THÈSE
Pour l'obtention du grade de
DOCTEUR DE L'UNIVERSITÉ DE POITIERS UFR des sciences fondamentales et appliquées
Laboratoire de neurosciences expérimentales et cliniques - LNEC (Poitiers) (Diplôme National - Arrêté du 25 mai 2016)
École doctorale : Biologie-santé - Bio-santé (Limoges) Secteur de recherche : Neurosciences
Présentée par : Audrey Lafragette
Recherche des mécanismes impliqués dans la modulation de la vulnérabilité à la cocaïne par les conditions
environnementales Directeur(s) de Thèse :
Nathalie Thiriet
Soutenue le 08 novembre 2016 devant le jury Jury :
Président Afsaneh Gaillard Professeur des Universités, Université de Poitiers Rapporteur Pierre-Olivier Fernagut Chargé de recherche CNRS, Université de Bordeaux
Rapporteur Laurence Lanfumey Directeur de recherche INSERM, Université Pierre et Marie Curie
Membre Nathalie Thiriet Maître de conférences, Université de Poitiers
Membre Marcello Solinas Directeur de recherche CNRS, Université de Poitiers
Membre Vincent Vialou Chargé de recherche INSERM, Université Pierre et Marie Curie
Pour citer cette thèse :
Audrey Lafragette. Recherche des mécanismes impliqués dans la modulation de la vulnérabilité à la cocaïne par les conditions environnementales [En ligne]. Thèse Neurosciences. Poitiers : Université de Poitiers, 2016. Disponible sur Internet <http://theses.univ-poitiers.fr>
THESE
pou àl o te tio àduàG adeàde DOCTEU‘àDEàL UN VE‘“ TEàDEàPO T E‘“ (Faculté des Sciences Fondamentales et Appliquées)
(Diplôme National - Arrêté du 7 août 2006)
Ecole Doctorale : BioSanté N°524 Secteur de Recherche : Neurosciences
Présentée par :
Audrey LAFRAGETTE
Recherche des mécanismes impliqués dans la modulation de
la vulnérabilité à la cocaïne
par les conditions environnementales
Directeur de Thèse : Nathalie THIRIET
Soutenue le 8 Novembre 2016 de a tàlaàCo issio àd E a e :
Madame le Professeur Laurence LANFUMEY Rapporteur Monsieur le Docteur Pierre-Olivier FERNAGUT Rapporteur Monsieur le Professeur Vincent VIALOU Examinateur Madame le Professeur Afsaneh GAILLARD Examinateur Monsieur le Docteur Marcello SOLINAS Examinateur Madame le Docteur Nathalie THIRIET Examinateur
3
« La souris est un animal qui, tué en quantité suffisante et dans des conditions contrôlées, produit une thèse de doctorat. »
5
R
EMERCIEMENTS
Je tiens, en premier lieu, à remercier sincèrement les Docteurs Laurence Lanfumey et
Pierre-Oli ie àFe agutàd a oi àa ept àd t eàlesà appo teu sàdeà etteàth se.àMe ià gale e tà
auàdo teu àVi e tàVialouàdeà a oi àfaitàl ho eu àdeàpa ti ipe à à eàju àde thèse en tant u e a i ateu .à Mesà e e ie e tsà o tà gale e tà auàP ofesseu à áfsa ehà Gailla dà pou à avoir accepté de présider ce jury et pour ses conseils immunohistochimiques durant ma thèse.
Jeà e e ieà gale e tàleàP ofesseu àMoha edàJa e àpou à a oir accueilli au sein du LNEC dès mon master puis ensuite pour cette thèse. Merci pour votre disponibilité et votre soutien tout au long de ces années.
Mesà e e ie e tsà o tà gale e tàauàDo teu àMa elloà“oli asàpou à a oi àa ueillià
et intégré dans son é uipe.àVot eàdispo i ilit àetà osà o seilsàs ie tifi uesào tà t àd u àg a dà
secours durant cette thèse.
Je tiens également à adresser mes remerciements à ma directrice de thèse, le Docteur
NathalieàThi iet.àMe iàdeà a oi àdo àl oppo tu it àdeàd ou ir le monde de la recherche
etàdeàl addi tio . Me iàdeà a oi àe ad eàtoutàauàlo gàdeà etteàth se.àJ esp eàa oi à t à dig eàdeàlaà o fia eà ueà ousà a ezàa o d àetà ueà eàt a ailàestàfi ale e tà àlaàhauteu à de vos attentes.
Un grand merci à tous les membres du LNEC, merci pour ces années passées au laboratoire. Merci à Virginie, Marie-Laure, Maureen, Emilie et Pauline. Je vous suis très e o aissa teàdeàtouteàl aideàetàlesà o seilsà ueà ousà a ezàappo t s.àMe ià à“e àpou àsesà précieux conseils en microscopique (et pour tout le reste) et à Laurence pour avoir pris soin de mes souris. Je voudrais remercier tout spécialement Sandie pour avoir pris le temps de eli eà etteàth seàetàdeà a oi àappo t àso àaideàsu tout au cours de ces derniers mois. Je
reme ieà gale e tà haleu euse e tàáud e àetàO liaàpou à a oi àaid àpou àlaà iseàe à
page et pour votre soutien. Mes remerciements vont à tous les ingénieurs, étudiants et post-doc du laboratoire : Marine, Nissrine, Mejda, Magdalena, Josette, Tareq, Adélie, Anaïs, Johanna et Sarah.
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Un grand merci à Mathilde et Julie. Nos moments détente et délire avec Sandie et vous, parfois Audrey et Obélia font partie de mes meilleures moments à Poitiers. Merci à vous pour tout. Je voudrais remercier également à mes voisines du 55. Pour toi Oana : Va multumesc pentru tot !!!
Jeà eàpou aisàpasàfai eàlaàlisteàdeàtoutesàlesàpe so esà ueà o tàaid à à ussi à etteà thèse sans remercier les franciscains. Merci donc à Ln, Quentin, Edith, Thom, Maya, Nina, Michel, Flo, Marion, Adrien et Thibaut. Je pense que je dois vous le dire à chaque fois que je vous vois mais franchement quelle chance de vous avoir. Ca fait maintenant plus de 10 ans u o àseà o aità ouiàjeà aiàpasàos à i eà à aà ousà ieilli aitàt op àetàjeà aià u u eàchose à dire vivement les 10 prochaines !
Pour finir, je voudrais vivement remercier ma famille. Ma famille est un clan, une tribu sa sàla uelleàjeà eàse aisàpasàl àaujou d hui.àMe iàtoutàd a o dà à esàg a dàpa e tsàpou à a oi à o t àl e e pleàetàguider depuis toujours. Merci à mes oncles et tantes pour leur soutien inconditionnel et à Lucie, Fabien et Kévin. Pour finir, un immense et énorme merci à
aà eàetà o àf e.àMalheu euse e t,àlaàla gueàf a çaiseà aàpasàdeà otsàsuffisa tsàpou à
traduire ce que je pense et ce que je leur dois. Faute de mieux, merci à eux deux et
pa ti uli e e tà à aà e.àMe iàdeà a oi àpouss ,àsoute uàetà paul àtoutàauàlo gàdeà esà
àa s…àe fi àdepuisà ie àplusàlo gte psà ueàça !
