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 système endocannabinoïde est un système neuromodulateur majeur du cerveau. Ainsi, il contrôle la mémoire et l’apprentissage, et ce, principalement par l'intermédiaire des récepteurs aux cannabinoïdes de type 1 (CB1) qui régulent de manière fine les activités neuronales et gliales. Dans l’hippocampe, une communication bidirectionnelle entre neurones et astrocytes modèle la plasticité synaptique et le comportement. Il a été rapporté que les effets disruptifs des cannabinoïdes sur la plasticité synaptique et la mémoire de travail sont dépendants de récepteurs CB1 présents dans les astrocytes. Cependant, le rôle de ce récepteur dans la modulation physiologique des processus mnésiques n’est pas encore connu. De précédentes études ont également montré que les récepteurs CB1 exprimés dans les cellules hébergeant le récepteur dopaminergique D1 sont impliqués dans la modulation hippocampique de la mémoire associée aux évènements aversifs. Toutefois, leur implication dans la modulation de la formation de la mémoire associée à des évènements non aversifs ainsi que dans la plasticité synaptique sous-jacente reste encore inconnue. Dans cette thèse, mon objectif était d’identifier les mécanismes cellulaires et moléculaires par lesquels des populations distinctes de récepteurs CB1 dans des populations gliales et des régions cérébrales bien définies contribuent à la modulation physiologique de la plasticité synaptique, de l’apprentissage et de la mémoire. Pour ce faire, nous avons utilisé des souris mutantes conditionnelles dans lesquelles le récepteur CB1 a été rendu silencieux sélectivement dans les astrocytes ou dans les cellules exprimant le récepteur D1. En couplant ces modèles génétiques murins avec des approches comportementales, pharmacologiques et électrophysiologiques in vitro et in vivo, nous avons disséqué le rôle de ces populations de récepteurs CB1 dans la formation de la mémoire. Tout d’abord, nous avons montré que les récepteurs CB1 astrogliaux dans l’hippocampe contrôlaient la potentialisation à long terme (PLT) de la transmission synaptique CA3-CA1 et la mémoire de reconnaissance à long terme. En contrôlant, via la gliotransmission, la disponibilité effective de D-sérine aux récepteurs NMDA, les astrocytes sont des éléments importants contrôlant les interactions glie-neurones qui sous-tendent la plasticité synaptique et les fonctions mnésiques. Les données obtenues montrent que les récepteurs CB1 astrogliaux contrôlent la plasticité et la mémoire en régulant la disponibilité synaptique de la D-sérine aux récepteurs NMDA. Deuxièmement, nous avons montré que les récepteurs CB1 dans les cellules exprimant le récepteur D1 contrôlaient la consolidation, mais pas l’acquisition, de nouveau souvenirs et l’augmentation de la PLT induite par l’apprentissage. Ces résultats indiquent que des populations spécifiques de cellules exprimant le récepteur CB1 modulent ces processus de manière différentielle.En conclusion, ces travaux démontrent que le système endocannabinoïde dans les astrocytes est un important modulateur de l’apprentissage et de la mémoire alors que les récepteurs CB1 dans les cellules exprimant le récepteur D1 semblent importants pour des composantes spécifiques de la formation de la mémoire. Prise dans son ensemble, cette thèse apporte des preuves fonctionnelles quant à la régulation complexe de la mémoire de reconnaissance à long-terme par des populations distinctes de récepteurs CB1. / The endocannabinoid system is a major brain modulatory system that controls memory and learning mainly via the cannabinoid receptor type 1 (CB1)-dependent regulation of neuronal and glial activity. In the hippocampus, bidirectional communication between neurons and astrocytes shapes synaptic plasticity and behavior. CB1 receptors have been shown to be present in the astrocytes and to mediate the disruptive effects of cannabinoids in synaptic plasticity and working memory. Yet, it is not currently known the role of this receptor in the physiological modulation of memory processes. Also, previous studies have shown that CB1 receptors expressed in dopamine D1 receptor-expressing cells are involved in the modulation of hippocampal-dependent aversive memories. However, their involvement in the modulation of non-aversive long-term memory formation and synaptic plasticity is presently unknown. In this thesis, I aimed at identifying the cellular and molecular mechanisms by which specific CB1 receptors in distinct brain neuronal and glial populations contribute to the physiological modulation of synaptic plasticity and learning and memory. For this aim we used conditional genetic mutant mice lacking CB1 receptors specifically in astrocytes or in D1-positive cells. By coupling these genetic mouse models with behavioral, pharmacological, and in vitro and in vivo electrophysiological approaches, we dissected the role of these CB1 receptors in the formation of memory. First, we show that astroglial CB1 receptors in the hippocampus control long-term potentiation (LTP) of CA3-CA1 synaptic transmission and long-term recognition memory. By allowing physiological availability of D-serine at NMDA receptors via gliotransmission, astrocytes are important elements controlling glia-neuron interactions that underlie synaptic plasticity and memory functions. The data show that astroglial CB1 receptors control plasticity and memory by regulating the synaptic availability of D-serine at NMDA receptors. Second, we show that CB1 receptors D1-positive cells control the consolidation, but not acquisition, of new memories and the enhancement of LTP induced by learning, showing that specific subpopulations CB1 receptor-expressing cells differentially modulate these processes.Overall, by showing that the endocannabinoid system in astrocytes is an important modulator of learning and memory and by suggesting that CB1 receptors in D1-positive cells are important for specific components of memory formation, we provide functional evidence for the complex cell type-dependent regulation of long-term recognition memory by the CB1 receptors.

