Les tentatives de reproduire la schizophrénie comme c’est le cas de toutes les maladies psychiatriques chez les animaux n’est pas une tache facile. Plusieurs tests comportementaux ont aidé à étudier la schizophrénie chez les animaux. Deux tests sont les plus utilisés pour évaluer un état psychotique : l'inhibition latente et le "pre-pulse inhibition". Chez le sujet schizophrénique, les réponses à ces deux tests sont altérées.
a. Pre-pulse inhibition (PPI) ou « filtrage de l’information sensori-motrice » :
Il a été montré que la schizophrénie est associée à des anomalies d’intégration de l’information et des mécanismes d’attention (Nuechterlein et al, 1994, Perry et Braff 1994, Swerdlow et Geyer 1998). Dans le but de mieux comprendre les mécanismes sous jacents à la schizophrénie, les études portant sur l’intégration de l’information sensori-motrice ont reçu une attention particulière. Une des méthodes bien établie pour évaluer le filtrage de l’information sensori-motrice est le paradigme de PPI qui réfère à l’inhibition de la réponse de sursaut provoquée par un stimulus sonore (pulse) par la présence d'un stimulus d'intensité plus faible (pre-pulse) quelques millisecondes avant le pulse (voir figure 19). L'intérêt du PPI dans la schizophrénie est lié au fait que des patients schizophrènes ont un déficit de PPI (Bolino et
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al, 1994, Perry et Braff, 1994). Des déficits de PPI peuvent être observés chez les rats après le traitement par des agents psychotomimétiques. Par exemple, les agonistes dopaminergiques comme l’apomorphine ou l’amphétamine ainsi que les antagonistes glutamatergiques induisent une perturbation du PPI (voir aussi paragraphe modèles animaux pharmacologiques). Les déficits de PPI induits par les agonistes dopaminergiques sont normalisés par les neuroleptiques typiques et atypiques tandis que ceux induits par les antagonistes glutamatergiques semblent être corrigés seulement par les antipsychotiques atypiques (Swerdlow et Geyer 1993, Bakshi et Geyer, 1995, Varty et Higgins, 1995). Les déficits de PPI induits par les drogues sont largement utilisés et validés (Ellenbroek et Cools, 1990, Swerdlow et al, 1994) afin d’identifier des thérapies effectives contre la schizophrénie.
Figure 19 : Pre-pulse inhibition (PPI) : est un test utilisé pour évaluer le filtrage de l’information sensori-motrice. La réponse de sursaut (startle response) provoquée par un stimulus sonore (pulse) est inhibée par la présence d'un stimulus d'intensité plus faible (pre- pulse) quelques millisecondes avant le pulse.
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b. L'inhibition latente:
L'inhibition latente correspond à la diminution de la réponse conditionnée résultant de la pré- exposition répétée et non renforcée du stimulus conditionnel avant son association avec le stimulus inconditionnel. L'inhibition latente est considérée comme un index de l’habilité à ignorer les stimuli qui ne prédisent pas des conséquences significatives (Barak et Weiner, 2007). Outre l'intérêt que ce phénomène représente dans l'étude des mécanismes de l'apprentissage, dans ses dimensions psychologiques et neurobiologiques, l'inhibition latente a été largement utilisée pour modéliser les perturbations cognitives dans la schizophrénie (Weiner, 2003). Il a été suggéré que l'inhibition latente provient d’une réduction de l’attention au stimulus conditionnel pré-exposé, qui diminue l’efficacité de son association avec le renforcement (Lubow, 2005). Une explication alternative propose que l’acquisition de l’association entre le stimulus conditionnel pré-exposé et l’absence d’une conséquence significative durant la pré-exposition interfère avec l’expression ultérieure de l’association entre le stimulus conditionnel et le renforcement (Weiner, 2003). Les rats et les souris traités à l’amphétamine présentent des déficits de l'inhibition latente (exemple : Killcross et Robbins, 1993, Weiner et al, 1988). Le déficit de l’inhibition latente est aussi observé chez les individus sains traités par l’amphétamine (Gray et al, 1992, Salgado et al, 2000, Swerdlow et al, 2003, Thornton et al, 1996) et chez les patients schizophrènes (Baruch et al, 1988, Rascle et al, 2001). Le modèle de l’inhibition latente est validé par sa sensibilité aux antipsychotiques qui normalisent la perturbation de l’inhibition latente induite par l’amphétamine (Feldon et Weiner, 1992).
