Le diabète de type 2 est aujourd'hui un réel problème de santé publique mondial. Il résulte d'un défaut de masse et/ou de fonction des cellules bêta pancréatiques. L'identification et la compréhension des mécanismes à l'origine de ces défauts permettrait de développer des stratégies pour restaurer la masse fonctionnelle de cellules bêta. Les hormones glucocorticoïdes (GC), hormones de stress et d'adaptation métaboliques, sont capables d'inhiber la sécrétion d'insuline mais leur mode d'action n'est pas encore entièrement compris. Récemment, la sérotonine, neurotransmetteur présent dans les cellules bêta, a été décrite comme étant à l'origine de l'augmentation de la masse bêta lors de la gestation et d'une modulation de la sécrétion d'insuline chez la souris. Dans ce contexte, nous avons voulu définir si les GC pouvaient moduler le système sérotonine des cellules bêta. Nous nous sommes alors intéressés aux enzymes de synthèse de la sérotonine Tph1 et Tph2. Nous avons pu montrer que l'expression des enzymes Tph1 et Tph2 était inhibée par les GC entrainant une diminution de la synthèse de la sérotonine. Ensuite nous avons confirmé que l'expression de Tph1 et 2 était stimulée par la prolactine mais aussi montré pour la première fois que ces enzymes étaient stimulées par l'exenatide-4, un analogue de GLP-1. Dans ces deux situations stimulantes, nous retrouvons un effet contre-régulateur des GC. Enfin, nous nous sommes intéressés au rôle de la sérotonine sur la fonction des cellules bêta. Nous avons pu mettre en évidence que la sérotonine est capable d'inhiber la sécrétion d'insuline par altération du flux calcique dans la cellule bêta pancréatique. En conclusion, nos résultats montrent que, au sein de la cellule bêta, le système sérotonine est une des cibles des GC, suggérant que la réduction de sérotonine puisse être un relais des effets des GC sur les cellules bêta. / Type 2 diabetes is now a real global public health problem. It results from a defect of mass and / or function of pancreatic beta cells. The identification and understanding of the mechanisms underlying these defects would help develop strategies to restore the functional beta cell mass. Glucocorticoid hormones (GC), hormones of stress and metabolic adaptation, can inhibit insulin secretion but their mode of action is not yet fully understood. Recently, the neurotransmitter serotonin present in the beta cells has been described as involved in the increase in beta-cell mass during gestation and a modulation of the insulin secretion in mice. In this context, we wanted to determine whether GC could modulate the serotonin system of beta cells. We focused on the enzymes required for serotonin synthesis Tph1 and 2. We could show that the expression of Tph1 and Tph2 1 and Tph2 enzyme was inhibited by GC causing a decrease in serotonin synthesis. We then confirmed the expression of Tph1 and 2 was stimulated by prolactin but also showed for the first time that these enzymes were stimulated by exenatide-4, a GLP-1. In these two stimulating situations, we found that GC exerts a counter-regulatory effect. Finally, we studied the role of serotonin on beta cell function. We were able to show that serotonin can inhibit the secretion of insulin by altering the calcium flux in the pancreatic beta cell. In conclusion, our results show that, within the beta cell, the serotonin system is one of GC target, suggesting that serotonin reduction can be a relay of the effects of GC on beta cells.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative caractérisée par une mort sélective des motoneurones. Les mécanismes impliqués dans cette pathologie sont encore mal connus. Il apparait néanmoins que la SLA est une maladie multifactorielle impliquant différents partenaires tels que les motoneurones, les cellules gliales et musculaires. Le modèle murin SOD1G93A développe un phénotype semblable à celui observé chez les patients SLA. L'étude précise du patron locomoteur des SOD1G93A nous a permis de re-définir la date d'apparition des symptômes à 2 mois d'âge soit 1 un mois avant la date communément admise. Nous corrélons cette donnée fonctionnelle à des modifications histologiques au niveau médullaire, en particulier sur la composante gliale, et musculaire. Sur cette base, nous avons développé deux approches in vivo, l'une physiologique et l'autre pharmacologique. D'une part nous avons caractérisé les effets d'exercices physiques de différentes intensités chez les souris SOD1G93A. Cette