Soutenance mémoire
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Stress et dépression
Stress aigu
Le stress est un facteur environnemental qui contribue fortement au développement de plusieurs pathologies psychiatriques. En effet, une hyperactivité de l’axe HPA a été rapportée chez certains patients atteints de DM (Holsboer 2001). Dans ce système, la corticolibérine (ou Corticotropin-Releasing Factor CRF) est libérée par le noyau paraventriculaire de l’hypothalamus et provoque l’activation de l’axe HPA via la libération d’adrénocorticotrophine (Adreno-Cortico-Trophic Hormone, ACTH) par l’hypophyse antérieure (Figure 2). La libération d’ACTH provoque la stimulation des glandes surrénales qui, à leur tour, vont produire et sécréter dans la circulation sanguine du cortisol chez l’Homme ou de la corticostérone chez les rongeurs (Feldman & Weidenfeld 1995, Herman & Cullinan 1997). Il est important de noter qu’un stimulus stressant, un changement d’environnement ou encore de rythme de l’horloge circadienne peut provoquer des perturbations de l’activité de l’axe HPA.
L’hypothalamus libère de la corticolibérine (CRF) qui stimule la libération d’hormone corticotrope (ACTH) par l’hypophyse. L’ACTH favorise la production et la libération de cortisol par les glandes surrénales. Lors d’un stress aigu, l’élévation des taux plasmatique de cortisol ou de corticostérone entraine un rétrocontrôle négatif au niveau de l’hypophyse, l’hypothalamus et l’hippocampe par l’intermédiaire des récepteurs aux glucocorticoïdes (GR). Ce rétrocontrôle inhibiteur permet un retour rapide à l’homéostasie : retour à des taux normaux de cortisol/corticostérone et ralentissement de l’activité du système orthosympathique.
Le cortisol libéré peut activer deux types de récepteurs (Reul & De Kloet 1985) : les récepteurs glucocorticoïdes (GR) et les récepteurs minéralocorticoïdes (MR). Les MR et les GR appartiennent à la famille des récepteurs nucléaires. Leur dimérisation permet d’une part leur translocation au noyau (Baker et al 2013) et d’autre part, l’activation de motifs spécifiques au niveau du génome pouvant moduler l’expression de plusieurs gènes. Sur le plan génomique, ces récepteurs n’activent pas les mêmes gènes. En effet, quatre-vingt-dix-huit gènes ont été décrits comme répondeurs aux MR contre soixante-douze pour les GR. Trente-trois gènes seulement sont dits répondeurs aux deux types de récepteurs. C’est notamment le cas du gène FKBP5, codant pour une protéine de transport intracellulaire. En co-immunopricipitant des MR et les GR, sur des extraits hippocampiques, deux équipes révèlent une forte association de ces récepteurs avec le gène FKBP5 (Mifsud & Reul 2016, Van Weert et al 2019) pour lequel certains polymorphismes ont été associés à une augmentation de l’apparition de symptômes dépressifs (Binder et al 2004). En accord avec ces données, une activation importante des GR réduit le phénomène de LTP, favorable à l’apprentissage, au détriment d’une augmentation de la LTD mesurées dans l’hippocampe (Pavlides & McEwen 1999, Pavlides et al 1996) en modulant l’expression du BDNF (Chen et al 2017). Enfin, l’activation des GR module l’expression de certaines cytokines importantes dans la réponse inflammatoire liée à un excès de cortisol (pour revue Rook 1999) ou encore des canaux ioniques comme les canaux potassiques (Joëls & De Kloet 1994) indispensables à l’excitabilité neuronale (Figure 3). Alors que les MR sont principalement exprimés dans l’hippocampe (Reul et al 2000), l’expression des GR est beaucoup plus rependue puisqu’ils ont été identifiés dans d’autres régions du SNC dont le cortex préfrontal cingulaire, l’hippocampe, l’amygdale et l’hypothalamus (Rosenfeld et al 1993).
Lorsque le cortisol/ la corticostérone se fixe sur les GR/MR, ceux-ci se dimérisent en hétéro — ou homo-dimères puis sont transloqués dans le noyau. Lorsqu’un dimère de récepteurs entre en interaction avec l’ADN via des séquences de réponses aux récepteurs aux glucocorticoïdes, la transcription de nouveaux gènes est activée ou inhibée. Figure adaptée de Le Menuet & Lombès 2014.
Rôle des MR
Les MR présentent une forte affinité pour toutes les hormones stéroïdes et plus particulièrement pour le cortisol (De Kloet et al 1975, McEwen et al 1968). En effet, l’affinité du cortisol pour les MR est dix fois plus importante que pour les récepteurs GR (Reul & De Kloet 1985). L’activité des MR est difficile à évaluer puisque ces récepteurs sont toujours occupés, même à faible concentration par l’hormone de stress. Toutefois, il a été montré chez des rats soumis à un stress de nage, une augmentation de l’expression des MR dans les différentes sous-régions de l’hippocampe CA1, CA2, CA3 et le DG (Gesing et al 2001). Ce mécanisme pourrait s’avérer protecteur puisqu’il a été montré que leur surexpression est suffisante pour réduire l’anxiété, améliorer la mémoire spatiale et la néophobie (Lai et al 2007). Ensemble ces données vont dans le sens d’un effet rapide et neuro-protecteur des MR en condition de stress et donc bénéfique dans la DM.