7 A mo p e …
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Table des matières
INTRODUCTION ... 23
CHAPITRE I : NEUROADAPTATIONS INDUITES PAR LA COCAÏNE ET PHARMACODEPENDANCE ... 25
I. La pharmacodépendance ... 25
1. Définition et diagnostic de pharmacodépendance... 25
2. Mod les d’ tude de la d pe da e hez l’a i al ... 26
a. La CPP (Conditioned Preference Place ; Préférence de Place Conditionnée) ... 27
b. L auto-administration de drogues ... 27
c. La sensibilisation comportementale ... 28
II. Généralités sur la cocaïne ... 29
1. Historique ... 29
2. De la feuille de coca à la consommation de cocaïne ... 30
3. Les effets de la cocaïne ... 31
a. Les effets psychologiques ... 31
b. Les effets somatiques ... 33
4. Action de la cocaïne au niveau de la synapse dopaminergique ... 33
a. Les cibles moléculaires de cocaïne ... 33
i. Les transporteurs aux monoamines ... 33
ii. Le transporteur à la dopamine ... 34
b. Co s ue es de l aug e tatio de la dopa i e da s la s apse dopa i e gi ue : activation des récepteurs ... 36
i. La famille des récepteurs D1 ... 37
ii. La famille des récepteurs D2 ... 39
c. La voie de sig alisatio de l AMP (Ad osi e- -5 -Mono Phosphate cyclique) ... 40
d. Le facteur de transcription CREB (Cyclic-AMP Responsive-Element-Binding) ... 43
III. Structures cérébrales affectées par la cocaïne... 45
1. Description du système de la récompense ... 45
2. L’ai e teg e tale ve t ale ATV ... 46
a. Présentation... 46
b. Afférences et projections ... 47
c. ‘ôle da s l addi tio ... 47
3. Le striatum ... 48
a. Présentation... 48
b. Le striatum dorsal ... 50
i. Présentation et physiologie ... 50
ii. ‘ôle da s l addi tio ... 51
c. Le noyau accumbens (NAc) ... 52
i. Présentation et physiologie ... 52
ii. Afférences et projections ... 52
iii. ‘ôle da s l addi tio ... 53
iv. Interactions entre les différentes régions du striatum ... 55
4. Le cortex préfrontal (CPF) ... 57
i. Présentation ... 57
ii. Afférences et projections ... 57
iii. ‘ôle da s l addi tio ... 58
5. L’a gdale ... 60
i. Présentation et physiologie ... 60
ii. Afférences et projections ... 61
iii. ‘ôle da s l addi tio ... 62
IV. Adaptations moléculaires et cellulaires au sein des structures cérébrales susceptibles de participer aux effets durables des drogues ... 62
1. Modulation de la libération et la recapture de dopamine ... 63
2. Modulatio sta le de la voie i t a ellulai e de l’AMP ... 63
3. Les cibles de CREB ... 64
a. Les gènes Fos ... 64
10
c. ΔFosB et pha a od pe da e ... 67
d. Quel ues i les de ΔFosB ... 68
i. La protéine CDK5 (Cyclin dependent Kinase 5) ... 69
ii. La sous unité GluR2 et son impact sur la transmission synaptique ... 70
4. Conclusions ... 73
CHAPITRE II :IMPACT DES CONDITIONS ENVIRONNEMENTALES SUR LA DEPENDANCE ET SUR L ETAT EMOTIONNEL ... 74
I. Les différents facteurs influençant la vulnérabilité aux drogues ... 74
1. Les facteurs génétiques ... 75
2. Les effets induits par la drogue, un facteur de vulnérabilité en lui-même ... 76
3. Les facteurs environnementaux ... 76
II. Mise e vide e de l tat otio el su l addi tio hez l Ho e ... 77
1. Th o ie de l’ho ostasie otio elle ... 77
2. Co ditio s e vi o e e tales dites gatives hez l’Ho e ... 79
a. E positio à u st ess et o s ue es su l tat otio el des i dividus ... 79
i. Exposition à un stress aigu ... 79
ii. Exposition à un stress chronique ... 80
iii. I pa t des o ditio s gatives su l tat otio el ... 80
b. Co s ue es su la d pe da e au d ogues d a us hez l Ho e ... 81
3. Conditions environnementales dites positives hez l’Ho e... 81
a. Des iptio et o s ue es su l tat otio el ... 81
b. Co s ue es su la d pe da e au d ogues d a us hez l Ho e ... 82
III. Etude de l i flue e des diff e tes o ditio s e vi o e e tales su l addi tio da s des od les animaux ... 83
1. I pa t de l’e positio à u e vi o e e t gatif su la pha a od pe da e au d ogues hez l’a i al ……….…83
a. Modèles animaux de stress ... 83
b. Effets du st ess su l tat otio el da s des od les a i au ... 84
c. Effet du stress sur la plasticité cérébrale ... 85
d. I flue e des o ditio s de vie gatives su la d pe da e au d ogues d a us ... 86
2. I pa t de l’e positio à u e vi o e e t positif su la pha a od pe da e au d ogues d’a us hez l’a i al ... 88
a. Mod lisatio des o ditio s e vi o e e tales positives hez l a i al : exposition à un environnement enrichi (EE) ... 88
b. Co s ue es de l e positio à u EE su l tat otio el da s des od les a i au ... 89
c. Co s ue es eu oa ato i ues et ellulai es de l EE ... 90
d. Co s ue es de l EE su les iveau de eu ot a s etteu s ... 90
e. Co s ue es de l EE su l e p essio des g es ... 91
f. I pa t de l e vi o e e t e i hi su la d pe da e au d ogues d a us ... 93
i. Effet p ve tif de l EE su la d pe da e au d ogues ... 93
ii. Effet u atif de l EE su la d pe da e au d ogues ... 95
CHAPITRE III : MECANISMES SUSCEPTIBLES D ETRE REGULES PAR LES CONDITIONS ENVIRONNEMENTALES ET DE MODULER LES EFFETS DURABLES DES DROGUES ... 97
I. Premier mécanisme pote tielle e t i pli u da s les effets de l EE : les gulatio s pig ti ues ………..97
1. Qu’est- e ue l’ « épigénétique » ? ... 97
a. Présentation des mécanismes épigénétiques ... 97
b. Modifications épigénétiques observées sur les histones ... 98
c. M th latio de l ADN ... 98
2. Lien entre régulations épigénétiques et conditions environnementales ... 99
3. Mécanismes épigénétiques et dépendance aux drogues ... 100
a. MeCP2 est régulée par les drogues ... 100
b. La modulation de MeCP2 impacte la vulnérabilité aux drogues ... 101
c. Rôle des histones dans la dépendance aux drogues ... 101
II. Deu i e a is e pote tielle e t i pli u da s les effets de l EE : la modulation du système des endocannabinoïdes ... 102
1. Qu’est-ce que le système des endocannabinoïdes ? ... 102
11
b. Les ligands endogènes : les endocannabinoïdes ... 103
i. L a a da ide ... 103
ii. Le 2-Arachidonoylglycerol (2-AG) ... 104
c. Libération des endocannabinoïdes ... 105
d. Dégradation des endocannabinoïdes ... 106
e. Les récepteurs des endocannabinoïdes ... 107
i. Le récepteur CB1 ... 108
ii. Le récepteur CB2 ... 108
iii. Signalisation des récepteurs aux cannabinoïdes ... 109
2. Rôle du s st e des e do a a i oïdes da s l’ho ostasie otio elle... 111
a. ‘ôles des liga ds e dog es da s la gulatio de l tat otio el ... 111
b. ‘ôles des epteu s CB da s la gulatio de l tat otio el ... 112
3. Impact des conditions environnementales sur le système des endocannabinoïdes ... 113
4. Rôle des endocannabinoïdes dans les phénomènes de récompense ... 114
a. Rôles des ligands endogènes dans le processus de récompense ... 114
b. Rôle des récepteurs CB1 dans le système de récompense ... 115
c. Co s ue es de la o so atio des d ogues d a us su le s st e des e do a a i oïdes ... 117
OBJECTIFS DE THESE ... 119
MATERIEL ET METHODES ... 121
I. A i au utilis s et o ditio s d levage ... 123
a. Animaux utilisés ... 127
b. Protocole comportemental mis en place ... 127
II. Immunohistochimie ... 128
III. Qua tifi atio de l e p essio des p ot i es MeCP et CB pa la te h i ue de Weste Blot .... 132
1. Western Blot à proprement parler ... 132
2. Mises e vide e de la sp ifi it de l’a ti o ps CB utilis e Weste Blot ... 134
IV. Expression des ARNm du système des endocannabinoïdes par RT-qPCR (Real Time qPCR) ... 134
V. L a al se de la th latio des p o oteu s des gènes codant les endocannabinoïdes ... 136
VI. Analyses statistiques ... 137
RESULTATS EXPERIMENTAUX ... 139
AXE 1:REDUCTION OF COCAINE-INDUCED LOCOMOTOR EFFECTS BY ENRICHED ENVIRONMENT IS ASSOCIATED WITH CELL-SPECIFIC ACCUMULATION OF ∆FOSB IN STRIATAL AND CORTICAL SUBREGIONS ... 141
AXE 2 :RECHERCHE DE MECANISMES SUSCEPTIBLES D ETRE IMPLIQUES DANS LA MODULATION DES EFFETS DURABLES DES DROGUES PAR LE SWITCH ENVIRONNEMENTAL ... 174
DISCUSSION GENERALE ... 195
I. L e vi o e e t e i hi, u e a tio a ti-stress ... 197
II. Mécanismes régulés dans les structures cérébrales par les manipulations environnementales: potentiels impacts sur la dépendance aux drogues ... 200
1. Modulatio de l’e p essio de ∆FosB da s plusieu s gio s e po se à l’EE... 200
a. Pe tu atio s de l’ uili e e t e voie di e te et i di e te ap s e positio à u EE ... 200
b. I pa t de l’e p essio de ∆FosB da s le o te su l’ tat otio el ... 203
c. I pa t de l’e p essio de ∆FosB da s l’a gdale su l’ tat otio el ... 203
d. Co lusio s o e a t la odulatio de ΔFosB ... 204
2. Régulation du système des endocannabinoïdes par les manipulations environnementales ... 204
3. Régulations de l’e p essio de MECP par les manipulations environnementales ... 208
a. Régulation de MeCP2 dans le NAc et conséquences sur l’ tat otio el ... 208
b. R gulatio de l’e p essio de MeCP da s le NA et i pa t su les effets des d ogues ... 210
III. Modulatio pa l e vi o e e t des adaptatio s à lo g te e i duites pa la o aï e ... 212
Conclusion générale ... 215
12
RESUME
Une influence des conditions de vie sur le phénomène de dépendance a été observée chez l Ho eàetà od lis eà hezàl a i al.àái sià hezàlesà o geu s,àl e positio à àu àe i o e e tàe i hià (EE) réduit leà is ueàd addi tio ,àalo sà u u àst essàl aug e te.àLesà a is esà espo sa lesàdeà esà i flue esàe i o e e talesàsu àlaàd pe da eào tà t àl o jetàdeà esà e he hes.àD u eàpa t,à ousà avons o t à ueà desà i je tio sà h o i uesà deà o aï eà aug e te tà l e p essio à duà fa teu à deà transcription ∆FosB dans les cellules striatales exprimant le récepteur dopaminergique D1R (D1R+), alo sà ueàl EEàseulàl aug e teàsp ifi ue e tàdans les cellules D1R(-). De façon intéressante, ces effets so tàa olisàlo s ueàlaà o aï eàestàad i ist eà àdesàsou isàe pos esà àl EE.àCesà sultatsàsugg e tà ueà laàp e tio àdeàlaàse si ilisatio à o po te e taleàpa àl EEà o leàa e àu eàa u ulatio à odifi eà de ∆FosB.à D aut eà pa t,à leà la o atoi eà a aità o t à ueà leà passageà d u à EEà à u à e i o e e tà standard augmentait la vulnérabilité à la cocaïne. Toujours dans le but de découvrir les mécanismes impliqués, nous nous sommes intéressés au système endocannabinoïde (ECS), un régulateur du stress et aux processus épigénétiques. Nous avons observé que ce switch environnemental modulait l e p essio àdeàdiff e tsàa teu sàdeàl EC“,àe àpa ti ulie àleà epteu àCB àda sàl a gdale, et aussi celle de la protéine régulatrice de la transcription MeCP2 (Methyl CpG-binding-Protein-2) dans le noyau accumbens. Dans son ensemble, ce travail aàpe isàd ide tifie des mécanismes moléculaires, régulés par différentes manipulations environnementales, et pouvant participer à la vulnérabilité aux d oguesàd a us.
