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La sérotonine (5-hydroxytryptamine, 5-HT) est présente dans toutes les principales régions du cerveau et ce neurotransmetteur joue un rôle important dans une kyrielle de tâches cognitives et comportementales. Parmi les structures densément innervées par la 5-HT, on retrouve les ganglions de la base. Bien que l'on sache comment les axones à 5-HT innervent les ganglions de la base chez l'animal, ce sujet n'a fait l'objet d'aucune étude détaillée chez l'humain. Nous avons donc tenté de dégager le patron d'innervation à 5-HT des ganglion de la base chez l'homme. L'innervation de ces structures est très hétérogène; le noyau caudé est peu innervé comparativement au putamen et au pallidum, alors que le noyau sous-thalamique affiche un gradient décroissant le long de l'axe médiolatéral. La présente étude nous a permis de présenter une image très précise du patron de l'innervation à 5-HT des ganglions de la base chez l'homme.

Introduction: Dernièrement, différents éléments de preuve soutiennent les avantages potentiels de l'activation des récepteurs 5-HT2C dans divers troubles psychiatriques. À cet égard, JJ-3-42, un agoniste puissant et sélectif des récepteurs 5-HT2C, a démontré un profil prometteur dans des études préliminaires chez l'animal. Cependant, l'étendue des réponses centrales de ce nouveau composé dans diverses dimensions du comportement des animaux n'est pas encore claire. Dans cette étude, nous avons étudié les implications thérapeutiques possibles de l'activation des récepteurs 5-HT2C après l'administration de JJ-3-42 à l'aide d'un large éventail de modèles animaux de troubles mentaux. Méthodes: Dans un premier temps, nous avons examiné les résultats principaux de JJ-3-42 dans une batterie de tests comportementaux chez le modèle de souris TPH2-KI avec une déficience importante de sérotonine dans le cerveau. Plusieurs tests standards liés à la cognition, à l'anxiété, aux interactions sociales et au comportement répétitif/compulsif des animaux ont été utilisés. Dans cette étude et pour la première fois, nous avons comparé JJ3-42 à un ligand de sérotonine endogène non sélectif, le 5-HTP, et à un agoniste puissant et sélectif des récepteurs 5-HT2C, CP809.101, dans une cohorte de souris de type sauvage et homozygote (HO) TPH2-KI R439H. Deuxièmement, nous avons examiné les propriétés modulatrices de JJ-3-42 sur le système de la dopamine en utilisant des indices d'activité locomotrice d'animaux de type sauvage dans différents paradigmes. À cet égard, l'efficacité de JJ-3-42 à résister à l'activité hyperlocomotrice des animaux suite à l'administration de différents psychostimulants a été évaluée. Par ailleurs, la réponse d'une injection aiguë de JJ-3-42 sur l'activité locomotrice innée de DAT-KO HO ainsi que la locomotion de souris DAT-KO HO épuisées en dopamine ont été testées. Enfin, l'effet du prétraitement quotidien de JJ-3-42 sur la réponse locomotrice d'une dose ‘challenge‘ de cocaïne chez des animaux sensibilisés a été étudié. Résultats: Nous avons observé une réduction significative des tendances comportementales répétitives et agressives des souris TPH2-KI HO après l'administration de divers agents sérotoninergiques. En utilisant deux agonistes sélectifs du récepteur 5- HT2C, CP809.101 et JJ-3-42, nous avons démontré que ces réponses bénéfiques étaient véhiculées par l'activation des récepteurs 5-HT2C dans le cerveau. De plus, nous avons enregistré un fort caractère pro-cognitif et anti-compulsif pour le nouvel agoniste de 5- HT2C, JJ-3-42, dans plusieurs paradigmes comportementaux du modèle murin TPH2-KI. Nos résultats indiquent le profil favorable de JJ-3-42 par rapport à l'autre agoniste sélectif de la 5-HT2C, CP809.10, dans les tests liés à l'anxiété. En fait, nos résultats indiquent qu’à une dose puissante et thérapeutique de 10 mg/kg, JJ-3-42 est dépourvu de toute réponse anxiogène significative chez l’animal. Dans la deuxième partie de nos expériences, JJ-3-42 a montré un profil antipsychotique robuste et dose-dépendant en résistant à l'hyperactivité normalement induite par l'administration d'apomorphine et d'amphétamine. Nos résultats démontrent