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Plusieurs modèles animaux ont été développés en se basant sur les différentes hypothèses de l’étiologie de la schizophrénie afin d’éclaircir au mieux les mécanismes de la maladie et tester de nouveaux traitements. Des exemples de ces modèles seront décrits ci-dessous.
c. Modèles animaux pharmacologiques :
Ces modèles sont basés sur la compréhension des altérations au niveau des systèmes de neurotransmission dans la schizophrénie. Les modèles associés à l’hypothèse dopaminergique sont élaborés après administration d’amphétamine. L’amphétamine induit des altérations comportementales comme l’hyperlocomotion et les comportements stéréotypés (Kokkinidis et Anisman, 1981, Sharp et al, 1987) qui sont atténués après le traitement par les neuroleptiques (Pijnenburg et al, 1975). De plus, les agonistes dopaminergiques comme l’apomorphine peuvent perturber le PPI d’une manière semblable aux déficits de PPI observés chez les patients schizophrènes (Swerdlow, 1994). Le neuroleptique atypique clozapine est capable de restaurer le PPI chez les rats traités à l’apomorphine (Swerdlow, 1994). Cependant, l’amphétamine n’a pas pu induire des altérations significatives dans le comportement social des animaux (Sams-Dodd, 1998). Ceci provient fait que l’amphétamine ne mime pas les symptômes négatifs de schizophrénie chez les humains (Krystal et al, 2005, Smithies, 1993). Le modèle animal associé à l’hypothèse dopaminergique a été surtout utilisé pour identifier l’activité des produits qui bloquent les récepteurs dopaminergiques.
D’autre part, les modèles associés à l’hypothèse glutamatergique sont produits après administration de l’antagoniste des récepteurs NMDA, la phencyclidine. L’administration de la phencyclidine perturbe le PPI chez les rats (Swerdlow et Geyer, 1998, Yamada et al, 1999) et la performance des rats sur les labyrinthes impliquant la mémoire spatiale (Li et al, 2003). De plus, elle provoque une hyperlocomotion, des comportements stéréotypés (Javitt et Zukin, 1991) et des déficits des taches qui impliquent le cortex préfrontal (Jentsch et al, 1997) et qui
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peuvent être améliorés après administration de clozapine (Jentsch et al, 1997). Les antagonistes des récepteurs NMDA peuvent aussi induire des déficits dans l’interaction sociale (Sams-Dodd, 1998). Les modèles animaux basés sur le traitement par des antagonistes des récepteurs NMDA, reproduisent une large partie des symptômes comprenant les symptômes positifs et négatifs.
d. Modèles génétiques :
• Les souris knockout pour le transporteur de la dopamine (DAT -/-) :
L’administration de l’amphétamine produit une augmentation transitoire du niveau de dopamine extracellulaire. Quant à l’absence du transporteur de la dopamine, elle cause une augmentation beaucoup plus longue de la dopamine d’une manière plus en accord avec l’hypothèse dopaminergique (Gainetdinov et al, 2001). L’hyperlocomotion observée chez ces souris peut être inversée par blocage des récepteurs dopaminergiques par les neuroleptiques haloperidol et clozapine (Gainetdinov et al, 1999, Spielewoy et al, 2000). Ces souris montrent aussi une perturbation cognitive (Gainetdinov et al, 1999). Le PPI perturbé aussi chez les souris DAT -/-, peut être restauré par l’antagoniste des récepteurs D2 raclopride (Ralph et al, 2001). Pourtant, aucun déficit d’interaction sociale n’a été observé chez ces souris (Spielewoy et al, 2000). Ce modèle animal reproduit plusieurs aspects de celui élaboré après administration d’amphétamine (Gainetdinov et al, 2001). Cependant, les psychostimulants, qui exacerbent les psychoses chez les patients (Snyder, 1973), n’induisent pas ces effets chez les souris qui n’ont pas le transporteur de la dopamine (Gainetdinov et al, 1999). De plus, Il n’a pas été montré des altérations majeurs et des associations entre le gène du transporteur de la dopamine et la schizophrénie (Bodeau-Pean, et al, 1995, Persico et Macciardi, 1997). Les
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souris DAT -/- peuvent être utiles pour étudier plusieurs aspects de la schizophrénie mais ne reproduisent pas tous les comportements qui lui sont associés.
