Les bases moléculaires et cellulaires de la protection conférée par l’antagoniste du récepteur D1 de la dopamine, SCH23390, contre les effets toxiques de la méthamphétamine dans le cerveau de rat

Molecular and cellular bases for the protective effects of dopamine D1 receptor antagonist, SCH23390, against methamphetamine-induced neurotoxicity in the rat brain

• Auteur / Autrice : Geneviève Beauvais
• Direction : Florence Noble, Jean-Lud Cadet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 30/01/2012
• Etablissement(s) : Paris 5 en cotutelle avec National institutes of health (Etats-Unis)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, environnement (Paris ; 2010-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neuropsychopharmacologie des addictions. Vulnérabilité et variabilité expérimentale et clinique
• Jury : Président / Présidente : Jesus A. Angulo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Noble, Jean-Lud Cadet, Jesus A. Angulo, Wayne D. Bowen
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Wayne D. Bowen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gènes précoces

Récepteurs dopaminergiques

toxicité

Méthamphétamine

Mots clés libres

Méthamphétamine

Récepteurs de la dopamine

IEG

Stress du réticulum endoplasmique

Dysfonction de la mitochondrie

Neurotrophines

Methamphetamine

Dopamine receptors

IEG

Endoplasmic reticulum stress

Mitochondrial dysfunction

Neurotrophic factors

Résumé

La méthamphétamine (METH) est une drogue stimulante qui peut causer des déficiences des fonctions cognitives et des dommages irréversibles dans le cerveau des utilisateurs. Il est important de comprendre les mécanismes moléculaires de la toxicité de la drogue pour pouvoir développer des traitements pour contrer les effets toxiques de la METH. Plusieurs études dans notre laboratoire et autres ont montré qu’une seule dose élevée de METH (30-40 mg/kg de poids corporel) suffit à endommager l’arborisation terminale des neurones dopaminergiques dans le striatum et le cortex chez les rongeurs, de même qu’elle peut causer l’activation des signaux apoptotiques produits a partir du réticulum endoplasmique (RE) et de la mitochondrie dans le striatum. De ce fait, le but de cette thèse était d’analyser si la dose toxique de 40 mg/kg de METH injectée par faibles doses répétées (4 fois, avec des intervalles de 2 heures), appelée « binge METH », peut aussi causer des stress cellulaires du RE et de la mitochondrie dans le striatum. Des travaux récents ont suggéré que les récepteurs D1 et D2 de la dopamine pourraient être les intermédiaires de l’apoptose des neurones dans le striatum causée par l’administration d’une unique toxique dose de METH. Nous avons alors émis l’hypothèse que les messages cellulaires diriges par la stimulation des récepteurs D1 et D2 de la dopamine pourraient être à l’ origine des effets toxiques du « binge modele ». Le rôle des récepteurs de la dopamine sur l’activation des signaux de l’apoptose a été examiné en utilisant des antagonistes de ces récepteurs. Dans cette dissertation, je donne la preuve que « binge METH » affecte l’expression des immediate early genes de façon différente. Il semble que ces effets soient dépendants de la stimulation du récepteur D1. Un autre volet de cette dissertation a analysé les effets de « binge METH » sur l’expression de gènes impliqués dans la réponse au stress du RE et à l’altération de la fonction de la mitochondrie. Le prétraitement avec l’antagoniste du récepteur D1 de la dopamine, SCH23390, a complètement bloqué l’apparition de ces stress cellulaires après les injections de METH, alors que l’antagoniste du récepteur D2, raclopride, a eu des effets minimes. SCH23390 a aussi bloqué l’effet de METH à causer l’augmentation de la température corporelle des animaux, mais pas raclopride. Cependant, les deux antagonistes ont protégés contre les pertes dans plusieurs marqueurs des neurones de dopamine et sérotonine dans le striatum. De plus, SCH23390, mais non raclopride, a aussi protégé les neurones de sérotonine dans le cortex. Durant mes travaux, j’ai aussi identifié qu’il y a une augmentation de l’ARN messager de activin βA, la protéine TGF-β et Smad2 phosphorylée après les injections de METH. Ces effets sont réduits suite à un prétraitement par SCH23390 ; cependant, raclopride n’a eu aucun effet sur l’expression de TGF-β.En résumé, ces nouvelles données suggèrent que le récepteur D1 joue un rôle prédominant dans la toxicité de la METH.

Methamphetamine (METH) is a potent psychostimulant known to cause cognitive abnormalities and neurodegenerative changes in the brains of METH abusers. One approach for developing therapies for METH abuse is to understand the molecular mechanisms of toxicity of the drug. Investigations in our laboratory and elsewhere have shown that single intraperitoneal injections of METH (30-40 mg/kg of body weight) can cause damage to striatal and cortical monoaminergic systems and induce neuronal apoptosis in the striatum of rodents via activation of endoplasmic reticulum (ER) and mitochondrial death pathways. Hence, the purpose of this thesis was to investigate if toxic binge METH injections can cause ER- and mitochondria-induced stress in the rat striatum. Recent studies have suggested that dopamine (DA) D1 and D2 receptors might mediate neuronal apoptosis in the striatum after single toxic METH doses. We therefore hypothesized that signaling through these two types of DA receptors might activate toxic effects of the binge METH regimen. The role of DA D1 or D2 receptors in METH-induced cell death pathways was thus examined by using pharmacological inhibitors of these receptors. In this dissertation, I report that binge METH regimen caused differential changes in immediate early genes (IEGs) that are known to influence synaptic changes in the brain. METH-induced changed in the expression of the IEGs were dependent on DA D1 receptor stimulation. The second study examined the effects of binge METH on the expression of ER stress- and mitochondrial dysfunction-responsive genes. Pretreatment with the DA D1 receptor antagonist, SCH23390, caused complete inhibition of METH-induced ER and mitochondrial stresses whereas the DA D2 receptor antagonist, raclopride, provided only partial blockade. SCH23390 also blocked METH-induced hyperthermia whereas raclopride failed to do so. Interestingly, both antagonists attenuated METH-induced dopaminergic and serotonergic deficits in the striatum. Moreover, SCH23390 but not raclopride blocked METH-induced serotonergic deficits in cortical tissues. I also found that METH treatment induced upregulation of activin βA mRNA, increased TGF-β and phosphorylated Smad2 proteins in the rat striatum. SCH23390 pretreatment completely blocked all these effects whereas raclopride did not block METH-induced increases in TGF-β expression.