Le système endocannabinoïde est un important modulateur des fonctions physiologiques. Dans le cerveau, son contrôle s’exerce essentiellement par les récepteurs cannabinoïdes de type 1 (CB1). Les récepteurs CB1 sont abondamment exprimés sur les neurones excitateurs glutamatergiques et les interneurones inhibiteurs GABAergiques et leur stimulation inhibe la libération du glutamate et du GABA. Récemment, l’activité des récepteurs CB1 sur les astrocytes a été proposée comme facilitant la transmission excitatrice. Par ce contrôle général de la neurotransmission, l’activité des récepteurs CB1 induit différents phénomènes de plasticté synaptique associés aux processus de mémoire. Les récepteurs CB1 jouent un rôle complexe dans les fonctions de mémoire. En particulier, la stimulation exogène des récepteurs CB1 perturbe la mémoire de travail. D’autre part, la signalisation endogène des récepteurs CB1 est nécessaire à l’adaptation des réponses de peur apprises. Cependant, les mécanismes par lesquels les récepteurs CB1 régulent ces processus de mémoire n’ont été que peu analysés. L’objectif de ce travail fut de caractériser les mécanismes cellulaires par lesquels les récepteurs CB1 contrôlent la mémoire de travail et les réponses de peur apprises. Nous avons utilisé les modèles de mutation constitutive et conditionnelle des récepteurs CB1 chez la souris afin d’analyser les conséquences de la délétion de ces récepteurs sur des types cellulaires particuliers. Dans une première étude, nous avons montré que les cannabinoïdes exogènes tels que le Δ9-tetrahydocannabinol (THC, principal composé psychoactif du cannabis) induisent des déficits de mémoire de travail spatiale par la stimulation des récepteurs CB1 exprimés sur les astrocytes. Les cannabinoides induisent une forme de dépression à long-terme dans l’hippocampe dont plusieurs mécanismes cellulaires sont similaires à ceux supportant les déficits de mémoire mis en évidence par l’analyse comportementale. Ces résultats suggèrent que les cannabinoïdes altèrent la mémoire de travail spatiale par une modification de la plasticité synaptique de l’hippocampe induite par la stimulation des récepteurs CB1 astrogliaux. Dans une seconde étude, nous avons mis en évidence que les récepteurs CB1 localisés sur les neurones GABAergiques et glutamatergiques exercent un contrôle opposé sur le type de réponse élicité par un stimulus conditioné aversif. La ré-expression sélective des récepteurs CB1 dans l’amygdale des souris mutantes constitutives a permis de préciser l’implication de cette structure dans la régulation des réponses de peur conditionnées par les récepteurs CB1.L’ensemble de ces travaux indiquent que le système endocannabinoïde contrôle les fonctions de mémoire par une régulation de l’activité de cellules spécifiques dans le cerveau. L’implication des astrocytes dans les effets des cannabinoïdes sur la mémoire souligne l’importance de ces cellules dans les processus cognitifs et suggère que les récepteurs CB1 astrogliaux jouent un rôle dans d’autres fonctions cérébrales. Nos résulats révèlent également l’importance de l’évaluation de différents comportements dans le cadre des modèles expérimentaux d’adaptation à la peur. / The endocannabinoid system is an important regulator of physiological functions. In the brain, this control is mainly exerted through the type-1-cannabinoid (CB1) receptors. CB1 receptors are abundant at excitatory glutamatergic and inhibitory GABAergic neuron terminals where their stimulation inhibits neurotransmitter release. The activity of CB1 receptors on astrocytes has been recently proposed as facilitating excitatory transmission. Through this general control on brain neurotransmission, CB1 receptors mediate distinct forms of synaptic plasticity that are associated with memory processing. Indeed, CB1 receptors control memory functions. In particular, the exogenous stimulation of CB1 receptors impairs working memory. Moreover, the endogenous CB1 receptor signalling ensures the adaptation of learned fear responses. However, the brain mechanisms of this