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

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

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

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

L'immortalité cellulaire est toujours accompagnée par l'activation du mécanisme de maintien des télomères. Dans la plupart des cancers humains, ce rôle est assuré par l'enzyme télomérase. Cependant, dans 15 % des tumeurs, la télomérase n'est pas activée et les télomères sont maintenus par l'allongement alternatif des télomères (ALT), voie qui implique la recombinaison des télomères. ALT est plus fréquent dans les tumeurs provenant de tissus mésenchymateux (sarcomes), representant 40-60 % des cas, que dans les tumeurs épithéliales. Comprendre le mécanisme ALT est primordial dans les thérapies anti-cancéreuses puisque certaines drogues inhibant la télomérase conduisent souvent à l'activation de l'ALT.La voie ALT est définie par de caractéristiques typiques des télomères. Dans les cellules ALT, les recombinaisons aberrantes d'ADN ne se limitent pas aux télomères puisque les génomes sont souvent fortement réarrangés. Les liens de ces caractéristiques génomiques anormales et la maintenance des télomères atypique ne sont pas connues, mais l'instabilité du génome contribue certainement à la transformation. Notre équipe a montré que les récepteurs orphelins appartenant aux familles NR2C/F ont été trouvés enrichies dans les télomères des lignées cellulaires ALT. Nous avons proposé que ces facteurs puissent être recrutés aux télomères par liaison directe à la séquence répétée GGGTCA, un site de liaison à haute affinité pour ces protéines. Mon projet vise à comprendre (i) leur mécanisme de liaison et (ii) leur rôle, dans le processus d'ALT.Dans cette étude nous montrons que dans les sarcomes primaires humains, les télomères d'ALT sont souvent liés par des récepteurs nucléaires orphelins des sous-familles NR2C/F, en particulier dans les tumeurs au stade avancé. Ceci suggère un rôle actif de ces facteurs dans la progression tumorale ALT. En utilisant la technique de ChIP-sequencing, nous avons montré que les protéines NR2C/F se lient à une répétition directe amplifiée (DR0) aux télomères, et pas de manière significative à toute autre combinaison de motif GGGTCA. Nous avons également analysé la distribution sur tout le génome de NR2C2/F2 et TRF2, une protéine de liaison des télomères, dans des cellules ALT (-) et ALT (+). Bien qu'il n'y ait que peu de sites génomiques liés par TRF2 dans les cellules ALT (-), nous avons été surpris d'identifier plusieurs centaines de régions liées par TRF2 dans les cellules ALT (+). Plus surprenant, la grande majorité de ces régions spécifiques TRF2 ALT chevauche des sites endogènes de NR2C2/F2. Étant donné que ces sites ne contiennent généralement pas les répétitions des télomères, TRF2 est probablement recruté de façon indirecte. Conformément à cette interprétation, nous montrons que les facteurs NR2C/F entrainent un rapprochement des loci et sont responsables du regroupement atypique des télomeres dans ALT. De plus, un sous-ensemble de ces régions génomiques uniques a des additions hétérogènes des séquences télomeriques ALT, suggérant un rôle dans le recrutement des télomères par des protéines NR2C/F mais aussi une fonction de ciblage de recombinaison génomique. Systématiquement, nous trouvons que ces réarrangements des télomères/génome sont situés à proximité des motifs GGGTCA endogènes. Le caryotype spectral des lignées cellulaires ATL montre que les sites télomériques interstitielles sont fréquemment localisés aux niveaux des sites de translocations/réarrangements entre deux ou plusieurs chromosomes, ce qui est également observé dans les données de ChIPseq. Ces résultats suggèrent que les réarrangements entres les télomères et le génome pourraient participer à la formation d'un caryotype complexe ce qui caractérise environ 50% des sarcomes. De plus, l'addition de sites télomériques interstitielles dans le génome est spécifique des cellules ALT et est favorisée par les dommages de l'ADN. / Cellular immortality is always accompanied by the activation of telomere maintenance mechanism. In most human cancers this role is fulfilled by the telomerase enzyme. However in 15% of tumors, telomerase is not activated and telomeres are maintained by an Alternative Lengthening of Telomeres (ALT) pathway that involves telomere-telomere recombination. Interestingly ALT is more prevalent in tumors originating from mesenchymal tissues (sarcomas), where it is present in 40-60% of cases, than in epithelial tumors. Understanding ALT maintenance is critical since inhibiting telomerase in tumors leads to the activation of ALT. The ALT pathway is operationally defined by typical telomere hallmarks. In ALT cells, aberrant DNA transactions are not