Genetic deletion or pharmacological blockade of the CB1 receptor has been reported to impair extinction learning in aversive conditioning (i.e., conditioned fear and Morris water maze) paradigms, but not in operant procedures in which food reinforcement is earned. It is difficult to discern whether the differential effects caused by CB1 receptor disruption on extinction result from the hedonics (i.e., aversive vs. appetitive) or is related to the required responses associated with these disparate tasks. In order to evaluate whether the hedonics is the determining factor, we used either aversive (i.e., escape from bright lights and air turbulence) or appetitive (i.e., to gain access to water) motivators in the Barnes maze task, a model in which mice are required to enter a hidden goal box. Administration of the CB1 receptor antagonist, rimonabant, disrupted extinction learning under aversive conditions, but not under appetitive conditions. This is the first study to show a differential effect of rimonabant on extinction in a task that required identical motor behaviors, but only differed in hedonic nature of the reinforcer. In addition, genetic ablation of CB1 receptor signaling impaired acquisition of the task under both aversive and appetitive conditioning procedures. Conversely, enhancing endocannabinoid signaling, via genetic deletion of the FAAH enzyme, accelerated acquisition of the task under aversive, but not appetitive, conditioning procedures. Accordingly, these data strongly support the hypothesis that the endogenous cannabinoid system plays a necessary role in the extinction of aversively motivated behaviors, but is expendable in appetitively motivated behaviors. While these findings underscore concerns over potential side effects associated with CB1 receptor antagonists, they also suggest that stimulating the endogenous cannabinoid system may be a promising pharmacological approach to treat maladaptive behaviors that arise from stress or trauma.

An ultra-low dose of a drug is approximately 1000-fold lower than the dose range traditionally used to induce a therapeutic effect. The purpose of the present thesis was to broaden the knowledge of the ultra-low dose effect, that was previously identified in the opioid receptor system, by looking at whether opioids and cannabinoids interact at the ultra-low dose level, whether cannabinoid receptors themselves demonstrate the ultra-low dose antagonist effect, and whether the opioid ultra-low dose effect is maintained in a model of persistent, unavoidable pain. For experiment 1, separate groups of Long Evans rats were tested for antinociception following an injection of vehicle, the cannabinoid agonist WIN 55 212-2 (WIN), the opioid antagonist naltrexone (an ultra-low or a high dose), or a combination of WIN and naltrexone doses. Ultra-low dose naltrexone elevated WIN-induced tail flick thresholds without extending its duration of action. In experiment 2, antinociception was tested in rats following either acute or sub-chronic (7 days) injections of vehicle, WIN, ultra-low doses of the CB1 receptor antagonist rimonabant (SR 141716), or a combination of WIN and ultra-low dose rimonabant. Following the chronic experiment, striatal tissue was rapidly extracted and subjected to co-immunoprecipitation to analyse CB1 receptor coupling to G-protein subtypes. Ultra-low dose rimonabant extended the duration of WIN-induced antinociception, and attenuated the development of WIN-induced tolerance. Animals chronically treated with WIN alone had CB1 receptors predominately coupling to Gs proteins, whereas all other groups had CB1 receptors predominately coupling to Gi proteins. For experiment 3, all animals were subjected to the formalin test following either acute or sub-chronic injections of vehicle, the opiate morphine, ultra-low doses naltrexone, or a combination of morphine and ultra-low dose naltrexone. Ultra-low dose naltrexone had no significant effect on morphine-induced pain ratings in either the acute, or sub-chronic drug treatments. This thesis provides evidence that the ultra-low dose effect, including the agonist-induced G-protein coupling switch, extends to another receptor type. This effect may, therefore, be part of a generalized principle that applies to many G-protein coupled receptors. / Thesis (Ph.D, Psychology) -- Queen's University, 2007-11-05 09:31:30.162 / A portion of this research was supported by a Canadian Institutes of Health Research (CIHR) Proof of Principle Grant to M.C. Olmstead and J.J. Paquette.

