a) Les interneurones
3. Rôles des D1R-MSN et D2R-MSN dans les réponses aux psychostimulants
Grâce aux approches cellules-spécifiques, des avancées considérables ont été réalisées dans la compréhension des rôles spécifiques des différents types cellulaires du striatum et des différents récepteurs qu’ils expriment (Salery et al., 2019; Valjent et al., 2009). En effet, nous avons assisté
ces dernières années au développement de lignées de souris exprimant, soit des protéines fluorescentes dans des populations ciblées, soit la cre-recombinase sous le contrôle de promoteurs cellules-spécifiques combiné aux techniques d’ablation cellulaire, de KO conditionnel, d’optogénétique, de chémogénétique et les techniques pour perturber des interactions protéines-protéines dans des populations neuronales d’intérêt (Figure 20) (Salery et al., 2019).
Ces avancées ont notamment permis de mieux comprendre les rôles respectifs des D1R-MSN et D2R-MSN dans les apprentissages liés à la récompense, mais aussi dans les différentes phases de l’addiction.
L’ablation sélective des D2R-MSN à l’aide de la toxine diphtérique, en faisant exprimer de manière inductible le récepteur de la toxine diphtérique sous le contrôle du promoteur du A2AR, augmente l’activité locomotrice basale ainsi que le développement et le maintien de la préférence de place conditionnée (CPP) à l’amphétamine (Durieux et al., 2009).
De manière similaire, leur inhibition par des approches chémogénétiques augmente l’acquisition et l’expression de la sensibilisation locomotrice à l’amphétamine (Ferguson et al., 2011a).
À l’inverse, il a été montré que l’activation des D2R-MSN du NAc par optogénétique pendant les injections de cocaïne ne bloque pas le développement de la sensibilisation locomotrice à la cocaïne. Toutefois, chez des souris sensibilisées à la cocaïne, l’activation des D2R-MSN pendant le sevrage inhibe l’expression de la sensibilisation locomotrice (Song et al., 2014). En revanche, l’activation par chémogénétique des D2R-MSN, dans l’ensemble du striatum, bloque le développement et l’expression de la sensibilisation locomotrice en réponse à l’amphétamine (Farrell et al., 2013a).
Figure 20 : Illustration de techniques cellules-spécifiques de manipulation de l’activité des neurones.
(A) Expression de la Cre-recombinase (cellules vertes) dans une structure hétérogène. (B) Ablation ou inactivation des neurones exprimant la Cre-recombinase. (C) Manipulation chémogénétique des neurones exprimant la Cre-recombinase. (D) Modulation optogénétique des neurones exprimant la Cre-recombinase. D’après Steiner et Tseng 2017.
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Concernant le rôle des deux sous-types de MSN dans les propriétés renforçantes des psychostimulants, il a été montré que l’activation par optogénétique des D2R-MSN diminue la CPP induite par la cocaïne (Lobo et al., 2010a). À l’inverse, l’activation optogénétique ou chémogénétique des D1R-SPN du NAc augmente la CPP à la cocaïne (Calipari et al., 2016; Lobo et al., 2010a).