Bien que leur mode de fonctionnement soit similaire, les MR et les GR proposent des rôles différents dans la réponse au stress. Les MR jouent un rôle important dans les premières phases du stress notamment dans l’appréciation, l’évaluation et le début d’une éventuelle réponse comportementale tandis qu’en permettant la mobilisation de l’énergie, l’activation des GR permet l’exécution d’une réponse comportementale adaptée.
Rôle des GR :
L’activité de l’axe HPA est finement régulée au moyen d’une boucle de rétrocontrôle négatif (Figure 2) en activant les MR et GR situés dans l’hippocampe, l’hypothalamus ou l’hypophyse (Aguilera et al 2007). Toutefois, le rétrocontrôle négatif impliquerait une activité plus importante des GR, peut-être en requérant la saturation concomitante des récepteurs MR. L’intervention des GR dans ce phénomène est largement corroborée par l’utilisation clinique de la dexaméthasone, qui a un effet agoniste assez important pour les GR et relativement faible pour les MR, dans l’évaluation du rétrocontrôle négatif sur l’axe HPA (Holsboer 2000, Sher 2006, Ströhle et al 2008).
Comme nous venons de le voir, l’exposition à un stresseur est à l’origine du recrutement de l’axe HPA dont le but est de faire face, de façon adaptée, à la situation qui génère le stress. Même si les GR jouent un rôle fondamental dans le rétrocontrôle négatif, le système limbique constitue un autre élément incontournable dans la mise en place des mécanismes de contrôle. L’hippocampe fait partie de ces régions qui exercent une influence inhibitrice importante sur le PVN de l’hypothalamus. Une lésion au niveau du fornix, reliant l’hippocampe à l’hypothalamus, induit quant à elle des perturbations dans la libération de cortisol (Fischette et al 1980), argumentant en faveur d’un lien anatomique et fonctionnel entre l’hippocampe et l’axe HPA. La régulation de l’axe HPA semble être plus précisément médiée par la partie ventrale de l’hippocampe et notamment le subiculum ventral (vSUB). Des études ont montré que des lésions du vSUB augmentent l’expression du CRF (peptide et ARNm) ainsi que l’expression du gène cFos en réponse à un stress de contention (Herman et al 1998). Le vSUB constitue donc une voix de sortie des informations de l’hippocampe destinées à l’hypothalamus. Les efférences venant du vSUB entrent en contact avec les neurones projetant vers le PVN notamment au niveau du noyau de la strie terminale (BNST), ainsi que d’autres noyaux hypothalamiques ( Herman et al 2003 ) . Ces structures constituent des relais formés principalement par des neurones GABAergiques dont la plupart projettent directement sur le PVN ( C u l l i n a n e t a l 1 9 9 3 ) . Les influx provenant de l’hippocampe, principalement glutamatergiques, atteignent des noyaux « relais » que l’on appelle aussi noyaux péri-PVN, majoritairement constitués de neurones GABAergiques dont l’ activation entraine donc une inhibition du PVN.
Stress chronique
Une exposition prolongée aux glucocorticoïdes et donc une activation élevée des GR, induit chez l’animal des effets délétères sur l’organisme, comparables à ceux observés chez certains patients déprimés (Krishnan & Nestler 2008). Les raisons pour lesquelles un excès de corticoïdes diminue l’effet du rétrocontrôle négatif sont en partie connues. Ils résultent d’une diminution de l’expression des récepteurs GR au niveau de l’hippocampe (Li et al 2017, Raone et al 2007) de l’hypothalamus (Raone et al 2007) levant ainsi le frein inhibiteur sur l’axe HPA. Cette désensibilisation peut être mise en évidence à l’aide du test à la dexaméthasone. Suite à un stress chronique, la capacité de la dexaméthasone à inhiber les taux plasmatiques de cortisol/corticostérone est fortement diminuée, traduisant ainsi une perte de fonction du rétrocontrôle inhibiteur exercé par les GR. Des études récentes proposent également l’apparition de modifications épigénétiques permettant d’expliquer la perte de fonction des récepteurs GR (pour revue Farrell & O’Keane 2016). En effet, des méthylations au niveau de gènes codant pour des protéines partenaire des récepteurs GR ont été rapportés comme source de résistance réduisant l’activation de ces récepteurs par le cortisol/corticostérone. Chez le rongeur, une diminution de la densité de récepteurs aux GR dans l’hippocampe et le cortex préfrontal en réponse à un stress chronique a été observée (Boyle et al 2005). Outre la levée d’inhibition de l’axe HPA, l’excès de cortisol/corticostérone peut avoir des effets délétères à long-terme en agissant dans d’autres régions cérébrales pour favoriser l’apparition de symptômes retrouvés dans la DM (McEwen 2007). D’ailleurs, différents travaux menés chez le rongeur soulignent le fait qu’une surrénalectomie (ablation des glandes surrénales), permet une meilleure résistance au stress dans un modèle de stress chroniques imprévisibles (Chen et al 2016).
Résultant d’une activation de l’axe hypothalamo-hypophysaire-surrénalien (HPA), le cortisol/la corticostérone libéré dans la circulation sanguine peut activer les MR et GR centraux de manière à exercer un rétrocontrôle négatif et ainsi limiter les effets du stress (phase de résistance au stress) en mobilisant l’hippocampe ou directement l’hypothalamus. Lorsque le stress se prolonge le frein inhibiteur exercé par les GR sur l’axe HPA est levé provoquant une augmentation accrue de cortisol/corticostérone (phase d’épuisement). Les corticoïdes circulant en fortes concentrations induisent des effets délétères (inhibition de la plasticité cérébrale…) responsables, du moins en partie, de comportements anxio/dépressifs.