Mots clés : se si ilisatio à o po te e tale,à o aï e,àe i o e e tàe i hi,àst ess,à∆FosB,às st eà des endocannabinoïdes, MeCP2
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SUMMARY
Influences of life conditions on the phenomenon of addiction has been observed in Human and modeled in animals. Indeed, in rodents, exposure to enriched environment (EE) reduces the risk of addiction, whereas stress increases it. The mechanisms responsible for these environmental influences on addiction have been the object of my thesis. On one hand, we have shown that chronic injections of cocaine increase the expression of the transcription factor ∆FosB in striatal cells expressing the dopaminergic receptor D1 (D1R(+) cells) whereas EE by itself increases it specifically in D1R(-) cells. Interestingly, these effects were abolished when cocaine is administrated to mice exposed to EE. These results suggest that the prevention of the behavioral sensitization induced by EE correlates with a modified accumulation of ∆FosB. On the other hand, our laboratory has shown that switching mice from EE to a standard environment increases the vulnerability to cocaine. In order to uncover the mechanisms underlying this potentiation, we studied the endocannabinoid system, involved in stress regulation and in epigenetic processes. We have observed that the environmental switch modulates the expression of different actors of the endocannabinoid system, especially the CB1 receptor in the amygdala, and of MeCP2 (Methyl CpG-binding-Protein-2), a protein involved in the control of transcription in the nucleus accumbens. Altogether, this work allowed us to highlight molecular mechanisms that are regulated by environmental manipulations and that could participate to the individual vulnerability to drugs of abuse.
Keywords: behavioral sensitization, cocai e,àe i hedàe i o e t,àst ess,à∆FosB,àe do a a i oidà system, MeCP2
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LISTE DES TRAVAUX
Publication en révision :
Audrey Lafragette, Michael Bardo, Virginie Lardeux, Marcello Solinas, Nathalie Thiriet. Reduction of cocaine-induced locomotor effects by enriched environment is associated with cell-specific accumulation of FosB in striatal and cortical subregion,
International Journal of Neuropsychopharmacology
Communications scientifiques : (Auteur souligné est celui qui a présenté)
Audrey Lafragette, Marcello Solinas, Nathalie Thiriet, Exposure to an enriched environment modulates the accumulation of delta-FosB after chronic cocaine, 10th FENS (Federation of European Neuroscience Societies) forum, Copenhague, Juillet 2016
Audrey Lafragette, Marcello Solinas, Nathalie Thiriet, Exposure to an enriched environment modulates the accumulation of delta-FosB after chronic cocaine, Journée SFR Tours Poitiers, Tours Mai 2016
Audrey Lafragette, Virginie Lardeux Marcello Solinas, Nathalie Thiriet, Exposure to an enriched environment modulates the accumulation of delta-FosB after chronic cocaine, Sélection pour une présentation Flash à la journée SFR Tours Poitiers, Tours, Mai 2016
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LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Evolution en pourcentage de l'usage des principales drogues illicites entre 1992 et
2014 parmi les 18-64 ans. ... 31
Figure 2 : Représentation des symptômes accompagnant les différentes phases d'abstinences à la cocaïne ... 32
Figure 3 : Représentation schématique du transporteur à la dopamine (DAT). ... 35
Figure 4 : Action de la cocaïne dans la transmission dopaminergique. ... 36
Figure 5 : Cascade de signalisation induite par la famille des récepteurs D1 ... 38
Figure 6 : Cascade de signalisation induite par la famille des récepteurs D2 ... 40
Figure 7 : Cas ade de phospho latio de la voie de l’AMP i duite pa la o aï e ... 42
Figure 8 : Schéma simplifié des évènements conduisant à la régulation de la transcription par la phosphorylation de CREB. ... 44
Figure 9 : Schéma simplifié du circuit dopaminergique mésocorticolimbique. ... 46
Figure 10 : Représentation anatomique des différentes régions du striatum. ... 48
Figure 11 : Influence de la dopamine sur le circuit des ganglions de la base. ... 50
Figure 12 : Réseau neuronal du noyau accumbens. ... 53
Figure 13 : Le système dopaminergique meso-striatal. ... 56
Figure 14 : Les différentes sous-régions du cortex préfrontal médial (CPFm). ... 58
Figure 15 : Le complexe amygdalien et ses différentes sous-régions... 61
Figure 16 : R gulatio des fa teu s de t a s iptio de la fa ille Fos pa les d ogues d’a us. 65 Figure 17 : Epissage alte atif à l'o igi e de la p ot i e ∆FosB. ... 66
16
Figure 18 : S h a ellulai e de l'e p essio de ∆FosB et effets ol ulai es d oula t de
l’e positio au d ogues. ... 68
Figure 19 : Régulation de la st u tu e de l’a o isatio de d iti ue pa les d ogues d'a us.. . 70
Figure 20 : Mod le de plasti it s apti ue i duite pa l’ad i ist atio de o aï e. ... 71
Figure 21 : Facteurs impliqués dans les phénomènes d'addiction. ... 74
Figure 22 : De l’ho ostasie au st ess. ... 78
Figure 23 : Illust atio de la po se au st ess et du d veloppe e t d’u tat allostati ue... 79
Figure 24 : Environnement enrichi utilisé au laboratoire.. ... 89
Figure 25 : Modifications post-translationnelles affectant les histones.. ... 97
Figure 26 : Impact de MeCP2 sur la transcription des gènes. ... 99
Figure 27 : Etapes enzymatiques aboutissant à la formation d'anandamide. ... 104
Figure 28 : Voies de synthèse permettant la formation du 2-arachidonoylglycerol (2-AG). ... 105
Figure 29 : Modèle schématique de la voie de signalisation rétrograde des endocannabinoïdes (eCB) au niveau d la synapse glutamatergique.. ... 106
Figure 30 : Biosynthèse et dégradation des endocannabinoïdes (EC). ... 107
Figure 31 : Principales voies de signalisations associées à l'activation des récepteurs aux cannabinoïdes. ... 110
Figure 32 : Résultats du génotypage des souris transgéniques. ... 124
Figure 33 : Conditions environnementales utilisées dans cette étude. ... 125
Figure 34 : Représentation schématique du protocole expérimental utilisé lors de la sensibilisation comportementale. ... 127
Figure 35 : Représentation schématique du design expérimental. ... 128
Figure 36 : Image obtenue au microscope confocal afin de vérifier la colocalisation de l’i u o a uage. ... 130
17
Figure 38 : De sit de ellules ΔFosB + da s l’a gdale asolat ale BLA de sou is SE Sal, SE
Coc et EE Sal et EE Coc et caractérisation du phénotype de ses cellules (DR1+ ou D1R-).. .... 168
Figure 39 : Pourcentage de cellules possédant des récepteurs dopaminergiques D1 parmi les ellules e p i a t ∆FosB da s les diff e tes gio s su -corticales et striatales des souris SE Sal, SE Coc, EE Sal et EE Coc. ... 171
Figure 40 : Analyse de l'expression de la protéine CB1 dans l'amygdale (A) et dans le noyau accumbens (B). ... 176
Figure 41 : Analyse par RT-PCR de l'expression relative de l'ARNm codant pour le récepteur CB da s l’a gdale A et da s le o au a u e s B . ... 177