restricted to telomeres since genomes are often highly rearranged. Whether these abnormal genomic features are linked to atypical telomere maintenance is not known, but genome instability is certainly contributing to transformation. We have previously shown that orphan receptors of the NR2C/F families were enriched at telomeres in ALT cell lines. We proposed that these factors could be recruited to telomeres through direct binding to the GGGTCA variant repeat, a high affinity binding site for these proteins. My project is aimed at understanding (i) their mechanism of binding and (ii) their role, if any, in the ALT process.We show that in human primary sarcomas, ALT telomeres are often bound by orphan nuclear receptors of the NR2C/F subfamilies, particularly in more advanced-stage tumors. This suggests an active role for these factors in ALT tumor progression. Using ChIP-sequencing, we show that NR2C/F proteins bind to an amplified direct repeat (DR0) at telomeres, and not significantly to any other GGGTCA motif combination. We also analyzed the genome wide distribution of NR2C2/F2 and TRF2, a telomere binding protein, in ALT(-) and in ALT(+) cells. While there are only few genomic sites bound by TRF2 in ALT(-) cells, we were surprised to identify several hundred regions bound by TRF2 in ALT(+) cells. More surprisingly, the great majority of these ALT specific TRF2 regions overlap with endogenous NR2C2/F2 sites. Since these sites usually do not contain telomere repeats, TRF2 is likely indirectly recruited. Consistent with this interpretation, we show that NR2C/F factors drive locus proximity. Moreover, a subset of these unique genomic regions harbor heterogeneous ALT telomere sequence additions, not only suggesting a telomere recruitment role for NR2C/F proteins but also a recombination targeting function in the genome. Consistently, we find these telomere/genome rearrangements are located close to endogenous GGGTCA motifs. Next, we wanted to evaluate a role of these rearrangements in formation of complex karyotype which characterize approximately 50% of sarcomas. We found by spectral karyotyping that interstitial telomeric sites are frequently located at translocation/ rearrangements sites between two or more chromosomes, which we could also observe in our ChIPseq data. Furthermore, we demonstrate that addition of interstitial telomeric sites to the genome is enhanced by DNA damage and specific for ALT genome. Therefore we conclude that NR2C/F factors target telomere proximity to defined NR2C/F regions which enables telomere-genome rearrangements under DNA damage condition. This contributes not only to efficient telomere recombination, but also it drives further genomic instability at selected NR2C/F sites.We believe we identified a new mechanism of telomere dysfunction potentially driving targeted genome instability and mediated by NR2C/F proteins in ALT cells which probably underlie complexity of sarcomas genome. Understanding the ALT mechanism allows designing NR2C/F-targeted therapies in treatment of ALT tumors and therapies for patients treated with anti-telomerase drugs to prevent ALT appearance.

La reelin est une glycoprotéine sécrétée de la matrice extracellulaire essentielle pour le développement embryonnaire des structures laminaires du système nerveux central (SNC): cortex, hippocampe et cervelet. Dans le cerveau postnatal et adulte, la reelin potentialise la plasticité synaptique, exerce une action trophique sur la croissance neuritique dans l’hippocampe et contrôle la maturation des récepteurs NMDA. Le but de ma thèse a été d’étudier les mécanismes cellulaires à l’origine des fonctions de la reelin dans la plasticité postnatale des structures stratifiées du SNC. Nous avons utilisé une stratégie intégrant des approches d’électrophysiologie, d’imagerie calcique, d’immunocytochimie, de biochimie et de pharmacologie, sur des modèles in vitro (culture primaires de neurones d’hippocampe et de cervelet) et ex vivo (tranches aigues de cortex frontal). Dans les neurones d’hippocampe in vitro, nous avons mis en évidence que la reelin est synthétisée et sécrétée par des neurones GABAergiques montrant un marquage reelin intense alors que les neurones cibles de la reelin sont caractérisés par une expression ponctiforme et de faible intensité. En revanche, dans le cervelet in vitro, les 2 fonctions, sécrétion et liaison de la reelin, sont assurées par la quasi totalité des cellules granulaires glutamatergiques. Nous avons finalement examiné les conséquences physiologiques de l’absence ou de la diminution de reelin endogène dans l’hippocampe et dans le cortex frontal. Nous avons mis en évidence que dans l’hippocampe in vitro la sécrétion continue de reelin régule l’homéostasie des récepteurs NMDA. Nous montrons également que dans le cortex frontal ex vivo, la