Il est possible de bloquer le relargage de neurotransmetteurs dans un type cellulaire d’intérêt grâce à l’expression spécifique de la chaîne légère de la toxine tétanique (Hikida et al., 2010). Le blocage de la neurotransmission dans les D1R-MSN du striatum entier inhibe les réponses locomotrices aigues, la sensibilisation locomotrice et la CPP induite par la cocaïne ou la nourriture, mais n’affecte pas l’aversion dans la tâche d’évitement passif. La même manipulation effectuée dans les D2R-MSN retarde le développement de la sensibilisation locomotrice, mais n’a pas d’effet sur la CPP induite par la cocaïne ou la nourriture. En revanche, le blocage des D2R-MSN atténue l’aversion dans la tâche d’évitement passif. Dans les deux populations, l’inhibition de la transmission durant 33 jours d’abstinence n’a aucun effet sur le maintien de la sensibilisation locomotrice (Hikida et al., 2010). En ce qui concerne les comportements de type opérants, à la suite de la phase d’acquisition de l’auto-administration à la cocaïne, une augmentation des ratio AMPAR/NMDAR, utilisé comme un index de l’efficacité de la transmission glutamatergique sur les MSN, a été observée dans les D1R-MSN mais pas les D2R-D1R-MSNs. De manière intéressante, une augmentation du ratio AMPAR/NMDAR dans les D2R-MSNs des souris a été observée spécifiquement dans le cas de souris ayant une faible motivation et une faible persévérance à s’auto-administrer la cocaïne. En accord avec ceci, l’inhibition des D2R-MSNs du NAc, mais pas du striatum dorsal, par chémogénétique, augmente la motivation pour obtenir de la cocaïne mais pas pour la nourriture. À l’inverse, leur activation optogénétique diminue l’auto-administration à la cocaïne (Bock et al., 2013). L’inhibition chémogénétique des D1R-MSN du DMS n’a, quant à elle, pas d’effet sur l’acquisition de l’auto-administration à la cocaïne, ni sur la recherche compulsive de drogue. En revanche, il a été montré que l’inactivation des D1R-MSN par chémogénétique diminue la recherche compulsive de drogue induite par l’indice associé à la cocaïne, un effet qui n’est pas retrouvé pour la nourriture (Yager et al., 2019).
Des études plus récentes ont non seulement étudié les rôles spécifiques des deux sous-populations de MSN dans les différents aspects et phases des réponses aux drogues d’abus, mais également le rôle de certaines de leurs projections. En effet, l’inhibition par chémogénétique des projections des D1R-MSN du NAc core vers le VP, et pas celles ciblant la SNr, diminue la recherche compulsive de drogue induite par l’indice associé à la cocaïne (Pardo-Garcia et al., 2019). Une autre étude s’est intéressée au rôle des collatérales inhibitrices formées par les D2R-MSN projetant sur les D1R-MSN. Cette étude a révélé que la cocaïne diminue l’efficacité des collatérales des D2R-MSN vers les D1R-MSN, favorisant l’activité des D1R-MSN et la réponse locomotrice aigue. Ce travail illustre donc un mécanisme original par lequel les D2R-MSN pourraient participer aux effets hyperlocomoteurs de la cocaïne (Dobbs et al., 2016).
La cocaïne altère également différemment la transmission glutamatergique issue de projections distinctes convergeant sur les D1R ou D2R-MSN. En effet, une étude a montré que la sensibilisation locomotrice induite par la cocaïne était associée à une augmentation de la transmission glutamatergique des afférences corticales projetant sur les D1R-MSN sélectivement. La dépotentialisation de ces synapses, induite par des stimulations optogénétique à basse fréquence, a permis d’établir un lien causal entre la plasticité induite par la cocaïne à ces synapses, et la sensibilisation comportementale (Pascoli et al., 2012).
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Le même groupe a montré que des souris ayant appris à s’auto-administrer de la cocaïne présentent, après le sevrage, une augmentation des ratio AMPA/NMDA (A/N) au niveau des afférences glutamatergiques sur les D1R-MSN provenant de l’hippocampe ventral, mais pas de celles provenant de l’amygdale. En revanche, une diminution des ratio A/N est observée au niveau des afférences du PFC qui associée à une augmentation de l’indice de rectification de la courbe courant-voltage ce qui suggère une augmentation des AMPAR perméables au calcium au niveau de ces synapses. La dépotentialisation optogénétique grâce à des stimulation à 1Hz des afférences hippocampiques sur les D1R-MSN, diminue le nombre d’appui des souris sur le levier actif suite à la présentation de l’indice associé à la cocaïne après un sevrage, ce qui suggère une diminution de la vigeur de la réponse pour obtenir la cocaïne. Des stimulations à 13Hz de ces afférences augmentent le nombre d’appui des souris sur les leviers et diminue la discrimination entre les leviers actifs et inactif lors de la présentation de l’indice associé à la cocaïne après le sevrage, ce qui suggère une altération de la discrimination entre action et résultats. D’autres part, La dépotentialisation optogénétique grâce à des stimulation à 1Hz des afférences du PFC sur les D1R-MSN n’a pas d’effet, mais à 13Hz, celle-ci induit une forte diminution du nombre d’appui sur les leviers par les souris lors de la présentation de l’indice associé à la cocaïne après le sevrage ce qui suggère une diminution du comportement de recherche de la drogue (Pascoli et al., 2014b.) Cette étude pionnière montre que la plasticité d’afférences glutamatergiques spécifiques sur les D1R-MSN du NAc participent à différentes composantes des réponses comportementales induites par cocaïne.