étude à mis en évidence le rôle primordial de l'environnement et ne démontre pas d'effet de l'exercice sur la survie des souris SOD1G93A. D'autre part, nous rapportons une augmentation de survie des souris SOD1G93A après traitement chronique à faible dose d'une molécule anti-glutamatergique, la gacyclidine. A forte dose cette molécule semble avoir un effet néfaste.En parallèle, nous avons décrit la répartition anatomique de la sérotonine et d'un de ses récepteurs dans la moelle épinière humaine. Nous observons de grandes similarités topographiques avec les murins et primates, et validons ainsi l'utilisation future de ces modèles animaux dans les pathologies affectant la locomotion tel que la SLA. / Amytrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease characterized by a selective death of motoneurons. Pathogenesis and mechanisms of selective vulnerability are not yet fully understood although there is growing evidences that ALS is a complex multi-factorial disease that involves several partners such as neuron, glial and muscle cells. Transgenic mice over-expressing a human mutated form of the gene coding for SOD1 develop a dominantly inherited adult-onset paralytic disorder that mimics human ALS symptoms. The precise description of the SOD1G93A mice locomotor pattern using a gait analysis method allowed us to refine symptoms onset at two months of age. This is one month earlier than described in the literature. We correlate these functional modifications to histological alterations of (1) the glial component of the spinal cord, and (2) muscles. From this referent study, we have then developed and evaluated a physiological and pharmacological in vivo approaches. In our first study, we have characterized the effect of different intensities of physical exercise on SOD1G93A mice. Our study not only demonstrates the crucial role of the environment but also that exercise does not have an impact on the survival of SOD1G93A mice. In the second part of our work, we report an increase in SOD1G93A mice survival when they had been chronically treated with a low dose of gacyclidine, an anti-glutamatergic molecule. At higher dose, this molecule seems to be detrimental.In a parallel study, we have carried out the anatomical description of serotonin and one of its receptor in the adult human spinal cord. We observe topographic similarities with rodents and primates, thus validating their further use as animal models, to study motor pathologies such as ALS.

Interagir avec autrui est crucial pour notre survie. Différentes études ont mis en évidence le rôle de l'ocytocine (OT) dans la sociabilité et l'affiliation. La première partie de notre travail montre qu'il y a un lien entre la concentration d'ocytocine plasmatique et l'ocytocine centrale et que les deux sont corrélées au niveau d'extraversion des individus. L'OT plasmatique corrèle aussi au volume de l'amygdale et de l'hippocampe, deux régions cérébrales importantes pour le comportement social. Nous montrons également que l'administration d'OT entraine une modification (augmentation) de la perception subjective de la sociabilité. L'ensemble de ces résultats suggère que l'OT constitue un biomarqueur de la personnalité sociale et pourrait servir au diagnostic de pathologies sociales comme l'Autisme. Nous avons étudié le fonctionnement central de l'OT et particulièrement son interaction avec la sérotonine (5-HT), impliquée elle aussi dans la régulation du comportement social. Avec la Tomographie par Emission de Positon (TEP) et grâce à un radioligand ([18-F]MPPF) spécifique des récepteurs 5-HT1A de la 5-HT nous montrons que l'administration d'OT entraine, chez le sujet sain une augmentation du potentiel de liaison (BP) du MPPF traduisant une modification de l'activité de la 5 HT au niveau du raphe, de l'amygdale/hippocampe, de l'insula et du cortex orbitofrontal, régions clés pour le traitement du comportement social. Les patients Asperger démontrent une diminution du MPPF BP par rapport aux contrôles au niveau de ces mêmes régions, différence qui s'annule par la prise d'OT. Ces résultats confirment le potentiel thérapeutique de l'OT et ouvrent de nouvelles pistes de recherche visant à intégrer la relation entre les neurotransmetteurs dans les futurs traitements. L'ensemble de ce travail place l'ocytocine au coeur de la physiologie du comportement social et suggère son utilisation tant au niveau du diagnostic que de la prise en charge de l'Autisme / Interacting with