The mesoaccumbens dopamine system has been implicated in many basic psychological processes (e.g. "wanting" and "liking") and illnesses (e.g. addiction, depression, schizophrenia). However, the precise computational functions of nucleus accumbens and dopamine neurons within the system remain unknown. In this thesis, we test some of the current hypotheses regarding the function of this system using a behavioural neurophysiology approach in the rat. The first question we wanted to answer was whether nucleus accumbens neurons process reward-predictive stimuli (e.g. conditioned reinforcers) and reward delivery differently, since previous studies report equivocal findings. To do so, we trained thirsty rats to bar-press on a second-order schedule of saccharin reinforcement, within which the temporal pattern of rats' bar-pressing was reinforced by presentations of a conditioned reinforcer and primary reinforcer (reward). We found that nucleus accumbens neurons typically responded to these conditioned and primary reinforcers with opposite sign, which suggests they were processed differently. We were not sure whether responses to conditioned reinforcers encoded reward-prediction or facilitated a behavioural switch in the rat's behaviour. Indeed, since studies using a variety of experimental techniques have implicated the mesoaccumbens dopamine system in both reward prediction and behavioural switching, we sought to test whether neurons in the nucleus accumbens and dopamine-rich areas of the midbrain respond to outcome-associated stimuli to predict reward or switch behaviour. We found both sets of neurons predominantly did the former. Finally, to understand more about reward consummatory responses from both sets of neurons, we developed a rat behavioural task providing measures of reward "wanting" and "liking". In conclusion, on the basis of our data, the most parsimonious explanation for the function of the mesoaccumbens dopamine system is that it acts to modulate goal-seeking behaviour. Further research is required to identify the function of the interactions between nucleus accumbens and dopamine neurons during goal-seeking and goal consumption.

published_or_final_version / Physiology / Doctoral / Doctor of Philosophy

published_or_final_version / abstract / Zoology / Master / Master of Philosophy

published_or_final_version / Biochemistry / Doctoral / Doctor of Philosophy

published_or_final_version / abstract / Medicine / Master / Master of Research in Medicine

published_or_final_version / abstract / Paediatrics and Adolescent Medicine / Master / Master of Philosophy

published_or_final_version / Biochemistry / Doctoral / Doctor of Philosophy

Le premier signe morphologique observé dans le cerveau des patients atteints de la maladie d'Alzheimer (MA) est l'élargissement des endosomes précoces dans les neurones. Ce phénotype est retrouvé dans les formes sporadiques de la MA et chez les individus porteurs d'une trisomie 21 qui développent une neuropathologie de type Alzheimer dès l'âge de 40 ans. Cette forme précoce de la maladie d'Alzheimer serait causée par la surexpression de l'APP (Amyloid precursor protein) dont le gène est sur le chromosome 21. Suite à deux clivages successifs, l'APP génère le peptide amyloïde (Ab) qui s'agrège pour former des plaques séniles, lésions caractéristiques de la MA. Les endosomes élargis apparaissant avant la formation des dépôts d'Ab, nous avons donc recherché d'autres facteurs responsables de ce phénotype. Nous avons trouvé qu'une augmentation du cholestérol membranaire est associée à l'élargissement des endosomes, l'augmentation de l'endocytose de l'APP et de la sécrétion d'Ab dans des cultures cellulaires de types neuronales et non neuronales. Cette augmentation d'endocytose de l'APP est inhibée par un ARN interférence contre la clathrine et les mutants des protéines dynamine2 et Rab5 impliquées dans la formation des endosomes précoces. Le cholestérol total étant augmenté dans le cerveau des patients Alzheimer, nous postulons que l'internalisation de l'APP dépendante de la clathrine est accrue, conduisant à l'élargissement des endosomes et la surproduction du peptide amyloïde. Afin de trouver d'autres gènes impliqués dans l'élargissement des endosomes dans la trisomie 21, nous avons utilisé des lignées de cellules lymphoblastoïdes (LCL) et des cellules mononucléaires provenant de sang d'individus porteurs d'une trisomie 21 complète ou partielle. Nous avons trouvé une augmentation de la taille moyenne des endosomes précoces (+35%) dans les LCL et les cellules mononucléaires. Quatre lignées de trisomies partielles ont montré un élargissement des endosomes, permettant de réduire l'intervalle génétique à 1.3Mb. Le gène de l'APP est en dehors de cette région, suggérant qu'il n'est pas impliqué dans le phénotype dans ce type cellulaire. Nous avons identifié un gène candidat : SYNJ1 qui code pour la protéine synaptojanine-1, une phosphatase régulant la phosphorylation des phosphatidylinositol-4,5-biphosphates (PtdIns(4,5)P2) impliqués dans le trafic intracellulaire. Nous avons observé de larges endosomes dans des cellules transfectée avec le plasmide SYNJ1. Nous concluons que la dérégulation de l'homéostasie des PtdIns(4,5)P2 par la surexpression de la synaptojanine-1 peut conduire à l'élargissement des endosomes.

