Les médicaments de type opioïde représentent la classe de médicaments la plus utilisée pour les douleurs modérées à sévères. C’est pour cette raison que les opioïdes et leurs récepteurs sont très étudiés et qu’il y a beaucoup de publications sur ces récepteurs. En revanche, peu d’études ont cherché à identifier les partenaires d’interactions de ces récepteurs puis à comprendre les mécanismes d’adressage à la membrane. Même si le récepteur opioïde delta (DOPr) n’est pas encore ciblé en clinique, beaucoup d’équipes s’intéressent à son rôle et à l’effet d’agonistes DOPr dans le but de trouver une nouvelle avenue thérapeutique contre la douleur. Cependant, en condition normale, les agonistes DOPr ont un faible potentiel analgésique, expliqué par le faible niveau de DOPr à la surface cellulaire des neurones. C’est pourquoi il est important de comprendre son adressage à la membrane afin de combiner les traitements aux agonistes DOPr à une thérapie qui augmenterait l’expression de surface du récepteur. De plus, on sait qu’il existe un mécanisme de régulation de l’adressage de DOPr à la surface mais il reste peu compris. Nous avons donc analysé par spectrométrie de masse le complexe protéique résultant de l’immunoprécipitation de FlagDOPr, surexprimé dans des cellules HEK293, afin d’identifier de nouveaux partenaires d’interaction. Dans cette analyse, plusieurs protéines appartenant au complexe vésiculaire COPI ont été identifiées. Nous avons montré dans l’article que DOPr interagit avec COPI via les domaines intracellulaires 2 et 3 et que ces sites d’interaction sont responsables de la rétention de DOPr. De plus, mes travaux se sont penchés sur la régulation de DOPr à la surface cellulaire, telle que l’interaction DOPr avec les protéines cdk5 et pin1, deux protéines pouvant faire partie d’un mécanisme impliqué dans la régulation du transport de DOPr à la surface cellulaire. Comprendre l’export de DOPr est important pour le développement de nouvelles thérapies contre la douleur et plusieurs théories ont été abordées dans le cadre de mes travaux de maîtrise.

En France la prise en charge des grandes douleurs fait toute sa place à la morphine. Cependant la prise prolongée de morphine entraîne la tolérance et la dépendance. Une stratégie de protéomique différentielle a été entreprise afin d'identifier les adaptations cellulaires à un traitement par la drogue dans des cellules SH-SY5Y. Nous avons montré, notamment, qu'un traitement chronique entraîne la dégradation par le protéasome des protéines Gbeta et Ggamma2. Aussi, le niveau de dégradation de Gbeta est corrélé avec le niveau de sensibilisation de l'adénylyl cyclase (AC), phénomène impliqué dans la dépendance à la morphine. Globalement, l'analyse protéomique a permis de détecter environ 50 protéines et une centaine de phosphoprotéines modulées par la drogue. Mes travaux ont permis de proposer un nouveau mécanisme moléculaire responsable de la sensibilisation de l'AC et surtout suggèrent pour la première fois que le protéasome est impliqué dans les effets chroniques de la morphine.

Le système opioïde contrôle la douleur et la récompense, et le récepteur opioïde mu est la cible moléculaire de l’analgésie et de la dépendance aux opiacés. Dans la première partie de la thèse, nous avons montré que ce récepteur est également nécessaire au développement de l’hyperalgie se développant lors d’une administration chronique de morphine. Dans la seconde partie de thèse, nous avons étudié l’impact des interactions entre systèmes opioïde et cannabinoïde sur les effets associés à l’administration chronique de morphine. Nous avons exploré les effets d’un prétraitement avec un agoniste sélectif du récepteur cannabinoïde CB1, l’arachidonyl-2-chloroethylamide (ACEA) sur le développement de réponses nociceptives morphiniques, le sevrage, la récompense et des comportements naturels. L’étude comportementale a été complétée par des analyses transcriptionnelles et fonctionnelles afin d’identifier les processus neuroadaptatifs mis en jeu. Nos travaux montrent que l’activation des récepteurs CB1 et Mu présentent des effets bénéfiques sur les paramètres comportementaux associés à l’addiction, suggérant un intérêt thérapeutique potentiel à associer ces composés en clinique. / The opioid system controls pain and reward, and the Mu opioid receptor plays a central role in these effects. In the first part of the thesis, we showed that Mu receptor is also involved in the development of hyperalgesia induced by chronic opiate exposure. In the second part of the thesis, we studied the impact of opioid and cannabinoid interactions on effects associated to chronic morphine administration. We explored the effects of a pretreatment with a CB1 cannabinoid receptor selective agonist, arachidonyl-2-chloroethylamide (ACEA), on morphine-associated nociceptive, withdrawal, reward and naturalistic behaviors. To complete this behavioral study, we performed transcriptional and functional analyses to identify the neuroadaptative processes involved. Our study demonstrates that dual activation of CB1 and Mu receptors has a beneficial effect on behavioral parameters related to addiction, pointing to potential usefulness of combining both medications for therapeutic interventions.