CB1-mediated control of memory functions are poorly characterized. The goals of this research work were to dissect the cellular mechanisms by which CB1 receptors control both working memory and learned fear responses. We used constitutive and conditional mutagenesis in mice to address the roles of CB1 receptors on particular cell types in these functions. We first showed that exogenous cannabinoids, including Δ9-tetrahydocannabinol (THC, the main psychoactive constituent of cannabis), impairs spatial working memory through the stimulation of astroglial CB1 receptors. Cannabinoids also induce a form of in vivo long-term depression in the hippocampus that shares several cellular mechanisms with the cannabinoid-induced working memory impairments. These results suggest that cannabinoids disrupt spatial working memory by altering hippocampal synaptic plasticity through astroglial CB1 receptor stimulation. We then showed that CB1 receptors expressed on GABAergic and glutamatergic neurons oppositely control fear coping strategies in the presence of fear conditioned stimuli. The selective and local re-expression of CB1 receptors in the amygdala of constitutive CB1 mutant mice allowed to precise the involvement of this brain structure in the regulation of conditioned fear responses by CB1 receptors. Altogether, these studies indicate that the endocannabinoid system differentially controls memory functions through its distinct modulation of the activity of specific brain cells. The involvement of astrocytes in the effects of cannabinoids on memory highlights their key roles in cognitive processes and further suggests that astroglial CB1 receptors might play a role in other high order brain functions. Our results also point the importance of performing thorough behavioral analyses in the experimental models of fear adaptation.

Le système endocannabinoïde est un important modulateur des fonctions physiologiques. Il est composé des récepteurs aux cannabinoïdes, de ses ligands lipides endogènes (les endocannabinoïdes) et de la machinerie enzymatique pour leur synthèse et leur dégradation. Les récepteurs aux cannabinoïdes de type 1 (CB1) sont exprimés dans différents types cellulaires dans le cerveau et sont connus pour être impliqués dans les processus mnésiques. Les endocannabinoïdes sont mobilisés dépendamment de l’activité notamment dans les régions cérébrales impliquées dans la mémoire telle que l’hippocampe. Dans cette région, les récepteurs CB1 sont exprimés au niveau des terminaisons neuronales présynaptiques où leur stimulation inhibe la libération de neurotransmetteurs, modulant ainsi différentes formes d’activité synaptique. Outre leur expression sur les neurones, les récepteurs CB1 sont également exprimés par les astrocytes. Avec l’élément pré- et post-synaptique, les astrocytes font partis de la « synapse tripartite » où ils participent à la plasticité synaptique et les processus mnésiques associés. De manière intéressante, la stimulation des récepteurs CB1 astrocytaires facilite la transmission glutamatergique dans l’hippocampe. Dans cette région, les astrocytes régulent l’activité des N-methyl-Daspartate receptors (NMDARs) à travers le contrôle des niveaux synaptiques de leur co-agoniste, la D-serine, modulant ainsi la plasticité synaptique à long terme. Cependant, le mécanisme entrainant la libération de D-serine par les astrocytes n’est pas identifié. De manière intéressante, notre laboratoire a montré que les effets délétères des cannabinoïdes exogènes sur la mémoire de travail spatial sont médiés par les récepteurs CB1 astrocytaires à travers un mécanisme dépendant des NMDARs dans l’hippocampe. Cependant, le rôle physiologique des récepteurs CB1 astrocytaires restent méconnus. Une des formes de mémoire impliquant le récepteurs CB1 est la mémoire de reconnaissance d’objet (NOR). La stimulation exogène des récepteurs CB1 hippocampique inhibe la consolidation de la NOR mais la délétion constitutive des récepteurs CB1 n’affecte pas la NOR, suggérant que la signalisation des récepteurs CB1 endogènes n’est pas