others is crucial for human fitness. In the past decade, there has been a growing interest for oxytocin (OXT) and its implication in social behavior. In the first section of this work we show that peripheral and central concentrations of OXT are correlated. Peripheral and central OXT are also correlated with subjects’ extraversion and with the volume of amygdala and hippocampus, two brain regions important for the regulation of social behavior. Interestingly, we show that OXT intake increases the subjective perception of subjects’ sociability. These findings suggest that OXT can be considered a biomarker of social behavior, thus opening the possibility of using this hormone in the screening process of psychiatric disorder like Autism. In a second section, we focused on the central action of OXT and in particular its interaction with another neurotransmitter also essential for social behavior: the serotonin (5-HT). We assessed OXT effect on the central serotoninergic activity in healthy subjects using the Positon Emission Tomography (PET) thanks to a radiotracer ([18-F]MPPF) specific for the 5-HT1A receptors and known to be localised in brain regions important for social processing. Our results show that oxytocin administration increases MPPF binding potential (BP) in raphe nuclei, right amygdala, hippocampus and orbitofrontal cortex. Interestingly, Asperger patients showed a decrease in MPPF BP in these regions compared to controls. This difference disappeared after oxytocin. These results strengthen the role of oxytocin in social behavior and underline the therapeutic potential of this neuromodulator for psychiatric disorders implicating both serotonin and oxytocin dysfunctions

Les erreurs innées du métabolisme sont des maladies héréditaires pouvant affecter, entre autres, la synthèse et le transport des neurotransmetteurs. Le diagnostic de ces pathologies repose essentiellement sur l’analyse par chromatographie d’un fluide biologique [plasma, urine, liquide céphalorachidien (LCR)]. L’objectif de cette thèse était de développer des méthodes simples et rapides pour le diagnostique des troubles de la neurotransmission. Dans un premier temps, nous avons développé et validé le dosage simultané, en moins de 10 minutes, des métabolites de la dopamine, de la sérotonine et de la tétrahydrobioptérine (BH4) par chromatographie liquide ultra-haute pression (UHPLC) couplée à une détection séquentielle électrochimique et fluorimétrique. Cette méthode a été appliquée à l’analyse de 1372 échantillons de LCR, permettant ainsi d’établir les valeurs fréquentes de la population française. Afin de transposer la méthode précédente en UHPLC couplée à la spectrométrie de masse (MS), nous avons étudié les mécanismes d’auto- et d’électro- oxydation de la BH4, par mobilité ionique différentielle couplée à la MS haute résolution (résonance cyclonique ionique FTICR) et à la photodissociation Infra-rouge. Ce travail nous a permis d’isoler et de caractériser pour la première fois la qBH2, intermédiaire réactionnel fugace de la BH4, impliqué dans le mécanisme d’action de cette dernière. La méthode UHPLC-MS/MS développée, permet en outre le dosage simultané du 5-Méthyl-tétrahydrofolate. / Inborn errors of metabolism are inherited diseases that can alter the synthesis and transport of neurotransmitters. The diagnosis of these conditions is currently based on the chromatographic analysis of a biological fluid [plasma, urine, cerebrospinal fluid (CSF)]. The aim of this thesis was to develop simple and rapid methods for the diagnosis of neurotransmitter disorders. Firstly, we developed and validated the simultaneous determination of dopamine, serotonin, and tetrahydrobiopterin (BH4) metabolites by ultrahigh pressure liquid chromatography (UHPLC) coupled to sequential electrochemical and fluorimetric detection. This method was applied to the analysis of 1372 CSF samples, thus establishing the frequent ranges of the French population. In order to transpose the previous method into UHPLC coupled to mass spectrometry (MS), we studied the mechanisms of auto- and electro- oxidation of BH4, by Differential Ion Mobility coupled to high resolution MS (FTICR) in conjunction with Infra-Red photo-dissociation. This work allowed us to isolate and characterize qBH2, the transient reaction intermediate of BH4, involved in the mechanism of action of the latter. The proposed UHPLC-MS/MS method also allows the simultaneous determination of 5-methyltetrahydrofolate.

