THE INFLUENCE OF CENTRAL SEROTONINERGIC AND DOPAMINERGIC ACTIVITY ON NUTRITIONAL AND METABOLIC PARAMETERS MUDr. Ludmila Brunerová SUMMARY Introduction: Neuromediators dopamine and serotonin play a significant role in homeostatic and hedonic regulation of food intake, may exert direct metabolic effects and particularly serotonin influences affectivity. Their central activity could be quantified by functional tests. Common regulatory mediators of metabolism and affectivity represent an interesting research goal. Aims of study: The first aim was to describe the relationship between central serotoninergic activity measured by citalopram challenge test, affectivity, preference of macronutrients in food and metabolic profile in healthy men. The second aim was to confirm the use of sublingual apomorphine test as a functional test for assessment of central dopaminergic activity. The third aim was to reveal the relationship between central dopaminergic activity measured by sublingual apomorphine test, preference of macronutrients and metabolic profile. Methods: The study was performed on 42 healthy men (average age 43.5 ± 7.4 years and average BMI 27.4 ± 5.7 kg/mš) within 4 days with a week interval in between them. Anthropometric and...

La sérotonine (5-HT) est une monoamine découverte initialement dans le sang et les intestins, puis dans le système nerveux central (SNC). Son action est relayée par de nombreux récepteurs et par un transporteur de haute affinité. Dans le SNC, elle est impliquée dans de nombreux processus physiologiques tels que la régulation du cycle veille/sommeil, le contrôle de la température corporelle, de la pression artérielle, de la prise alimentaire et du comportement sexuel ou maternel. A la périphérie, la 5-HT est stockée majoritairement dans les plaquettes sanguines. Elle participe alors à la régulation de l'hémostase, des fonctions cardiaques ou encore de la motilité gastro-intestinale. L'implication du système sérotoninergique dans une telle diversité de fonctions laisse supposer que la synthèse de 5-HT fait l'objet d'une régulation fine. L'enzyme limitante de la voie de biosynthèse de la sérotonine est la tryptophane hydroxylase (TPH).<br /><br />Pour préciser le rôle de la sérotonine in vivo, l'invalidation constitutive du gène Tph par recombinaison homologue chez la souris a été réalisée au laboratoire. Cette approche nous a permis de montrer l'existence d'un second gène Tph, nommé Tph2, dont l'expression est spécifiquement neuronale dans les noyaux du raphé et dans les neurones myentériques. Le gène Tph1, non neuronal, est exprimé dans la glande pinéale et dans les cellules entérochromaffines et pourvoit à la production de la quasi-totalité de la sérotonine circulante. <br /><br />Les souris Tph1-/- générées au laboratoire, avec un taux de 5-HT réduit uniquement à la périphérie, développent à l'âge adulte une cardiomyopathie dilatée (CMD). La CMD entraîne progressivement une grave insuffisance cardiaque, causée par un défaut de la commande électrique cardiaque, ainsi que de la réponse mécanique du myocarde. Contrairement à tous les modèles animaux d'insuffisance cardiaque décrits à ce jour, les souris Tph1-/- n'ont aucune réserve contractile et sont incapables de répondre à une stimulation adrénergique qui sollicite la pompe cardiaque. L'importance du taux de sérotonine dans la circulation sanguine, et plus particulièrement dans le compartiment plasmatique, a été démontrée dans le développement de la CMD. Le faible taux de sérotonine circulante entraîne des modifications de l'expression d'au moins deux composants sérotoninergiques au niveau cardiaque : le récepteur 5-HT2B et le SERT.<br /><br />Dans une seconde partie de notre travail, l'analyse des souris mutées Tph1-/-, issues de mères avec un taux réduit de sérotonine circulante, a révélé le rôle essentiel de la sérotonine maternelle sur l'ontogenèse embryonnaire. De plus, l'âge d'apparition et la cinétique de progression de la cardiopathie observée chez la souris Tph1-/- adulte dépendent i) de leur taux individuel de sérotonine plasmatique ii) de leur fond génétique et iii) du génotype de leur mère.