• Les souris déficientes en STOP (stable tubule-only polypeptide) :
Bien que les microtubules soient intrinsèquement dynamiques, de nombreux types cellulaires contiennent des microtubules stables résistants à des conditions dépolymérisantes comme l’exposition au froid ou à des drogues antimicrotubulaires (Houseweart et Cleveland 1999).
Les neurones, en particulier, contiennent des effecteurs capables de bloquer complètement la dynamique microtubulaire (Andrieux et al, 2004). Cette stabilisation est due à l’association aux microtubules neuronaux de protéines régulées par la calmoduline, les protéines STOP (Bosc et al, 2001). Les souris STOP Knockout sont dépourvues de microtubules stables neuronaux comme non neuronaux. Cette modification de la stabilité des microtubules n’a pas engendré de conséquences sur l’organogenèse et la viabilité des souris ou de défauts anatomiques évidents dans le système nerveux des souris STOP knockout (Andrieux et al, 2002). Par contre, ces souris présentent des défauts synaptiques multiples qui affectent la plasticité synaptique à court et long terme, dans les neurones glutamatergiques de l’hippocampe, défauts associés à une forte réduction du pool de vésicules synaptiques (Brenner et al, 2007). Ces défauts synaptiques sont associés avec des troubles multiples et sévères du comportement, avec désorganisation de l’activité, anxiété, retrait social sévère défaut complet de capacité à materner (Andrieux et al, 2002) et des perturbations cognitifs (Powell et al, 2007). Les souris STOP knockout présentent une hyperactivité locomotrice, avec réponse augmentée aux stress modérés (Bégou et al, 2007). Cette hypermotricité est corrigée par les neuroleptiques et exacerbée par l’administration d’amphétamines (Brun et al, 2005). Ces troubles comportementaux sont considérés comme traduisant une hyperdopaminergie. Des mesures neurochimiques ont montré une hyperréactivité
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dopaminergique dans le noyau accumbens des souris STOP knockout (Brun et al, 2005). Ces souris présentent également des troubles du filtrage de l’information sensori-motrice (PPI) (Fradley et al, 2005). L’ensemble des troubles des souris STOP knockout sont améliorés par un traitement aux neuroleptiques (Andrieux et al, 2002, Brun et al, 2005, Fradley et al, 2005). Ces résultats montrent qu’un défaut affectant le système microtubulaire peut induire des troubles de la neurotransmission considérés comme d’importance centrale dans la schizophrénie. Ces observations prennent une valeur particulière dans le contexte d’études récentes qui montrent que des gènes liés à la schizophrénie chez l’homme s’avèrent coder pour des protéines microtubulaires (DISC1) (Callicott et al, 2005, Morris et al, 2003, Owen et al, 2005).
De plus, l’étude des souris STOP knockout a montré que des anomalies touchant probablement à la dynamique microtubulaire peuvent affecter la transmission synaptique et le comportement. Il a été proposé que les drogues comme les épothilones agissant sur la dynamique microtubulaire, pourraient agir sur la transmission synaptique et se comporter comme des antipsychotiques (Andrieux et al, 2006). Les épothilones sont à doses suffisantes des antimitotiques. Ces drogues se sont avérées avoir, à des doses au moins 100 fois plus faibles que celles utilisées pour inhiber la croissance tumorale, une action remarquable sur les troubles synaptiques et comportementaux présentés par les souris STOP knockout, sans effet secondaires apparents. Ainsi, des drogues microtubulaires peuvent affecter la transmission synaptique et le comportement (Andrieux et al, 2006).