La prise en charge des douleurs chroniques neuropathiques, définies comme une « douleur secondaire à une lésion ou à une maladie affectant le système somatosensoriel», reste encore un véritable défi pour les thérapeutes. La compréhension des mécanismes sous-tendant l'apparition et le maintien des douleurs chroniques neuropathiques permettrait la mis en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques et ainsi l'élaboration de nouveaux traitements. C'est dans ce but que nous avons réalisé ce travail sur l'étude de trois modèles animaux de douleurs neuropathiques chroniques : deux modèles de douleurs neuropathiques iatrogènes générées par des molécules anticancéreuses (Vincristine et Oxaliplatine) et un modèle de sclérose en plaque : l'EAE (« Experimental Autoimmune Encephalomyelitis »). Nous avons réalisé une étude comportementale aussi complète que possible de ces trois modèles, associée à une étude d'analyse différentielle de gènes concernant les deux modèles générés par l'activité iatrogéniques de molécules anticancéreuses. Nous avons également réalisé des études pharmacologiques concernant les modèles de douleurs neuropathiques générées par la Vincristine et le modèle de sclérose en plaque (EAE). Nous avons ainsi mis en évidence dans les trois modèles étudiés l'apparition de signes cliniques communs (allodynie et hyperalgésie mécanique statique ou dynamique, et allodynie et hyperalgésie thermique au froid...) mais avec des décours temporel différents suivant le modèle suggérant une atteinte différentielle des fibres afférentes primaires de petits et de larges diamètres. L'étude de l'expression différentielle de gènes, par la technique des puces à ADN, a permis de mettre en évidence de nombreuses modifications d'expression de gènes dans les ganglions des racines dorsales à la fin du traitement par la Vincristine. La recherche de marqueurs de lésions cellulaires (ATF3, Caspase 12) révélés initialement par cette analyse en puce à ADN, nous a permis de faire l'hypothèse d'une altération des fibres myélinisées de gros diamètre chez le rat. En revanche, l'Oxaliplatine semble induire préférentiellement des modifications centrales. En effet, les résultats obtenus avec les puces à ADN indiquent un nombre de gènes différentiellement exprimés négativement très important dans le cortex somatosensoriel après traitement par l'Oxaliplatine tandis que l'on observe très peu de gènes différentiellement exprimés dans les ganglions des racines dorsales et dans la corne dorsale de la moelle épinière. Ce résultat semble validé par l'observation d'une augmentation importante du nombre de cellules p-Erk positives dans différents cortex somatosensoriels primaires correspondant à différentes régions corporelles mais également dans des cortex limbiques comme le cortex cingulaire ou insulaire suggérant une sensibilisation centrale de certains neurones corticaux présents dans des structures clés de l'intégration du message douloureux dans ces composantes affectives et émotionnelles à la suite d'un traitement par l'Oxaliplatine. Enfin les études pharmacologiques ont permis de mettre en évidence de nouvelles cibles pharmacologiques dans le modèle de douleur neuropathique généré par la Vincristine. En effet, nous avons mis en évidence l'implication du récepteur 5-HT2A dans la sensibilisation des neurones des ganglions des racines dorsales et dans le traitement du message nociceptif dans la corne dorsale de la moelle épinière dans ce modèle. Les antagonistes de ce récepteur pourraient constituer, du moins en partie, des analgésiques de choix pour soulager les douleurs neuropathiques générées par la Vincristine. Nous avons également mis en évidence le rôle des enképhalines endogènes dans le soulagement des douleurs neuropathiques induites dans ce modèle par l'utilisation d'un inhibiteur mixte de la dégradation des enképhalines (le PL37). Enfin, l'étude pharmacologique complète réalisée sur le modèle EAE a permis de mettre en évidence que chaque symptôme (allodynie, hyperalgésie, hyperesthésie) rend compte de mécanismes distincts puisque l'efficacité des molécules testées diffère suivant le symptôme observé.