Les opioïdes sont les analgésiques les plus puissants mais leur utilisation prolongée peut entraîner le développement d’une tolérance analgésique. La tolérance serait en partie associée à l’inhibition prolongée de l’adénosine monophosphate cyclique (AMPc) entraînant des changements compensatoires dans la voie de l’adénylate cyclase. Pour cette étude, nous avons eu recours à un biosenseur basée sur la technologie de Bioluminescence Resonnance Energy Transfer (BRET) et qui fournit des mesures de l’AMPc en fonction du temps réel. Durant les 15 premières minutes de stimulation, la réponse de l’AMPc est bi-phasique. Cette progression de la réponse à l’AMPc n’est pas la même pour tous les ligands. Par exemple, la deltorphine II qui induit l’internalisation du récepteur opioïde delta (DOR) affiche une baisse de l’inhibition de l’AMPc. À l’inverse la morphine qui n’induit pas l’internalisation du DOR affiche une réponse stable à l’inhibition de l’AMPc. Ainsi le profil d’internalisation permet de prédire la progression de l’inhibition de l’AMPc à court terme (15 minutes). Nous avons aussi mesuré la réponse à l’AMPc durant 30, 60 et 120 min, étant donné qu’un traitement chronique aux opioïdes induit une tolérance analgésique. Selon les résultats obtenus, le profil d’internalisation du DOR induits par les ligands ne permet pas d’expliquer l’inhibition persistante de l’AMPc. / Opioids are the most powerful analgesics but their prolonged use can cause the development of analgesic tolerance. The tolerance may be associated with the duration of response to cAMP. For this study, we used a biosensor based on Bioluminescence Resonnance Energy Transfer technology that provides measurements of cAMP levels as a function of real time. The aim of our study was to determine whether there is a correlation between the internalization profile of delta-opioid receptor (DOR) when stimulated by different ligands, with respect to the duration of signaling in the short-term (≤15 min) and long term (120 min). This evolution of the duration of cAMP inhibition is biphasic and is explained in part by the efficiency of ligands to promote Gαi activation and by the profile of internalization for each of the different ligands used in this study. For example, deltorphin II which displayed high efficiency to promote Gαi activation and internalization shows a more pronounced decline in cAMP response, unlike morphine which displayed low efficiency to promote Gαi activation, and a poor sequestration, displaying a minimal response decay of inhibition of cAMP. However, ligand ability to promote internalization of DOR does not explain the kinetic profile of a persistent inhibition of cAMP over a longer period of 120 min.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la psychopathologie clinique et propose une articulation entre les données des neurosciences et la clinique rencontrée dans un CSAPA.Une première partie s'intéresse à la phénoménologie du processus addictif avec ses phases successives aboutissant à une demande de soins suite à l'aliénation finale produite par la consommation de drogue. Cette demande de soins est, généralement, d'abord le recours à un traitement de substitution qui s'accompagne parfois d'un suivi psychologique.Dans une seconde partie, l'hypothèse sur la genèse de l'addiction concernant la vulnérabilité narcissique repérée chez les patients et ses soubassements neurobiologiques sont abordés. La prise de drogue serait une façon de faire émerger le vrai-self en surmontant le système défensif mis en place pour se protéger des traumatismes induit par l'environnement primaire. Un premier cas clinique est exposé en détail afin d'apporter la preuve d'existence de traumatisme, y compris transgénérationnel, et du déroulement implacable de l'addiction. D'autres cas cliniques suivent, centrés sur une dimension ou un moment particulier du suivi, pour illustrer d'autres aspects du processus addictif. L'impact neurobiologique des traumas est également développé, ce qui permet de l'articuler avec plusieurs concepts, en particuliers winnicottien.Une troisième partie propose plusieurs fonctions à l'addiction (rôles défensif, antidépressif et de régulation affective) avec des exemples cliniques et les bases neuroscientifiques actuellement connues. Bien que l'expérience de la clinique psychanalytique soit à un niveau de complexité bien supérieur à ce qui est aujourd'hui accessible aux neurosciences, la plupart des recherches dans ce domaine vont dans le sens de la compréhension psychologique des processus addictifs.Pour terminer, sont tracés les grands traits d'un modèle hypothétique de l'addiction aux drogues et les points les plus sensibles concernant l'accompagnement