Ce groupe a aussi montré qu’une certaine proportion de souris qui ont appris à stimuler par optogénétique les neurones dopaminergiques de la VTA continuent de se stimuler de manière compulsive, même lorsqu’elles sont soumises à un choc électrique concomitant à l’auto-administration. De manière intéressante, ces animaux résistants à la punition présentent une potentialisation des afférences du cortex orbitofrontal sur les D1R-MSN du striatum dorsal. La dépotentialisation optogénétique de ces afférences diminue la fraction d’animaux qui se stimulent de manière compulsive (Pascoli et al., 2018). Ces études pionnières démontrent une relation causale entre les perturbations de la plasticité glutamatergique et les altérations comportementales à long termes induites par la cocaïne.
L’ensemble de ces études a donc permis de préciser les rôles distincts des deux sous-populations de MSN dans les différentes phases des réponses comportementales induites par les psychostimulants. Ces travaux ont également mis en évidence que la modulation, par la DA, des afférences glutamatergiques convergeant sur les MSN est primordiale pour l’établissement des altérations comportementales induites par les psychostimulants. Ainsi, il est important d’identifier les mécanismes moléculaires qui sous-tendent l’intégration des signaux dopaminergiques et glutamatergiques dans ces deux sous-populations de MSN, car cette démarche pourrait potentiellement conduire à l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques, non seulement dans le contexte de l’addiction, mais également pour d’autres maladies psychiatriques associées à un déséquilibre des transmissions dopaminergique et glutamatergique. Dans cette perspective, le chapitre suivant sera consacré à un rappel des caractéristiques et fonctions des récepteurs de la DA et du glutamate exprimé par les MSN et à leur rôle dans les réponses aux drogues d’abus.
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Tableau 5 : Manipulations cellules-spécifiques et conséquences comportementales (modifié d’après Salery et al. 2020)
Modèle Drogue Manipulation cellule- spécifique Paradigme
comportemental Conséquences comportementales Références
Souris Amphétamine (Amphét).
Ablation des D2R-MSN dans le NAc avec la toxine diphtérique (DTR) Souris Adora2a-cre x DTR inductible
Injection de toxine diphtériquee dans le NAc
CPP (1, 3 et 5
mg/kg) + sevrage 9J ▪ Ablation des D2R-MSN: ↑ développement et maintien de la CPP Durieux et al. 2009
Souris
Cocaïne / Méthamphétam
ine (Méth).
Inhibition inductible de la neurotransmission des D1R-MSN ou D2R-MSN
TRE- Toxine-tétanique (TN)
Injections d’AAV transportant le transgène tTA sous les promoteurs enkephalin (D2R-MSN) ou substance P (D1R-MSN).
Injection (Inj) aigue (cocaïne : 10mg/kg, méth: 2mg/kg) Sensibilisation locomotrice / CPP (cocaïne 10mg/kg)
▪ Inhibition des D1R-MSN ou des D2R-MSN (striatum entier) : ↓hyperlocomotion induite par la méthamphétamine
▪ Inhibition des D1R-MSN (striatum entier) : ↓hyperlocomotion induite par la cocaïne
▪ Inhibition des D1R-MSN: ↓ sensibilisation et CPP ▪ Inhibition des D2R-MSN:
- retards de sensibilisation - absence d’effet sur la CPP
Hikida et al. 2010
Souris Cocaïne
Activation optogénétique des MSN du NAc: HSV-ChR2 ou AAV-DIO-ChR2 dans les souris drd1a-cre et drd2-cre
Lumière bleue (10 Hz; délivrées pendant quatre périodes de 3 minutes pendant les 30 minutes de conditionnement)
CPP (5 mg/kg) CPP (7mg/kg)
▪ Activation des D1R-MSN pendant le conditionnement : ↑CPP ▪ Activation de tous les MSN pendant le conditionnement : ↑CPP ▪ Activation des D2R-MSN pendant le conditionnement : '↓CPP'
Lobo et al. 2010
Rat Amphét.