Modèles animaux de la dépression
Modéliser la dépression
Afin de préciser les mécanismes de la DM ou d’identifier de nouvelles molécules à visée thérapeutique ou encore de préciser les déterminants génétiques de la pathologie, différents modèles animaux ont été développés notamment basés sur des stress environnementaux (Tableau 1).
Plusieurs stratégies ont été adoptées dans la création de ces modèles (pour revue Czéh et al 2016):
– La création de modèles récapitulant plusieurs symptômes de la dépression permet d’étudier la pathologie dans son ensemble,
– La mise en place de tests évaluant un symptôme unique tel que l’anhédonie, l’incurie, l’anxiété ou encore les troubles cognitifs permet l’étude spécifique d’un seul aspect de la pathologie.
Idéalement, un modèle animal de dépression doit répondre à trois principaux critères (Willner 1984):
– Présenter les mêmes symptômes que la pathologie humaine (Face Validity)
– Présenter les mêmes mécanismes physiopathologiques que la pathologie humaine (Construct Validity)
– Répondre aux traitements antidépresseurs connus pour être efficaces chez l’Homme (Predictive Validity)
En somme, un modèle animal idéal de dépression doit refléter au plus possible la pathologie humaine d’un point de vue symptomatique, mécanistique et en termes de sensibilité aux antidépresseurs. La question que l’on peut alors se poser est de savoir si l’ensemble de ces critères doit être respecté pour considérer qu’un modèle est pertinent ou si un seul de ces critères est suffisant ? Quoi qu’il en soit, il ne peut exister de modèle idéal compte tenu de l’importante variabilité des symptômes d’un patient à l’autre. Toutefois, le stress constituant un des principaux facteurs précipitant l’apparition des troubles dépressifs, il semble que les modèles basés sur l’exposition répétée à des stresseurs soient les plus adaptés à l’étude et à la compréhension des mécanismes physiopathologiques sous-jacents.
Cas des antidépresseurs monoaminergiques
Screening des antidépresseurs suite à une administration unique
Le test de suspension caudale (TST) et le test de nage forcée (FST) pour lesquels le temps total d’immobilité est le reflet de l’état de résignation des animaux, sont deux tests couramment utilisés pour évaluer le potentiel antidépresseur d’une molécule (Porsolt et al 1978, Steru et al 1985). En effet, l’injection intrapéritonéale (i.p.) d’imipramine (dès 5 mg/kg), de fluoxétine (dès 10 mg/kg) ou encore de venlafaxine (dès 4 mg/kg) réduit de façon dose dépendante, l’immobilité mesurée dans ces deux tests en comparaison à des souris (souche Swiss) ayant reçu un traitement contrôle (Kulkarni & Dhir 2007). Plus récemment, une étude rapporte chez la souris C57Bl6/J que l’escitalopram (10 mg/kg) diminue l’immobilité mesurée dans le TST (Pałucha-Poniewiera et al 2017).
Si l’efficacité de ces molécules ne fait aujourd’hui aucun doute, des études révèlent une forte variabilité interlignée. Par exemple, la fluoxétine (5-40 mg/kg i.p.) a révélé un fort effet antidépresseur mesuré dans le TST chez la souris C57Bl6/J alors qu’aucune modification du comportement n’a été observée dans une lignée DBA/2j (Jin et al 2017).
À l’inverse, les auteurs montrent que le citalopram (5-40 mg/kg i.p.) n’a aucun effet dans une lignée C57Bl6/J tandis qu’il réduit l’immobilité de souris DBA/2j de manière dose dépendante. De manière intéressante, la paroxétine (5-40 mg/kg), ne semble avoir aucun effet antidépresseur chez ces deux lignées de souris.
Screening des antidépresseurs dans des modèles de dépression suite à une administration chronique
L’action des ISRS dans les modèles animaux de dépression est aujourd’hui bien décrite dans la littérature. Par exemple, dans un modèle de stress chroniques imprévisibles, la fluoxétine (10 mg/kg) atténue les effets délétères du stress chronique tant au niveau du comportement qu’au niveau fonctionnel (rétablissement de la neurogenèse hippocampique, augmentation de l’arborisation dendritique) (Morais et al 2014). Le citalopram (Furr et al 2012) a révélé son efficacité notamment sur les altérations cognitives induites par le stress chronique. Il est important de noter que ces résultats ont été retrouvés dans d’autres modèles de stress chroniques comme le stress de défaite social ou encore le modèle d’impuissance acquise (pour revue Ramaker & Dulawa 2017). Néanmoins, des différences interlignées ont également été mises en avant après un traitement chronique aux antidépresseurs (Yalcin et al 2008). En effet, cette étude révèle qu’un traitement chronique à la fluoxétine (10 mg/kg/j i.p.) à l’imipramine (20 mg/kg/j i.p.) ou à la désipramine (10 mg/kg/j i.p.) pendant cinq semaines corrige les effets de stress chroniques imprévisibles (notamment sur le comportement d’incurie) dans une lignée BalbC alors qu’aucun effet de ces molécules n’est observé chez des souris Swiss.