thérapeutique. / This thesis, fit into the framework of clinical psychopathology, proposes an articulation between data of the neurosciences and the practice met in a CSAPA.The first part is devoted to the phenomenology of the addicting process with its successive phases that end in a request of care as a response to the final alienation produced by drug use. This request of care is, generally, at first, a request for a substitution treatment, which sometimes comes along with a psychological follow-up.In the second part, the hypothesis on the addiction’s genesis regarding the narcissistic vulnerability spotted in patients and their neurobiological bases is examined. Drug use would be a way to make arise the true self, thus overcoming the defensive system set up to protect oneself from traumas induced by the first environment. A first detailed clinical example represents an attempt to establish the existence of trauma, including of transgenerational origin, and the associated unrelenting course of addiction. Other clinical cases are examined, centered on a different aspect or on a specific moment of the support encounters, in order to illustrate other aspects of the addicting process. The neurobiological impact of traumas is also developed, that allows to articulate it with several concepts, particularly those of Winnicott.The third part proposes several functions to the addiction (defensive and anti-depressive roles, emotional regulation) with clinical examples and the neuroscientific bases currently known. Although experience in the psychoanalytical clinic is at a level of complexity much higher than what is currently accessible to the neurosciences, most of the research in this domain stay in line with psychological understanding of the addicting process.Finally, a hypothetical model of addiction in drugs and the most sensitive points concerning the therapeutic support are outlined.

Les récepteurs opioïde delta (DORs) sont des récepteurs couplés aux protéines G et sont fortement exprimés au niveau du bulbe olfactif, du cortex, du striatum, du noyau basolateral de l'amygdala et des noyaux du pons (Mansour et al., 1995; Le Merrer et al., 2009). Les souris mutantes de première génération (souris knockout, délétion totale du gène) ont déjà permis de démontrer que DOR joue un rôle critique dans le contrôle de la douleur chronique (Gavériaux-Ruff et al., 2011), la régulation de l’activité motrice et des réponses émotionnelles (Filliol et al ., 2000) et l’association drogue-contexte (Le Merrer et al., 2011). Le but de notre étude est d’identifier les circuits neuronaux dans lesquels les DORs contrôlent les processus émotionnels et cognitifs. Nous avons développé une lignée de souris de deuxième génération, dans laquelle les récepteurs sont supprimés spécifiquement dans les neurones GABAergiques du cerveau antérieur. Nous avons ensuite étudié le rôle des DORs exprimés par ces neurones dans les réponses émotionnelles, locomotrices et la sensibilité aux crises épileptiques. / Delta opioid receptors (DORs) are G-protein coupled receptors belonging to the opioid system, which play a central role in chronic pain and emotional responses. DORs are strongly expressed in olfactory bulb, cortex, striatum, basolateral nucleus of the amygdala and pons nuclei. Using constitutive gene knockout, we have previously demonstrated the role of DORs in reducingchronic pain (Gaveriaux-Ruff, Nozaki et al. 2011), anxiety-related behaviors and impulsivity(Olmstead,Ouagazzal et al. 2009), regulating locomotor activity (Filliol, Ghozland et al. 2000) and facilitating context learning (Le Merrer, Faget et al. 2012; Le Merrer, Rezai et al. 2013), Although these functions are well-established, neuronal networks and mechanisms underlying DOR-regulated behaviors remain poorly understood. The aim of this thesis work was to identify neuronal populations and brain circuits that support DOR functions. Recent evidence showed that DOR is highly expressed in GABAergic neurons (Scherrer et al.. 2006;Erbs et al., 2012; Rezai et al.. 2012). We therefore developed a conditional knockout mouse line (Dlx-DOR)by breeding floxed DOR gene (Oprd1) with a transgenic Dlx-5/6-Cre mouse line (Monorv et al., 2006) in order to produce a specific deletion of DOR in GABAergic neurons of the forebrain. We first determined brain distribution of delta receptors in Dlx-DOR at mRNA and protein levels. Then, behavioral analysis were performed to assess whether DORs expressed in forebrain GABAergic neurons contribute to the regulation of emotional contrai, locomotor activity as well as epileptogenic effect of SNC80, the prototypal DOR agonist. Finally, we initiated a project focused on DORs detected at the level of BLA.