reelin facilite la maturation des fonctions synaptiques glutamatergiques. Nos résultats démontrent donc que la reelin joue un rôle majeur dans la plasticité neuronale du SNC postnatal. / Reelin is an extracellular matrix protein essential for the correct formation of laminated structures during embryonic brain development. In the postnatal and adult brain, reelin promotes hippocampal dendrite development, enhances long term potentiation (LTP) at hippocampal synapses and favors the maturation of glutamatergic transmission. During my thesis, I studied the cellular mechanisms underlying the functions of reelin in laminated structures of the postnatal central nervous system: hippocampus, cerebellum and cortex. By combining immunocytochemical, biochemical and pharmacological approches, we first characterized the expression profile of reelin in primary cultures of hippocampal and cerebellar neurons. Our results showed that in the hippocampus reelin is synthesized and secreted by a population of GABAergic neurons expressing an intense reelin immunoreactivity (IR). We also showed that secreted reelin binds lipoprotein receptors present on a different neuronal population characterized by a punctate and light reelin IR. In contrast, in cerebellar cultures, we observed that reelin is synthesized and secreted by glutamatergic cells expressing a single type of reelin punctate and light staining. Using calcium imaging, we demonstrated that the continuous secretion of reelin is necessary to regulate glutamate receptor homeostasis and maintain the subunit composition of NMDARs in the hippocampus in vitro. We next examined the effect of decreased levels of reelin in the postnatal development of prefrontal cortex (PFC) glutamatergic synapses using electrophysiology on heterozygotes reeler mice (HRM) slices. Our data revealed that reelin facilitates the maturation of glutamatergic synaptic functions in the PFC and plays a central role in neuronal plasticity in the central nervous system.

Les récepteurs Venus Kinase ou VKR forment un nouvelle famille de récepteurs tyrosine kinase découverts au laboratoire. Ces récepteurs sont caractérisés par une organisation atypique associant un domaine extracellulaire de type Venus Flytrap (VFT) similaire à ceux des récepteurs couples aux protéines G de classe C à un domaine Tyrosine Kinase (TK) intracellulaire similaire à celui du récepteur à l’insuline (IR). Cette famille est présente uniquement chez les invertébrés dont notre modèle d’étude, le parasite plathelminthe Schistosoma mansoni. Les travaux réalisées à ce jour suggèrent que ces protéines jouent un rôle dans le développement des stades larvaires et la reproduction sexuée. Mon travail de thèse s’est intéressé à l’étude de cette famille de récepteurs et comporte trois axes principaux. Le premier concerne la mise à jour phylogénétique de la famille des VKR. Une analyse approfondie des données génomiques récentes nous a permis d’étendre la présence des VKR à près de 50 espèces dans cinq phyla invertébrés. La présence d’un VKR chez le cnidaire Nematostella vectensis suggère une émergence du récepteur avant l’apparition des bilatéraliens. Des analyses phylogénétiques ont mis en évidence la monophylie de l’ensemble des récepteurs ainsi que des importants niveaux de conservation des motifs fonctionnels VFT et TK. Des analyses de modélisation du domaine de fixation au ligand suggèrent que la majorité de ces récepteurs puissent être activables par des acides aminés de type L-Arginine. La découverte de VKR chez Nematostella vectensis, Lottia gigantea ou Capitella teleta s’avère prometteuse dans la mesure où ces modèles se prêtent parfaitement à l’embryologie moléculaire, et pourraient être utilisés pour étudier la fonction des VKR dans l’embryogenèse.La deuxième partie de mon travail s’est intéressée à la caractérisation fonctionnelle de SmVKR1 et SmVKR2, les deux VKR de Schistosoma mansoni. En utilisant le modèle d’expression ovocyte de Xénope, nous avons pu dans un premier temps déterminer que SmVKR1 et SmVKR2 sont activables par plusieurs et différents L-acides aminés. L’identification de partenaires intracellulaires par un criblage en double hybride de levure nous a permis de déterminer de nouveaux et inattendus partenaires d’interaction, suggérant des fonctions dans l’activation de voies TK conservées, mais également dans le remodelage du cytosquelette ou la synthèse protéique. Si les deux récepteurs activent les voies Akt, S6K et Erk1/2, seul SmVKR1 est capable d’activer la voie JNK. Les profils d’expression ont été déterminés par hybridation in situ et, si les deux gènes s’expriment dans l’ovaire, la localisation des transcrits est clairement distincte avec une expression de SmVKR2 au sein des ovocytes immatures et de SmVKR1 dans les ovocytes matures. Enfin des expériences d’ARN interférence