Limites thérapeutiques des antidépresseurs sérotoninergiques
Long délai d’action
Chez l’Homme quatre à six semaines sont nécessaires avant de voir apparaitre les premières améliorations des symptômes dépressifs. En s’intéressant au système 5-HT, on s’aperçoit que ce délai d’action est compatible avec le temps nécessaire aux ISRS pour provoquer une désensibilisation des autorécepteurs inhibiteurs somatodendritiques 5-HT1A situés dans le NRD. Cette désensibilisation résulte de l’accumulation de sérotonine endogène autour des corps cellulaires consécutive au blocage du transporteur SERT, situé sur les collatérales des neurones sérotoninergiques re-innervant le raphé (Figure 5). Le rôle de l’autorécepteur 5-HT1A dans la réponse aux ISRS a été mis en évidence à l’aide de différentes approches utilisant des souris knock-out (KO) constitutives ou conditionnelles (Guilloux et al 2006, Richardson-Jones et al 2010), de shRNA-5-HT1A (Bortolozzi et al 2012, Ferrés-Coy et al 2013), ou différents agents pharmacologiques (Blier et al 1997, Haddjeri et al 1999, Romero et al 1996). Il a été démontré que quatre semaines étaient nécessaires pour voir apparaitre une augmentation de la neurotransmission monoaminergique et donc une amélioration des symptômes (Albert & Vahid-Ansari 2019, Hyman & Nestler 1996, Stahl 1998).
De manière intéressante chez l’animal, la vortioxétine (5 mg/kg/jour) présente des effets antidépresseurs dès quatorze jours alors qu’un traitement à la fluoxétine (18 mg/kg/jour) sur une même période de temps n’a aucun effet sur le comportement anxio/dépressif (Guilloux et al 2013).
Cas des inhibiteurs mixtes de recapture de la sérotonine et de noradrénaline
Suite à un stress chronique, les IRSN (Muscat et al 1992) provoquent des effets comportementaux de type antidépresseurs similaires aux ISRS. En effet, l’administration répétée de venlafaxine induit des effets de type antidépresseurs chez des rats modèles de dépression (Wang et al 2016a). Après trente jours de stress chroniques imprévisibles, vingt jours de venlafaxine sont suffisants pour réduire l’anxiété mesurée dans le test de champ ouvert et l’anhédonie dans le test de préférence au sucrose. D’un point de vue clinique, plusieurs études mettent en évidence les effets antidépresseurs de la venlafaxine. On retiendra principalement l’efficacité des doses allant de 75 à 375 mg/kg/jour, en comparaison à un placébo (Khan et al 1991, Schweizer et al 1991). Cependant, l’hypothèse selon laquelle l’augmentation simultanée de la neurotransmission sérotoninergique et noradrénergique entraine une meilleure efficacité que les ISRS est encore controversée. Par exemple, une méta-analyse de la littérature utilisant la duloxétine ne révèle aucune évidence montrant la supériorité de cet IRSN comparé à des ISRS comme la fluoxétine ou l’escitalopram (Cipriani et al 2012). Dans une autre étude, la venlafaxine exerce les mêmes effets sur la symptomatologie de la DM que la sertraline (ISRS) (Mehtonen et al 2000). En revanche, le taux de réponse à six semaines de traitement est plus important dans le groupe venlafaxine alors que huit semaines sont nécessaires pour voir apparaitre le même taux de réponse chez les patients traités à la sertraline. Des observations similaires ont été décrites avec la fluoxétine (Silverstone & Ravindran 1999). Même si la majorité des études se focalisent sur les effets à moyen terme des IRSN, quelques études rapportent leurs effets à plus long terme sur le taux de rémission et le risque de rechute. Par exemple, chez des patients ayant répondu positivement après huit semaines de traitement à la venlafaxine, le taux de rechute à six mois est de 11% contre 23% pour des patients traités avec un ISRS (Entsuah et al 1996, Thase 1999). Dans la même étude, les auteurs révèlent que la rechute est également plus faible un an après le traitement à la venlafaxine.
Grandes fonctions des astrocytes
Il est aujourd’hui admis que les astrocytes jouent un rôle important dans l’intégration et le maintien de l’information neuronale (Oberheim et al 2012, Zhang & Barres 2010). En plus d’apporter un support mécanique et énergétique aux neurones, les astrocytes participent activement à leur activité, faisant de ces cellules gliales un acteur clé et indispensable dans les grandes fonctions du SNC.
Astrocytes : modulateurs de l’énergie
Les astrocytes entrent en étroite communication avec le système sanguin, ce qui leur confère un rôle important dans le couplage neurovasculaire et neurométabolique (Martin et al 2013). On estime aujourd’hui à plus de 99% la surface cérébrovasculaire enveloppée par les prolongements astrocytaires (Simard et al 2003). En conséquence, les astrocytes sont capables de capter et redistribuer les nutriments aux neurones.
Transport du glucose
Le cerveau est le plus gros consommateur de glucose de l’organisme. Entre 20% et 30% du glucose circulant est consommé par l’encéphale. Disposant de très peu de réserve, les neurones ont besoin d’un apport énergétique constant. On retrouve à la surface des astrocytes plusieurs types de transporteurs du glucose. Les transporteurs les plus exprimés sont les transporteurs de type 1 & 2 (GLUT-1 & 2) (Kacem et al 1998), exprimés à l’interface astrocyte/sang (Figure 7). Récemment, une équipe a révélé la présence de récepteurs à l’insuline sur les astrocytes (Cai et al 2018). Leur stimulation dans l’hypothalamus est responsable de la capture du glucose par ces cellules gliales (García-Cáceres et al 2016). Dans un modèle de souris KO pour le récepteur à l’insuline dans les astrocytes ou dans un modèle de résistance à l’insuline, une capture plus faible du glucose est observée, altérant ainsi la fonction hypothalamique sur le maintien de l’homéostasie glucidique.