Les bispidines sont des diamines polycycliques chirales régulièrement utilisées comme ligand pour réaliser de l'induction asymétrique. La bispidine HZ2 est connue pour être agoniste et sélective des récepteurs κ-opioïdes, récepteurs impliqués dans le mécanisme douloureux. Ce travail décrit la mise au point d'une méthode générale de synthèse asymétrique et flexible du squelette bispidine, permettant des modifications structurales, afin d'évaluer le potentiel pharmacologique des analogues synthétisés. Tout d'abord, nous avons synthétisé des pipéridines 2,3,6-trisubstituées grâce à une réaction de Mannich intramoléculaire stéréospécifique entre un β,β'-diaminocétal et divers aldéhydes. Les pipéridones possédant une fonction amino-éthyle en position 3, ainsi obtenues ont été engagées dans une deuxième réaction de Mannich, pour l'obtention de bispidines bicycliques. Ensuite, nous avons souhaité accéder à des bispidines de géométrie plus contrainte. Pour cela, la condensation de divers anhydrides sur les pipéridones possédant une fonction amino-éthyle en position 3, a permis la formation des imides correspondants, précurseurs d'ions N-acyliminium. Les bispidines tricycliques et tétracycliques, sont obtenues par cyclisation en milieu acide en présence des éthers d'énols. Une étude de détermination structurale par RMN a permis de mettre en évidence les différentes conformations adoptées par les bispidines synthétisées (chaise-chaise, chaise-bateau, chaise-twist). Enfin, les composés synthétisés ont fait l'objet de tests in vivo afin d'évaluer leur potentiel antalgique. Ils ont montré une activité modérée. Cependant, l'introduction de groupements aromatiques en α de l'atome d'azote devrait accroître l'efficacité de nos composés, selon les modèles décrits dans la littérature.

Le récepteur opioïde mu est responsable des propriétés analgésiques et addictives puissantes de la morphine et de l’héroïne, mais son mode d’action à l’échelle des circuits neuronaux est mal connu et a été peu étudié par des approches génétiques. Le récepteur mu est largement exprimé dans le système nerveux, essentiellement dans des neurones GABAergiques. Le premier objectif de mon projet a été d’inactiver le gène codant pour le récepteur mu dans les neurones GABAergiques du cerveau antérieur et d’en étudier les conséquences comportementales. Notre étude montre que ces récepteurs ne sont pas impliqués dans l’analgésie et la dépendance physique à la morphine, mais qu’ils sont essentiels à l’effet hyperlocomoteur de l’héroïne. De plus, nos résultats indiquent que ces récepteurs limitent la motivation à consommer de l’héroïne et du chocolat, révélant un rôle entièrement nouveau pour cette population particulière de récepteurs (Manuscrit 1 : Mu opioid receptors in GABAergic forebrain neurons are necessary for heroin hyperlocomotion and reduce motivation for heroin and palatable food). Aussi, cette population de récepteurs mu n’est pas responsable du syndrome autistique décrit chez les souris knockout totales (Manuscrit 2 : Mu opioid receptors in GABAergic forebrain neurons are not involved in autistic-like symptoms). Enfin, nous avons développé un nouveau modèle transgénique visant l’inactivation génétique du récepteur mu dans les neurones glutamatergiques, mais qui n’a pas abouti à un knockout conditionnel détectable. Nous avons aussi initié la création d’une lignée transgénique Cre pour l’inactivation de gènes d’intérêt dans l’amygdale étendue, qui permettra notamment d’étudier le rôle du récepteur mu dans ce microcircuit. / Mu opioid receptors mediate the strong analgesic and addictive properties of morphine and heroin;however mu receptor function at circuit levels is not well understood and has been poorly studied by genetic approaches. These receptors are widely expressed throughout the nervous system, essentially in GABAergic neurons. The first aim of my project was to genetically inactivate the mu receptor gene in GABAergic forebrain neurons and study the behavioral consequences. Our study shows that these mu receptors are not implicated in morphine-induced analgesia and physical dependence, but are essential for locomotor effects of heroin. Moreover, our data show that these receptors inhibit motivation to consume heroin and chocolate, revealing an entirely new role for this particular population of mu receptors (Manuscript 1: Mu opioid receptors in GABAergic forebrain neurons are necessary for heroin hyperlocomotion and reduce motivation for heroin and palatable food). Also, mu receptors expressed in forebrain GABAergic neurons are not responsible for the autistic syndrome described in total mu receptor knockout mice (Manuscript 2: Mu opioid receptors in GABAergic forebrain neurons are not involved in autistic-like symptoms). Finally, we developed a new transgenic model targeting the mu receptor gene in glutamatergic neurons, but receptor deletion was not detectable in conditional mice. We also initiated the creation of a transgenic Cre driver line to knockout genes of interest in the extended amygdala, and this tool will enable us to study mu receptor function within this microcircuit.