Il y a longtemps qu’on a attribué à l’hippocampe un rôle central dans la mémoire, mais ce n’est pas son unique rôle. Un nombre grandissant d’études attestent que l’hippocampe peut être séparé en deux régions, dorsale et ventrale, qui sont fonctionnellement différentes. La partie dorsale de l’hippocampe est responsable du rôle classique dans la mémoire spatiale et contextuelle, alors que la région ventrale de l’hippocampe est importante dans l’expression de l’anxiété et de la motivation, entre autres. Les projections des noyaux du raphé, l’unique source d’afférences sérotoninergiques de l’hippocampe, auraient un rôle régulateur sur ses fonctions, dont le comportement anxieux. Toutefois, les fonctions de la projection sérotoninergique raphé-hippocampe ventral ne sont pas entièrement caractérisées et les différents rôles des sous-populations de neurones sérotoninergiques au sein même de la projection raphé-hippocampe ventral sont peu connus. Dans ce projet de recherche, nous avons utilisé des tests comportementaux et des outils optogénétiques, afin de déterminer le rôle de la projection sérotoninergique raphé-hippocampe ventral dans le comportement d’aversion. Notre hypothèse est que la sérotonine régule l’anxiété en agissant sur l’hippocampe ventral via cette projection. Nous démontrons entre autres que l’activation de la projection sérotoninergique raphé-hippocampe ventral induit une hausse de l’anxiété, mais spécifiquement chez les femelles. Nous démontrons aussi que l’activation de la projection réduit la locomotion. Nos données offrent un nouveau point de vue sur le rôle du raphé médian dans l’anxiété ainsi que sur l’importance du sexe dans l’expression du comportement anxieux. / It has been known for a long time that the hippocampus has a central role in memory, but it isn’t its sole function. A growing number of studies are showing that the hippocampus can be split in two regions, dorsal and ventral, that are functionally different. The dorsal part is responsible for the classic and well-known role of the hippocampus in spatial and contextual memory, while the ventral region is important for the expression of anxiety and motivation, among other roles. The only serotonergic input of the hippocampus are the raphe nuclei and it has been suggested that it has a regulatory effect over its functions, such as anxiety. Nonetheless, the functions of the raphe-ventral hippocampus serotonergic projection are not fully characterized and sub-populations of serotonergic neurons inside the projection itself aren’t known. In this research project, we used behavioral tests and optogenetic tools to determine whether the raphe to ventral hippocampus serotonergic projection is able to influence aversive behaviors. Our hypothesis is that serotonin regulates anxiety through its influence on the ventral hippocampus via the raphe-ventral hippocampus serotonergic projection. We found that optogenetic activation of the projection induces heightened anxiety, but only in female mice. Our data offer new insight as to how the median raphe regulates anxiety and the importance of sex in the expression of anxiety.

La stimulation magnétique transcrânienne répétée (rTMS) est une technique de stimulation cérébrale non invasive qui est largement répandue dans la recherche clinique. Par exemple, l’utilisation de la rTMS à haute fréquence (HF rTMS) dans le traitement de la dépression majeure résistante aux traitements habituels (TRD) est approuvée par Santé Canada et la Food and Drug Administration mais ses mécanismes neurobiologiques demeurent en grande partie inconnus. Les laboratoires Jean-Martin Beaulieu et Shirley Fecteau ont observé dans le passé qu’un traitement HF rTMS de 5 jours sur le cortex frontal de souris induisait des modulations épigénétiques dans les niveaux de certaines protéines spécifiques d’une manière similaire à celle des inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine. En ce sens, un protocole utilisant un modèle animal de la TRD a été mis sur pied. Le tryptophane hydroxylase 2 (Tph2) est une enzyme de synthèse de la sérotonine (5-HT) dans le cerveau adulte. Les souris qui expriment une forme mutante de cette enzyme possèdent ~80 % moins de sérotonine, ce qui induit des comportements d’anxiété, de dépression et de compulsivité. Cette mutation a été trouvée dans un groupe de personnes âgées et d’adolescents, les premiers montrant des symptômes liés à la TRD et les derniers montrant des symptômes liés au trouble obsessionnel compulsif (OCD). L’objectif de ce projet était d’évaluer l’impact épigénétique d’un traitement HF rTMS de 5 jours sur l’expression des gènes et du comportement de souris mutées Tph2-/- en comparaison avec un traitement placebo. Au final, aucune différence significative n’a été observée entre le traitement HF rTMS et le placebo en lien avec les comportements d’anxiété et de compulsivité des différents tests