Une fois capté par les astrocytes, le glucose sanguin est métabolisé en glucose-6-phosphate puis en glycogène faisant de ces cellules gliales la source majeure de glycogène cérébral (Calì et al 2019). In vitro, les astrocytes consomment plus de glucose que les neurones (Bouzier-Sore et al 2006, Jakoby et al 2014). En revanche, l’activité mitochondriale et la consommation d’ATP sont plus faibles dans les astrocytes (Hyder et al 2006) conduisant à une accumulation de pyruvate puis de lactate.
Transport du lactate
Dans les neurones, le processus d’oxydation du glucose ne peut aboutir puisqu’un des produits de cette oxydation, le phospho-fructose, est systématiquement dégradé avant de pouvoir donner le métabolite suivant (Fernandez-Fernandez et al 2012).
Dans les astrocytes, le glucose-6-phosphate peut être métabolisé en pyruvate puis en lactate qui sera préférentiellement utilisé par les neurones comme substrat énergétique. Une fois produit par les astrocytes, le lactate est libéré dans le milieu extracellulaire par des transporteurs aux monocarboxylates (MCT). Il peut être ensuite capté par les neurones via d’autres sous-types de MCT. En alimentant le cycle de Krebs mitochondrial, ce substrat énergétique permet la production d’ATP dans les neurones et participe à leur fonctionnement.
De manière intéressante, le glutamate libéré par les neurones joue un rôle important dans l’apport énergétique puisqu’il permet d’augmenter la capture de glucose et son métabolisme par les astrocytes, augmentant ainsi la quantité de lactate disponible pour les neurones. Ce phénomène est appelé « Astrocyte/Neuron Lactate Shuttle » et il permet de réguler la production astrocytaire de lactate en fonction des besoins neuronaux (Pellerin & Magistretti 1994).
Le glucose est transporté du système sanguin aux astrocytes par les transporteurs au glucose GLUT-1 et 2. Après plusieurs réactions enzymatiques, il est métabolisé afin de donner soit du glycogène stocké par les astrocytes soit du lactate libéré dans le milieu extracellulaire par différents transporteurs aux monocarboxylates 1/4 (MCT 1/4). Le lactate est ensuite capté par les neurones via un autre transporteur aux monocarboxylates : le MCT-2. Le pyruvate alimente alors la chaine respiratoire mitochondriale afin de permettre la production d’énergie sous forme d’ATP.
Astrocytes : modulateurs de l’osmolarité
Les astrocytes sont importants pour le maintien et la régulation du volume de l’espace extracellulaire qui compose la synapse. Plusieurs travaux soulignent la présence dans le cerveau de canaux perméables à l’eau formés par des protéines appelées aquaporines (Hasegawa et al 1994, Jung et al 1994). On sait aujourd’hui que les aquaporines de type 4 (AQP4) sont exprimées principalement par les astrocytes (Nielsen et al 1997).
L’activité neuronale est dépendante du volume de l’espace extracellulaire (pour revue Syková & Nicholson 2008). Un volume extracellulaire plus petit facilitera la diffusion des neurotransmetteurs, augmentant ainsi la probabilité de fixation sur les récepteurs cibles.
À l’inverse, un espace extracellulaire plus grand, réduit cette probabilité. Plusieurs études montrent que des souris KO pour les AQP4 ont un volume extracellulaire plus important (Yao et al 2008) s’expliquant par la présence de plus d’eau au niveau de l’encéphale (Haj-Yasein et al 2011). La présence d’AQP4 sur les terminaisons astrocytaires pose la question du rôle de ces canaux dans le maintien de l’homéostasie potassique au sein de la synapse tripartite. Des études en microscopie électronique ont révélé sur cellules de Müller (astrocytes spécialisés de la rétine), que les AQP4 co-localisent avec les canaux Kir4.1, originellement impliqués dans l’homéostasie potassique de la synapse (Nagelhus et al 1999, Nagelhus et al 1998). Alors qu’aucune étude ne révèle l’implication directe des AQP4 dans l’homéostasie potassique, ces canaux perméables à l’eau pourraient affecter indirectement l’activité des canaux Kir4.1 via des interactions moléculaires ou un étirement membranaire qui faciliterait l’ouverture des canaux K+ (Soe et al 2009). Des études plus récentes montrent que le rôle des AQP4 sur l’homéostasie potassique est bien plus complexe. Chez des souris KO pour l’AQP4, des auteurs montrent qu’en plus d’une faible clairance du K+ extracellulaire, ces animaux présentent une activité épileptiforme plus importante dans l’hippocampe (Amiry-Moghaddam et al 2003) associée à des crises plus longues (Binder et al 2006). Ainsi, l’exemple de l’augmentation de l’espace extracellulaire chez des souris KO AQP4 (Yao et al 2008) apporte un autre exemple de l’implication des astrocytes, via ces protéines, dans la modulation de l’activité neuronale.
Astrocytes : modulateurs de la myélinisation
Le rôle des astrocytes dans la myélinisation concerne principalement les astrocytes fibrillaires et intervient majoritairement après un traumatisme au niveau de l’encéphale. Après une lésion, les astrocytes deviennent réactifs (on parle d’astrogliose réactive) et apportent leur support au maintien, la régénération et la production de myéline (Barnett & Linington 2013). Une augmentation de l’expression de GFAP associée aux astrocytes réactifs est le signe d’une lésion au niveau du SNC (Sofroniew & Vinters 2010). Il a été montré que des souris KO pour la GFAP présentent des défauts de myélinisation et de re-myélinisation après lésions (Liedtke et al 1996).
