L'anorexie mentale est une maladie mortelle liée à une privation volontaire d'aliments en dépit d'un besoin énergétique. La compréhension des causes biologiques des anomalies alimentaires requiert un niveau d'analyse simplifié. Ainsi l'utilisation de modèles animaux a permis d'identifier l'une des premières cibles thérapeutiques potentielles de l'anorexie : le récepteur 5-HT4 de la sérotonine (R5-HT4). La stimulation des R5-HT4 dans le noyau accumbens (NAc) active la voie de signalisation AMPc/PKA/CART et inhibe la faim, alors que l'inhibition de son activité constitutive par un agoniste inverse spécifique inhibe cette voie et provoque une hyperphagie. La transfection d'un R5-HT4 muté (R5-HT4ASSL), insensible à la sérotonine et dont l'activité constitutive est plus forte que celle du récepteur natif, dans le NAc chez la souris sauvage ou privée des R5-HT4, réduit la motivation à consommer des aliments, en activant la voie AMPc/PKA/CART de façon indépendante de la sérotonine. Ces résultats constituent un des rares cas connus d'implication de l'activité constitutive d'un récepteur couplé à une protéine G dans une fonction physiologique, la prise alimentaire. Dans ce contexte, nous décrivons un nouveau facteur de régulation du taux d'AMPc sous le contrôle des R5-HT4 dans le NAc : le complexe « A-kinase anchoring protein/Protein kinase A » (AKAP/PKA). La liaison de la PKA à l'AKAP inhibe l'augmentation du taux d'AMPc et d'ARNm codant le peptide CART, induite par la stimulation pharmacologique des R5-HT4, dans le NAc. Cet effet s'accompagne d'une diminution de la prise alimentaire. Ce rétrocontrôle négatif du complexe AKAP/PKA sur l'activité des R5-HT4 permet de diminuer le taux d'AMPc dans le NAc et de réguler la prise alimentaire. Ces résultats suggèrent qu'une trop forte activité constitutive des R5-HT4 induit une augmentation anormale d'AMPc dans le NAc qui peut conduire à des anomalies alimentaires comme l'anorexie mentale. Nous avons ainsi identifié un mécanisme moléculaire capable de réguler l'activité des R5-HT4 et qui pourrait servir de cible pour le traitement de l'anorexie. / Anorexia nervosa is a deadly mental disease related to a voluntary deprivation of food despite an energy requirement. Understanding of the biological causes of food anomalies requires a level of simplified analysis. And the use of animal models has previously allowed us to identify one of the first potential therapeutic targets of anorexia : serotonin 4 receptors (5-HT4Rs). Stimulation of 5-HT4Rs in the nucleus accumbens (Nac) activates the cAMP/PKA/CART signaling pathway and inhibits hunger, while the inhibition of its constitutive activity by a specific inverse agonist inhibits this pathway and causes hyperphagia. Transfection of a mutated 5-HT4R (5-HT4RASSL) insensitive to serotonin and whose constitutive activity is stronger that the native receptor, in the NAc in mice, reduces motivation for consuming food while activating the cAMP/PKA/CART pathway independently of serotonin. These results are one of the few known cases of involvement of the constitutive activity of G protein coupled receptor to a physiological function, the intake of food.In this context, we describe a new factor regulating cAMP levels under the control of 5-HT4Rs in the NAc: the A-kinase anchoring protein/Protein kinase A (AKAP/PKA) complex. The binding of PKA to AKAPs inhibits the increase in cAMP levels and mRNA encoding the peptide CART induced by pharmacological stimulation of 5-HT4Rs, in Nac. This effect is accompanied by a decrease in food intake The negative feedback of AKAP/PKA complex on the activity of 5-HT4Rs reduces the cAMP levels in the NAc and controls food intake.These results suggest that a too strong constitutive activity of 5-HT4Rs induces cAMP abnormal increase in the Nac and leads to eating abnormalities such as anorexia nervosa. We identified a molecular mechanism that regulates the activity of 5-HT4Rs and could serve as a target for the treatment of anorexia.

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.