suivant un traitement HF rTMS de 5 jours. Malheureusement, la seconde partie de ce projet, l’évaluation de l’expression des gènes suite au traitement HF rTMS, a été reportée en cours de route pour des raisons hors de notre contrôle et puisque l’analyse des résultats ne s’insérait pas dans l’échéancier du projet de maîtrise. Toutefois, l’analyse future de l’expression des gènes pourrait, comme il a été observé dans le passé, montrer des différences significatives au niveau moléculaire même si aucune modification du comportement n’a été observée. / Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is a non-invasive brain stimulation technique that is being extensively used in clinical research. For instance, the use of high-frequency (HF) rTMS to treat treatment-resistant major depression (TRD) is approved by Health Canada and the Food and Drug Administration, but its neurobiological mechanisms remains unclear. The laboratories of Jean-Martin Beaulieu and Shirley Fecteau reported in the past that a 5-day HF rTMS regimen applied over the frontal cortex of mice induced epigenetic modulations of specific protein levels in a manner similar to those of selective serotonin reuptake inhibitors. In that sense, a protocol using a mice model that suits the TRD condition was created. Tryptophan hydroxylase 2 (Tph2) is an enzyme which synthesize serotonin (5-HT) in the adult brain. Mice expressing a mutant form of that enzyme results in ~80 % less 5-HT and leads to anxiety, depressive and compulsive behaviors. This mutation has been found in an elder and teenager group, the former showing TRD and the latter showing obsessive compulsive disorder (OCD) symptoms. The main goal of this project was to assess the epigenetic impact of a 5-day HF rTMS regimen on gene expression and behaviors in Tph2 mutant mice as compared to a sham-rTMS regimen. In the end, no significant differences occurred between the rTMS and sham Tph2 mice in both anxiety and compulsivity behaviors following a 5-day HF rTMS regimen. Unfortunately, the second part of this project, the gene expression assessment, was postponed halfway because of the extensive data analysis not inserting itself within the timescale of this master’s project and other reasons out of our control. Nevertheless, the future analysis of gene expression might, as observed in the past, show significant differences on the molecular level even if no significant behavior modifications were observed.

La paraplégie est une condition pathologique qui hypothèque physiquement et mentalement toutes les personnes atteintes. Généralement, la blessure à la moelle épinière par compression, lacération ou section complète entraîne des pertes instantanées et quasi irréversibles des fonctions motrices, locomotrices et sensorielles sous le niveau de la lésion. Ces pertes fonctionnelles conduisent inévitablement à des changements morphologiques et physiologiques liés pour la plupart à l'inactivité physique chronique. Afin de contrer ces changements et leurs effets négatifs sur la santé, plusieurs équipes de recherche ont concentré leurs efforts sur le développement d'entraînements physiques spécialisés sur tapis roulant. Ces programmes d' entraînement, peu efficaces pour l'instant chez les blessés médullaires complets, permettraient le maintient d'une bonne forme physique dans l'espoir de retarder l' apparition des pertes musculaires, de l'ostéoporose ainsi que des troubles immunitaires, cardiovasculaires et hormonaux pour ne nommer que ceux-là. Nos recherches ont été orientées principalement sur 1) le discernement des mécanismes sousjacents au déclenchement de la locomotion chez la souris paraplégique ainsi que sur 2) l'identification d'une pharmacothérapie appliquée qui pourrait permettre l'induction de cette locomotion. Plusieurs pistes de solutions seront évaluées au cours de ce manuscrit. D'abord, il était primordial de caractériser le niveau basal de récupération spontanée de mouvements dans les membres paralysés de souris adulte afin de prendre cette notion en compte dans les expériences futures (article 1). Deuxièmement, nous avons étudié l'implication des récepteurs alpha₂-adrénergiques dans le déclenchement de mouvements de type locomoteur (mouvement de flexion-extension alterné bilatéralement) chez notre modèle de souris paraplégique avec et sans stimulation des afférentes sensorielles (articles 2 et 3). Par la suite, nous avons évalué le rôle des cinq (5) sous-types de · récepteurs dopaminergiques dans l' induction de mouvements de type locomoteur chez la souris paraplégique ainsi que leur localisation au niveau des segments L₁-L₅ (article .4). Finalement, nous avons étudié l'impact de l'actiyation simultanée de sous-types spécifiques de récepteurs dopaminergiques et sérotoninergiques afin de découvrir un moyen de faciliter un entraînement intensif sur tapis roulant chez la souris adulte paraplégique (article 5).