nécessaire. Cependant, de récentes études soulignent que la délétion globale du gène CB1 pourrait masquer le rôle des récepteurs CB1 des différents types cellulaires. Ceci indique la nécessité de nouveaux outils plus sophistiqués afin de totalement comprendre le rôle physiologique du système endocannabinoïde dans des comportements complexes. Dans cette étude, nous avons étudié le rôle physiologique des récepteurs CB1 astrocytaires dans la formation de la NOR et la plasticité synaptique. En utilisant une combinaison d’approches génétiques, comportementales, électro-physiologiques, d’imagerie et de biochimie, nous avons montré que l’activation endogène des récepteurs CB1 astrocytaires est nécessaire pour la consolidation de la NOR à long terme, et ceci à travers un mécanisme impliquant l’apport en D-sérine, afin de stimuler l’activité des NMDARs synaptiques de l’hippocampe dorsal. Cette étude révèle un mécanisme inattendu à la base de la libération de D-sérine, entrainant l’activité des NMDARs et la formation de la mémoire à long terme. / The endocannabinoid system is an important modulator of physiological functions. It is composed of cannabinoid receptors, their endogenous lipid ligands (the endocannabinoids) and the enzymatic machinery for endocannabinoid synthesis and degradation. The type-1 cannabinoid receptors (CB1) are expressed in different cell types of the brain and are known to be involved in memory processes. Endocannabinoids are mobilized in an activity-dependent manner in brain areas involved in the modulation of memory such as the hippocampus. In this brain region, CB1 receptors are mainly expressed at neuronal pre-synaptic terminals where their stimulation inhibits the release of neurotransmitters, thereby modulating several forms of synaptic activity. Besides their expression in neurons, CB1 receptors are also expressed in astrocytes. Along with the pre- and post-synaptic neurons, astrocytes are part of the “tripartite synapse”, where they participate in synaptic plasticity and associated memory processes. Interestingly, modulation of astroglial CB1 receptors has been proposed to facilitate glutamatergic transmission in the hippocampus. In this brain area, astrocytes regulate the activity of N-methyl-D-aspartate receptors (NMDARs) through the control of the synaptic levels of their co-agonist D-serine, thereby mediating long-term synaptic plasticity. However, the mechanisms inducing D-serine release by astrocytes are still not identified. Interestingly, our laboratory showed that the negative effect of exogenous cannabinoids on spatial working memory is mediated by astroglial CB1 receptors through a NMDAR-dependent mechanism in the hippocampus, but the physiological role of astroglial CB1 remains unknown. One of the forms of memory involving CB1 receptors is novel object recognition (NOR) memory. The exogenous stimulation of hippocampal CB1 receptors inhibits the consolidation of long-term NOR formation. Constitutive global deletion of CB1 receptors in mice leaves NOR memory intact, suggesting that endogenous CB1 receptor signaling is not necessary for long-term NOR. However, recent studies pointed-out that, likely due to compensatory mechanisms, the global deletion of the CB1 gene might mask cell type-specific roles of CB1 receptors, indicating that more sophisticated tools are required to fully understand the physiological roles of the endocannabinoid system in complex behavioral functions. In this work, we investigated the physiological role of the astroglial CB1 receptors on NOR memory formation and synaptic plasticity. By using a combination of genetic, behavioral, electrophysiological, imaging and biochemical techniques, we showed that endogenous activation of astroglial CB1 receptors is necessary for the consolidation of long-term NOR memory, through a mechanism involving the supply of D-serine to enhance synaptic NMDARs-dependent plasticity in the dorsal hippocampus. This study uncovers an unforeseen mechanism underlying D-serine release, triggering NMDARs activity and long-term memory formation.ory.