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e. Les modèles basés sur une lésion :
Afin de tester l’hypothèse neuro-développementale, plusieurs modèles animaux ayant des lésions ciblées ont été développés. Il existe des modèles animaux de la schizophrénie qui sont basés sur des lésions chez les rats adultes du cortex préfrontal, de la partie dorsale et ventrale de l’hippocampe ainsi que sur des lésions du thalamus (Pour revue : Marcott et al, 2001). Le modèle, que nous avons utilisé dans notre étude, a été élaboré pour tester l’hypothèse neuro- développementale et basé sur la lésion néonatale de l’hippocampe ventral (weinberger et Lipska, 1995).
• Modèle animal neuro-développemental de la schizophrénie : les rats ayant une
lésion néonatale de l’hippocampe ventral
Le modèle animal que nous avons utilisé implique des rats ayant une lésion néonatale (PD7) de l’hippocampe ventral provoquée par une injection bilatérale de l’acide iboténique, un agoniste des récepteurs glutamatergiques (Lipska et al, 1993, Weinberger et Lipska, 1995). Ainsi, l’acide iboténique appliqué sélectivement dans la région de l’hippocampe ventral, détruira aussi les projections neuronales de l’hippocampe ventral vers le cortex et les sites sous-corticales pendant une période critique du développement corticale chez le rat et les privera de leurs connectivités normales avec l’hippocampe. Ceci se répercute sur une variété de comportements associés à la dopamine, similaires à ceux observés dans la schizophrénie et qui émergent après la puberté (Lipska, 2004). Par exemple, ces rats montrent une augmentation d’activité locomotrice en réponse au stress et aux stimulants, et une augmentation du comportement stéréotypé en réponse à l’apomorphine (Lipska et Weinberger, 2000). Ils montrent aussi une augmentation de la sensibilité aux antagonistes des récepteurs glutamatergiques NMDA (MK-801 et Phencyclidine) (Al Amin et al, 2000), des déficits dans la mémoire de travail (Lipska et al, 2002), dans le filtrage de l’information
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sensori-motrice (PPI) (Lipska et al, 1995), dans l’inhibition latente (Grecksch, 1999) et dans l’interaction sociale (Becker, 1999). Les antipsychotiques normalisent une partie des comportements induits par la lésion néonatale (Sams-Dodd et al, 1997 ; Lipska et Weinberger, 1994 b; Le Pen et Moreau, 2002). Ces changements comportementaux évoqués ci-dessus sont similaires à ceux observés chez les patients schizophrènes.
Ces changements qui n’apparaissent qu’après la puberté, ne sont pas dus à des changements hormonaux puisque la castration de ces rats avant la puberté n’empêche pas l’émergence de ces comportements (Lipska et weinberger, 1994 a). Il semble que la lésion interagit avec les programmes normaux du développement postnatal du cerveau et plus particulièrement la maturation fonctionnelle de la connectivité intracorticale (Weinberger et Lipska, 1995). Il a été montré que la lésion du cortex préfrontal des rats adultes ayant une lésion néonatale de l’hippocampe ventral peut réduire une partie des anomalies comportementales associées à la dopamine, suggérant qu’un dysfonctionnement du cortex préfrontal peut être un facteur critique dans l’expression de ces comportements (Lipska et al, 1998). De plus, il a été évoqué que les neurones pyramidales du cortex préfrontal révèlent une réponse anormale à l’activation de l’aire tegmentale ventrale chez les rats ayant une lésion néonatale de l’hippocampe ventral après la puberté (O’Donnell et al, 2002). Des réponses anormales similaires suite à la stimulation de l’aire tegmentale ventrale ont été aussi observées dans le noyau accumbens (Goto et O’Donnell, 2002). Ces réponses anormales sont éliminées par une lésion du cortex préfrontal (Goto et O’Donnell, 2004). De plus, une étude récente a montré qu’une perturbation dans l’interaction dopamine-glutamate émerge après la puberté chez les rats ayant une lésion dans l’hippocampe ventral et peut contribuer à la manifestation des altérations comportementales similaires à celles observées chez les schizophrènes (Tseng et al, 2007). L’apparition de ces altérations après la puberté montre qu’avant la puberté, l’impact
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de la lésion neuro-développementale chez ces rats pourrait être compensable. La possibilité de compensation n’est plus évidente après la puberté. L’âge de jeune adulte peut être considéré donc comme une étape primordiale dans la maturation de la connectivité intracorticale et la traduction de l’information corticale en comportement (Weinberger et Lipska, 1995).