Comment les différentes phases de mémoire interagissent-elles ? Quels sont les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans la formation de la mémoire consolidée ? Drosophila melanogaster s'avère être un excellent modèle pour l'étude des mécanismes neurologiques de l'apprentissage et de la mémoire car, malgré la relative simplicité de son cerveau, elle est capable d'apprentissages variés et performants. Ainsi, un protocole de conditionnement pavlovien associant une odeur à des chocs électriques permet la formation d'une mémoire olfactive aversive. Un cycle unique de conditionnement induit la formation d'une mémoire labile ne durant que quelques heures, alors que cinq cycles de conditionnement espacés avec un intervalle de repos induisent la formation de la mémoire à long terme (MLT). La MLT est une mémoire consolidée et dépendante d'une synthèse protéique de novo. Une autre forme de mémoire consolidée, la mémoire résistante à l'anesthésie (MRA), est formée après un cycle ou plusieurs cycles de conditionnement massés. Même si les mécanismes moléculaires impliqués dans la formation des mémoires labiles et de la MLT commencent à être relativement bien caractérisés, ceux de la MRA restent largement inconnus à ce jour, peu de mutants pour ce type de mémoire ayant été identifiés. Par ailleurs, les relations entre les deux formes de mémoire consolidée restaient à définir, certains modèles proposant que ces deux formes de mémoire coexistent après un conditionnement espacé, alors que notre équipe a suggéré que la MRA et la MLT étaient exclusives. Pendant ma thèse, j'ai recherché de nouveaux mutants de MRA afin d'essayer de répondre à ces questions. Le criblage après conditionnement de lignées homozygotes portant un élément transposable P(Gal4) a permis d'identifier un nouveau mutant de MRA, memory-gating-defective (megad). Le gène megad code un transporteur aux acides monocarboxyliques, tel que le lactate. Chez la souche sauvage la protéine Megad est exprimée dans le centre de la mémoire olfactive, les corps pédonculés (CPs), où elle pourrait jouer un rôle dans l'approvisionnement énergétique de certains neurones lors de la formation de la MRA. L'inhibition de l'expression de megad uniquement dans les CPs de l'adulte induit un défaut de MRA, indiquant que ce gène joue un rôle physiologique dans la formation de cette mémoire. Au contraire après un conditionnement espacé le mutant megad présente une performance mnésique normale, confirmant l'hypothèse proposée au laboratoire selon laquelle la MRA n'est plus détectée après un conditionnement espacé. Pourquoi la MRA est-elle effacée ou bloquée après un conditionnement espacé ? Nous montrons que la formation de la MLT est facilitée chez le mutant megad puisqu'elle se forme après trois seulement trois cycles de conditionnement espacés, alors qu'il en faut au moins 5 chez la souche sauvage. Ce résultat important suggère que la présence de la MRA contrôle chez la souche sauvage la formation de la MLT, empêchant cette mémoire coûteuse en énergie de se former après un conditionnement unique. Les rôles des CPs ainsi que de certains réseaux neuronaux extrinsèques aux CPs dans la mémorisation olfactive ont été bien caractérisés ces dernières années. Néanmoins, il n'est pas connu comment la trace mnésique sort des CPs lors du rappel mnésique. Dans le but de répondre à cette question j'ai criblé des neurones extrinsèques aux CPs à l'aide d'une toxine thermosensible permettant une inactivation spécifique et conditionnelle de ces neurones. J'ai ainsi montré que les neurones MB-V2, qui sont efférents aux lobes verticaux des CPs, sont impliqués dans le rappel de toutes les formes de mémoire olfactive aversive. De plus la neurotransmission des neurones MB-V2 n'est requise ni pendant l'apprentissage ni pendant la consolidation mnésique. Les neurones MB-V2 projettent sur la corne latérale, une structure impliquée dans l'évitement aux odeurs aversives chez les mouches naïves. Ainsi, pendant le rappel de la mémoire olfactive aversive, la trace mnésique présente dans les CPs activerait les neurones MB-V2 qui renforceraient, via la corne latérale, la voie naturelle d'évitement de l'odeur.