qu’à une dose de 10 mg/kg, ce composé n’a aucun effet sur l’état hyperdopaminergique inné ou induit des animaux, mais qu’à 20 mg/kg, il diminue considérablement l’activité locomotrice des souris DAT-KO HO et des animaux traités par psychostimulants. Contrairement, JJ-3-42 à 10 mg/kg a potentialisé les réponses locomotrices de la cocaïne et du MK-801 chez des souris, soulignant la complexité de l'interaction des récepteurs de la sérotonine 5-HT2C et du système dopaminergique dans le cerveau. Enfin, le prétraitement quotidien des animaux avec JJ-3-42 à 10 mg/kg n'a pas modifié la réponse d'une dose de ‘challenge’ de cocaïne chez les souris sensibilisées par rapport à une solution saline dans un protocole de sensibilisation de sept jours. Conclusion: Ces résultats confirment les effets positifs de l'agoniste du récepteur 5-HT2C JJ-3-42 dans la régularisation de différentes dimensions comportementales chez les animaux. Nos résultats démontrent des propriétés antipsychotiques et procognitives convaincantes pour JJ-3-42 dans divers modèles animaux de troubles mentaux. Ce composé a permis de réduire l'impulsivité et d'améliorer la sociabilité des animaux, sans signe de réponse anxiogène. Ensemble, nos résultats suggèrent que JJ-3-42 pourrait posséder des indications thérapeutiques dans plusieurs dimensions de troubles mentaux telles que la schizophrénie, la toxicomanie ou les troubles obsessionnels compulsifs. Notre étude implique que ce médicament pourrait éventuellement entraîner moins d'effets secondaires et un meilleur contrôle des symptômes négatifs et cognitifs chez les patients psychiatriques. Enfin, nos résultats indiquent que JJ-3-42 pourrait réduire les indices d’agression et d’impulsivité sans provoquer d’anxiété dans la population cible. Considérant un besoin crucial de développer de nouveaux médicaments ayant une meilleure efficacité thérapeutique et des effets secondaires moindres, les résultats de cette thèse pourraient éventuellement conduire à une amélioration substantielle du traitement des maladies psychiatriques. / Introduction: Recently, various lines of evidence support the potential benefits of 5-HT2C receptor activation in different psychiatric disorders. In this regard, JJ-3-42 a potent and selective 5-HT2C serotonin receptor agonist has demonstrated a promising profile in preclinical animal studies. However, the extent of central responses of this new compound in various dimensions of animal behaviour is not clear yet. In this study, we investigated the possible therapeutic implications of 5-HT2C receptor activation following the administration of JJ-3-42, using a wide range of animal models of mental disorders. Methods: Firstly, we examined the central outcomes of JJ-3-42 in a battery of behavioural tests in the brain-serotonin deficient TPH2-KI mouse model. Several standard tests related to cognition, anxiety, social interaction and repetitive/compulsive behaviour were used. In this study and for the very first time, we tested the JJ-3-42 molecule, side-by-side with a non-selective endogenous serotonin ligand, 5-HTP, and a potent and selective 5-HT2C receptor agonist, CP809.101, in a cohort of wild type and homozygote (HO) TPH2-KI R439H mice. Secondly, we examined the potential of JJ-3-42 to modulate the dopamine system using indexes of locomotor activity in wild type animals using different paradigms. In this regard, the efficiency of JJ-3-42 to resist the induced hyperlocomotor activity following the administration of different psychostimulants was evaluated. Moreover, the response of acute injection of JJ-3-42 on the innate locomotor activity of DAT-KO HO as well as the locomotion of dopamine depleted DAT-KO HO mice was tested. Finally, the effect of daily pre-treatment of JJ-3-42 on the locomotor response following cocaine administration in sensitized animals was studied. Results: We observed a significant reduction of repetitive and aggressive behavioural tendencies of TPH2-KI HO mice following the administration of various serotonergic agents. Using two selective 5-HT2C agonists CP809,101 and JJ-3-42, we showed that these beneficial responses were most likely carried via activation of 5-HT2C