sont venues confirmer un rôle de ces récepteurs au sein de l’ovogenèse, la diminution d’expression entraînant des phénotypes délétères sur la croissance et ovocytes et la ponte des oeufs. L’étude des voies de signalisation SmVKR1 a été également été entreprise au laboratoire, mettant en évidence l’importance de la protéine adaptatrice SmShb dans l’induction de la voie JNK par SmVKR1. L’ensemble de des résultats suggère que SmVKR1 aurait une fonction dans la migration des ovocytes et/ou dans la reprise de méiose par l’activation de la voie JNK, tandis que SmVKR2 aurait un rôle plus précoce, dans la croissance et/ou la prolifération des ovogonies. Enfin la dernière partie de mon travail de these visait à determiner si les VKR peuvent être considérés comme des cibles thérapeutiques intéressantes en vue du développement de nouvelles drogues anti parasitaires. [...] / Venus Kinase Receptors (VKR) represent a new family of receptor tyrosine kinases discovered in the lab. These receptors are characterized by an atypical structure composed of an extracellular ligand binding domain called Venus Flytrap, similar to those of class C G- protein coupled receptors, and an intracellular Tyrosine Kinase domain, very close to those of Insulin Receptors. These proteins are exclusively found in invertebrate organisms including our lab model, the parasitic platyhelminth Schistosoma mansoni. Current data strongly suggest a function for these receptors in larval development and reproduction. My thesis project concerns the study of this receptor family and is divided into three parts:The first part consists in an update of the VKR family phylogeny. Analyses of recent genomic data have allowed us to extend the presence of VKR to 50 species present in five bilaterian phyla. The presence of one VKR in the early-branching metazoan Nematostella vectensis suggested that VKR arose before the bilaterian radiation. Phylogenetic and gene structure analyses showed that all receptors identified grouped monophyletically, and likely evolved from a common ancestor. Multiple alignments of tyrosine kinase (TK) and VFT domains indicated their important level of conservation in all VKRs identified up to date. We showed that VKRs had inducible activity upon binding of extracellular amino-acids and molecular modeling of the VFT domain confirmed the structure of the conserved amino-acid binding site.The second part of my thesis project concerns the functional characterization of SmVKR1 and SmVKR2, which are two VKRs of Schistosoma mansoni. Using the Xenopus oocyte model as a protein expression system, we have been able to determine that SmVKR1 and SmVKR2 are activated by distinct and different ligands. The identification of intracellular binding partners using yeast two hybrid experiments allowed us to determine unexpected interacting proteins, suggesting functions for SmVKRs in kinase signaling and cytoskeleton remodeling. If both receptors are able to activate Akt, S6K and Erk 1/2 pathways, only SmVKR1 triggers the activation of Jnk proteins. Expression patterns were determined by in situ hybridization and highlighted the presence of both SmVKR1 and smVKR2 transcripts in the ovary. However, their localization within the ovary is different, with SmVKR1 transcripts detected exclusively in the anterior part of the ovary while SmVKR2 transcripts were found in the posterior part that only contains immature oocytes. RNA interference experiments further confirmed the importance of SmVKR proteins in oogenesis, since the knockdown of every gene led to the appearance of deleterious phenotypes in the ovary. Taken together, all these results strongly suggest that SmVKR1 could be involved in meiosis resumption or ovulation through JNK activation, while SmVKR2 would have an earlier function in the growth and/or proliferation of oogonies. Finally, the last part of my project concerned the assessment of VKR as a chemotherapeutic target. Taking advantage of the similarity between the catalytic domains of S. mansoni insulin receptors (SmIR1 and SmIR2) and Venus Kinase Receptors (SmVKR1 and SmVKR2), we studied the possibility to fight schistosomes by targeting simultaneously the four receptors with a single drug. We analyzed the potential of several IR and RTK inhibitors to inhibit kinase activities of both SmIR and SmVKR kinase domains recombinantly expressed in Xenopus oocytes. Among the different compounds tested, tyrphostin AG1024 emerged as the most potent inhibitor towards the four receptors. In vitro experiments then demonstrated that treatment with AG1024 led to dramatic effects on the viability of larval and adult schistosomes as well as on the fertility of adult worms. We assume that AG1024 represents a valuable hit compound for further design of anti-kinase drugs applicable to anti-schistosome chemotherapy.