Chez les rongeurs, la mémoire procédurale est préservée alors que la mémoire « déclarative » est profondément altérée au cours du vieillissement normal ou pathologique.L’injection d’un agoniste partiel des récepteurs 5-HT4 (SL 65.0155. 0.01mg/kg) permet aux rongeurs de récupérer leurs facultés dans une tâche de discrimination olfactive, le labyrinthe olfactif par exemple.L’activation des récepteurs 5-HT4 par un agoniste pourrait être utilisée pour lutter contre les dysfonctionnements mnésiques rencontrés dans certaines pathologies neurodégénératives telle que la maladie d’Alzheimer. L’injection d’un agoniste partiel des récepteurs 5-HT4 (SL 65.0155. 0.01mg/kg) permet aux rongeurs de récupérer leurs facultés dans une tâche de discrimination olfactive, le labyrinthe olfactif par exemple.L’activation des récepteurs 5-HT4 par un agoniste pourrait être utilisée pour lutter contre les dysfonctionnements nésiques rencontrés dans certaines pathologies neurodégénératives telle que la maladie d’Alzheimer. / In normal aging or pathological brain diseases in rodents procedural memory is spared while reference memory is deeply impaired.Injection of a partial selective 5-HT4 agonist (SL65.0155. 0.01mg/kg) enabled complete recovery of association learning performance in an olfactory associative discrimination task, the olfactory tubing maze for exemple.Activation of 5-HT4 receptors by a selective agonist could be useful for the symptomatic treatment of memory dysfunctions related to pathological aging such as Alzheimer’disease.

La conduite alimentaire n'obéit pas nécessairement au besoin physiologique de consommer des aliments (la faim) ou à la satiété suggérant qu'un système nerveux volontaire de la restriction (anorexie) et de la consommation excessive d'aliments (boulimie, « binge-type eating ») inhibe le système nerveux autonome. Ces deux anomalies affectent plus fréquemment, et souvent à la fois, la femme que l'homme. Si l'utilisation de modèles animaux permet l'étude d'une part des bases neuronales en cause, ceux possiblement responsables de l'alternance « anorexie / boulimie » restent encore à identifier. Dans ce contexte, nous avons ainsi centré nos analyses sur l'étude de l'implication de récepteurs cérébraux couplés aux protéines G ; les récepteurs 4 de la sérotonine (R5-HT4) car leur stimulation dans le noyau accumbens (NAc), une structure du système de la récompense, inhibe la faim y compris après la mise à jeun de souris, par l'action AMPc/PKA dépendante d'un peptide de l'addiction ; « cocaine- and amphetamine-regulated transcript » (CART). Nous montrons que le maintien d'une plus forte expression (ectopique ou physiologique) des R5-HT4 dans le NAc a réduit plus durablement la faim que sa seule stimulation et augmente l'activité locomotrice. En incluant dans notre raisonnement l'activité constitutive des R5-HT4 (e.g. accumulation de la forme active R*), nous montrons que l'injection d'un agoniste inverse (inhibition de l'activité constitutive : accumulation de la forme inactive, R) spécifique des R5-HT4 dans le NAc entraîne une baisse du taux d'AMPc et de CART tout en augmentant celui des ARNm codant le NPY d'autant plus que l'hyperphagie est élevée. Les effets induits par l'injection de l'agoniste inverse ne sont pas observés lorsqu'il est adjoint à un antagoniste des R5-HT4. Ces résultats suggèrent une implication physiologique de l'activité constitutive des R5-HT4 dans la régulation de la conduite alimentaire; son inhibition (agoniste inverse) dans le NAc augmente la prise et reprise alimentaire après un jeûne. L'ensemble de ces résultats rend probable que la plus forte activité des R5-HT4, à la base d'une association « anorexie /hyperactivité locomotrice », souvent décrite comme paradoxale au plan énergétique dans le syndrome de l'anorexie mentale, représente plutôt un mécanisme de compensation globale d'une valeur énergétique à perdre en conséquence d'une trop forte consommation d'aliments. Puisque la densité des R5-HT4 peut varier selon un taux variable de 5-HT après stress, lequel aggrave les anomalies alimentaires, nous avons étudié plus avant l'implication des R5-HT4 dans l'effet anorexigène du stress (immobilisation forcée) chez des souris femelles privées de leur gène : l'hypophagie induite par le stress n'a pas été observée chez les souris privées des R5-HT4 qui présentent une possible hyperactivité