Figure 42 : Analyse par RT-PCR de l'expression relative de l'ARNm codant pour le récepteur CB da s l’a gdale A et da s le o au a u e s B .. ... 178
Figure 43 : Pou e tage da s l’a gdale de l’ADN th l valu g â e u e p o-séquençage au bisulfite au niveau des ilots CpG du promoteur CB1. ... 179
Figure 44 : Analyse par RT-PCR de l'expression relative de l'ARNm codant pour la NAPEPLD (A) et la DAGL B da s l’a gdale. . ... 180
Figure 45 : Evaluatio de l’i pa t des a ipulatio s e vi o e e tales su l’e p essio de la FAAH.. ... 181
Figure 46 : Evaluatio de l’i pa t des a ipulatio s e vi o e e tales su l’e p ession de la MGL. ... 183
Figure 47 : E p essio de la p ot i e MeCP da s l’a gdale o te ue pa la te h i ue de Western Blot (A) et par une approche immunohistochimie (B). ... 188
Figure 48 : Modulatio de l’e p essio de la p ot i e MeCP da s le NA esu e pa la technique de Western Blot. ... 189
Figure 49 : Expression de MeCP2 dans le noyau accumbens. ... 190
Figure 50 : Effets a tago iste de l’e positio à u et à u EE. ... 198
Figure 51 : R gulatio de l’a e h pothala o-hypophyso-surrénalien (HPA)... 206
Figure 52 : Modèle illustrant le rôle du système des endocannabinoïdes dans la modulation de l’ tat otio el. ... 207
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LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Extrait de la CIM-10 présentant les critères de la dépendance ... 25
Tableau 2 : Extrait du DSM-V présentant les critères de la dépendance . ... 26
Tableau 3 : Tableau regroupant les propriétés des différents récepteurs dopaminergiques. .. 37
Tableau 4 : Effet p ve tif de l'EE su la d pe da e au d ogues d’a us ... 94
Tableau 5 : Déroulement des étapes de PCR ... 124
Tableau 6 : Déroulement des étapes de PCR ... 135
19
LISTE DES ABRÉVIATIONS
2-AG : 2-arachidonoylglycerol AC : Adenylate cyclase
ACC : Cortex Cingulaire Antérieur ADN : Acide desoxyribonucléique
AMPA : α-amino-3-hydroxyl-5-methyl-4-isoxazole-propionate AMPc : Adénosine Mono-Phosphate
AP-1 : Activator Protein-1 ARN : Acide ribonucléique ATV : Aire tegmentale ventrale BLA : Amygdale Basolateral
BNST : Bed Nucleus of the Stria Terminalis
CaMKII : Calmodulin-dependent protein kinase II. CDK5 : Cyclin Dependent Kinase 5
CeMA : Amygdale Centromédiale CPF : Cortex Préfrontal
CpG : Cytosine phosphate Guanine CPP : Préférence de Place Conditionnée CPu : noyau caudé putamen
CREB : Cyclic-AMP Responsive-Element-Binding CRF : Corticotropin-Releasing Factor
D1R : Récepteur dopaminergique D1 D2R : Récepteur dopaminergique D2 DAG : Diacylglycérol
DARPP-32 : Dopamine and cAMP Responsive Phosphoprotein 32kDa DAT : Dopamine Transporteur
DNMT : DNA Méthyltransferase DSt : Striatum Dorsal
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EE : Environnement Enrichi
ERK : Extracellular signal Regulated Kinase FAAH : Fatty Acid Amide Hydrolase
FST : Force Swim Test; test de nage forcée GABA : a ideàγ-aminobutyrique
GPe : Globus Pallidus externe GPi : Globus Pallidus interne HAT : Histone Acétyltransférase HDAC : Histone Desacetylase
HPA : Axe Hypothalamo-Hypophysaire IC : Condition Isolatée
IEG : Immediate Early Gene IL : Cortex Infralimbique
MAGL : Monoacylglycreol Lipase
MDMA : 3,4-méthylènedioxy-méthamphétamine MeCP2 : Methyl CpG-binding-Protein-2
MSN : Medium Spiny Neurons NAc : Nucleus Accumbens PKA : Protéine Kinase A PKC : Protéine Kinase C PrL : Cortex Prélimbique
RT-PCR : Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction SE : Environnement Standard
SNP : Single Nucleotide Polymorphisme Str : Striatum
THC : delta-9-tetrahydrocannabinol
TST : Tail Suspension, Test suspension par la queue VP : Ventral Pallidium
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STRUCTURE GENERALE DU MANUSCRIT
Dans la littérature, de nombreux laboratoires dont le nôtre ont montré que les conditions environnementales négatives favorisent la dépendance aux drogues alors que des conditions plus positives la préviennent. Ce travail de thèse a donc consisté à appréhender les mécanismes cellulaires et moléculaires par lesquels les manipulations environnementales influencent la réactivité aux drogues.
Dans la première partie de ce manuscrit, une analyse bibliographique décrit le contexte scientifique de mes travaux de thèse. Cette partie est divisée en trois chapitres. Le premier présente la cocaïne et les neuroadaptations induites dans le cerveau suite à des injections de cette drogue. Dans ce cadre, le phénomène de pharmacodépendance, les mécanismes d a tio à ellulai es et moléculaires de la cocaïne et les structures impliquées dans le système deà o pe seàse o tàp se t s.àLeàdeu i eà hapit eàt aiteàdeàl i pa tàdeà a ipulatio sà
e i o e e talesàsu àlaàpha a od pe da eàetàsu àl tatà otio el,àdo tào àsaità u ilà
oduleà fo te e tà laà a ti it à au à d ogues.à Da sà etteà pa tie,à l i pa tà deà o ditio sà
e i o e e talesàpositi esàetà gati esàse aàp se t àaussià ie à hezàl Ho eà ueàda sà
des modèles animaux. Pour finir, le troisième chapitre sera consacré à la présentation des
a is esà pig ti uesàetàduàs st eàdesàe do a a i oïdesàsus epti lesàd t eà gul sà
par les manipulations environnementales et de moduler les effets durables des drogues. La deuxième partie de ce travail, est dédiée à la présentation des résultats expérimentaux obtenus durant la thèse et est séparée en deux axes. Le premier axe a consisté à a a t ise àl e p essio àduàfa teu àdeàt a s iptio àΔFosBàda sàdiff e tesàsous-régions du
striatum et de préciser la spécificité cellulaire de la réponseà àlaà o aï eàetà àl e i o e e tà
e i hi.àCesàt a au àfo tàl o jetàd u àa ti leàe à isio .àLeàdeu i eàa e,à ua tà àlui,à alueà les adaptations cellulaires induites par les manipulations environnementales et susceptibles d t eài pli u esàda sàlesà hangements de vulnérabilité à la cocaïne.
A la fin de ce document une discussion générale des résultats obtenus et les perspectives envisagées seront présentées.
23
INTRODUCTION
Chapitre I :
Neuroadaptations induites par
la cocaïne et pharmacodépendance
I.
La pharmacodépendance
1. Définition et diagnostic de pharmacodépendance
La pharmacodépendance est une pathologie psychiatrique caractérisée par une recherche et une prise compulsive de drogue, par une perte de contrôle de la consommation
e àd pitàdeà o s ue esà gati esàetàpa àl e ge eàd u à tatàaffe tifà gatifàlo s ueàlaà
su sta eà està plusà dispo i le (Koob and Moal, 1997). D u à poi tà duà ueà li i ue,à laà
définition et le diagnostic de la dépendance aux drogues sont basés sur les critères de la CIM-10 (Classification statistique Internationale des Maladies et des problèmes de santé
connexes – 10ème édition ; Organisation Mondiale de la Santé, 1992) (Tableau 1) et du DSM-V
(Diagnostic and Statistical manual of Mental disorder – 5ème édition ; American Psychiatric
Association, 2013) (Tableau 2). Ces deux classifications sont assez similairesà ie à u issuesà
d o ga is esà disti tsà età pe ette tà u à diag osti à ta à deà pe so esà souff a tà deà
d pe da eàetà ota e tàdeàpha a od pe da esàau àd oguesàd a us.