Les inhibiteurs sélectifs de recapture de la sérotonine (5-HT) (ISRS) bloquent directement le transporteur de la 5-HT (SERT) et stimulent indirectement de multiples auto- et hétérorécepteurs5-HT par l’augmentation de la concentration extracellulaire de 5-HT dans la fente synaptique. Cependant, le rôle des différents récepteurs ainsi que leur interaction dans les effets thérapeutiques des ISRS restent mal connus. Nous avons tenté de les identifier à l'aide de tests neurochimiques (microdialyse intracérébrale in vivo) et électrophysiologiques en utilisant une approche pharmacologique (utilisation de escitalopram, de ligands des récepteurs 5-HT1A/2A) et génétique (utilisation de souris knock-out [KO] SERT, 5-HT1A ou 5-HT2A). Les études neurochimiques et électrophysiologiques révèlent que les auto-(1A) et hétéro-(2A) récepteursagissent de concert pour maintenir une influence inhibitrice sur le système sérotoninergique, en particulier, en réponse au escitalopram : l'absence d'un récepteur est compensée par une régulation de l'autre. Enfin, les souris KO SERT constituent un nouveau modèle pour tester le mécanisme du escitalopram dans l’augmentation des concentrations de noradrénaline (NA). / Selective serotonin (5-HT) reuptake inhibitors (SSRIs) directly block the 5-HT transporter(SERT) and indirectly stimulate multiple 5-HT (auto- and hetero-) receptors by enhancing itsextracellular levels in the synaptic cleft, although the role of particular receptors as well asinteraction(s) among different receptors in the therapeutic effects of SSRIs is not fullyunderstood. We tried to highlight it using neurochemical (in vivo intracerebral microdialysis) andelectrophysiological tests with a pharmacological (using escitalopram, 5-HT1A/2A receptorsagonists and antagonists) and genetic (using SERT, 5-HT1A ou 5-HT2A receptor knock-out [KO]mice) approaches. Neurochemical and electrophysiological experiments indicated that 5-HT1Aauto- and 5-HT2A hetero-receptors act in concert to maintain an inhibitory influence on theserotonergic system, particularly in response of escitalopram to increased levels of endogenous 5-HT: the absence of one receptor being compensated by an up-regulation of the other. Finally,SERT knockout mice might be a new model to test the mechanism of escitalopram for anincrease of norephedrine (NE) level.

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No / In the present study, we investigated the effect of 5-hydroxytryptamine (5-HT) and 5-HT receptor agonists and antagonists on motion sickness in Suncus murinus, and the possibility that the emetic stimulus of 5-HT can alter the sensitivity of the animals to the different emetic stimulus of motion sickness. 5-HT (1.0, 2.0, 4.0 and 8.0 mg/kg ip) induced emesis and that was antagonised by methysergide (1.0 mg/kg ip), the 5-HT4receptor antagonist sulphamate[1-[2-[(methylsulphonyl)amino]ethyl]-4-piperidinyl]methyl-5-fluoro-2-methoxy-1H-indole-3-carboxylate (GR125487D; 1.0 mg/kg ip) and granisetron (0.5 mg/kg ip). Pretreatment with 5-HT caused a dose-related attenuation of the emetic response induced by a subsequent motion stimulus, which was not significantly modified by methysergide, granisetron or GR125487D pretreatment. (+)-1-(2,5-Dimethoxy-4-iodophenyl)-2-amino-propane (DOI; 0.5 and 1.0 mg/kg ip), 8-hydroxy-2(di-n-propylamino)tetralin (8-OH-DPAT; 0.1 mg/kg ip) but not methysergide, GR125487D or granisetron, attenuated motion-induced emesis, and that was not affected by pretreatment with ketanserin (2.0 mg/kg, ip) or N-{2-[4-(2-methoxyphenyl)-1-piperazinyl]ethyl}-N-(2-pyridinyl)cyclohexanecarboxamide trihydrocholoride (WAY-100635; 1.0 mg/kg ip), respectively. Indeed, ketanserin alone (0.1, 0.3, 1.0 and 2.0 mg/kg ip) attenuated motion sickness. These data indicate that 5-HT1/2, 5-HT3 and 5-HT4 receptors are involved in the induction of 5-HT-induced emesis. However, agonist action at the 5-HT1A/7 and 5-HT2 receptors, and antagonist action at the 5-HT2A receptors can attenuate motion sickness in S. murinus.

Numerous studies have focused on identifying novel probiotic-based treatment options for immune homeostasis maintenance and favorable modulation of the gut microbiota which acts as a key regulator of the gut-brain axis. Recently, probiotics interventions are gaining interest as effective approaches to treat neuropsychiatric disorders through the gut-brain axis. However, there is limiting knowledge about probiotics' effects during puberty on the developing brain and immune responses. Probiotic intake could offer a strategy to counteract the immune, microbial and behavioral disturbances induced by inflammatory LPS. Thus, we hypothesized that the intake of a novel probiotic bacterium Rouxiella badensis subsp. acadiensis would modulate the immune response and that pubertal administration could mitigate LPS- induced inflammation and prevent enduring behavioral changes later in life. We investigated the interaction of the probiotic with the intestinal mucosa and its ability of modulating the gut mucosal immunity (Article 1). Next, we examined the ability of pubertal treatment with R. badensis subsp. acadiensis to alleviate LPS-induced anxiety-like and depression-like behaviors in adult male and female mice and to affect the expression of 5HT1A receptors in specific brain areas of adult mice (Article 2). We finally studied the ability of R. badensis subsp. acadiensis treatment during puberty to mitigate the effects of LPS on the immune system and on the gut microbiome composition (Article 3). These studies have demonstrated the ability of R. badensis subsp. acadiensis to survive the gastrointestinal conditions, interact with the gut epithelium and modulate the intestinal homeostasis. Pubertal use of the bacterium was associated with sex-specific effects on the acute immune response, microbiome structure, enduring neurobehavioral outcomes and the expression of 5HT1A receptors in specific brain areas, later in life. This dissertation emphasizes on the importance of puberty as a window of opportunities during which probiotic use can alleviate the long-term neural, behavioral, immunological and microbiome alterations induced by stress.