Le système endocannabinoïdien (SEC) est impliqué dans de nombreuses fonctions biologiques comme la régulation du métabolisme énergétique. Ces dernières années, de nombreuses études ont montré que l’obésité était associée à une suractivation du SEC et en particuliers des récepteurs CB1 (CB1R) centraux. De plus, l’inactivation des CB1R par des antagonistes spécifiques comme le Rimonabant (SR141716) conduits à une amélioration des paramètres métaboliques chez le sujet obèse. Cependant, l’inactivation des CB1R périphériques pourrait également contribuer à l’amélioration de ces paramètres et c’est cette dernière notion que nous avons cherché à approfondir. Pour cela, nous avons testé les effets du SR141716, sur des souris obèses afin d’établir des relations entre l’activité du SEC et le statut lipidique en étudiant plus particulièrement la régulation du métabolisme dans deux tissus clé, le foie et le tissu adipeux (TA). Des souris préalablement rendues obèses via un régime alimentaire enrichi en sucre et en graisse ont été traitées 6 semaines par SR141716 et le traitement à conduit à une perte de poids associée à une normalisation paramètres plasmatiques ainsi qu’à une résorption de la stéatose hépatique. L’hypothèse majeure de cette étude est que la réversion de la stéatose serait associée à un effet bénéfique du traitement sur le métabolisme du TA viscéral et qu’il y aurait donc des effets directs du SR141716 sur les tissus périphériques. Par conséquent, les effets de l’antagonisme des CB1R périphériques sur le métabolisme lipidique ont ensuite été étudiés in vitro. Pour cela, nous avons tout d’abord développé un modèle d’explants de foie en culture traités avec SR141716. Dans ce modèle, le blocage des CB1R hépatiques est associé à une diminution de leur expression génique et dans certaines conditions à une augmentation des capacités -oxydatives. Enfin, afin d’étudier l’impact du SEC sur le métabolisme adipocytaire, nous avons mis au point un modèle d’explants de TA en culture en distinguant le TA viscéral du sous-cutané. Des résultats préliminaires semblent indiquer que le blocage des CB1R limite la lipolyse dans le TA viscéral. En conclusion, ces travaux de thèse démontrent que les CB1R périphériques constituent une cible thérapeutique très prometteuse pour le traitement de l’obésité et des désordres associés. / The endocannabinoïd system (ECS) is involved in many biological functions such as regulation of energy metabolism. Recently, several studies have shown an association between obesity and ECS overactivity. In addition, specific CB1R antagonists such as Rimonabant (SR141716) improved metabolic parameters in obese patients essentially through inactivation of central CB1R. However, peripheral CB1R inactivation could also contribute to the improvement of these parameters and it is this notion that we have studied. To this purpose, we tested the effects of SR141716 on obese mice in order to establish relationships between the ECS activity and lipid metabolism by looking more specifically to its regulation in two key tissues, the liver and the adipose tissue (AT). Obese mice previously fed with a high sucrose high fat diet were treated six weeks by SR141716 and this treatment induced weight loss associated with a normalization of plasmatic parameters and a reduction of hepatic steatosis. The major hypothesis of this study is that steatosis reversion was associated with a beneficial effect of treatment on visceral AT metabolism and that SR141716 would have direct effects on peripheral tissues. Therefore, these effects of CB1R antagonism on peripheral lipid metabolism have been studied in vitro. In this way, we first developed a model of liver explants in culture treated with SR141716. In this model, CB1R antagonism in the liver was associated with a decrease in CB1 gene expression and in certain conditions with an increased in -oxidative capacity. Finally, in order to study the impact of the ECS on adipocyte metabolism, we developed a model of cultured AT explants distinguishing visceral and subcutaneous AT. Preliminary results suggested that CB1R antagonism limits lipolysis in visceral AT. In conclusion, this work showed that peripheral CB1R are a very promising therapeutic target for treating obesity and related disorders.

Le système endocannabinoïdien (SEC) est impliqué dans de nombreuses fonctions biologiques comme la régulation du métabolisme énergétique. Ces dernières années, de nombreuses études ont montré que l'obésité était associée à une suractivation du SEC et en particuliers des récepteurs CB1 (CB1R) centraux. De plus, l'inactivation des CB1R par des antagonistes spécifiques comme le Rimonabant (SR141716) conduits à une amélioration des paramètres métaboliques chez le sujet obèse. Cependant, l'inactivation des CB1R périphériques pourrait également contribuer à l'amélioration de ces paramètres et c'est cette dernière notion que nous avons cherché à approfondir. Pour cela, nous avons testé les effets du SR141716, sur des souris obèses afin d'établir des relations entre l'activité du SEC et le statut lipidique en étudiant plus particulièrement la régulation du métabolisme dans deux tissus clé, le foie et le tissu adipeux (TA). Des souris préalablement rendues obèses via un régime alimentaire enrichi en sucre et en graisse ont été traitées 6 semaines par SR141716 et le traitement à conduit à une perte de poids associée à une normalisation paramètres plasmatiques ainsi qu'à une résorption de la stéatose hépatique. L'hypothèse majeure de cette étude est que la réversion de la stéatose serait associée à un effet bénéfique du traitement sur le métabolisme du TA viscéral et qu'il y aurait donc des effets directs du SR141716 sur les tissus périphériques. Par conséquent, les effets de l'antagonisme des CB1R périphériques sur le métabolisme lipidique ont ensuite été étudiés in vitro. Pour cela, nous avons tout d'abord développé un modèle d'explants de foie en culture traités avec SR141716. Dans ce modèle, le blocage des CB1R hépatiques est associé à une diminution de leur expression génique et dans certaines conditions à une augmentation des capacités -oxydatives. Enfin, afin d'étudier l'impact du SEC sur le métabolisme adipocytaire, nous avons mis au point un modèle d'explants de TA en culture en distinguant le TA viscéral du sous-cutané. Des résultats préliminaires semblent indiquer que le blocage des CB1R limite la lipolyse dans le TA viscéral. En conclusion, ces travaux de thèse démontrent que les CB1R périphériques constituent une cible thérapeutique très prometteuse pour le traitement de l'obésité et des désordres associés.