receptors in the brain. Moreover, we recorded a strong pro-cognitive and anti-compulsive character for the new 5-HT2C agonist JJ-3-42 across related behavioural paradigms in the TPH2-KI mouse model. Our results, also, indicate the favourable profile of JJ-3-42 compared to the other selective 5-HT2C agonist CP809.10 in anxiety-related tests. In fact, our findings show that, in contrast to the compounds, at a potent and therapeutic dose of 10 mg/kg, JJ-3-42 is devoid of any significant anxiogenic response in animals. In the second part of our experiments, JJ-3-42 shows a robust and dose-dependent antipsychotic profile by preventing hyperactivity of animals induced by the administration of apomorphine and amphetamine. Our results demonstrates that, at a lower dose of 10 mg/kg, this compound has no effect on the innate or induced hyperdopaminergic state of the animals while at 20 mg/kg, it reduces the locomotor activity in DAT-KO HO mice and psychostimulant-treated WT animals. On the other hand, JJ-3-42, at 10 mg/kg, potentiated the locomotor responses of cocaine and MK-801, pointing out a complex interaction of the serotonin 5-HT2C receptors and the dopamine system. Finally, our results indicate that the daily pre-treatment of animals with JJ-3-42 at 10 mg/kg, does not change the locomotor response of a challenge dose of cocaine in sensitized mice compared to saline in a seven-days sensitization protocol. Conclusion: These results confirm the positive behavioural outcomes of 5-HT2C receptor agonist JJ-3-42 administration in the regulation of different mouse behaviours. Our results indicate compelling antipsychotic and pro-cognitive properties of JJ-3-42 in various mouse models of mental disorders. This compound successfully reduced the impulsivity and improved the sociability of the animals with no evidence of anxiogenic response. Taken together, our findings suggest that JJ-3-42 might possess therapeutic indications in several dimensions of mental disorders such as schizophrenia, drug addiction or obsessivecompulsive disorders. Our study implies that this drug could conceivably lead to fewer side effects and better control of negative and cognitive symptoms in psychiatric patients. Finally, our results indicate that JJ-3-42 might reduce the aggression and impulsivity indexes in animals, which might point out to the clinical implication of this drug in the future. Considering the crucial need for the development of new drugs possessing better therapeutic efficiency and less side effects, the results presented in this thesis should be considered a substantial progress towards the advancement of the use of 5-HT2C drugs in the treatment of psychiatric disorders.

Les protéines de la Famille Ets sont des facteurs de transcription qui reconnaissent par l'intermédiaire d'un domaine de liaison à l'ADN, appelé le domaine ETS, une séquence nucléotidique centrée sur un core consensus 5'-GGAA/T-3'. Le gène fev, un membre de cette famille, a été isolé chez l'humain après avoir été identifié dans une tumeur de Ewing chez l'enfant comme le résultat d'une translocation chromosomique. Une étude préliminaire de 1997 indiquait que chez l'Homme, Fev possède une expression tissulaire restreinte au petit intestin et à la prostate "adulte". Dans la première partie de ce travail, nous avons observé une surexpression de l'ARNm de ce facteur de transcription dans une large série d'adénocarcinomes prostatiques de différenciation variable en comparaison au profil d'expression observé dans un groupe témoin de prostates hyperplasiées. En recherchant des lignées cellulaires qui expriment ce facteur, nous avons mis en évidence la présence de ce messager dans la lignée humaine d'origine prostatique LNCaP. De même, les lignées humaines d'origine hématopoïétiques Dami/HEL92.1.7, K-562, KU-812 F et U-937 expriment ce facteur. Parallèlement, nous avons réalisé l'étude de l'expression de Fev dans le cerveau humain. En effet, chez le rat et chez la souris, l'homologue de Fev (mPet-1/Pet-1) est exprimé spécifiquement dans les neurones sérotoninergiques. Nous avons ainsi montré sur le cerveau humain que l'ARNm de Fev est exclusivement exprimé dans les noyaux