Pour un diagnostic de certitude, au minimum trois des manifestations suivantes doivent habituellement avoir été présentes en même temps au cours de la dernière année :
1. D si puissa t ou o pulsif d’utilise u e su sta e ps hoa tive ;
2. Diffi ult s à o t ôle l’utilisatio de la su sta e d ut ou i te uptio de la o so atio ou iveau d’utilisatio ;
3. E e ge e d’u s d o e de sev age ph siologi ue ua d le sujet di i ue ou a te la o so atio d’u e su sta e ps hoa tive, o e e t oig e t la su ve ue d’u s d o e de sev age a a t isti ue de la su sta e ou l’utilisatio de la e su sta e ou d’u e su sta e appa e t e pou soulage ou vite les symptômes de sevrage ;
4. Mise e vide e d’u e tol a e au effets de la su sta e ps hoa tive: le sujet a esoi d’u e ua tit plus i po ta te de la su sta e pou o te i l’effet d si . Ce tai s sujets d pe da ts à l’al ool ou au opia s peuvent consommer des doses quotidiennes qui seraient létales ou incapacitantes chez les sujets non dépendants) ;
5. A a do p og essif d’aut es sou es de plaisi et d’i t ts au p ofit de l’utilisatio de la su sta e ps hoa tive, et augmentation du temps passé à se procurer la substance, la consommer, ou récupérer de ses effets ; 6. Poursuite de la consommation de la substance malgré la survenue de conséquences manifestement nocives (par
exemple : attei te h pati ue due à des e s d’al ool, pisode d p essif ap s u e o so atio i po ta te ou alt atio du fo tio e e t og itif li e à la o so atio d’u e su sta e .
Tableau 1 : Extrait de la CIM-10 présentant les critères de la dépendance (CIM-10 : Classification statistique Internationale des Maladies et des problèmes de santé connexes – 10ème édition ; Organisation Mondiale de la Santé, 1992).
26
L'addiction à une substance est un mode d'utilisation inadapté d'une substance conduisant à une altération du fonctionnement ou à une souffrance cliniquement significative, caractérisé par la présence d’au oi s deu des manifestations suivantes, à un moment quelconque d'une période continue de douze mois :
1. La substance est souvent prise en quantité plus importante ou pendant une période plus prolongée que prévue ; 2. Il existe un désir persistant ou des efforts infructueux, pour diminuer ou contrôler l'utilisation de cette substance; 3. Beaucoup de temps est passé à des activités nécessaires pour obtenir la substance, utiliser la substance ou
récupérer de ses effets ;
4. Il existe un besoin intense de consommer la substance ou craving ;
5. L'utilisation répétée de la substance conduit à l'incapacité de remplir des obligations majeures, au travail, à l'école ou à la maison ;
6. Il existe une utilisation de la substance malgré des problèmes sociaux, persistants ou récurrents, causés ou exacerbés par les effets de la substance ;
7. Des activités sociales, occupationnelles ou récréatives importantes sont abandonnées ou réduites à cause de l'utilisation de la substance ;
8. Il existe une utilisation répétée de la substance dans des situations ou cela peut être physiquement dangereux ; 9. L'utilisatio de la su sta e est pou suivie ie ue la pe so e ait o s ie e d’avoi u p o l e ps hologi ue
ou physique persistant ou récurrent susceptible d'avoir été causé ou exacerbé par cette substance ; 10. Il existe une tolérance, définie par l'un des symptômes suivants :
a) besoin de quantités notablement plus fortes de la substance pour obtenir une intoxication ou l'effet désiré,
b) effet notablement diminué en cas d'utilisation continue d'une même quantité de la substance ; 11. Il existe un sevrage, caractérisé par l'une ou l'autre des manifestations suivantes :
a) syndrome de sevrage caractérisé à la substance,
b) la substance (ou une substance proche) est prise pour soulager ou éviter les symptômes de sevrage.
Tableau 2 : Extrait du DSM-V présentant les critères de la dépendance (DSM-V: Diagnostic and Statistical manual of Mental disorders - 5ème edition; American Psychiatric Association, 2013).
Laàpha a od pe da eàse aitàleà sultatà o po te e talàd adaptatio sà ol ulaires durables engendrées par les drogues au sein des structures cérébrales. Pour étudier ces adaptations, plusieurs modèles ont été développés et seront décrits dans le paragraphe suivant.
2. Mod les d’ tude de la d pe da e hez l’a i al
Afin de prévenir ou de soigner laàpha a od pe da eà hezàl ho e,àdesà od lesà
animaux mimant au mieux certains aspects de la maladie ont été développés. La préférence
deàpla eà o ditio e,àl auto-administration et la sensibilisation comportementale sont les 3
27 a. La CPP (Conditioned Preference Place ; Préférence de Place Conditionnée)
LaàCPPàestàu àtestà o po te e talàpe etta tàd alue àlesàeffetsà o pe sa tsàouà a e sifsà d u eà su sta e (pour revue, Bardo and Bevins, 2000 ; Tzschentke, 1998). Cette technique repose sur un apprentissage répété pavlovien dans lequel les animaux associent, par exemple, les effets appétitifs induits par la prise de drogues (stimulus non conditionné) à un environnement spécifique (stimulus conditionné).
Concrètement, dans le modèle de la CPP, les animaux sont placés dans un appareillage constitué de deux compartiments. Ces deux environnements sont différentiables pour l a i alàg eà àdesàindices contextuels tels que des formes géométriques sur les murs, des
te tu esà deà solsà diff e tesà ouà eà laà p se eà d u eà odeu à sp ifi ueà pou à ha ueà
compartiment. Le protocole de la CPP est composé de trois phases différentes : le pré-test, le conditionnement et le test. Durant le pré-test, les animaux peuvent circuler librement dans
lesàdeu à o pa ti e tsàetà eàp se te tàe àg alàau u eàp f e eàpou àl u àouàl aut eà
des environnements. Lors duà o ditio e e t,àlesàa i au àso tàe pos s,à àlaàsuiteàd u eà
i je tio àdeàd ogue,àda sàl u àdesà o pa ti e tsàetàasso ie tàlesàeffetsàdeàlaàd ogueà à eà dernier. Ils sont ensuite placés dans le deuxième environnement après une injection de solution saline. Durant la phase de test, les animaux ont accès aux deux compartiments sans
avoir au préalable reçus d injection de drogue et le temps passé dans chaque environnement
est mesuré. Si les animaux présentent une préférence supérieure pour le compartiment
asso i à à laà d ogueà alo sà ilà està possi leà d e à d dui eà ueà etteà de i eà p se teà desà
propriétés récompensantes (pour revue, Bardo and Bevins, 2000; Tzschentke, 1998). Dans la
littératu e,à ilà aà t à o t à ueà deà o eusesà d oguesà taie tà apa lesà d i dui eà u eà
préférence de place ;à està leà asà deà laà o aï e,à deà l a ph ta i e,à deà l h oï e,à deà laà
morphine, de la nicotine, du THC (delta-9-tetrahydrocannabinol) et de la caféine (pour revue, Tzschentke, 1998).
b. L auto-administration de drogues
Leà od leà d auto-administration de drogue représente probablement le meilleur od leàd addi tio à à eàjou à a àilàestà apa leàdeà i e àeffi a e e tàlesàdiff e tsàaspe tsà
deà laà p iseà deà d ogueà hezà l Ho e.à Lo sà d u à p oto oleà d auto-administration par voie
intraveineuse, les animaux subissent, au préalable, une chirurgie afi àd implanter un cathéter
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o te a tàlaàd ogueàd a us.àDeà a i eàg ale,àl a i alàdoitàe suiteàapp e d eà àappu e à
sur un levier ou à placer son museau dans un trou (nose-poke) pour déclencher une administration de drogue. Si la drogue a des effets renforçants et récompensants, la fréquence de prise augmentera au fur et à mesure des sessions (pour revue, Panlilio and Goldberg, 2007). Da sà lesà p o du esà d auto-administration, la prise de drogue est associée, de manière contingente, à la présentation de stimuli sonores et visuels constituant les différents indices e i o e e tau .à làaà t à o t à ueà esàsti uli,àlo s u ilsà taie tàp se t sàseulsàap sà u eà e tai eàp iodeàd a sti e e,àso tà apa lesàd i dui eàu à o po te e tàdeà e he heà de drogue (pour revue, Stewart, 1983). Dans la littérature, il a été décrit que de nombreuses d oguesàso tà apa lesàd i dui eàu à o po te e tàd auto-ad i ist atio à hezàl a i alàtellesà que la cocaïne (Ritz et al., 1987), la nicotine (Clark, 1969), la morphine (Weeks, 1962) et l h oï eà(Blakesley et al., 1972).
c. La sensibilisation comportementale
Historiquement, le modèle de la sensibilisation comportementale a été caractérisé chez leà o geu àetàseàd fi itàpa àu eàaug e tatio àp og essi eàdeàl a ti it àlo o ot i eàauàfu àetà à
mesure de l ad i ist atio àd u eà eàdoseàdeàd ogue (Downs and Eddy, 1932; Kalivas and
Stewart, 1991). Brièvement, au niveau comportemental, le phénomène de sensibilisation est o se àe à esu a tàl a ti it àlo o ot i eàap sà ha ueài je tio àdeàd ogue.àPou à ela,àlesà animaux sont placés dans une cage munie de cellules photosensibles afin de dénombrer le
o eàd alle -retours effectués.