Inhibition chemogénétique de chaque population de MSN dans le striatum dorsal HSV-pENK-hM4D ou HSV-pDyn-hM4D CNO 1mg/kg Sensibilisation locomotrice (2mg/kg ; 0,5 mg/kg)
▪ Inhibition des D2R-MSN: ↑ sensibilisation et son expression après un sevrage et challenge d’amphét sans CNO
▪ Inhibition des D1R-MSN: ↓ sensibilisation et inhibition de son expression après un sevrage et challenge d’amphét sans CNO
Ferguson et al. 2011
Souris Cocaïne
Dépotentialisation optogénétique des projections du PFC infralimbique de sur le Nac shell
AAV1-CAG-ChR2 dans le PFC infralimbique des souris drd1a-tdTomato - Fibres optique dans le NAc core (impulsions lumineuses de 4 ms à 1 Hz pendant 10 min)
Inj. chroniques (15mg/kg)
▪ Dépotentialisation des projections infralimbiques du PFC sur le NAc core: - Inhibition de l’expression de la sensibilisation locomotrice lorsqu’elle est effectuée 45 min avant le test
-↓ expression de la sensibilisation locomotrice lorsqu’elle est effectuée après le sevrage, 45 min avant le test
- ↓ expression de la sensibilisation locomotrice lorsqu’elle est effectuée après le retrait, 5 jours avant le test
Pascoli et al. 2012
Souris Cocaïne
Manipulation optogénétique/chémogénétique des D2R-MSN du NAc Souris Adora2a-cre
AAV-hSyn-DIO-hM4Di ou AAV5-EF1a-DIO-CHR2 CNO 1mg/kg
Impulsions lumineuses 16 Hz pendant 5 minutes toutes les 10 minutes
Auto-administration (AD) Intraveineuse (IV, 1-2mg/kg par perfusion)
▪ Inhibition chémogénétique des D2R-MSN : augmente la motivation à s’auto-administrer de la cocaïne
▪ Activation optogénétique de D2R-MSN : inhibe l’AD de cocaïne
Bock et al. 2013
Souris Cocaïne
Inhibition optogénétique des D1R-MSN du NAc: AAV-DIO-eNpHR3.0 dans les drd1a-cre - fibres optiques dans le NAc (lumière verte 30s toutes les minutes pendant 60 minutes, 3 mW)
Sensibilisation locomotrice (10mg/kg)
Inhibition des D1R-MSN: ↓ sensibilisation locomotrice Chandra et al. 2013
Souris Amphét.
Activation chémogenétique des D2R-MSN dans l’ensemble du striatum adora2a-rM3Ds CNO 1mg/kg Sensibilisation locomotrice (2mg/kg) ▪ Activation D2R-MSN: - ↓ Activité locomotrice - ↓ Sensibilisation
- ↓ expression de la sensibilisation après un sevrage et challenge d’amphét sans CNO
Farrell et al. 2013
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Souris Cocaïne
Dépotentialisation optogénétique des projections de l’hippocampe ventral ou infralimbique sur le Nac shell
AAV1-CAG-ChR2 dans le PFC infralimbique ou hippocampe ventral, fibres optiques dans la coquille Nac des souris drd1a-tdTomato Impulsions légères 4 ms à 1 Hz ou 13 Hz pendant 10 min
AD IV
(0.75mg/kg/inf)
▪ Dépotentialisation des projections de l’hippocampe ventral sur les D1R-MSN du NAc shell: - (1Hz) ↓ la vigueur des réponses pour obtenir la cocaïne
-(13Hz) altération de la discrimination entre action et résultats ↑du comportement de recherche de cocaïne
Dépotentialisation des projections de l’hippocampe ventral sur les D1R-MSN du NAc shell: - (1Hz) pas d’effet
-(13Hz) ↓ du comportement de recherche de cocaïne
Pascoli et al. 2014
Souris Cocaïne
Activation optogénétique des D2R-MSN dans le NAc