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L’insuline et la sérotonine (5-HT) sont deux acteurs majeurs du maintien de l’homéostasie énergétique, fonction placée sous le contrôle de l’hypothalamus. En ciblant cette région, l’insuline remplit de nombreuses fonctions métaboliques via l’activation de la voie PI3K/Akt. La 5-HT exercent des effets biologiques similaires mais les voies de signalisation impliquées dans ces processus étaient jusqu’alors mal connues. De plus, il avait été démontré que la 5-HT est capable d’activer la voie PI3K/Akt/GSK3β dans l’hippocampe, mécanisme sous-tendant potentiellement les effets antidépresseurs du neurotransmetteur. Les principaux objectifs de cette thèse étaient d’étudier 1/ l’activation de la voie PI3K/Akt par la 5-HT dans l’hypothalamus de rats diabétiques (modèle Goto-Kakizaki) et chercher un potentiel dialogue avec l’insuline and 2/ les mécanismes sous-tendant l’induction de la dépression par une alimentation hyperlipidique, par l’analyse de la phosphorylation d’Akt et GSK3β sous l’action de l’insuline, de la leptine et de la 5-HT dans l’hippocampe de rat.Ici on montre que 1/ la 5-HT stimule la voie PI3K/Akt dans l’hypothalamus et que la phosphorylation d’Akt induite par la 5-HT est atténuée dans des conditions d’insulino-résistance, suggérant l’existence d’un dialogue entre les voies de signalisation de l’insuline et de la 5-HT. Par ailleurs, nos résultats indiquent qu’une alimentation hyperlipidique induit un comportement dépressif réversible chez le rat, qui pourrait impliquer la voie PI3K/Akt/GSK3β dans les neurones subgranulaires du gyrus denté. La mise en évidence d’un dialogue entre les voies de signalisation de la 5-HT, de la leptine et de l’insuline au niveau central enrichit nos connaissances sur le rôle de ces facteurs dans la régulation de l’homéostasie énergétique et de l’humeur, et propose un lien moléculaire entre diabète de type 2, obésité et dépression / Insulin and serotonin (5-HT) are two key players in the maintenance of energy homeostasis which is controlled by the hypothalamus. In this brain region, insulin mediates numerous metabolic effects via the activation of the PI3K/Akt signaling pathway. 5-HT exerts similar biological properties by acting in the hypothalamus but the signaling pathways accountable for these effects are still unclear. Moreover, it has been reported that 5-HT induces the activation of the PI3K/Akt pathway in the hippocampus and the inhibition of GSK3β, suggesting this action as a potential mechanism for the antidepressant effects of this neurotransmitter.The main objectives of this thesis were to study 1/ the serotonin-induced activation of the PI3K/Akt in the hypothalamus of wild type and diabetic rats (Goto-Kakizaki model) and search a potential cross-talk with insulin and, 2/ the mechanisms underlying the high-fat diet induced depression by investigating the role of the phosphorylation of Akt and GSK3β by 5-HT, insulin and leptin in the hippocampus of rats.Here, we show that 5-HT triggers the PI3K/Akt signaling pathway in the rat hypothalamus, and that this activation is attenuated in insulin-resistant conditions, suggesting a cross-talk between insulin and 5-HT. Moreover, we reported that high-fat diet feeding induces a reversible depressive-like behavior, which may involve the PI3K/Akt/GSK3β pathway in subgranular neurons of the dentate gyrus. In conclusion, the activation of the PI3K/Akt pathway and its target GSK3β by 5-HT in the hypothalamus and in the dentate gyrus, respectively, can be impaired in insulin-/leptin-resistant states, which may underlie a link between metabolic diseases and depression.