de l'axe hypothalamo-hypophysaire corticosurrénalien vraisemblablement compensée par un plus fort rétrocontrôle négatif. Il est donc probable que les R5-HT4 contribuent à réduire les conséquences du stress et que la modification de l'équilibre de leur activité contribue à une part de la symptomatologie de patients atteints d'anorexie / boulimie. / Feeding behavior does not necessarily obey to the physiological need to eat (hunger) or to satiety, suggesting that voluntary nervous system of the restriction (anorexia) and overeating (bulimia, binge-type eating) inhibits the autonomic nervous system. These two anomalies affecting more frequently, and often both, the woman than man. If animal models are used to study a part of neural bases involved, those possibly responsible for the oscillation of"anorexia / bulimia" remain to be identified. In this context, we thus focused our analysis on the study of the involvement of brain receptors coupled to G proteins ; serotonin 4 receptors (5-HTR4) because their stimulation in the nucleus accumbens (NAc), a brain reward area, inhibits hunger even after a food deprivation, by the action ofcAMP / PKA, dependent of an addiction peptide, "cocaine-and amphetamine-regulated transcript" (CART). Weshow that maintaining a higher expression (ectopic or physiological) of 5-HTR4 in the NAc, reduced hunger more longer than the acute stimulation and increased locomotor activity. Including in our reasoning the constitutive activity of 5-HTR4 (e.i. accumulation of the active form R*), we show that injecting a specific inverse agonist of the5-HTR4 (inhibition of constitutive activity: accumulation of inactive form, R ) in the NAc induced a decrease incAMP and CART levels, while increasing NPY mRNA level, especially when binge is high. The effects induced by the injection of the inverse agonist are not observed when a 5-HTR4 antagonist was coadministrated. These results suggest a physiological involvement of the constitutive activity of 5-HTR4 in the regulation of feeding behavior ; its inhibition (inverse agonist) in the NAc increases the food intake in fed or food-deprived mice. All of these results makes it likely that the highest activity of 5-HTR4, at the base of the association "anorexia /locomotor hyperactivity", often described as paradoxical in terms of energy, in the syndrome of anorexia nervosa,represent rather a global compensation mechanism of energy to be lost as a result of an excessive consumption of food. Since the density of the 5-HTR4 may vary depending on a variable rate of 5-HT following stress, which aggravates the feeding disorders, we further investigated the involvement of 5-HTR4 in the appetite-suppressant effect of stress (forced immobilization) in female mice deprived of their gene: stress-induced hypophagia was not observed in mice deprived of 5-HTR4 who present a possible hyperactivity of the hypothalamic-pituitary adrenocortical axis likely offset by a stronger negative feedback. It is therefore likely that the 5-HTR4 contribute to reduce the effects of stress and that the modification of the balance of their activities contribute to a part of the symptoms of patients with anorexia / bulimia.

Les actions thérapeutiques des antidépresseurs, disponibles actuellement, requièrent plusieurs semaines de traitement. Ce délai est dû aux adaptations des sites pré et post-synaptiques qui, respectivement, augmentent la disponibilité synaptique des monoamines sérotonine et noradrénaline (5-HT et NA), et entraînent les changements neuroplastiques modifiant la fonction neuronales dans les régions limbiques. Il a été récemment observé, chez un modèle animal de dépression, que l’agoniste RS67333 des récepteurs sérotoninergiques de type 5-HT4 produisait des changements comportementaux, électrophysiologiques, cellulaires et biochimiques, tel qu’observé chez les antidépresseurs. Ces changements apparaissent seulement après 3 jours de traitement tandis que les antidépresseurs nécessitent souvent plusieurs semaines. De plus, l’activation des récepteurs 5-HT4 ne générait pas de tolérance, et cela pendant 21 jours de traitement. Seulement, les propriétés de signalisation et de régulation de ces récepteurs sont très loin d’êtres établies. Nous avons alors voulu mieux caractériser ces deux aspects de leur fonction, en se concentrant d’avantage sur les isoformes a et b, fortement exprimés