The prevailing view is that enhancement of dopamine (DA) transmission in the mesolimbic system consisting of DA neurons in the ventral tegmental area (VTA) that project to the nucleus accumbens (NAc) underlies the rewarding properties of ethanol (EtOH) and nicotine (NIC). Although the dogma is that EtOH enhancement of DA neural activity contributes to enhancement of DA transmission, DA neurons are not sensitive to rewarding levels of EtOH. However, VTA GABA neurons are sensitive to low-dose EtOH. We have shown previously that EtOH modulation of DA release in the NAc is mediated by α6-containing nicotinic receptors (α6*-nAChRs), that α6*-nAChRs mediate low-dose EtOH effects on VTA GABA neurons and EtOH preference, and α6*-nAChRs may be a molecular target for low-dose EtOH. Thus, the most sensitive target for reward-relevant EtOH modulation of mesolimbic DA transmission and the involvement of α6*-nAChRs in the mesolimbic DA reward system remains to be elucidated. The aim of this study was to evaluate EtOH effects on VTA GABAergic input to CINs and DA release in the NAc. Using DIO channel rhodopsin-2 (ChR2) viral injections into the VTA of VGAT Cre mice, we found that VTA GABA neurons send an inhibitory projection to CINs, replicating what has been demonstrated by others. This study investigated the acute and chronic effects of EtOH at this synapse. We demonstrate that EtOH markedly enhances CIN firing rate and that these effects are blocked by the α6-conotoxin MII (α-Ctx MII), knockout of accumbal α6*-nAChRs with α6-shRNA, and atypical GABA receptor antagonists. This study also investigated plasticity at this synapse. We demonstrate that a low frequency stimulation (LFS; 1 Hz, 240 pulses) causes inhibitory long-term depression at this synapse (CIN-iLTD) which is also blocked by α-Ctx MII, α6-shRNA, and atypical GABA receptor antagonists. We also show that CIN-iLTD is blocked in EtOH-dependent mice. Taken together, these findings suggest that EtOH affects the VTA GABAergic projection to CINs via α6*-nAChRs and that atypical GABA receptors also play a role.

Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à développer des voies de synthèse convergentes et diastéréosélectives en vue de préparer des analogues pyrrolidiniques des alcaloïdes de Lobelia comme nouveaux ligands des récepteurs nicotiniques centraux à l’acétylcholine. Ainsi, nous avons mis au point une méthode « bidirectionnelle » basée sur des réactions de double aza-Michael et donnant accès à des pyrrolidines 2,5-disubstituées. Une étude de réactivité a également été mené afin d’améliorer la chimiosélectivité des différents processus réactionnels impliquant des réactions d’aza-Michael dans des séquences de cyclisation tandem. Dans un second temps, nous avons décrit une voie dite « d’élongation monodirectionnelle » permettant d’accéder à des 2,5-trans-pyrrolidines énantiopures. Enfin, la dernière partie de ce manuscrit aborde une étude prospective de réductions désymétrisantes pour la synthèse d’homologues pyrrolidiniques de la lobéline. / The present work has been dedicated to the development of convergent and diastereoselective routes for the preparation of pyrrolidine Lobelia alkaloid analogues as novel neuronal nicotinic receptors. We have settled a selective bidirectional strategy based on chain homologation by double olefination followed by aza-Michael reactions as a straightforward access to 2,5-cis-disubstituted pyrrolidines that was extended to the synthesis of 2,6-cis-piperidines. Additional studies have been carried out in order to drive chemoselectivities in the course of competitive tandem aza-Michael-induced ring closure reactions. In the same time, we also described a monodirectional route to access 2,5-trans-disubstituted pyrrolidines. The last part of this manuscript has been finally dedicated to a prospective reductive desymmetrization study for the rapid and enantioselective synthesis of pyrrolobeline homologues.