Cette même lésion effectuée à l’âge adulte n’engendre pas les mêmes modifications comportementales associées à une augmentation de l’activité dopaminergique (Lipska et al, 1992). Ceci montre que les effets de la lésion ne peuvent pas être expliqués par une simple perte des neurones de l’hippocampe ventral et soulignent l’importance de l’hypothèse neuro- développementale dans l’étiologie de la schizophrénie. De plus, il a été démontré que la lésion des cortex temporo-limbique et le cortex préfrontal chez les rats adultes produirait plusieurs effets communs avec la lésion néonatale de l’hippocampe ventral (Lipska et al, 1992, Lipska et al, 1994). Ceci suggère que la perturbation durant le développement du cortex temporo- limbique et sa connectivité avec le cortex préfrontal est primordiale pour l’apparition des comportements anormaux.
Ce modèle basé sur l’hypothèse neuro-développementale prend en considération
l’hypothèse biochimique associée essentiellement à une hyper activité dopaminergique
(Toda et Abi-Dargham, 2007) sous corticale et un hypofonctionnement des récepteurs NMDA (Javitt, 2007). Ainsi ces rats sont sensibles aux agonistes dopaminergiques (Lipska et weinberger, 2000) et montrent aussi une augmentation de la sensibilité aux antagonistes des récepteurs glutamatergiques NMDA (MK-801 et Phencyclidine) (Al Amin et al, 2000). De plus, les neuroleptiques, qui sont pour la plupart des antagonistes des récepteurs dopaminergiques D2, normalisent une partie des comportements induits par la lésion néonatale (Sams-Dodd et al, 1997, Lipska et Weinberger, 1994 b, Le Pen et Moreau, 2002). Ce type de lésion est aussi en accord avec l’hypothèse environnementale. En effet, les rats
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ayant une lésion néonatale de l’hippocampe ventral ont subit une agression précoce (la lésion) qui a provoqué l’apparition des altérations comportementales similaires à celles observées chez les schizophrènes. Ce modèle prend aussi en considération les interactions entre les gènes et l’environnement. En fait, la lésion neuro-développementale de l’hippocampe ventral peut interagir avec les facteurs génétiques impliqués dans les fonctions dopaminergiques. Les rats appartenant aux souches Sprague-Dawley, Fisher 344 et Lewis montrent des réponses différentes au stress, des préférences différentes aux drogues d’abus ainsi qu’une prédisposition différentes aux maladies inflammatoires (Lipska et Weinberger, 1995, Kosten et al, 1997). En ce qui concerne le stress, les rats Fisher 344 montrent une réponse importante au stress tandis que les rats Lewis semblent montrer une résistance relative au stress et les rats Sprague-Dawley montrent une réponse intermédiaire. Il a été proposé que la sévérité des altérations comportementales liées à la dopamine puisse avoir une relation avec l’étendue de la lésion de l’hippocampe ventral (Lipska et Weinberger, 1995). Ces rats ont subit donc des lésions néonatales de l’hippocampe ventral qui sont soit de faible étendue, soit de large étendue. Comme ça été déjà démontré, les lésions de large étendue chez les rats Sprague- Dawley provoquent une augmentation de l’activité locomotrice à la nouveauté et en réponse à l’amphétamine seulement après la puberté (Lipska et weinberger, 2000). La lésion de faible étendue n’a aucun effet sur ces rats Sprague-Dawley. Quant aux rats Fisher 344, les lésions de large étendue produisent une augmentation de l’activité locomotrice à la nouveauté et en réponse à l’amphétamine qui apparait avant la puberté et s’intensifie après la puberté. Contrairement aux rats Sprague-Dawley, la lésion de faible étendue chez ces rats Fisher 344 produit une augmentation de l’activité locomotrice à la nouveauté et en réponse à l’amphétamine seulement après la puberté. Chez les rats Lewis, même la lésion de large étendue n’a aucun effet significatif ni avant ni après la puberté (Lipska et Weinberger, 1995).