Dans le cadre de la modélisation des pathologies anxio-dépressives, notre équipe a créé par des approches génétiques et pharmacologiques deux modèles de souris, les souris privées des récepteurs 5-HT1A et 5-HT1B de la sérotonine (5-HT1A/1B-/-) et les souris CORT ayant reçu une exposition chronique de corticostérone exogène (modèle CORT). Ces modèles présentent respectivement un phénotype hyper anxieux et anxio-dépressif. A l'aide de la technique des puces à ADN, nous avons tenté de caractériser le phénotype moléculaire des troubles comportementaux observés dans les différentes régions cérébrales cortico-limbiques de ces modèles et de rechercher les effets des antidépresseurs sur le transcriptome. Nos études ont montré que les états anxio-dépressifs induisent des changements transcriptomiques spécifiques des différentes régions cérébrales du circuit cortico-limbique. Les traitements antidépresseurs ont non seulement inversé ces changements moléculaires, mais également induit des transcriptions génomiques régionales spécifiques.

La dépression est une pathologie grave qui, malgré de multiples stratégies thérapeutiques, demeure résistante chez un tiers des patients. Les techniques de stimulation cérébrale sont devenues une alternative intéressante pour les patients résistants à diverses pharmacothérapies. La stimulation du nerf vague (SNV) a ainsi fait preuve de son efficacité en clinique et a récemment été approuvée comme traitement additif pour la dépression résistante. Cependant, les mécanismes d’action de la SNV en rapport avec la dépression n’ont été que peu étudiés. Cette thèse a donc eu comme premier objectif de caractériser l’impact de la SNV sur les différents systèmes monoaminergiques impliqués dans la pathophysiologie de la dépression, à savoir la sérotonine (5-HT), la noradrénaline (NA) et la dopamine (DA), grâce à l’utilisation de techniques électrophysiologiques et de la microdialyse in vivo chez le rat. Des études précliniques avaient déjà révélé qu’une heure de SNV augmente le taux de décharge des neurones NA du locus coeruleus, et que 14 jours de stimulation sont nécessaires pour observer un effet comparable sur les neurones 5-HT. Notre travail a démontré que la SNV modifie aussi le mode de décharge des neurones NA qui présente davantage de bouffées, influençant ainsi la libération terminale de NA, qui est significativement augmentée dans le cortex préfrontal et l’hippocampe après 14 jours. L’augmentation de la neurotransmission NA s’est également manifestée par une élévation de l’activation tonique des récepteurs postsynaptiques α2-adrénergiques de l’hippocampe. Après lésion des neurones NA, nous avons montré que l’effet de la SNV sur les neurones 5-HT était indirect, et médié par le système NA, via l’activation des récepteurs α1-adrénergiques présents sur les neurones du raphé. Aussi, tel que les antidépresseurs classiques, la SNV augmente l’activation tonique des hétérorécepteurs pyramidaux 5-HT1A, dont on connait le rôle clé dans la réponse thérapeutique aux antidépresseurs. Par ailleurs, nous avons constaté que malgré une diminution de l’activité électrique des neurones DA de l’aire tegmentale ventrale, la SNV induit une augmentation de la DA extracellulaire dans le cortex préfrontal et particulièrement dans le noyau accumbens, lequel joue un rôle important dans les comportements de récompense et l’hédonie. Un deuxième objectif a été de caractériser les paramètres optimaux de SNV agissant sur la dépression, en utilisant comme indicateur le taux de décharge des neurones 5-HT. Des modalités de stimulation moins intenses se sont avérées aussi efficaces que les stimulations standards pour augmenter l’activité électrique des neurones 5-HT. Ces nouveaux paramètres de stimulation pourraient s’avérer bénéfiques en clinique, chez des patients ayant déjà répondu à la SNV. Ils pourraient minimiser les effets secondaires reliés aux périodes de stimulation et améliorer ainsi la qualité de vie des patients. Ainsi, ces travaux de thèse ont caractérisé l’influence de la SNV sur les trois systèmes monoaminergiques, laquelle s’avère en partie distincte de celle des antidépresseurs classiques tout en contribuant à son efficacité en clinique. D’autre part, les modalités de stimulation que nous avons définies seraient intéressantes à tester chez des patients recevant la SNV, car elles devraient contribuer à l’amélioration des bénéfices cliniques de cette thérapie. / Depression is a severe psychiatric disorder, in which a third of patients