La disponibilité des médicaments analgésiques est limitée en médecine vétérinaire féline. Le but de cette étude était d'investiguer les propriétés anti-nociceptiques d'une nouvelle formule de buprénorphine (Simbadol, 1.8 mg ml-1) et tapentadol chez les chats. Six chats étaient inclus dans deux études différentes, les deux étant prospectives, randomisées, croisées, et aveuglées. Dans la première étude, Simbadol (1.8 mg mL-1) a été administré par voies sous-cutanée (SC;0.24 mg kg-1), intraveineuse (IV; 0.12 mg kg-1) et buccale (OTM; 0.12 mg kg-1) et les seuils thermiques ont été comparés avec ceux d'un groupe contrôle contenant de la saline (SAL; saline SC). Les concentrations plasmatiques de buprénorphine et norbuprénorphine ont été mesurées jusqu'à 72 heures suivant chaque traitement de buprénorphine. Un modèle pharmacocinétique-pharmacodynamique adapté à 2 substances et 3 voies d'administration a été utilisé. Dans la deuxième étude, les seuils thermiques ont été comparés entre les chats recevant de la buprénorphine (0.02 mg kg−1, IM), un placébo (50 mg de dextrose oral) et deux doses de tapentadol oralement (dose réduite: 25 mg; dose élevée: 50 mg) L'administration sous-cutanée de Simbadol a provoqué une anti-nociception thermique de longue durée (≥ 24 heures). Ces effets étaient prolongés comparativement aux traitements intraveineux (8 heures) et buccal (12 heures). Le modèle conjoint de pharmacocinétique/pharmacodynamique a démontré des concentrations plasmatiques prolongée pour la voie sous-cutanée. Les deux doses de tapentadol ont augmenté l'antinociception thermique chez les chats. La dose élevée de tapentadol a produit une durée d'antinociception similaire à celle de la buprénorphine (2 heures) et deux fois plus longue que la dose réduite. La palatabilité de la médication représente une limite significative de la voie d'administration. Simbadol et tapentadol produisent une antinociception thermique comparée à la saline. Des investigations cliniques supplémentaires seront nécessaires. / Analgesic drug availability is limited in feline practice. The aim of these studies was to investigate the antinociceptive properties of a novel formulation of buprenorphine (Simbadol, 1.8 mg ml-1) and tapentadol in cats. In two separate studies, six healthy cats (each) were included in a prospective, randomised, blinded, crossover study. In study I, Simbadol (1.8 mg mL-1) was administered by various routes: subcutaneous (SC; 0.24 mg kg-1), intravenous (IV; 0.12 mg kg-1) or buccal (OTM; 0.12 mg kg-1) route of administration and thermal thresholds (TT) were compared with a saline group (SAL; saline SC). Plasma buprenorphine and norbuprenorphine concentrations were measured up to 72 hours following each buprenorphine treatment. A bespoke pharmacokinetic-pharmacodynamic model fitted data from two analytes/three routes of administration. In study II, thermal thresholds were compared among cats receiving buprenorphine (0.02 mg kg−1, IM), placebo (50 mg oral dextrose) and two doses of oral tapentadol (low-dose 25 mg; high-dose 50 mg). Subcutaneous administration of Simbadol provided long-lasting thermal antinociception (≥ 24 hours). These effects are prolonged compared with the IV (8 hours) and OTM (12 hours) treatments. Joint pharmacokinetic-pharmacodynamic modelling demonstrated prolonged plasma concentrations for the SC route. Both doses of tapentadol increased thermal antinociception in cats. The high-dose of tapentadol produced similar duration of antinociception as intramuscular buprenorphine (2 hours) and twice as long as the low-dose. Palatability presented a significant limitation to the drug’s administration. Simbadol and tapentadol produced thermal antinociception when compared with saline. Additional investigation is necessary to determine if this translates to the clinical setting.