Des études in vitro ont révélé qu’un milieu conditionné d’astrocytes favorise la différentiation et la maturation des cellules précurseurs d’oligodendrocytes (Yoshida et al 1995, Zhu et al 2006). Comme décrit précédemment, les astrocytes, notamment fibrillaires, sont capables de libérer des facteurs de croissance comme le facteur de croissance ciliaire (CNTF). In vitro (Stankoff et al 2002) comme in vivo (Dallner et al 2002, Stöckli et al 1991), ce facteur de croissance favorise la prolifération, la maturation des cellules progénitrices d’oligodendrocytes et la migration des cellules matures (Vernerey et al 2013). Enfin, plusieurs évidences expérimentales montrent que les astrocytes sécrètent des molécules nécessaires à la myélinisation en cas de lésion. Chez des souris, une lésion consécutive à la diminution de l’expression d’un transporteur astrocytaire aux ions fer (ferroportine), induit moins de re-myélinisation et moins de maturations des cellules précurseures d’oligodendrocytes (Schulz et al 2012). Plus récemment, il a été démontré que le processus de re-myélinisation nécessite des lipides, et plus particulièrement le cholestérol, sécrété par les astrocytes (Camargo et al 2017). Ceci est un exemple supplémentaire illustrant la manière dont ces cellules gliales peuvent moduler la vitesse de conduction des signaux électriques neuronaux et donc, indirectement la neurotransmission.
Astrocytes et plasticité synaptique
Les astrocytes jouent un rôle important dans la migration cellulaire et le guidage des axones au cours des étapes précoces de maturation. Par la libération de molécules de la matrice extracellulaire, les astrocytes participent à l’élaboration d’un véritable échafaudage aidant le guidage des axones (Clarke & Barres 2013). De la même manière, les astrocytes participent à la croissance neuronale. Dans une étude in vitro, des auteurs révèlent que la neuréguline-2, un facteur de croissance produit par les astrocytes, favorise la croissance des neurites (Nakano et al 2016). Néanmoins les effets in vivo des astrocytes sur la croissance neuronale restent aujourd’hui très peu documentés. Ces résultats ont été complétés par un grand nombre d’études décrivant le rôle des astrocytes sur la plasticité synaptique. Les travaux récents de l’équipe du Dr Magistretti révèlent que sur des cultures de neurones, le L-lactate d’origine astrocytaire est capable d’activer la transcription de nombreux gènes impliqués dans la plasticité synaptique (Margineanu et al 2018). Une large analyse transcriptomique en RT-qPCR a permis notamment de mettre en avant l’activation de gènes précoces comme cFos, zif268 ou encore Arc, des gènes connus pour être des marqueurs d’activité neuronale. Cette étude montre par ailleurs que l’expression de ces gènes est sous le contrôle des facteurs de transcriptions activés lors du processus de LTP. Les astrocytes sont capables de libérer des facteurs neurotrophiques comme le BDNF ou le GDNF, nécessaires à la prolifération et à la maturation des neurones (Airaksinen & Saarma 2002, Martin & Finsterwald 2011, Martin et al 2013, Paratcha & Ledda 2008). Une lignée de souris KO pour le GDNF ou pour l’un de ses récepteurs GDNFa1, a été utilisée pour montrer que la signalisation cellulaire associée à ce facteur de croissance est nécessaire au développement post-natal (Airaksinen et al 1999). Dans le même ordre d’idée, l’inactivation d’un autre récepteur au GDNF, le récepteur GDNFa2 induit une diminution de la neurotransmission glutamatergique dans l’hippocampe (Gerlai et al 2001). Des données similaires ont été obtenues pour d’autres facteurs comme le BDNF. Plusieurs travaux suggèrent notamment que ce dernier exerce un effet positif sur la croissance neuronale dans les premières phases de développement mais aussi dans le cerveau adulte (Horch 2004). Des résultats in vitro montrent que l’application de BDNF sur des cultures de neurones corticaux induit une augmentation de la taille de leurs dendrites (McAllister et al 1996). De plus, il est intéressant de noter que la sur-expression de ce facteur neurotrophique dans les astrocytes de l’hippocampe de souris adultes stimule la neurogenèse hippocampique (Quesseveur et al 2013a), apportant une preuve expérimentale in vivo d’un effet neurotrophique des astrocytes dans cette région cérébrale. Les modalités de libération (calcium-dépendante et/ou indépendante) du BDNF restent encore à être précisées mais d’un point de vue fonctionnel, le BDNF est capable de stimuler in vitro la libération de glutamate par les neurones (Takei et al 1998). En utilisant la technique de microdialyse, Paredes et ses collaborateurs corroborent ces résultats in vivo et montrant que l’infusion de BDNF dans l’hippocampe augmente les concentrations extracellulaires de glutamate dans cette structure limbique (Paredes et al 2007). L’augmentation de la neurotransmission glutamatergique induite par le BDNF astrocytaire pourrait également résulter de la capacité de ce facteur neurotrophique à augmenter l’expression (Caldeira et al 2007) et la probabilité d’ouverture des récepteurs NMDA (Levine & Kolb 2000) au niveau des neurones post-synaptiques hippocampiques. Ces données montrent que les astrocytes sont capables de moduler la plasticité et l’activité neuronale.