Le récepteur du glutamate de type NMDA (NMDAR) est l'un des deux principaux récepteurs glutamatergiques, et donc un des principaux mediateurs de la neurotransmission excitatrice dans le système nerveux central. Les NMDARs sont impliqués dans la plasticité synaptique, le corrélat cellulaire de l'apprentissage et de la mémoire. Actuellement, la technologie de pointe permettant l'investigation des propriétés des récepteurs synaptiques dans leur environnement natif est la photolyse de composés chimiques cagés, mais cet outil a des limitations concernant sa capacité à stimuler des NMDAR de manière très précise spatiellement et temporellement, à cause de la limite de diffraction de la lumière, qui définit le volume minimal de décageage duquel les molécules diffusent, et à cause de la nature irréversible de la réaction de décageage. En revanche, les molécules photoréversibles peuvent être activées et désactivées rapidement et de manière repétée, ce qui permet d'éviter les limitations de la diffusion afin d'accomplir une stimulation plus précise au niveau spatial et temporel. J'ai établi une collaboration autour du premier composé chimique photoréversible spécifique pour les NMDAR, et de plus, le premier qui est inactif dans son état le plus stable : l'azobenzene triazole glutamate (ATG). J'ai caracterisé ce composé chimique par activation un-photon et bi-photon, par l'application en bain et l'application locale, et dans plusieurs paradigmes expérimentaux. Dans ma thèse, je décris le fonctionnement de ce composé chimique, ses avantages et ses inconvénients, et certaines modifications à considérer pour l'optimisation future des composés chimiques photoréversibles. / The NMDA-type glutamate receptor (NMDAR) is one of two principal glutamate receptors, the main mediators of excitatory neurotransmission in the central nervous system. NMDARs are critically implicated in synaptic plasticity, the cellular correlate of learning and memory. Although significant advances have been made in understanding the behavior of this receptor, many questions remain. Currently, the state-of-the-art technology for investigating receptor properties in the native environment is caged compounds, which are restricted in their ability to precisely control the spatial and temporal activation of NMDAR due to the diffraction limit of light, which defines the minimum volume of uncaging from whence uncaging molecules diffuse, and the irreversible nature of uncaging. Photoswitchable molecules, by contrast, can rapidly and repeatedly be switched on and off, circumventing the diffusion limitation to permit fine spatial and temporal control of receptor activation. With this in mind, I formed a collaboration with a team of chemists to characterize a novel compound, azobenzene triazole glutamate (ATG), the first photoswitchable compound specific for NMDAR and biologically inert in its thermally stable state. Such a tool holds great promise for finely probing receptor behavior in its native environment. I characterized this compound using one- and two-photon activation, through bath and local application, and through a variety of different experimental paradigms. I demonstrate in detail the properties of this novel compound, propose potential applications of ATG as a novel tool, and suggest possible modifications to optimize future photoswitchable compound design.

Impliquée dans de nombreuses fonctions comportementales, l'olfaction joue un rôle majeur quant à l'orientation de nos actions. Les odeurs communiquent avec le système nerveux central par l'intermédiaire de récepteurs situés dans l'épithélium olfactif du nez qui génèrent des signaux neuronaux, transmis et traités dans de nombreuses régions du cerveau. En particulier, le cortex piriforme antérieur (CPa) est une région olfactive importante impliquée dans la perception et l'intégration des odeurs. Étant donné le rôle du principal récepteur aux cannabinoïdes de type 1 (CB1) dans les fonctions sensorielles et les processus de mémoire, nous avons émis l'hypothèse que ces récepteurs pourraient moduler le traitement des odeurs dans le CPa. Pour ce faire, en combinant des approches anatomiques, électrophysiologiques et pharmacologiques, nous avons d'abord caractérisé la répartition des récepteurs CB1 et évalué leur capacité à réguler les circuits du CPa. Nous avons observé que ces récepteurs sont principalement exprimés dans les interneurones GABAergiques et que leur activation régule la transmission et la plasticité inhibitrice. Puis, nous avons cherché à déterminer le rôle et l'impact des récepteurs CB1 dans le traitement des odeurs dans le CPa. Grâce à une technique d'imagerie calcique in vivo, nous avons montré que l'altération de la signalisation des récepteurs CB1 affecte l'activité des neurones du CPa en réponse aux odeurs. En agissant