Diversité de réponses dopaminergiques aux drogues : nouveau principe d'organisation simultané d'excitation et d'inhibition

Diversity of dopaminergic responses to drugs : a novel organizing principle of concurrent excitation and inhibition

• Auteur / Autrice : Sébastien Valverde
• Direction : Philippe Faure
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 22/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Manuel Mameli, Jochen Roeper, Bruno Giros, Marcello Solinas, François Georges

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépendance (physiologie)

Nicotine

Neurones dopaminergiques

Mots clés libres

Dopamine

Addiction

Nicotine

Alcool

Electrophysiologie

Aire tegmentale ventrale

Dopamine

Nicotine

Electrophysiology

Résumé

Les neurones dopaminergiques (DA) de l'aire tegmentale ventrale (VTA) sont au cœur du système de la récompense. Ils sont impliqués dans la transmission de messages liés au contrôle motivationnel et à l'apprentissage par renforcement, permettant de mettre en place des comportements adaptés à l'environnement, mais ont aussi un rôle important dans la mise en place des addictions. Les neurones DA de la VTA projettent majoritairement vers le Noyau Accumbens (NAc) et vers le Cortex Préfrontal (PFC). Ces neurones sont la cible des drogues d'abus qui ont toutes en commun une capacité à augmenter les niveaux de dopamine dans les structures cibles. En effet, les drogues agissent au niveau des neurones DA, ce qui provoque un détournement du système de récompense et mène à l'addiction. La nicotine module le système DAergique à travers ses actions sur les récepteurs nicotiniques à l'acétylcholine (nAChRs), qui sont fortement exprimés dans la VTA. Ainsi la nicotine provoque l'augmentation de la concentration de DA dans les zones de projection, ce qui sous-tendrait le développement de comportements maladaptés liés à une prise de drogue excessive. Néanmoins cette augmentation apparente du relargage de DA dissimule la complexité de la réponse du système DAergique à la nicotine. En effet, les neurones DA forment une population hétérogène qui ne répond pas uniformément ni aux évènements ni aux drogues. Ainsi mon travail s'est focalisé sur la caractérisation de la réponse hétérogène des neurones DA de la VTA à la nicotine. Contrairement à ce qui est communément accepté dans la littérature, la nicotine n'induit pas une augmentation généralisée de l'activité des neurones DA. Ainsi, j'ai pu analyser une sous-population DAergique qui est inhibée par la nicotine. Ces réponses à la nicotine simultanées et opposées sont anatomiquement dépendante, la population inhibée étant localisée de manière plus médiale dans la VTA que la population activée. Nous montrons que cette inhibition requiert l'activation de récepteurs DA inhibiteurs, et pourrait donc être médiée par un relargage de DA intra-VTA. Malgré le fait que nous observons aussi une ségrégation anatomique des réponses DAergiques à des évènements aversifs, ces réponses ne sont pas corrélées à celles induites par la nicotine et sont organisées de manière dorso-ventrale plutôt que médio-latérale, ce qui suggère que le message DAergique transmis en réponse à la nicotine n'est pas le même que celui transmis par l'aversion. De plus, nous avons trouvé que les réponses excitatrices et inhibitrices sont aussi induites pas d'autres drogues d'abus comme l'alcool et les benzodiazépines. Cela suggère que ces réponses peuvent être étendues à d'autres stimuli, mais aussi qu'il existe un principe d'organisation de la VTA qui est anatomiquement défini, par lequel la VTA latérale interagit avec la VTA médiale à travers un effet de réseau local.

Midbrain dopamine (DA) neurons of the ventral tegmental area (VTA) are at the center of the brain's reward system. They are involved in many different brain processes such as motivation, associative learning and reinforcement, and are critically involved in the pathophysiology of addiction. VTA DA neurons mostly project to the Nucleus Accumbens (NAc) and the Prefrontal Cortex (PFC) where they send signals related to motivational control. The common feature of drugs of abuse relates to their ability to increase DA levels in these regions. Indeed, drugs target VTA DA neurons, derailing the system from its natural reward-processing functions, which is thought to be the underlying neurophysiological mechanism leading to addiction. Nicotine is known to modulate the DAergic system through its actions on nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs), which are highly expressed in the VTA. This results in an increase of DA concentrations in the areas of projection, which leads to the maladaptive behavior of nicotine addiction. However this apparent increase of DA release conceals the complexity of the system's response to nicotine. Indeed, DA neurons consist of a very heterogenous population, and don't respond uniformly to events or to addictive drugs. Thus my work has focused on the characterization of VTA DA neuron's heterogenous responses to nicotine. In contrast to the commonly acknowledged excitatory effect of nicotine on DA neurons, I've analyzed a subpopulation of DA neurons which are inhibited by nicotine. These concurrent but opposite responses to nicotine occur in an anatomically-dependent manner, with the inhibited population being localized more medially within the VTA compared to the activated population. We show that this inhibition requires the activation of inhibitory dopamine receptors, and could thus be mediated by an intra-VTA DA release. Although we also observe anatomically segregated excitatory and inhibitory responses to painful stimuli, these responses do not correlate to the ones induced by nicotine and are organized in a dorso-ventral fashion rather than a medio-lateral one, suggesting that the DAergic message conveyed by nicotine does not match the one conveyed by aversion. Moreover, we found that concurrent excitatory and inhibitory responses are also induced by other drugs of abuse such as ethanol and benzodiazepines. This suggests that these responses can be extended to other stimuli, but also that there exists an anatomically defined organizing principle of the VTA, in which the lateral VTA interacts with the medial VTA via a local network effect.