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Table des matières
PARTIE 1 : LES TROUBLES ANXIO/DEPRESSIFS
1. CARACTERISTIQUES CLINIQUES ET ANATOMIQUES
1.1. LES TROUBLES ANXIEUX
1.2. LA DEPRESSION MAJEURE
1.2.1. Modifications anatomiques
1.2.2. Modifications fonctionnelles
2. STRESS ET DEPRESSION
2.1. STRESS AIGU
2.1.1. Rôle des MR
2.1.2. Rôle des GR :
2.2. STRESS CHRONIQUE
3. MODELES ANIMAUX DE LA DEPRESSION
3.1. MODELISER LA DEPRESSION
3.2. LE MODELE CORT
4. PHARMACOLOGIE
4.1. CAS DES ANTIDEPRESSEURS MONOAMINERGIQUES
4.1.1. Screening des antidépresseurs suite à une administration unique
4.1.2. Screening des antidépresseurs dans des modèles de dépression suite à une administration chronique
4.1.3. Limites thérapeutiques des antidépresseurs sérotoninergiques
4.1.3.1. Long délai d’action
4.1.3.2. Faible taux de réponse
4.1.3.3. Résistance aux traitements
4.1.3.4. Taux de rechute
4.2. CAS DES INHIBITEURS MIXTES DE RECAPTURE DE LA SEROTONINE ET DE NORADRENALINE
PARTIE 2 : LES ASTROCYTES, FONCTIONS ET IMPLICATION DANS LA DEPRESSION
1. GENERALITES SUR LES ASTROCYTES
2. GRANDES FONCTIONS DES ASTROCYTES
2.1. ASTROCYTES : MODULATEURS DE L’ENERGIE
2.1.1. Transport du glucose
2.1.2. Transport du lactate
2.2. ASTROCYTES : MODULATEURS DE L’OSMOLARITE
2.3. ASTROCYTES : MODULATEURS DE LA MYELINISATION
2.4. ASTROCYTES ET PLASTICITE SYNAPTIQUE
2.5. ASTROCYTES ET SYNAPSE TRIPARTITE
2.5.1. Modulateurs de la neurotransmission
2.5.2. Modulateurs de la gliotransmission
3. ASTROCYTE ET PHYSIOPATHOLOGIE
3.1. ASTROCYTES ET PHYSIOPATHOLOGIE DE LA DEPRESSION
3.1.1. Modifications numéraires & anatomiques
3.1.2. Modifications énergétiques
3.1.3. Modifications de l’osmolarité
3.1.4. Modification de la myélinisation
3.1.5. Modification de la réaction inflammatoire
3.1.6. Modifications de la plasticité synaptique
3.1.7. Modification de la gliotransmission
PARTIE 3 : PHYSIOPATHOLOGIE DES CONNEXINES
1. GENERALITES SUR LES PANNEXINES ET CONNEXINES
1.1. LES PANNEXINES
1.2. LES CONNEXINES
1.3. OUTILS D’ETUDE DES CONNEXINES
1.3.1. Outils génétiques
1.3.2. Outils pharmacologiques
1.3.2.1. Inhibiteurs pharmacologiques
1.3.2.2. Inhibiteurs mimétiques structuraux
1.3.2.3. Anticorps spécifiques des HC
1.3.3. Étude des JC : outils d’étude fonctionnelle
1.3.3.1. Transfert in vitro de sondes colorées /fluorescentes
1.3.3.2. Étude des vagues calciques ex vivo
1.3.3.3. Étude des courants par double patch clamp
1.3.4. Étude des HC : « dye uptake »
2. ROLE DES CONNEXINES ASTROCYTAIRES.
2.1. LES JONCTIONS COMMUNICANTES (JC)
2.1.1. JC et transport de glucose
2.1.2. JC et transport de calcium
2.1.3. JC et transport des autres ions
2.2. LES HEMICANAUX (HC)
2.2.1. HC et transport du glucose
2.2.2. HC et homéostasie potassique
2.2.3. HC et gliotransmission
3. CONNEXINES ASTROCYTAIRES ET PATHOLOGIES
3.1. CXS ASTROCYTAIRES ET DOULEUR NEUROPATHIQUE
3.2. CXS ASTROCYTAIRES ET EPILEPSIE
3.3. CXS ASTROCYTAIRES ET MALADIES D’ALZHEIMER
3.4. CXS ASTROCYTAIRES ET MALADIE PSYCHIATRIQUE
3.4.1. Exemple des troubles anxio/dépressifs
3.4.2. Effets des antidépresseurs sur les connexines astrocytaires
3.4.2.1. Antidépresseurs et JC
3.4.2.2. Antidépresseurs et HC
OBJECTIFS
MATÉRIEL & MÉTHODES
1. AUTORISATION D’EXPERIMENTER
2. ANIMAUX
2.1. SOURIS CONNEXINE 43 « KNOCK-DOWN » (CX43 KD)
2.2. SOURIS C57BL6/J
2.3. SOURIS BALBC/J ET SWISS
3. PHARMACOLOGIE
3.1. OUTILS LENTIVIRAUX
3.2. PREPARATION
3.3. STEREOTAXIE ET INJECTION
4. OUTILS PHARMACOLOGIQUES
4.1. SOLUTIONS PHARMACOLOGIQUES POUR LES ADMINISTRATIONS AIGÜES
4.2. SOLUTIONS PHARMACOLOGIQUES POUR LES ADMINISTRATIONS CHRONIQUES
4.3. SOLUTIONS PEPTIDIQUES
4.3.1. Préparation
4.3.2. Stéréotaxie et injection
5. TESTS COMPORTEMENTAUX
5.1. TESTS D’ANXIETE
5.1.1. Hyperthermie induite par le stress aigu
5.1.2. Champ ouvert (Open Field, OF)
5.1.3. Labyrinthe en croix surélevé (Elevated plus Maze, EPM)
5.1.4. Alimentation supprimée par la nouveauté (Novelty Suppressed Feeding, NSF)
5.2. TEST DE DEPRESSION
5.2.1. Suspension caudale (Tail Suspension Test, TST)
5.2.2. Nage forcée (Forced Swim Test, FST)
5.2.3. Test d’éclaboussures (Splash Test, ST)
5.2.4. État du pelage (Fur Coat State)