très semblablement sur les circuits inhibiteurs locaux, nous avons mis en évidence que le fonctionnement physiologique des récepteurs CB1 dans le CPa est nécessaire pour le rappel d’une information olfactive apprise dans un contexte appétitif mais pas aversif. De façon générale, ces travaux permettent de mieux comprendre comment les récepteurs CB1 modulent les processus olfactifs dans le CPa. / Being involved in many behavioral functions, olfaction has powerful influence in guiding our actions. Odors communicate with the central nervous system via specialized receptors in the nose olfactory epithelium that generate neuronal signals, which in turn are eventually distributed and processed in many brain regions. In particular, the anterior piriform cortex (aPC) is an important olfactory area involved in perception and integration of odors. Given the extended role of the main cannabinoid type-1 (CB1) receptor in sensory and memory brain functions, we hypothesized that CB1 receptors could modulate odor processing in the aPC. To this aim, using a combination of anatomical, electrophysiological, and pharmacological approaches, we first characterized the distribution of CB1 receptors and their ability to regulate aPC circuits. We found that CB1 receptors are mainly expressed in GABAergic interneurons where their activation regulates inhibitory transmission and plasticity. Then, we evaluated the role and the impact of CB1 receptor modulation on odor-related aPC processing. In vivo calcium imaging revealed that odor-evoked aPC activity is affected by alteration of CB1 receptor signaling. Additionally, we demonstrated that physiological aPC-CB1 receptors functioning is necessary for retrieve appetitive but not aversive olfactory memory, likely through modulation of local inhibitory circuits. Overall, this work contribute to a better understanding of how CB1 receptors modulate olfactory processes in the aPC.

Le tabac est consommé par environ un milliard de personnes. D'après l'Organisation Mondiale de la Santé, le tabagisme est la première cause évitable de mortalité dans le monde, provocant six millions de morts par an. La nicotine est le composant neuro-actif principal dans le tabac, et exerce ses effets neurologiques via une activation directe des récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChR). Ces récepteurs transmembranaires sont composés de sous-unités alpha, ou alpha plus beta, créant une variété de canaux ioniques ligand-dépendants activés par le neurotransmetteur ACh. Les études génétiques chez l’homme ont mis en évidence des variants dans le cluster génomique CHRNA5-CHRNA3-CHRNB4, codant pour les sous-unités α5, α3 et β4, comme facteurs influençant le tabagisme. Cette thèse a étudié le rôle des nAChRs contenant la sous-unité β4 (β4*) dans l’addiction à la nicotine. En collaboration, nous avons montré que les souris déficientes pour la sous-unité β4 (β4 KO), sont moins sensibles aux effets récompensant et aversifs de la nicotine. En générant un lentivirus exprimant la séquence murine d'ADN complémentaire de β4, j’ai pu restaurer son expression dans des régions d’intérêt du cerveau, sur un fond génétique β4KO. Ceci a permis de mettre en évidence le rôle du réseau habénulo-interpedonculaire dans la contribution des β4* nAChRs à la consommation de nicotine. Ceci a également démontré le rôle modulateur de ces récepteurs dans les réponses de la voie mésolimbique à la nicotine, voie centrale dans l'effet renforçant des drogues. / Tobacco is consumed by an estimated 1 billion people world-wide. The World Health Organization names tobacco consumption the primary cause of preventable morbidity and mortality, causing six million deaths per year. Nicotine is the principal neuro-active compound in tobacco, and exerts neurological effects by binding to nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs). These transmembrane receptors are composed of alpha or alpha plus beta subunits, forming a diverse variety of ligand-gated ion channels endogenously activated by ACh. Human genetic studies have highlighted variants in the CHRNA5-CHRNA3-CHRNB4 genomic cluster, coding for subunits α5, α3 and β4, as altering smoking behaviours. The present thesis investigated the role of β4-containing (β4*) nAChRs in nicotine addiction. In collaboration, we showed that β4 knockout (KO) mice are less sensitive to nicotine reward and nicotine aversion. Generating a lentivirus for the expression of mouse β4 nAChR subunit complementary DNA, I was able to restore receptor expression to brain regions of interest on a KO background, locating the role of β4* nAChR in nicotine reward and aversion to the habenulo-interpedunular pathway. This also demonstrated the receptor’s modulation of nicotinic responses of the mesolimbic system, central hub of drug reinforcement.