do not achieve remission, despite the wide variety of therapeutic strategies that are currently available. Brain stimulation has emerged as a promising alternative therapy in cases of treatment resistance. Vagus nerve stimulation (VNS) has shown promise in treating resistant-depressed patients, and it has been approved as an adjunctive treatment for resistant depression. However, the mechanism of action by which VNS exerts its antidepressant effects has remained elusive. The first goal of this thesis was therefore to characterize the impact of VNS on monoaminergic systems known to be implicated in the pathophysiology of depression such as serotonin (5-HT), norepinephrine (NE) and dopamine (DA), by means of electrophysiologic techniques and microdialysis in the rat brain. Previous research has indicated that one hour of VNS increased the basal firing activity of locus coeruleus NE neurons and, secondarily, that of 5-HT neurons, but only after 14 days of stimulation. Our work demonstrated that VNS also modified the firing pattern of NE neurons towards a bursting mode of discharge. This mode of firing was shown to lead to enhanced NE release in the prefrontal cortex and hippocampus after 14 days. Increased NE neurotransmission was also evidenced by enhanced tonic activation of postsynaptic α2-adrenoceptors in the hippocampus. Selective lesioning of NE neurons was then used to demonstrate that the effects of VNS on the 5-HT system were indirect, and mediated by the activation of α1-adrenoceptors located on the dorsal raphe 5-HT neurons. Similar to classical antidepressants, VNS also enhanced the tonic activation of pyramidal 5-HT1A heteroreceptors, which are known to play a key role in the antidepressant response. We also found that in spite of a diminished firing activity of ventral tegmental area DA neurons after VNS, extracellular DA levels were significantly elevated in the prefrontal cortex, and particularly in the nucleus accumbens which plays an important role in reward behavior and hedonia. A second objective was to characterize the optimal VNS parameters to treat depression using the firing activity of 5-HT neurons as an indicator. It was found that less stimulation was as effective as the standard levels to increase 5-HT neurons firing rate. These novel parameters could be helpful for clinical application in VNS responsive patients, to potentially minimize and/or even prevent stimulation-related side effects, thus improving their quality of life. In brief, these studies reveal an influence of VNS on all three central monoamine systems, which differs in part from that of classical antidepressants while contributing to the clinical efficacy of this approach. It will also be interesting to determine whether the proposed lower stimulation parameters are as effective in providing antidepressant response in patients receiving VNS, which should contribute to improve the clinical benefits of that therapy.

Les antipsychotiques sont utilisés en clinique depuis plus de 50 ans pour pallier aux symptômes de la schizophrénie. Malgré une recherche intensive, les mécanismes cellulaires et moléculaires responsables de l’effet clinique de cette médication demeurent encore nébuleux. Ces drogues sont reconnues comme des antagonistes des récepteurs D2 de la dopamine et peuvent moduler la transcription génique dans le striatum. Au cours des recherches qui ont mené à l'écriture de cette thèse, nous avons exploré l’expression de Nur77, un facteur de transcription de la famille des récepteurs nucléaires, afin de caractériser le rôle de la dopamine, la sérotonine, l’adénosine et le glutamate dans la régulation génique contrôlée par les antagonistes D2. En premier lieu, nous avons examiné l’impact de la co-administration d’agents sérotonergiques et adrénergiques sur l’expression de l’ARNm de Nur77 induite par l’halopéridol, un antipsychotique de première génération. Nous avons observé que le 8-OH-DPAT et le MDL11939 préviennent partiellement l’induction de Nur77 dans le striatum. Au contraire, l’idazoxan potentialise l’effet de l’halopéridol sur l’expression de Nur77 alors que le prazosin reste sans effet. Ces résultats démontrent que l’expression striatale de Nur77 induite par l’halopéridol peut être modulée à la baisse avec un agoniste 5-HT1A ou un antagoniste 5-HT2A. Par la suite, nous avons évalué dans divers paradigmes expérimentaux l’effet de l’éticlopride, un antagoniste spécifique D2, afin d’explorer davantage le mécanisme de l’effet transcriptionnel