dans le système limbique. Pour cela, nous avons voulu évaluer d’abord leur capacité de production d’AMPc dans un système hétérologue. Les essais d’accumulation d’AMPc démontrent que les deux isoformes sont capables de moduler positivement et négativement des niveaux d’AMPc en présence de 5-HT. Par contre, la stimulation au RS67333 induit seulement une augmentation du niveau d’AMPc dans les deux cas. Ensemble, ces observations indiquent que les deux isoformes sont capables de coupler à l’adénylate cyclase à travers les protéines Gαs et Gαi. La quantification des récepteurs internalisés a montré que l’isoforme b internalisait plus efficacement que l’isoforme a suite à l’incubation à la 5-HT (61 ± 3 % pour le b vs 40 ± 2 % pour le a). Les protéines kinases PKA et PKC n’étaient pas impliquées dans cette différence, toutefois, la PKC a été trouvée essentielle à l’internalisation des deux isoformes. L’internalisation de l’isoforme b par 5-HT n’a pas été affecté par la surexpression de forme inactive de GRK2 (GRK2- K220R) et a été partiellement inhibé par un mutant négative de la β-arrestine (βarr(319-418)), tandis que l’internalisation de l’isoforme a a été bloquée par les deux. Ces observations indiquent que les mécanismes d’internalisation des deux isoformes du récepteur 5-HT4 les plus abondants dans le système nerveux central sont distincts. Des comportements spécifiques à chaque isoforme ont aussi été constatés au niveau de la régulation fonctionnelle suite à l’exposition au RS67333, qui désensibilise seulement l’isoforme b. D’après nos observations, nous avons conclu que les isoformes a et b diffèrent dans leur propriétés de signalisation et de régulation. L’incapacité du RS67333 à désensibiliser l’isoforme a fournit un substrat moléculaire pour les effets antidépressifs prolongés de cet agoniste dans les études pré-cliniques. / The therapeutic actions of antidepressants, currently available, require several weeks of treatment. This delay is due to pre-and post-synaptic sites adjustments, which, respectively, increase the availability of synaptic monoamines 5-HT and NA, and induce neuroplastic changes amending neuronal function in the limbic regions. We have recently observed in animal model of depression that serotonergic 4 receptor agonist RS67333 produces behavioural, electrophysiological, cellular and biochemical changes, as seen in antidepressants. More importantly, these changes appear only after 3 days of treatment while antidepressants often require several weeks. Moreover, activation of 5-HT4 receptors does not generate tolerance and that for 21 days of treatment. However, the signalling and regulation properties of these receptors haven’t been established yet. Here, we wanted to better characterize these two aspects of their function, and in particular for isoforms a and b, strongly expressed in the limbic system. First, we assessed their ability to produce cAMP in a heterologous system. Functional assays revealed that both isoforms were capable of positive and negative modulation of cAMP levels by 5-HT. Stimulation by RS67333 induced cAMP stimulation. Together, these observations indicate that that both isoforms are able to couple adenylate cyclase through Gαs and Gαi proteins. Moreover, quantification of receptors sequestration showed that isoform b internalised more efficiently than the isoform a, following incubation with 5-HT (61 ± 3 % for b, 40 ± 2 % for a). PKA and PKC proteins, two seconds messenger kinases activated by these receptors, are not involved in producing this difference. However, PKC is essential to the internalization of both isoforms. Isoform b internalization was not affected by an inactive GRK2 mutant (GRK2-K220R) and was partially inhibited by dominant negative β-arrestin (βarr(319-418), while isoform a internalization was dependant on both. These observations indicate that internalization mechanisms of the two isoforms, most abundantly expressed in the central nervous system, are different. Functional desensitization studies showned that RS67333 selectively desensitizes the isoform b, but not isoforme a. Based on these observations, we conclude that isoform a and b differ in their signalling and regulatory properties. Isoform a incapacity to desensitization by RS67333 provides a molecular substrate for prolonged antidepressant affects of this agonist in pre-clinical studies.