du raphé qui contiennent les neurones sérotoninergiques. Il est co-exprimé avec deux marqueurs de ces neurones, la SERT/5-HTT et la TPH2. Parallèlement, nos travaux de caractérisation fonctionnelle de la protéine Fev ont permis de définir ce facteur comme un répresseur transcriptionnel. En effet, ce facteur possède un domaine carboxy-terminal riche en résidus alanines qui lui confère, en partie, sa fonction de répresseur de la transcription (répression active); la délétion de cette région conduisant à une réduction drastique de l'effet répresseur. Parallèlement, nous avons montré que le domaine ETS de Fev est responsable d'une activité répressive passive par l'occupation des sites de liaison aux facteurs Ets. Néanmoins, nous ne connaissons pas, à l'heure actuelle, les gènes-cibles spécifiques qui sont directement réprimés par Fev dans les cellules dans lesquelles le gène est normalement exprimé. Nous avons tenté de développer, par établissement de clones stables, des modèles cellulaires où le gène d'intérêt est surexprimé, mais ces tentatives furent infructueuses. Cet effet drastique de Fev est conféré par la partie carboxy-terminale. Il est ainsi probable que la surexpression de ce répresseur transcriptionnel spécifique de certains gènes cibles de la famille Ets provoque des effets sur la survie des cellules en régulant des gènes indispensables à la croissance cellulaire, et ainsi empêchant la prolifération de clones cellulaires.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'agressivité est un comportement fréquemment observé chez les animaux et qui est notamment modulé par la sérotonine (5-HT) et les hormones stéroïdes. Cependant, même si des hypothèses évoquent une interaction possible entre ces molécules dans la régulation des comportements agressifs, peu d’études permettent de les confirmer. De plus les mécanismes neuronaux sous-tendant ces comportements agressifs sont encore peu connus. En utilisant comme modèle l'écrevisse de Louisiane, très étudiée pour son comportement agressif et ses hiérarchies sociales, ce travail montre comment la 5-HT et les hormones stéroïdes modifient les réseaux neuronaux et contrôlent ainsi l'agressivité de ces animaux. La mue des écrevisses est contrôlée par une hormone stéroïde appelée 20-hydroxyecdysone (20E), dont la concentration augmente pendant la prémue. Durant cette période, la 20E diminue à la fois l’agressivité des écrevisses et la locomotion. L’activité du réseau locomoteur, un des supports essentiels de l'agressivité (permettant les approches, les attaques… ou les fuites) et son intégration sensori-motrice sont fortement inhibés également. Cette inhibition passe par une réduction de la réactivité des réseaux, notamment via la baisse de résistance d’entrée (Rin) des motoneurones. En présence de 20E, la concentration de 5-HT augmente fortement dans l’organisme par l’inhibition présumée de la voie de dégradation de la 5-HT. Nous supposons comme déjà décrit sur d’autres réseaux que cette augmentation bloquerait les réseaux dans un état inhibée. Cet état inhibée serait maintenu par la baisse de Rin, causée par la libération de 5-HT sur la partie périphérique des MN principalement inhibitrice. / In animal kingdom, aggressivity is a very frequent behavior obvious. Serotonin (5-HT) and steroid hormones modulate this behavior. However, even if several hypothesis raise that one interaction is possible between these molecules to control aggressivity, no study can confirm it. Moreover, neuronal actions behind this behavior stay unclear. In this study, we show how 5-HT and steroid hormones can regulate neural networks and aggressivity. Crayfish molting is regulated by a steroid hormone, called 20-hydroxyecdysone (20E) and its concentration increases during pre-molt period. 20E decreases crayfish aggressivity and locomotion. Locomotors activities and sensory-motor integration are also inhibited during pre-molt. This inhibition is caused by a drop of neural reactivity because input resistance of motoneurons decreases. After injection of 20E or during pre-molt period, 5-HT concentration increase. We think this increase would block networks in inhibition state during pre-molt.