des antagonistes D2. Étonnamment, la suppression de l’isoforme D2L chez la souris D2L KO ne réduit pas la réponse de l’éticlopride dans le striatum. Par contre, une lésion corticale avec l’acide iboténique bloque l’effet de l’éticlopride sur la transcription de Nur77, suggérant un rôle du glutamate. La combinaison d’un antagoniste des récepteurs métabotropes du glutamate de types 5 (mGluR5) et d’un antagoniste des récepteurs de l’adénosine A2A abolit complètement l’augmentation de la transcription de Nur77 induit par l’éticlopride dans le striatum. La modulation directe de l’expression striatale de Nur77 par les récepteurs mGluR5 et A2A a été confirmée dans un modèle de cultures organotypiques de tranches cérébrales. Ces résultats démontrent clairement que la modulation de l’expression génique dans le striatum, à la suite d’un traitement avec un antagoniste D2 pourrait être indépendante d’une interaction directe avec les récepteurs D2 post-synaptiques, et reposerait plutôt sur son interaction avec les récepteurs D2 hétérosynaptiques des afférences corticostriées et l’activation subséquente des récepteurs post-synaptiques du glutamate et de l’adénosine. En résumé, nos résultats suggèrent que l’interaction des antipsychotiques atypiques avec les récepteurs 5-HT2A et 5-HT1A pourrait expliquer la différence dans le patron d’expression génique induit par ces drogues en comparaison avec les antipsychotiques typiques. De plus, nos résultats révèlent un nouveau mécanisme d’action des antagonistes D2 et supportent un rôle primordial du glutamate et de l’adénosine dans les effets des antipsychotiques de première génération. / Antipsychotic drugs have been used to alleviate schizophrenia symptoms for more than 50 years. Despite extensive research, little is known about the molecular and cellular mechanism responsible for their clinical outcome. These drugs are usually recognized as dopamine D2 antagonists and are known to modulate gene expression in the striatum. In the present thesis, we used the expression of Nur77, a transcription factor of the orphan nuclear receptor family, to explore the role of dopamine, serotonin, glutamate and adenosine receptors in the effect of a dopamine D2 antagonist in the striatum. First, we examined the abilities of serotoninergic and adrenergic receptor drugs to modify the pattern of Nur77 mRNA expression induced by haloperidol, a first generation antipsychotic drug. We observed that 8-OH-DPAT and MDL11939 partially prevent haloperidol-induced Nur77 upregulation. On the contrary, idazoxan consistently potentiated haloperidol-induced Nur77 mRNA levels in the striatum whereas prazosin remained without effect. Taken together, these results show the ability of a 5-HT1A agonist or a 5-HT2A antagonist to reduce haloperidol-induced Nur77 striatal expression. Subsequently, we evaluated in different experimental designs the effect of eticlopride, a specific D2 antagonist, to provide additional information on the mechanism by which D2 antagonist controls transcriptional activity in the striatum. Surprisingly, deletion of the D2L receptor isoform did not reduce eticlopride-induced upregulation of Nur77 mRNA levels in the striatum. However, cortical lesions with ibotenic acid strongly reduced eticlopride-induced upregulation of Nur77 mRNA, suggesting a role for glutamate neurotransmission. A combination of a metabotropic glutamate type 5 (mGluR5) antagonist with an antagonist of its synergistic partner adenosine A2A receptor abolished eticlopride-induced upregulation of Nur77 mRNA levels in the striatum. Direct modulation of striatal Nur77 expression by glutamate and adenosine receptors was confirmed using corticostriatal organotypic cultures. Taken together, these results indicate that modulation of gene expression in the striatum, following a D2 antagonist, might not involve a direct interaction of the drug at postsynaptic D2 receptors, but rather relies on its interaction with corticostriatal presynaptic D2 receptors and subsequent activation of postsynaptic glutamate and adenosine receptors in the striatum. In summary, our results suggest that interaction of atypical antipsychotic drugs with 5-HT2A and 5-HT1A receptors participate in the differential pattern of gene expression induced by these drugs when compared with typical antipsychotic drugs. Moreover, our results uncover a new mechanism of action of D2 antagonists and support a prominent role of glutamate and adenosine in the effect of classic antipsychotic drugs.