Les opioïdes peuvent être responsables, en cas d’intoxication, d’une dépression respiratoire mortelle. Deux opioïdes ont un profil de toxicité particulier. La buprénorphine, seule, a des effets respiratoires plafonnés alors qu’administrée avec des benzodiazépines elle peut être à l’origine d’une dépression respiratoire mortelle. Le tramadol, dans un contexte d’intoxication aigue, entraine dans 20% des cas des convulsions. Les mécanismes de ces toxicités sont inconnus.L’objectif de cette thèse était d’étudier de façon multimodale les mécanismes impliqués dans ces deux types de toxicité en incluant des données pharmacodynamiques et neuropharmacocinétiques in vivo. Pour la buprénorphine, nous avons montré que la dépression respiratoire observée avec le diazépam ne résultait pas d’une interaction neuropharmacocinétique/réceptologique centrale (imagerie TEP 11C- buprénorphine). En revanche, les données physiologiques respiratoires (pléthysmographie, gaz du sang, électromyographie) et leur réversion par les antagonistes des récepteurs opioïdes et de l’acide γ-aminobutyrique (GABA) étaient en faveur d’une interaction pharmacodynamique. Pour le tramadol, nous avons montré que les convulsions n’impliquaient pas les systèmes noradrénergiques, dopaminergiques, sérotoninergiques ou opioïdergiques. Le tramadol agissait comme un modulateur allostérique négatif du site de liaison des benzodiazépines des récepteurs GABA-A (imagerie TEP 11C-flumazénil). Par cette approche multimodale in vivo chez le rat, nous avons pu déterminer que les interactions entre les opioïdes et le système GABAergique jouent un rôle majeur dans les profils de toxicité spécifique de la buprénorphine et du tramadol. / Opioids overdose may be responsible for respiratory depression. Nevertheless, two molecules exhibit particular toxicity patterns. Buprenorphine induces ceiling respiratory effects even at high doses. However, several deaths have been reported, mainly when buprenorphine was co-administered with benzodiazepines. Tramadol is a µ-opioid receptor agonist that induces seizures in 20% of poisoning cases. The exact mechanisms involved in both toxicity remain poorly understood. The aim of our investigation was to study the mechanisms involved in these two types of toxicity using a multimodal approach including pharmacodynamic data and in vivo brain neuropharmacokinetics. Regarding buprenorphine, we have shown that respiratory depression with diazepam does not result from neuropharmacokinetic/receptologic interaction (11C-buprenorphine PET imaging) Conversely, the study of respiratory parameters (plethysmography, blood gas, electromyogram) and their antagonization by opioid and gamma-aminobutyric acid (GABA) receptors antagonists supported interactions mediated by the addition of the pharmacodynamic effects of each molecule. Regarding tramadol, we showed that seizures did not involve the noradrenergic, dopaminergic, serotoninergic or opioidergic systems. Conversely, they involve the GABA-ergic system; tramadol acts as negative allosteric modulator of the benzodiazepine site of the GABA-A receptor (11C-flumazenil PET imaging). Using a multimodal in vivo approach in the rat, we have been able to determine that the interactions between opioids and the GABAergic system play a major role in mechanisms of toxicity of buprenorphine and tramadol.