La sérotonine (5-HT) joue un rôle majeur dans la modulation de nombreuses fonctions physiologiques et des déficits de la neurotransmission sérotoninergique sont associés à la dépression. Les récepteurs de type 5-HT1A sont impliqués dans la régulation de l’humeur, et le délai d’action thérapeutique d’un traitement par antidépresseur inhibiteur sélectif de la recapture de la 5-HT (ISRS) serait en relation avec leur désensibilisation qui se développe progressivement dans les neurones du raphé au cours du traitement. De fait, il a été rapporté que l’accélération de la désensibilisation des (auto)récepteurs 5-HT1A dans le raphé induit une réduction du délai d’action des antidépresseurs ISRS. Des données indirectes suggèrent que l’internalisation des récepteurs 5-HT1A pourrait être impliquée dans leur désensibilisation. L’objectif de ma thèse a été d’étudier le lien entre l’internalisation des récepteurs 5-HT1A et leur désensibilisation. A cette fin, j’ai développé des outils permettant d’étudier les mécanismes d’internalisation des récepteurs 5-HT1A dans des lignées cellulaires puis dans des neurones de raphé ou d’hippocampe en culture primaire. Nous avons produit un vecteur pour l’expression du récepteur 5-HT1A étiqueté avec un site de liaison de la bungarotoxine (BBS-5-HT1A), et le suivi de son trafic en microscopie confocale et vidéomicroscopie dans les lignées cellulaires et les neurones. Notre construction a permis de montrer que le récepteur BBS-5-HT1A est internalisé constitutivement dans la lignée LLC-PK1 et dans les neurones de raphé et d’hippocampe. Cette internalisation implique la voie clathrine-dépendante, et est suivie du recyclage de la plus grande partie du récepteur internalisé à la membrane plasmique. Enfin, nous avons également montré que, suite à un traitement chronique avec le 8-OH-DPAT, le récepteur 5-HT1A présente aussi une internalisation agoniste-dépendante spécifiquement dans les neurones sérotoninergiques du raphé. De fait, ce phénomène n’intervient ni dans les neurones non-sérotoninergiques du raphé ni dans les neurones de l’hippocampe. Ces résultats suggèrent que l’internalisation du récepteur 5-HT1A, qui est induite par sa stimulation prolongée, dépend du phénotype du neurone qui l’exprime et met en jeu des mécanismes intracellulaires spécifiques. Le parallèle entre les différences régionales (raphé versus hippocampe) de l’internalisation agoniste-dépendante du récepteur 5-HT1A et celles qui concernent sa désensibilisation fonctionnelle sous traitement ISRS au long cours laisse à penser que l’endocytose du récepteur 5-HT1A pourrait jouer un rôle majeur dans sa propre régulation et dans celle de la neurotransmission sérotoninergique centrale. / Pas de résumé en anglais

Qu'est ce qui nous pousse à agir? Les théories neuroéconomiques suggèrent que nos comportements sont déterminés par des mécanismes d'optimisation entre les coûts et les bénéfices attendus de nos actions. Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes de la motivation à l'effort grâce à des paradigmes de motivation incitative, et développé un modèle computationnel reposant sur une optimisation cout-bénéfice. Nous avons d'abord étudié les effets motivationnels d'interactions sociales, comme la coopération et la compétition, et montré que l'activité du complexe striatopallidal ventral corrélait avec les comportements utilitaires, tandis que l'activité et le volume de la jonction temporopariétale, prédisaient les biais altruistes, suggérant son rôle clé dans la détermination des efforts prosociaux. L'étude de patients parkinsoniens a ensuite permis, au niveau comportemental et computationnel, de dissocier les effets moteur et motivationnel de la dopamine. Ces effets prédisaient respectivement les variations des scores cliniques moteurs et d'apathie. Nous avons également montré que des traitements sérotoninergiques atténuaient les mécanismes de motivation incitative, pouvant ainsi rendre compte de l'existence de syndromes apathiques sous ces traitements. Enfin, nous avons pu identifier plusieurs profils d'atteinte motivationnelle au sein de pathologies neurologiques focales, dégénératives, ou psychiatriques. Ce travail propose ainsi un cadre normatif pour rendre compte des mécanismes déterminant la direction et l'intensité du comportement, et vise à progresser dans la compréhension des mécanismes de la motivation et de ses déficits dans les pathologies neuropsychiatriques. / Why do we do what we do? Recent neuroeconomic theories suggest that our behaviour is determined by optimizing the difference between the benefit and the cost of our actions. In this work, we studied the neural basis of motivation by using incentive motivation tasks, and we developed a computational model of goal-directed effort production that gathers theories of motor control with decision-making principles of cost/benefit optimization. We first studied the motivational effects of social interactions, such as cooperation and