Les antidépresseurs actuels sont très similaires au niveau de leur mécanisme d’action et sont plus ou moins efficaces. Un des problèmes majeurs est leur long temps de latence à fournir une action thérapeutique dû aux adaptations des sites pré et post synaptiques. Dans un modèle animal, nous avons récemment découvert que l’agoniste RS67333 des récepteurs 5-HT4 était en mesure de produire en trois jours les mêmes effets antidépresseurs qui normalement prennent de deux à trois semaines à apparaître avec les antidépresseurs actuellement disponibles. De plus, nous avons constaté que les effets antidépresseurs de cet agoniste possédaient une résistance à la tolérance. Il y a d’autres agonistes du même récepteur, tel que le prucalopride qui ne produit pas d’effets antidépresseurs comme RS67333. Étant donné que l’efficacité du Prucalopride à stimuler les 5-HT4Rs est similaire sinon plus grande que celle de RS67333, nous avons énoncé l’hypothèse que le récepteur 5-HT4 pourrait adopter différentes conformations actives suite à son activation par différents agonistes. Nous avons ainsi décidé d’explorer les principales réponses fonctionnelles des récepteurs 5-HT4B en observant leurs propriétés de régulation et de signalisation. Nous avons montré que l’isoforme B du récepteur 5-HT4, étant hautement exprimé dans le système limbique, détient une signalisation et une régulation différentes dépendant du ligand activateur. Nos résultats indiquent que chacun des agonistes testés (5-HT, RS67333, ML10302, Zacopride, Prucalopride) modulent distinctivement la production d’AMPc et l’internalisation du récepteur. Les résultats nous ont clairement permis de déterminer que les agonistes possèdent une efficacité et ou puissance différentes les uns par rapport aux autres. De plus, l’ordre d’efficacité des agonistes à moduler la voie de l’AMPc était (Prucalopride > Zacopride = ML10302 = 5-HT > RS67333) et est différente de leur ordre d’efficacité à induire la régulation du récepteur par internalisation (5-HT > Zacopride > Prucalopride > ML10302 = RS67333). Ainsi, nous avons montré que les 5-HT4Rs adoptent des conformations qui sont ligand-spécifiques. Cela implique que la sélectivité fonctionnelle serait un facteur important à considérer dans les mécanismes d’action antidépresseur des agonistes de ce récepteur. / Antidepressants currently available are very similar toward their mechanism of action and are more or less effective. One major problem is their long latency to provide a therapeutic effect due to adaptations of pre and post synaptic locations. In an animal model, we recently discovered that the agonist RS67333 of the 5-HT4 receptors was able to produce in three days the same antidepressant effects that normally take two to three weeks to appear with the currently available antidepressants. In addition, we found that the antidepressant effects of this agonist had a resistance to tolerance. There are others agonists of the same receptor such as prucalopride, which does not produce antidepressant effects as RS67333. Since the effectiveness of prucalopride to stimulate 5-HT4Rs is similar if not greater than RS67333, we stated the hypothesis that the 5-HT4 receptor could adopt different active conformations following its activation by various agonists. We decided to explore the major functional responses of 5-HT4B by observing their regulatory and signaling properties. We showed that the B isoform of the 5-HT4, being highly expressed in the limbic system, has a different signaling and regulation depending on the ligand. Our results indicate that each of the agonists tested (5-HT, RS67333, ML10302, Zacopride, Prucalopride) distinctively modulate cAMP production and receptor internalization. The results have clearly identified that agonists differed in potency and efficacy. Moreover, the order of effectiveness of agonists to modulate the cAMP pathway was (prucalopride> zacopride = 5-HT = ML10302> RS67333) different from their order of effectiveness in inducing receptor regulation by internalization (5-HT> Zacopride> Prucalopride> RS67333 = ML10302). Thus, we have shown that 5-HT4Rs adopt conformations that are ligand-specific. This implies that functional selectivity is an important factor in the mechanisms of antidepressant action of this receptor agonists.