5.3. TEST DE MEMOIRE : RECONNAISSANCE D’OBJET (OBJECT RECOGNITION, OR)
6. ÉTUDES FONCTIONNELLES
6.1. MICRODIALYSE INTRACEREBRALE
6.1.1. Principe et fonctionnement
6.1.2. Chirurgie
6.1.3. Recueil et dosage des neurotransmetteurs
6.1.3.1. Principe et fonctionnement
6.1.3.2. Dosage de la 5-HT
6.1.3.3. Dosage du Glutamate
6.2. ÉLECTROPHYSIOLOGIE IN VIVO
7. AUTRE DOSAGE : CORTICOSTERONEMIE.
8. ANALYSE DE L’EXPRESSION
8.1. WESTERN BLOT
8.2. IMMUNOHISTOCHIMIE
8.2.1. Perfusion
8.2.2. Coupes histologiques
8.2.3. Immunohistochimie
8.2.4. Analyse
9. ANALYSES STATISTIQUES
CHAPITRE 1 : ÉTUDE DES EFFETS COMPORTEMENTAUX ET NEUROCHIMIQUES DE L’INACTIVATION DES CX43 EN CONDITIONS PHYSIOLOGIQUES
1. MODELE D’INACTIVATION CONSTITUTIVE DES CX43 : SOURIS CX43 KD
1.1. CARACTERISATION HISTOLOGIQUE ET COMPORTEMENTALE
ARTICLE 1
1.2. CARACTERISATION NEUROCHIMIQUE
2. MODELE D’INACTIVATION TISSU-SPECIFIQUE DES CX43 : SOURIS WT AVEC SHRNA-CX43 INTRA-HIPPOCAMPIQUE
2.1. VALIDATION HISTOLOGIQUE
2.2. CARACTERISATION COMPORTEMENTALE
2.2.1. Tests d’anxiété
2.2.2. Tests de résignation et d’incurie
2.2.3. Test de mémoire
2.3. CARACTERISATION NEUROCHIMIQUE
3. MODELE D’INACTIVATION TISSU-SPECIFIQUE DES CX43 : SOURIS WT AVEC UN PEPTIDE MIMETIQUE DES CX43 INTRA-HIPPOCAMPIQUE PAR LE GAP26
CHAPITRE 2 : ÉTUDE DES EFFETS COMPORTEMENTAUX ET NEUROCHIMIQUES DE L’INACTIVATION DES CX43 EN CONDITIONS PHYSIOLOGIQUES SUITE A L’INJECTION AIGÜE D’UN ANTIDEPRESSEUR : LA FLUOXETINE
1. MODELE D’INACTIVATION CONSTITUTIVE DES CX43 : SOURIS CX43 KD
1.1. CARACTERISATION COMPORTEMENTALE
1.2. CARACTERISATION ELECTROPHYSIOLOGIQUE ET NEUROCHIMIQUE
1.2.1. Activité électrique des neurones 5-HT dans le noyau du raphé dorsal (NRD)
1.2.2. Activité neurochimique des neurones 5-HT projetant dans l’hippocampe164
2. MODELE D’INACTIVATION TISSU SPECIFIQUE SHRNA-CX43
2.1. VALIDATION DE L’INACTIVATION DANS L’HIPPOCAMPE.
2.2. INACTIVATION HIPPOCAMPIQUE
2.2.1. Conséquences comportementales
2.2.2. Conséquences neurochimiques
3. MODELE D’INACTIVATION PHARMACOLOGIQUE DES CXS PAR LA CBX
ARTICLE 2
CHAPITRE 3 : ÉTUDE DES EFFETS COMPORTEMENTAUX ET NEUROCHIMIQUES DE L’INACTIVATION DES CX43 HIPPOCAMPIQUE EN CONDITION DE STRESS CHRONIQUE
1. INHIBITION DES CX43 HIPPOCAMPIQUES
2. EFFETS DE L’INACTIVATION DES CX43 HIPPOCAMPIQUES DANS LE MODELE CORT SUR LA REPONSE DE L’AXE HPA
2.1. MESURE DES TAUX PLASMATIQUES DE CORTICOSTERONE EN REPONSE A UN STRESS AIGÜE
2.2. MESURE DE L’HYPERTHERMIE INDUITE PAR LE STRESS AIGU
3. EFFETS COMPORTEMENTAUX DE L’INACTIVATION DES CX43 HIPPOCAMPIQUES DANS LE MODELE CORT
3.1. TESTS D’ANXIETE
3.2. TESTS DE RESIGNATION
3.3. TEST DE MEMOIRE
4. EFFET DE L’INACTIVATION DES CX43 HIPPOCAMPIQUES SUR L’ACTIVITE DES NEURONES 5-HT ET GLUT
CHAPITRE 4 : ÉTUDE DES EFFETS COMPORTEMENTAUX DE L’INACTIVATION DES CX43 EN CONDITIONS PATHOLOGIQUES SUITE A L’INJECTION CHRONIQUE D’UN ANTIDEPRESSEUR : LA VENLAFAXINE
1. INDUCTION DU PHENOTYPE ANXIO/DEPRESSIF
2. ÉTUDE DE LA REPONSE CHRONIQUE A LA VENLA
3. ÉTUDE DE LA RECHUTE
ARTICLE 3
DISCUSSION
RÉFÉRENCES
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