competition, and showed that the activity in the ventral striato-pallidal complex correlated with utilitarian behaviours, whereas the activity and the cortical volume in the temporoparietal junction predicted altruistic biases, suggesting a key role for this region in prosocial motivation.Next, we studied Parkinson’s disease patients, and showed a dissociation, at the behavioural and the computational level, between the motor and the motivational effects of dopamine. These effects predicted respectively the clinical change in motor dysfunction and apathy. We also showed that serotoninergic treatments in healthy subjects affected incentive motivation. This effect could account for the occurrence of apathetic syndromes with these treatments.Finally, we identified different profiles of motivational deficits in psychiatric, focal or degenerative neurological conditions.This work thus suggest a normative framework to account for the mechanisms that determine the direction and the intensity of the behaviour, and aims at better understanding the neural basis of motivation and its deficits among neuropsychiatric disorders.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Le mélanome uvéal (MU) est la principale forme de cancer intraoculaire possédant la capacité d’engendrer des métastases au foie et aux poumons des patients atteints, cette maladie est incurable et fatale dans les 8 mois suivant le dépistage des métastases. Grâce à des analyses en profilage génique sur biopuces à ADN, une signature moléculaire de 12 gènes dérégulés permettant de subdiviser les MU en deux classes: à faible (classe 1) ou haut (classe 2) risque d’évoluer vers le stade métastatique a pu être identifiée. Parmi les 4 gènes de la classe 2, la surexpression du gène codant le récepteur 2B de la sérotonine (HTR2B) est l’indice le plus fiable menant à l’identification des patients à risque d’évoluer vers la maladie métastatique. Cette étude a pour but de caractériser le promoteur de ce gène et les mécanismes moléculaires menant à sa surexpression aberrabte dans les lignées métastatiques de MU. Différents segments du promoteur du gène HTR2B ont été clonés dans le plasmide pCATbasic, puis introduits par transfection dans les lignées cellulaires MU. Des analyses d’interférence de méthylation au diméthylsulfate (DMS) et de retard sur gel de polyacrylamide (EMSA) ont été réalisées afin de démontrer la liaison de facteurs de transcription (FTs) au promoteur HTR2B. La transfection des délétants HTR2B/CAT a permis d’identifier des régions régulatrices positives et négatives en amont du promoteur HTR2B. Les analyses EMSA et d’interférence de méthylation au DMS nous ont permis de démontrer la liaison des FTs NFI et RUNX1 au promoteur du gène HTR2B. Ce projet permettra de mieux comprendre les mécanismes moléculaires responsables de la surexpression du gène HTR2B et de définir de nouvelles cibles thérapeutiques qui pourraient permettre le dépistage des patients à risque d’évoluer vers la maladie métastatique. / Uveal melanoma (UM) is the most common type of primary intraocular tumor in the adult population. UM will propagate to the liver as the first metastatic site. Once this organ is invaded, survival becomes a matter of months for the patient as no treatment has proven to be effective. Among the candidates from the class II gene signature, the serotonin receptor-encoding gene (HTR2B) appears to be the most discriminating as its expression strongly increases in the tumors that will progress toward liver metastases. Our study aims at characterizing the molecular mechanisms that lead to this aberrant expression of HTR2B in metastatic UM cell lines. Expression of HTR2B was monitered by microarrays in a variety of UM cell lines. Various segments from the promoter and 5’-flanking sequence of the HTR2B gene were cloned upstream the CAT gene in the plasmid pCATbasic. The genomic areas of interest were 5’end-labeled and used as probes in electrophoretic mobility shift assays (EMSAs). DMS methylation interference footprinting was also used to precisely position the DNA target sites for transcription factors (TFs) that bind the HTR2B regulatory regions. Transfection analyses revealed that the upstream regulatory regions of HTR2B promoter is made up of a combination of alternative positive and negative regulatory elements. Repressive regions also bear a high number of target sites for the TF NFI. EMSA analyses provided evidence that multiple NFI isoforms can interact with the promoter of the HTR2B gene. In addition, the TF RUNX1 was shown by DMS methylation interference footprinting to bind a target site from the HTR2B distal silencer element. This project will help understand better the molecular mechanisms accounting for the abnormal expression of HTR2B in uveal melanoma. In the long term, this study will allow us to identify new potential targets that could help screening patients at high risk of evolving toward the liver metastatic disease.