Ce modèle est, classiquement, divisé en deux étapes distinctes appelées le d eloppe e tà ouài du tio àetàl e p essio àdeàlaàse si ilisatio à o po te e tale.àLaàphase de développement entraine des changements transitoires cellulaires et moléculaires (Pierce
and Kalivas, 1997) uià seà t aduise tà pa à u eà aug e tatio à p og essi eà deà l a ti it à
locomotrice au fur et à mesure desài je tio sà h o i uesàd u eà eàdoseàdeàd ogue.àLaà
phaseàd e p essio ,à ua tà àelle,àestà alu e,àap sàu eàp iodeàd a sti e eàplusàouà oi sà lo gue,àe à esu a tàl a ti it àlo o ot i eàinduite par une nouvelle injection de drogue. Les a i au à se si ilis sà p se te tà u eà a ti it à lo o ot i eà pe da tà laà phaseà d e p ession équivalente voire significativement augmentée par rapport à celle obtenue à la première injection (Bartoletti et al., 1983; Salomon et al., 2006). De nombreuses études ont permis de
29
et al., 1983; Salomon et al., 2006), la cocaïne (Downs and Eddy, 1932; Solinas et al., 2009) et l h oï eà(El Rawas et al., 2009) so tà apa lesàd i dui eàu eàse si ilisatio à o po te e tale.à Ces études ont également permis de montrer que la sensibilisation comportementale peut
durer des moisà oi eàdesàa es.àE àeffet,àap sàl a tàdeàl ad i ist atio àdeàd ogue, une
seule injection suffit à induire une réponse locomotrice exacerbée même après une longue p iodeàd a sti e eà(Bartoletti et al., 1983; Paulson et al., 1991; Salomon et al., 2006).
L e i o e e tàda sàle uelàlesàa i au à eçoi e tàlaàd ogueà ageàdiff e teàouà o à deà elleà d h e ge e t à i pa teà fo te ent le développement de la sensibilisation comportementale (Pierce and Kalivas, 1997). Ceci démontre alors le rôle crucial des indices
environnementaux sur la mise en place de la pharmacodépendance. Deàplus,àetà àl i e seàduà
od leàd auto-administration de drogue, la quantité de drogue administrée aux animaux est ide ti ueàpuis u elleàestàd id eàpa àlesàe p i e tateu s.
Ceà od leàpe etàdo àd alue àdeà a i eà ep odu ti leàlesà a is esà ellulai esà
et moléculaires impliqués dans les neuroadaptations à long terme induites dans les structures clés du système de récompense, système qui sera présenté par la suite (Pierce and Kalivas, 1997). Ce modèle semble alors adapté pour étudier les neuroadaptations induites par la cocaïne.
II.
Généralités sur la cocaïne
1. Historique
La cocaïne est un alcaloïde naturel extrait d u àa usteàappel àcocaïer ou «Erythroxylon
coca» appartenant à la famille des Erythroxylacées du genre Erythroxylum. L usageàdeà etteà
plante, originaire de la Cordillère des Andes en Amérique du Sud, a été largement répandu par les Incas qui la considéraient comme sacrée. Au XIXème siècle, la consommation de la
o aï eàseàp opageaàjus u e àEu ope.àCesàeffetsàsti ula tsà e po t e tàu à ifàsu sàalla tà
eàjus u àlaàfa i atio àduàVi àTo i ueàMa ia i.
Le principe actif contenu dans les feuilles de coca a été extrait pour la première fois en 1860 par un chimiste allemand Albert Niemman. En 1873, Alexander Bennett mit en évidence
30
ses vertus anesthésiantes. Par la suite, de nombreux ouvrages parurent alors à ce sujet dont notamment « un peu de cocaïne pour me délier la langue » publié par Sigmund Freud en 1886.
Dans les années 1890, la cocaïne était incorporée dans de nombreux produits du quotidien tels que dans les boissons énergisantes. Malheureusement, les doses utilisées dans ces produits étaient tellement importantes que de nombreux cas de dépendance ont été reportés. Suite à ces observations, la lutte contre la consommation de cocaïne débuta. En 1914, les Etats-Unis réglementèrent l'usage et la distribution de cocaïne par l'adoption du "Harrison Narcotics Act", afin de réduire la criminalité et interdire peu à peu son usage
non-di al.àE à ,àl ONUà O ga isatio àdesàNatio sàU ies àlistaàdesàsu sta esà ualifi esàdeà
stupéfiantes grâce à la « convention unique sur les stupéfiants » et réglementa la production
etàlaà o e ialisatio àdeà esàsu sta es.àE àF a e,àl i te di tio àdeàl usageàdeàstup fia tsà
fut mise en place pour la première fois dans une loi du 31 décembre 1970. Cette dernière constitue le cadre juridique actuel de la politique française en matière de drogue même si elle aà t à a tualis eàa e àl a i eàdeà ou ellesàd oguesàd a us.
2. De la feuille de coca à la consommation de cocaïne
Même si traditionnellement la feuille de coca était mâchée par les peuples
sud-a i ai s,à estàu eàfo eàpu ifi eàdeàlaà o aï eà uiàestà àl o igi eàdesàp o l esàdeàsa t à
pu li ueàda sà osàpa sài dust ialis s.àE àeffet,à etteàfo eàpu ifi eàestào te ueà àpa ti àd u eà
pâte co stitu eàdeàfeuilleàdeà o aàd oùàestàe t ait,àsousàfo eàd u eàpoud eà la h t e,àleà
principe actif appelé chlorhydrate de cocaïne. Ce principe actif peut alors être inhalé (« sniffé »), ingéré ou injecté. Un second produit appelé « crack » ou « free base », issu de cocaïne, est également communément retrouvé sur le marché des produits stupéfiants. Ce dernier, obtenu après cristallisation de la poudre, ne peut être que fumé (OFDT, Observatoire Français des Drogues et des Toxicomanies, 2012).
E àl espa eàdeà àa s,àlaàp opo tio àd i di idusàe àF a eàa a tàe p i e t àlaà o aï eà
aàfo te e tàaug e t àpassa tàdeà . %àe à à à . %àe à àselo àu à appo tàdeàl OFDTà
(Mars 2015) (Figure 1). Ainsi, la cocaïne, sous sa forme chlorhydrate, est le produit illicite le plus consommé en France après le cannabis. Depuis le milieu des années 1990, la population
31
des usagers de cocaïne, incarnée auparavant par la figure du consommateur à fort pouvoir d a hatà età elleà duà to i o a eà d saffili ,à s està di e sifi e,à auà poi t u ilà està t sà diffi ileà
aujou d huiàdeàd te i e àu àp ofilàt peàdeàl usage àdeà o aï eà OFDT,àwww.ofdt.fr).
3. Les effets de la cocaïne
a. Les effets psychologiques
Laà o aï eàestàu eàd ogueàd a usà lass eàpa iàlesàps hosti ula tsà ui,àsuiteà àu eàà consommation exagérée et répétée, peut conduire à une dépendance dans 10 à 15% des cas (Gawin, 1991). Dès la première prise, la consommation de cocaïne entraine chez les individus
un profond sentiment de bien- t e,àu eàaug e tatio àdeàl esti eàdeàsoi,àu àa oisse e tà
deàl atte tio , ai sià u u eàdi i utio àdeàlaàse satio àdeàfai àetàdeàfatigue,àdeàl a i t àetàdeà l i hi itio àso iale (Gawin, 1991). Cette phase aigüe, appelée « rush » varie en fonction de la
quantité consommée ai sià ueà duà odeà d ad i ist atio à età peutà t eà esse tieà pa à
l e p i e tateu àjus u à uel uesàheu esàap sàlaàp ise.àPa àe e ple,àlo s ueàlaà o aï eàestà inhalée (« sniffée »), ingérée ou injectée, les effets apparaissent 15 à 30 minutes après la prise
Figure 1: Evolution en pourcentage de l'usage des principales drogues illicites entre 1992 et 2014 parmi les 18-64 ans. Depuis 1992, bien que la consommation de substances illicites ait fortement augmentée chez les
individus de 18 à 64 ans, la cocaine reste la drogue illicite la plus consommée en France après le cannabis. MDMA : 3,4-méthylènedioxy-méthamphétamine (rapport de l'OFDT, mars 2015).