La consommation de tabac est un problème majeur de santé publique. La nicotine, principal composant psychoactif du tabac, est tenue pour responsable essentielle de la dépendance tabagique.<br />Nous avons montré, chez le rat, que la nicotine induit une préférence de place conditionnée (PPC) reproductible et durable (pendant au moins 12 semaines), et ceci à très faible dose (0,06 mg/kg), qui est donc perçue comme « plaisante » par les animaux. <br />Le blocage des récepteurs CB1 et α1 adrénergiques s'oppose à la fois à l'établissement et à l'expression à court terme de la PPC induite par la nicotine. En revanche, il n'empêche pas l'expression à long terme de ce comportement, ce qui indique que des changements neuroadaptatifs se mettent en place dans les semaines qui suivent le conditionnement, rendant l'expression à long terme indépendante de la stimulation de ces 2 récepteurs. Ces changements neuroadaptatifs se développent progressivement pendant les 3 semaines post-acquisition et sont sous la dépendance d'endocannabinoïdes. De plus, le conditionnement à la nicotine, avec ou sans rimonabant, ne modifie pas la fonctionnalité des récepteurs CB1, D2 et 5-HT1A dans les structures cérébrales étudiées. Enfin, un déconditionnement actif n'éteint la PPC induite par la nicotine que chez une partie des animaux, et l'administration d'une dose-test de nicotine induit une réactivation de la PPC chez ces rats. Dans leur ensemble, ces données laissent à penser que les récepteurs CB1 et/ou α1 adrénergiques jouent un rôle majeur dans les mécanismes qui sous-tendent les effets plaisants de la nicotine.

Les cannabinoïdes sont une large classe de molécules qui agissent principalement sur les neurones, affectant la sensation de douleur, l'appétit, l'humeur, l'apprentissage et la mémoire. Des récepteurs cannabinoïdes spécifiques (CBR) ont été identifiés dans les neurones et d'autres types de cellules. Cependant, l'activation des CBR ne peut pas modifier directement l'excitabilité électrique des neurones, car les CBR ne génèrent pas de signaux électriques par eux-mêmes. Au lieu de cela, le potentiel membranaire et la signalisation électrique dans toutes les cellules excitables, y compris les neurones, sont générés par des canaux ioniques intégrés dans la membrane cellulaire. Récemment, il a été démontré que le cannabinoïde synthétique WIN55,212-2 affecte la mémoire en activant les récepteurs CB1, entraînant des changements de signalisation qui affectent le courant Ih généré par les canaux cycliques (HCN) activés par l'hyperpolarisation. Cependant, il a également été démontré que les cannabinoïdes régulent directement la fonction de plusieurs canaux ioniques, indépendamment de l'activation du CBR. Nous examinons ici si les cannabinoïdes, le 9-tétrahydrocannabidiol (THC) et le cannabidiol (CBD), que l'on trouve dans le cannabis sativa, peuvent réguler directement les canaux HCN1. En utilisant une pince de tension à deux électrodes (TEVC), sur des ovocytes de Xenopus, qui n'expriment pas de CBR, nous surveillons les changements dans la relation courant-tension, la cinétique de déclenchement et la dépendance à la tension des courants HCN1 dans des concentrations croissantes de cannabinoïdes. Nos données suggèrent que le CBD et le THC modulent directement le courant de HCN1. Étant donné que les cannabinoïdes sont des molécules thérapeutiques prometteuses pour le traitement de plusieurs troubles neurologiques, comprendre quelles cibles ils affectent, le mécanisme de leur régulation et comment ils se lient à des cibles potentielles sont des étapes essentielles de leur utilisation en tant que thérapies efficaces et du développement de cibles plus puissantes et plus efficaces médicaments spécifiques. / Cannabinoids are a broad class of molecules that act primarily on neurons, affecting pain sensation, appetite, mood, learning and memory. Specific cannabinoid receptors (CBRs) have been identified in neurons, and other cell types. However, activating CBRs cannot directly alter electrical excitability in neurons, since CBRs do not generate electrical signals on their own. Instead, membrane potential and electrical signaling in all excitable cells, including neurons, are generated by ion channels embedded in the cell membrane. Recently, it has been shown that the synthetic cannabinoid WIN55,212-2 effects memory by activating CB1 receptors, leading to signaling changes that affect the Ih current generated by hyperpolarization-activated cyclic-nucleotide gated (HCN) channels. However, cannabinoids have also been shown to directly regulate the function of several ion channels, independently of CBR activation. Here we examine whether cannabinoids, 9-tetrahydrocannabidiol (THC) and cannabidiol (CBD), which are found in cannabis sativa, can directly regulate HCN1 channels. Using two-electrode voltage clamp (TEVC), on Xenopus oocytes, which do not express CBRs, we monitor changes in the current-voltage relationship, gating kinetics, and voltage-dependence of HCN1 currents in increasing concentrations of cannabinoids. Our data suggests CBD and THC directly modulate HCN1 current. Since cannabinoids are promising therapeutic molecules for the treatment of several neurological disorders, understanding what targets they affect, the mechanism of their regulation, and how they bind to potential targets are critical steps in their use as effective therapies and the development of more potent and target specific drugs.