses induced by amphetamine, suggesting that behavioral responses to amphetamine are mediated by circuitry of corticolimbic glutamatergic structures. Next, we investigated the role of glutamatergic NMDA receptors contained in the nucleus accumbens, which is seen as the key structure for the expression of sensitization, in the development of short term sensitization to amphetamine. Interestingly, we showed that, contrasting with the current dichotomous thinking that has attributed specialized functions to the ventral tegmental area and the nucleus accumbens, respectively in the development and the expression of behavioral sensitization, concomitant activation of certain types of NMDA and nicotinic receptors in the nucleus accumbens is also required for the development of short term sensitization. Furthermore, we showed that concomitant activation of these receptors sustained the amphetamine-induced dopamine release in the nucleus accumbens. All these data show that glutamatergic neurotransmission, and glutamatergic structures which project onto mésoaccumbens system, plays a major role in short-term behavioral sensitization to amphetamine.