32
etàpe siste tàjus u àu eàheu e (Reynaud, 2006).àáàl i e se,àsousàfo eàdeà« crack », les effets sont plus rapides (1 à 2 minutes) mais également de plus courtes durées (10 à 15 minutes) (Reynaud, 2006). Après son absorption, la cocaïne est catabolisée par des cholinestérases présentes dans le plasma et le foie. Les deux produits majeurs de dégradation,
leà e zole go i eàetàl e go i eà th leste ,àso tàe suiteàe t sàda sàl u i eà(pour revue,
Johanson and Fischman, 1989).
Une fois les effets positifs disparus, le sujet ressent une fatigue intense et des
symptômes dépressifs et pa a oïa ues,à o posa tsà ajo itai esàdeàlaàp iodeàd a sti e eà
précoce Da kisà a dà O B ie ,à ;à Ga i ,à . Par ailleurs, cette période comprend 3
phases distinctes (Figure 2). La première, appelée « crash », entraine une anxiété et une
agitation intense. Durant cette phase, les senti e tsà d a i t à età deà pa a oïaà so tà
progressivement remplacés par une hyperphagie et une hypersomnolence. La phase suivante
diteàdeàse ageàpeutàalo sà t eàd iteà o eàu eàp iodeàp olo g eàd a h do ieàetàdeàpe teà
d e gie.àPou àfi i ,àlaàde i eàphase est définie par des épisodes de recherche de drogues du a tà la uelleà l i di iduà lutteà afi à deà este à a sti e t.à áà ha ueà phase,à lesà pe eptio sà négatives peuvent pousser les individus à consommer à nouveau et ce de manière excessive et compulsive (Gawin, 1991; Le Moal and Koob, 2007).
Figure 2 : Représentation des symptômes accompagnant les différentes phases d'abstinences à la cocaïne
33 b. Les effets somatiques
En plus de ces effets psychologiques, la cocaïne possède une action sympathomimétique etàe t ai eàdeàs ieusesà o pli atio sà di alesàetàph si ues.àE àeffet,àl ad i ist atio àaigüe de cocaïne entraine une dilatation des pupilles, de fortes variations de la température
co po elle,àu eàaug e tatio àdeàlaàf ue eà a dia ueàetà espi atoi e,àai sià u u eàfo teà
perturbation du sommeil (Johanson and Fischman, 1989). A long terme, la prise chronique de cocaïne est responsable, de nombreuses complications neurologiques telles que des convulsions, des accidents cardio-vasculaires ; des complications gastroentériques telles que des ischémies et des nécroses hépatiques ; des complications respiratoires telles que des œd es,àdesàp eu otho a ,àdesàh po iesàouàe o eàdesà o pli atio sà a dia uesàtellesà ueà desàta h a dies,àdeàl h pe te sio àetàdesài fa tusàduà o a de (Reynaud et al., 2006 ; Chen et al., 2006).
4. Action de la cocaïne au niveau de la synapse dopaminergique
a. Les cibles moléculaires de cocaïne
i.
Les transporteurs aux monoaminesAu niveau cérébral, les effets observés lors de la prise de cocaïne sont initialement liés à son action inhibitrice sur les transporteurs des trois monoamines que sont la noradrénaline,
la dopamine et la sérotonine (Ritz et al., 1987; Rothman et al., 2001).àL aug e tatio àdeà esà
t oisà o oa i esàap sàl ad i ist atio àdeà o aï e,àa été démontrée par microdialyse au niveau du noyau accumbens (Di Chiara and Imperato, 1988; Li et al., 1996; Reith et al., 1997), du striatum dorsal (Di Chiara and Imperato, 1988), du cortex préfrontal (Maisonneuve et al.,
1990) etàdeàl ai eàteg e taleà e t aleà(Chen and Reith, 1994; Reith et al., 1997). En effet, la
présence de cocaïne dans la fente synaptique perturbe le mécanisme de recapture des monoamines en se fixant sur les transporteurs responsables de la recapture des différents neurotransmetteurs. Cette action aura in fine pour conséquence une augmentation des transmissions noradrénergique, sérotoninergique et dopaminergique (Broderick et al., 2003).
Sur le plan physiologique, les transporteurs des monoamines sont des protéines
34
R., 1992). Ils permettent la recapture des neurotransmetteurs monoaminergiques libérés dans
la fente synaptique grâce au co-t a spo tàdeàdeu àio sàsodiu àetàd u àio à hlo u e (Blakely et
al., 1994; Edvardsen and Dahl, 1994; Sander et al., 1997). Cette opération permet ainsi l i a ti atio à deà laà t a s issio à s apti ue.à U eà foisà assi il sà da sà laà te i aiso à p -synaptique, les monoamines sont dégradés par les MAO A et MAO B (monoamines oxydases A et B) ou de nouveau stockés dans les vésicules de sécrétion (Rothman and Baumann, 2003).
Bien que la cible pharmacologique de la cocaïne soit le système monoaminergique dans son ensemble, les effets locomoteurs stimulants et les propriétés renforçantes de la cocaïne sont principalement attribués à son action sur le système dopaminergique
mésocorticolimbique (Ritz et al., 1987). Ainsi, faisa tàp i ipale e tàl o jetàdeà eàt a ailàdeà
thèse, ce système est par la suite détaillé.
ii.
Le transporteur de la dopamineDans le système dopaminergique, la recapture de la dopamine est effectuée par le
neurotransporteur appelé DAT (Dopamine Transporteur .à là o t ôleàl a ti it àte po elleàetà
spatiale de la dopamine, en assurant sa recapture rapide au niveau des terminaisons présynaptiques. Ce transporteur est composé de 12 domaines transmembranaires entrecoupés de boucles alternativement intra et extracellulaires (Chen and Reith, 2000; Ng et al., 2014) (Figure 3). Cette protéine de 80 kDa, possédant des parties N-terminale (N-term) et C-terminale (C-term) dans le cytoplasme (Chen and Reith, 2000), est composée de deux
sections possédant chacune un rôle clé. La p e i eàpa tieà o pos eàdeàl e t it àN-term
jus u auà ème domaine transmembranaire est responsable du passage de la dopamine, des
io sàetàd aut esàsu st ats.àLaàse o deàpa tie,à ua tà àelle,à o stitu eàdeàl e t it àC-term,
pe etàl opti isatio àduàfo ctionnement du transporteur (Lee et al., 1996). En 1995, Buck et Amara ont montré que les inhibiteurs tels que la cocaïne et les antidépresseurs se fixaient, par ailleurs, sur cette partie C-terminale pour empêcher la recapture de la dopamine (Buck and Amara, 1995).
35
Une fois présente dans la fente synaptique, la cocaïne se fixe sur le DAT empêchant ainsi la recapture de la dopamine. Cette action entraine alors une augmentation significative de sa concentration extracellulaire et par conséquent une augmentation de la transmission
dopaminergique Da kisàa dàO B ie ,à ;àKuha ,à ;àVolko àetàal.,à (Figure 4). À la
suiteàd u eàad i ist atio ài t ap ito aleàdeà o aï e,à etteàaug e tatio à apideàetàdose-dépendante de la concentration de dopamine dans le striatum est associée à une aug e tatio àsig ifi ati eàdeàl a ti it àlo o ot i eà(Church et al., 1987; Kalivas and Duffy,
1993; Maisonneuve and Kreek, 1994). A contrario, chez des souris KO (Knock Out), dans
les uellesà leà DáTà està pasà e p i ,à desà i je tio sà su essi esà deà o aï eà houe tà à aug e te àl a ti it àlo o ot i eào se eà hezàlesàsou isàsau ages (Chen et al., 2006; Giros et al., 1996; Rocha, 2003). En conclusion, la cocaïne, de par son action sur le DAT, entraine une augmentation significative de la transmission dopaminergique, neurotransmetteur clé du système de récompense.
Figure 3 : Représentation schématique du transporteur à la dopamine (DAT). Le DAT est composé de 12
domaines transmembranaires connectés par des boucles extra et intracellulaires comprenant parfois des portions en hélices (Ng et al., 2014).
36 b. Co s ue es de l aug e tatio de la dopa i e da s la s apse dopa i e gi ue :
activation des récepteurs
Une fois libérée dans la fente synaptique, les actions physiologiques de la dopamine
s e e e tà pa à l i te diai eà desà epteu sà sp ifi uesà deà laà dopa i e. Ces derniers
appartiennent à la famille des recepteurs couplés à des protéines G. Les récepteurs dopaminergiques possèdent 7 domaines transmembranaires. Il existe cinq types de recepteurs différents numérotés de D1 à D5 pouvant être regroupés en deux sous familles selon leurs propriétés pharmacologiques et biochimiques : la famille des récepteurs D1 et celle des récepteurs D2. La famille des récepteurs D1 est constituée des récepteurs D1 et D5 alors que la famille des récepteurs D2 regroupe les récepteurs D2, D3 et D4 (pour revue, Jaber et al., 1996; Jackson and Westlind-Danielsson, 1994). Les principales caractéristiques géniques et protéiques des récepteurs dopaminergiques sont regroupées dans le tableau 3.