AAV-EF1a-DIO-hChR2 en drd2-cre- fibres optiques dans le NAc (impulsions légères à 20 Hz, 5 ms ; 2-5 mW pour 4 période de 3 min durant des sessions de 40 min)
Sensibilisation locomotrice (15mg/kg)
▪ Activation des D2R-MSN:
- ↓Activité locomotrice spontanée
- ↓expression de la sensibilisation locomotrice lorsque la stimulation est appliquée pendant la période de sevrage
Song et al 2014
Souris Cocaïne
Inhibition chémogénétique des D1R-MSN dans NAc core AAV-hSyn-DIO-hm4Di dans les souris drd1a-cre et drd2-cre CNO 5mg/kg
CPP (5 mg/kg)
▪ Inhibition des D1R-MSN pendant le conditionnement : ↓CPP ▪ Inhibition des D1R-MSN pendant le test : ↓ CPP
▪ Inhibition des D2R-MSN pendant le test : pas d’effet
Calipari et al. 2016
Souris Cocaïne
Inhibition chémogénétique des D2R-MSN du NAc core chez les souris D2R-MSN-drd2-KO
adora2a-cre x drd2lox/lox (D2R-MSN-Drd2KO)
AAV5-hSyn-DIO-hM4Di dans le noyau NAc
Inj. aigue (15mg/kg)
▪ Inhibition des D2R-MSN: restaure la réponse locomotrice aigue chez les
souris D2R-MSN-drd2-KO Dobbs et al.
2016
Souris -
Auto-stimulation optogénétique des neurones DA de la VTA (oDASS) (impulsions lumineuses bleues ou oranges de 1sec à 1 Hz pendant 15 sec)
Souris DAT-cre; AAV5-EF1a-DIO-ChR2 ou AAV8-hSyn-Flex-ChrimsonR dans la VTA
DAT-cre x Drd1a-Tomato
AAV8-hSyn-ChrimsonR-tdTomato, AAV8- hSyn-Chrimson-GFP, AAV5-CamKII-eArchT3.0-eYFP, ou AAV-DJ-CamKII-GCaMP6m bilatéralement dans le cortex orbitofrontal (OFC)
Impulsions légères : 20 Hz pour 1 min pour la potentialisation ou 1 Hz pendant 5 min pour la dépotentialisation
VTA DA Neurones auto-stimulation
▪ oDASS:
- induit une auto-stimulation compulsive dans un sous-ensemble de souris (souris persévérantes), qui continuent à se stimuler malgré des chocs éléctriques
- induit une potentialisation synaptique sélective dans les D1R-MSN dans le NAc chez tous les animaux
- induit la potentialisation des synapses de l’OFC vers le striatum sur les D2R- et les D1R-MSN uniquement chez les souris persévérantes ▪ Potentialisation induite par une stimulation optogénétique des synapses
OFC-striatum : augmente la proportion de souris persévérantes
▪ Dépotentialisation induite par l’optogénétique des synapses OFC-striatum combinée à l’administration d’un antagoniste D1R : diminue l’auto-stimulation chez les souris persévérantes, qui se maintient au fil du temps
Pascoli et. 2018
Rat Cocaïne
Inhibition chémogénétique des D1R-MSN dans le NAc
drd1a-iCre rats transgéniques
AAV2-hSyn-DIO-hM4Di dans le NAc core CNO 10 mg/kg i.p. ou 1nmol intracérébral
AD IV (0.5mg/kg/inf)
▪ Inhibition des D1R-MSN par l’administration de CNO: - ↓ la rechute induite par un indice associé à la cocaïne ▪ Inhibition des D1R-MSN par CNO local dans le pallidum ventral:
- ↓ la rechute induite par un indice associé à la cocaïne
Pardo-Garcia et al. 2019
Rat Cocaïne
Inhibition chémogénétique des D1R-MSN dans le striatum dorsomédian
CAV2-Cre dans la substance noire - AAV-DIO-hM4Di dans le striatum CNO 5 mg/kg
AD IV (0.4mg/kg/inf)
▪ Inhibition des D1R-MSN:
↓ la rechute induite par un indice associé à la cocaïne mais pas la saccharose
Yager et al. 2019
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