Les antidépresseurs actuels sont très similaires au niveau de leur mécanisme d’action et sont plus ou moins efficaces. Un des problèmes majeurs est leur long temps de latence à fournir une action thérapeutique dû aux adaptations des sites pré et post synaptiques. Dans un modèle animal, nous avons récemment découvert que l’agoniste RS67333 des récepteurs 5-HT4 était en mesure de produire en trois jours les mêmes effets antidépresseurs qui normalement prennent de deux à trois semaines à apparaître avec les antidépresseurs actuellement disponibles. De plus, nous avons constaté que les effets antidépresseurs de cet agoniste possédaient une résistance à la tolérance. Il y a d’autres agonistes du même récepteur, tel que le prucalopride qui ne produit pas d’effets antidépresseurs comme RS67333. Étant donné que l’efficacité du Prucalopride à stimuler les 5-HT4Rs est similaire sinon plus grande que celle de RS67333, nous avons énoncé l’hypothèse que le récepteur 5-HT4 pourrait adopter différentes conformations actives suite à son activation par différents agonistes. Nous avons ainsi décidé d’explorer les principales réponses fonctionnelles des récepteurs 5-HT4B en observant leurs propriétés de régulation et de signalisation. Nous avons montré que l’isoforme B du récepteur 5-HT4, étant hautement exprimé dans le système limbique, détient une signalisation et une régulation différentes dépendant du ligand activateur. Nos résultats indiquent que chacun des agonistes testés (5-HT, RS67333, ML10302, Zacopride, Prucalopride) modulent distinctivement la production d’AMPc et l’internalisation du récepteur. Les résultats nous ont clairement permis de déterminer que les agonistes possèdent une efficacité et ou puissance différentes les uns par rapport aux autres. De plus, l’ordre d’efficacité des agonistes à moduler la voie de l’AMPc était (Prucalopride > Zacopride = ML10302 = 5-HT > RS67333) et est différente de leur ordre d’efficacité à induire la régulation du récepteur par internalisation (5-HT > Zacopride > Prucalopride > ML10302 = RS67333). Ainsi, nous avons montré que les 5-HT4Rs adoptent des conformations qui sont ligand-spécifiques. Cela implique que la sélectivité fonctionnelle serait un facteur important à considérer dans les mécanismes d’action antidépresseur des agonistes de ce récepteur. / Antidepressants currently available are very similar toward their mechanism of action and are more or less effective. One major problem is their long latency to provide a therapeutic effect due to adaptations of pre and post synaptic locations. In an animal model, we recently discovered that the agonist RS67333 of the 5-HT4 receptors was able to produce in three days the same antidepressant effects that normally take two to three weeks to appear with the currently available antidepressants. In addition, we found that the antidepressant effects of this agonist had a resistance to tolerance. There are others agonists of the same receptor such as prucalopride, which does not produce antidepressant effects as RS67333. Since the effectiveness of prucalopride to stimulate 5-HT4Rs is similar if not greater than RS67333, we stated the hypothesis that the 5-HT4 receptor could adopt different active conformations following its activation by various agonists. We decided to explore the major functional responses of 5-HT4B by observing their regulatory and signaling properties. We showed that the B isoform of the 5-HT4, being highly expressed in the limbic system, has a different signaling and regulation depending on the ligand. Our results indicate that each of the agonists tested (5-HT, RS67333, ML10302, Zacopride, Prucalopride) distinctively modulate cAMP production and receptor internalization. The results have clearly identified that agonists differed in potency and efficacy. Moreover, the order of effectiveness of agonists to modulate the cAMP pathway was (prucalopride> zacopride = 5-HT = ML10302> RS67333) different from their order of effectiveness in inducing receptor regulation by internalization (5-HT> Zacopride> Prucalopride> RS67333 = ML10302). Thus, we have shown that 5-HT4Rs adopt conformations that are ligand-specific. This implies that functional selectivity is an important factor in the mechanisms of antidepressant action of this receptor agonists.