Figure 4 : Action de la cocaïne dans la transmission dopaminergique. La cocaïne se lie au transporteur de la dopamine empêchant ainsi la recapture de la dopamine. Cette action induit alors une augmentation de la concentration extracellulaire de dopamine dans la fente synaptique et par conséquent deà l a ti atio à desà récepteurs dopaminergiques présents dans la fente (www.drugabuse.gov, NIDA).
37
Famille des récepteurs D1 Famille des récepteurs D2
Récepteur D1 D5 D2 D3 D4
Localisation
chromosomique 5q35.1 4p15.1-16.1 11q22-23 3q13.3 11p15.5
Introns Non Non Oui Oui Oui
Taille de l’ARN 3.8 kb 3.0 kb 2.5 kb 8.3 kb 5.3 kb
Acides Aminés 446 (Rat) 446 (Humain) 457 (Rat) 477 (Humain) 415 (Rat) 414 (Humain) 446 (Rat) 400 (Humain) 385 (Rat) 387 (Humain)
Tableau 3 : Tableau regroupant les propriétés des différents récepteurs dopaminergiques (pour revue, Jaber et al., 1996).
i.
La famille des récepteurs D1Les différents gènes codant pour les membres de la famille des récepteurs D1 possèdent de fortes similarités de séquence. Contrairement à la famille des récepteurs D2, ils sont d u sàd i t o s (Sunahara et al., 1990). La distribution des récepteurs D1 est étendue sur l e se leàduà e eau.àDesà tudesàd h idatio àin situ (Le Moine et al., 1991; Weiner et al.,
1991) etàd histo hi ieà(Levey et al., 1993) ont permis de montrer que les récepteurs D1 sont
fortement présents dans les structures sous contrôle dopaminergique telles que le striatum
dorsal, le noyau accumbens, le cortex préfrontal, l a gdale,à laà su sta eà oi eà età
l h pothala us.àLesà epteu sàD ,à ua tà àeux, sont exprimés à un plus faible niveau que les epteu sàD àetàdeà a i eàplusà est ei te.àDeàplus,àleà a ueàd a tago istesàetàd ago istesà spécifiques rendent la différenciation entre les récepteurs D1 et D5 difficile. Toutefois, la
présence de ces récepteu sàaà t àd te t eàpa àdesà tudesàd i u ohisto hi ieàe àdeàt sà
fai leà ua tit à auà i eauà deà laà su sta eà oi e,à deà l hippo a pe,à deà l h pothala us,à duà striatum et du cortex des rongeurs (Khan et al., 2000).
Au niveau de la synapse, les récepteurs de la famille D1 sont principalement exprimés par les neurones post-synaptiques. Une fois activés par la libération de dopamine, ils
38
L a ti atio à deà laà p ot i eà Gαs/olf sti uleà laà p odu tio à d áMP à ád osi eà Mo
o-Phosphate à g eà à u eà e z eà appel eà l áCà ád lateà C lase (Jackson and
Westlind-Danielsson, 1994).àL áMP àai siàfo ài duitàl a ti atio àdeàlaàPKáà P otei àKi aseàá .àCetteà
a tio àaàpou à o s ue eàd a ti e àpa àphospho latio àu àg a dànombre de protéines cibles (Beaulieu and Gainetdinov, 2011; Jaber et al., 1996) impliquées, entre autres, dans la t a sdu tio àduàsig alàetàda sàl e p essio àdeàg esàprécoces.
L a ti atio àdeàlaàp ot i eàGα àva, quant à elle, activer la phospholipase C. Cette enzyme pe età l h d ol seà duà P P à Phosphatid li ositolà . -biphosphate) en IP3 (Inositol 1,2,4-triphosphate) et en DAG (Diacylglycérol). IP3 augmente le calcium intracellulaire en le libérant de son stockage réticuloplasmique. Le calcium ainsi libéré agit alors sur différentes enzymes telles que la protéine CaMKII (Calmodulin-dependent protein Kinase II) et la PP2B (Protein Phosphatase 2B). Le DAG entraine, quant à lui, une activation calcium dépendante de la PKC (Protein Kinase C) (Friedman et al., 1997). Ainsi, la formation du DAG et de l P à est,à pa à
Figure 5 : Cascade de signalisation induite par la famille des récepteurs D1. (Aà‘ gulatio àdeàlaà oieàGαs/AMPc/PKA par les
récepteurs dopaminergiques de la famille D1. (Bà‘ gulatio àdeàlaà oieàGαq par ces mêmes récepteurs. Les flèches bleues
indiquent une activation alors que les rouges traduisent une inhibition. Les flèches noires, quant à elles, sont activatrices en fonctions des différents substrats (Adapté à partir de Beaulieu and Gainetdinov, 2011).
D1R : Récepteurs dopaminergiques D1 ; D1R :D2R ; héterodimères des récepteurs dopaminergiques D1 et D2 ; D5R : récepteurs dopaminergiques D5 ; DARPP-32 : 32-kDa Dopamine and cAMPc-regulated phosphoprotein ; PP1 :Protein Phosphatase 1 ; PP2B : Protein Phosphatase 2B ; AC : Adenylate cyclase ; cAMP : Adénosine monophosphate cyclique ; PKA : Protein Kinase A ; PLC : phospholipase C ; DAG : Diacyl-glyerol ; PKC : protein Kinase C ; IP3 : inositol triphosphate ; CaMKII : Calmodulin-dependent protein kinase II.
39
o s ue t,à espo sa leàdeàl a ti atio à ellulai eàetàdeàlaàt a s iptio àdeà o eu àfa teu sà
de transcriptions primordiaux pour la plasticité synaptique (Beaulieu and Gainetdinov, 2011).
ii.
La famille des récepteurs D2La famille des récepteurs D2 composée des récepteurs D2, D3 et D4 possèdent des introns dans leurs séquences génétiques. La présence de ces introns permet, grâce au
a is eàd pissageàalte atif,àl e iste eàdeàdiff e tsà a ia tsàduà eà epteu (Jaber
et al., 1996). La distribution de cette famille de récepteurs dans le cerveau est sensiblement
laà eà ueà elleàdesà epteu sàD à ie à ueàleu à i eauàd e p essio àsoit plus faible (Jaber
et al., 1996). Le récepteur D2 est localisé en quantité importante au niveau du striatum mais gale e tàda sàlaàsu sta eà oi e,àda sàl áTV (Aire tegmentale ventrale) et dans le cortex (Weiner et al., 1991). Le récepteur D3, quant à lui, est moins exprimé que le récepteur D2 et est restreint au noyau accumbens et aux tubercules olfactifs (Lévesque et al., 1992). Pour finir, le récepteur D4 a été mis en évidence dans le striatum, le cortex et le thalamus mais en très faible quantité (Primus et al., 1997).
Au niveau synaptique, les récepteurs de la famille D2 sont présents aussi bien au niveau pré-synaptique que post-synaptique. Au niveau pré-synaptique, les récepteurs D2 ont un rôle
d auto epteu ,à est-à-di eà u ilsàagisse tà o eàu à gulateu ài te eàdeàlaàs apseàe à
ajustant la synthèse et la libération de neurotransmetteurs exerçant ainsi un rétrocontrôle négatif de la libération de dopamine (Wolf and Roth, 1990). Au niveau post-synaptique, les
epteu sàso tà ajo itai e e tà oupl sà àlaàp ot i eàGαi/o (Figure 6.àL a ti atio
àdeàlaàsous-u it à deà laà p ot i eà Gαi e t ai eà u eà i hi itio à deà l áC.à Cetteà i hi itio à di inue alors la
p odu tio àdeàl áMP à aisài hi eà gale e tàlaàPKáà eà uiàau aàin fine une activité amoindrie sur les protéines cibles (Beaulieu and Gainetdinov, 2011; Jaber et al., 1996). Les récepteurs D2
activent aussi la sous-u it àβàdeàlaàp ot i eàGi ce qui conduit à une réduction du courant
calcique entrant par les canaux de type L et à une sortie du potassium (Hernández-López et
al., 2000).à Deà a i eà g ale,à l a ti atio à deà laà fa illeà desà récepteurs D2 a donc pour
o s ue eàu eàdi i utio àdeàlaàt a sdu tio àduàsig al,àu eà odulatio àdeàl e p essio àdesà gènes précoces et une diminution des taux de calcium intracellulaire.