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Ces résultats mettent en lumière les interactions génétiques et environnementales dans un modèle neuro-développemental de la schizophrénie.
Bien que les rats ayant une lésion néonatale de l’hippocampe ventral soient sensibles aux agonistes dopaminergiques et au stress, l’augmentation de la libération de dopamine en réponse au stress et à l’amphétamine dans le striatum et le cortex préfrontal n’est pas potentialisée mais plutôt réduite chez ces animaux (Lipska et al, 1995, Wan et al, 1996, Lillrank et al, 1999, Laplante et al, 2004). Par contre, une seule étude a montré une augmentation de libération de dopamine en réponse à un stress aigu plus élevée dans le striatum et plus persistante dans le cortex préfrontal des rats ayant une lésion néonatale de l’hippocampe ventral (Chrapusta et al, 2003). En tenant compte de la variabilité de ces résultats, il semble plausible que l’hyperactivité comportementale associée à l’hyper activité dopaminergique sous corticale pourrait impliquer des changements post-synaptiques des récepteurs dopaminergiques dans le striatum.
4.
Objectifs
Cette étude a pour objectif d’étudier si l’émergence après la puberté de l’hyperactivité comportementale et les déficits cognitifs dans ce modèle animal de schizophrénie, sont associés à des altérations neuro-développementales de l’expression des récepteurs dopaminergiques D1 et D2 ainsi que les sous unités du récepteur NMDA glutamatergiques (NR1 et NR2A) et des neuropeptides (substance P, enképhaline, et dynorphine) par la méthode d’hybridation in situ précédemment décrite.
Les facteurs environnementaux pendant les premiers stades de vie, jouent un rôle primordial dans la détermination de la sensibilité aux effets récompensants des drogues et de la vulnérabilité à développer l’addiction. Plusieurs études ont démontré que les conditions environnementales négatives comme le stress, augmentent la vulnérabilité à développer l’addiction aux drogues. Pourtant, peu nombreuses sont les études qui ont investigué l’influence d’un environnement qui mime les conditions positives comme l’environnement enrichi sur la vulnérabilité aux drogues.
Dans une étude antérieure nous avons démontré que l’environnement enrichi diminue les effets stimulants aigus de la cocaïne. Dans cette étude, nous avons mis en évidence par la procédure de préférence de place conditionnée, que les effets récompensants de la cocaïne sont abolis chez les souris élevées dans un environnement enrichi en comparaison avec celles élevées en milieu standard. Bien que les souris élevées dans un environnement enrichi et celles élevées dans un environnement standard développent la sensibilisation comportementale à la cocaïne, les effets stimulants des injections répétées de la cocaïne sont diminués chez les souris élevées dans un environnement enrichi par rapport aux souris élevées dans un environnement standard durant le développement de la sensibilisation comportementale. De plus, les effets activants de la cocaïne sont diminués chez les souris élevées dans un environnement enrichi par rapport aux souris élevées dans un environnement standard en réponse à une injection de cocaïne durant l’expression de la sensibilisation comportementale après 30 jours de sevrage. Par la technique de microdialyse in vivo, nous avons montré que la libération de la dopamine induite par la cocaïne ne diffère pas entre les