Les actions thérapeutiques des antidépresseurs, disponibles actuellement, requièrent plusieurs semaines de traitement. Ce délai est dû aux adaptations des sites pré et post-synaptiques qui, respectivement, augmentent la disponibilité synaptique des monoamines sérotonine et noradrénaline (5-HT et NA), et entraînent les changements neuroplastiques modifiant la fonction neuronales dans les régions limbiques. Il a été récemment observé, chez un modèle animal de dépression, que l’agoniste RS67333 des récepteurs sérotoninergiques de type 5-HT4 produisait des changements comportementaux, électrophysiologiques, cellulaires et biochimiques, tel qu’observé chez les antidépresseurs. Ces changements apparaissent seulement après 3 jours de traitement tandis que les antidépresseurs nécessitent souvent plusieurs semaines. De plus, l’activation des récepteurs 5-HT4 ne générait pas de tolérance, et cela pendant 21 jours de traitement. Seulement, les propriétés de signalisation et de régulation de ces récepteurs sont très loin d’êtres établies. Nous avons alors voulu mieux caractériser ces deux aspects de leur fonction, en se concentrant d’avantage sur les isoformes a et b, fortement exprimés dans le système limbique. Pour cela, nous avons voulu évaluer d’abord leur capacité de production d’AMPc dans un système hétérologue. Les essais d’accumulation d’AMPc démontrent que les deux isoformes sont capables de moduler positivement et négativement des niveaux d’AMPc en présence de 5-HT. Par contre, la stimulation au RS67333 induit seulement une augmentation du niveau d’AMPc dans les deux cas. Ensemble, ces observations indiquent que les deux isoformes sont capables de coupler à l’adénylate cyclase à travers les protéines Gαs et Gαi. La quantification des récepteurs internalisés a montré que l’isoforme b internalisait plus efficacement que l’isoforme a suite à l’incubation à la 5-HT (61 ± 3 % pour le b vs 40 ± 2 % pour le a). Les protéines kinases PKA et PKC n’étaient pas impliquées dans cette différence, toutefois, la PKC a été trouvée essentielle à l’internalisation des deux isoformes. L’internalisation de l’isoforme b par 5-HT n’a pas été affecté par la surexpression de forme inactive de GRK2 (GRK2- K220R) et a été partiellement inhibé par un mutant négative de la β-arrestine (βarr(319-418)), tandis que l’internalisation de l’isoforme a a été bloquée par les deux. Ces observations indiquent que les mécanismes d’internalisation des deux isoformes du récepteur 5-HT4 les plus abondants dans le système nerveux central sont distincts. Des comportements spécifiques à chaque isoforme ont aussi été constatés au niveau de la régulation fonctionnelle suite à l’exposition au RS67333, qui désensibilise seulement l’isoforme b. D’après nos observations, nous avons conclu que les isoformes a et b diffèrent dans leur propriétés de signalisation et de régulation. L’incapacité du RS67333 à désensibiliser l’isoforme a fournit un substrat moléculaire pour les effets antidépressifs prolongés de cet agoniste dans les études pré-cliniques. / The therapeutic actions of antidepressants, currently available, require several weeks of treatment. This delay is due to pre-and post-synaptic sites adjustments, which, respectively, increase the availability of synaptic monoamines 5-HT and NA, and induce neuroplastic changes amending neuronal function in the limbic regions. We have recently observed in animal model of depression that serotonergic 4 receptor agonist RS67333 produces behavioural, electrophysiological, cellular and biochemical changes, as seen in antidepressants. More importantly, these changes appear only after 3 days of treatment while antidepressants often require several weeks. Moreover, activation of 5-HT4 receptors does not generate tolerance and that for 21 days of treatment. However, the signalling and regulation properties of these receptors haven’t been established yet. Here, we wanted to better characterize these two aspects of their function, and in particular for isoforms a and b, strongly expressed in the limbic system. First, we assessed their ability to produce cAMP in a heterologous system. Functional assays revealed that both isoforms were capable of positive and negative modulation of cAMP levels by 5-HT. Stimulation by RS67333 induced cAMP stimulation. Together, these observations indicate that that both isoforms are able to couple adenylate cyclase through Gαs and Gαi proteins. Moreover, quantification of receptors sequestration showed that isoform b internalised more efficiently than the isoform a, following incubation with 5-HT (61 ± 3 % for b, 40 ± 2 % for a). PKA and PKC proteins, two seconds messenger kinases activated by these receptors, are not involved in producing this difference. However, PKC is essential to the internalization of both isoforms. Isoform b internalization was not affected by an inactive GRK2 mutant (GRK2-K220R) and was partially inhibited by dominant negative β-arrestin (βarr(319-418), while isoform a internalization was dependant on both. These observations indicate that internalization mechanisms of the two isoforms, most abundantly expressed in the central nervous system, are different. Functional desensitization studies showned that RS67333 selectively desensitizes the isoform b, but not isoforme a. Based on these observations, we conclude that isoform a and b differ in their signalling and regulatory properties. Isoform a incapacity to desensitization by RS67333 provides a molecular substrate for prolonged antidepressant affects of this agonist in pre-clinical studies.