The CHRNA5/A3/B4 genomic cluster encodes for the alpha5, alpha3 and beta4 subunits of the nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs). Human genetic studies have revealed a significant association of variants in this genomic region with nicotine dependence. However, the mechanisms through which overexpression of these three subunits may influence smoking-related behaviours is not understood. To gain insight in the possible mechanisms, we used a BAC transgenic mouse model overexpressing this cluster containing the three genes together with their transcriptional regulatory elements. We found that overexpression of the cluster: i) increases sensitivity to the pharmacological effects of nicotine; ii) modifies particular cognitive domains associated to drug addiction and hippocampal neuronal complexity and synaptic plasticity; and iii) shifts the rewarding and aversive properties of nicotine and the manifestation of nicotine-withdrawal syndrome. Our study suggests that the genomic cluster CHRNA5/A3/B4 contributes to genetic vulnerability to nicotine addiction and promotes smoking-related behaviours possibly through hippocampal plasticity changes. / El cluster genòmic CHRNA5/A3/B4 codifica per les subunitats alfa5, alfa3 i beta4 dels receptors d’acetilcolina (nAChRs). Estudis de genètica humana han revelat que variants en aquesta regió genòmica estan significativament associats a la dependencia a nicotina. Malauradament, els mecanismes pels quals la sobreexpressió d’aquestes tres subunitats influencia comportaments relacionats amb el consum de tabac no són del tot coneguts. Per tal d’entendre els possibles mecanismes, hem utilitzat un model de ratolí transgènic que sobreexpressa aquest cluster amb els tres gens i les seus elements de regulació transcripcional. Hem trobat que la sobreexpressió del cluster: i) incrementa la sensibilitat als efectes farmacològics de la nicotina; ii) modifica determinats dominis cognitius associats a l’addicció a droges i la complexitat neuronal i plasticitat sinàpica de l’hipocamp; a més a més iii) canvia les propietats de recompensa i aversió de la nicotina i la manifestació del síndrome d’abstinència. El nostre estudi suggereix que el cluster genòmic CHRNA5/A3/B4 contribueix a la vulnerabilitat genètica a l’adicció a la nicotina i promou comportaments relacionats amb el consum de tabac possiblement a través de canvis de plasticitiat a l’hipocamp.

Au cours de ce travail, nous avons développé des voies de synthèses convergentes et énantiosélectives en vue de préparer des analogues pyrrolidiniques des alcaloïdes de Lobelia comme nouveaux ligands des récepteurs nicotiniques à l’acétylcholine. Deux familles de ligands ont été réalisées par des méthodes d’élongation mono- ou bi-directionnelle basées respectivement sur des stratégies de désymétrisation précoce ou tardive au départ du succinaldéhyde.La première partie de ce manuscrit aborde la conception d’hybrides de lobéline, nicotine et d’agonistes naturels. Ces structures originales ont été obtenues diastéréosélectivement grâce à un intermédiaire commun issu d’une élongation monodirectionnelle du succinaldéhyde. Cette voie exploitera la chimie des iminiums masqués. La mise au point de cette synthèse s’est enrichie par la découverte et la valorisation d’une nouvelle famille de ligands chimériques.La seconde partie étudie la voie d’élongation bidirectionnelle basée sur des réactions de double aza-Michael suivies de la réduction désymétrisante tardive de pyrrolidines 2,5-phénacyl méso et pseudo-méso. Cette stratégie asymétrique s’inscrit dans une démarche d’économie d’atomes et d’étapes. La perspective majeure de ce travail est l’évaluation par électrophysiologie sur différents sous-types de récepteurs à l’acétylcholine d’une sélection de ligands hybrides.Les études de RSA menées sur ces familles de composés de haute homologie structurale permettront in fine d’améliorer les modèles prédictifs décrivant les transitions allostériques des récepteurs nicotiniques à l’acétylcholine / During this PhD work, convergent and diastereoselective routes for the preparation of pyrrolidine Lobelia alkaloid analogues have been developed as novel neuronal nicotinic receptor ligands. Two families of ligands have been synthesized by a strategy of mono- or bi-directional elongation of the succinaldehyde including early or late desymmetrization process respectively.The first part of this manuscript is dedicated to the preparation of hybrids of lobeline, nicotine and other natural agonists. These original structures have been diastereoselectively obtained thanks to a common intermediate resulting of the mono-elongation of succinaldehyde. This synthetic pathway uses the chemistry of masked iminium. The development of this strategy has been enriched by the discovery and the valorisation of a new chimeric ligand family.The second part studies the “bidirectional” elongation route, based on a ring-closing double aza-Michael reaction followed by the desymmetrizing reduction of meso and pseudo-meso 2,5-diphenacyl pyrrolidines. This asymmetric strategy constitutes a step- and atom-economical approach. The major perspective of this work is the biological evaluation of selected ligands by electrophysiology made on different nAChR subtypes.The SAR studies realized on these structurally homologue ligand families could allow the improvement of the predictive molecular models describing the allosteric conformations of the nAChRs.