The deleterious effects of MPO make it a new target for medicinal research. The aim of our study is to find promising inhibitors of MPO for using them as starting point of new anti-inflammatory drugs. Depending on previous researches on MPO inhibitors, we selected 5-fluorotryptamine as starting compounds. Using docking experiments, we designed a series of compounds derived from 5-fluorotryptamine. Two modifications were proposed: <p>& / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La 3,4-metilendioximetanfetamina (MDMA), una sustancia popularmente conocida como éxtasis, es una droga ilícita consumida habitualmente por adolescentes y adultos jóvenes. Además, el policonsumo es una práctica habitual entre los usuarios de la MDMA, siendo la cocaína una de las drogas más frecuentemente asociadas a esta sustancia. El objetivo del presente trabajo fue evaluar los efectos a corto y largo plazo que se producen tras la administración de la MDMA (5, 10, o 20 mg/kg) sola o en combinación con cocaína (25 mg/kg) en ratones adolescentes. En el estudio sobre el efecto agudo, observamos que ambas drogas administradas individual o simultáneamente incrementan la actividad motora. La dosis alta de MDMA disminuye de los contactos sociales en la prueba de la interacción social afectando igualmente el test de retención de la evitación pasiva. Sin embargo, sólo la co-administración de MDMA en combinación con cocaína produjo un efecto ansiolítico caracterizado por un aumento del tiempo de permanencia en los brazos abiertos del laberinto elevado en cruz. Igualmente, el análisis neuroquímico reveló que los ratones que recibieron MDMA en combinación con cocaína mostraron un incremento en el turnover de DA en el estriado, pero una disminución del de serotonina en la corteza. Los estudios de los efectos a largo plazo, realizados tres semanas después de haber finalizado un tratamiento con MDMA sola o en combinación con cocaína (2 administraciones por día durante 3 días consecutivos), mostraron que los ratones expuestos a la MDMA, sola o más cocaína, incrementaron el tiempo dedicado a las conductas sociales, aunque los que también habían recibido cocaína presentaban además conductas de amenaza. Observamos un efecto neurotóxico en los ratones tratados únicamente con 20 mg/kg de MDMA que mostraron un decremento de la concentración de DA en el estriado, no observándose este deterioro en los tratados además con cocaína. Por otra parte, mediante el condicionamiento de la preferencia de lugar (CPL) confirmamos que la MDMA posee efectos reforzantes y que esta sustancia es capaz de reinstaurar la preferencia de lugar una vez que esta se ha extinguido. La expresión y la reinstauración del CPL inducido por la MDMA dependen de la pauta de condicionamiento que condiciona los efectos neurotóxicos producidos por esta droga. Para finalizar, el tratamiento con MDMA sola o en combinación con cocaína durante la adolescencia favorece los efectos reforzantes de la MDMA durante el periodo adulto. Además, la exposición previa a la cocaína aumenta el tiempo necesario para extinguir la preferencia de lugar inducida por la MDMA. / 3,4-methylene-dioxy-methamphetamine (MDMA), commonly known as ecstasy, is an illicit recreational drug consumed by teenagers and young adults. The poly-drug pattern is the most common among those observed in MDMA users, with cocaine being a frequently associated drug. The aim of the present study was to evaluate the short- and long-term effects of exposure to MDMA (5, 10, or 20 mg/kg), alone or plus cocaine (25 mg/kg), on adolescent mice. In the acute phase, both drugs produced hyperactivity whether administered alone or concurrently. The highest MDMA dose decreased social contacts and affected the passive avoidance task. However, an anxiolytic effect, studied by means of the elevated plus maze and expressed as an increase in the time spent on the open arms, was observed only in animals treated with both cocaine and MDMA. Neurochemical analyses revealed an increase in striatal DA turnover and a decrease in serotonin cortical turnover in mice treated with MDMA plus cocaine. The studies conducted to establish long-term effects, which were performed 3 weeks after a 3-day treatment of two daily injections of MDMA alone or plus cocaine (6 administrations) during the adolescent period, showed that mice treated with MDMA alone and plus cocaine spent more time engaged in social contact, although those also treated with cocaine exhibited threat behaviors. Furthermore, we observed a neurotoxic effect in mice exposed to 20 mg/kg of MDMA, evident in a decrease in DA levels in the striatum, but this effect was not detected in mice additionally treated with cocaine. On the other hand, using the conditioned place preference (CPP), we have confirmed the rewarding effects of MDMA. In addition, we also show that MDMA can produce reinstatement of place preference after the extinction of this response. The expression and reinstatement of MDMA-induced CPP depend on the conditioning protocol, which conditions the neurotoxic effects produced by this drug. Finally, exposure during adolescence to MDMA alone or plus cocaine facilitates the rewarding effects of MDMA in adulthood. Moreover, previous experience of cocaine increases the time required to extinguish the MDMA-induced CPP.