Mécanismes de vulnérabilité aux troubles de l'usage d'alcool induite par un polymorphisme simple du gène codant pour la sous-unité alpha5 des récepteurs nicotiniques

Mechanisms of vulnerability to alcohol use disorders induced by a single nucleotide polymorphism of the gene encoding the alpha5 nicotinic acetylcholine receptor subunit

• Auteur / Autrice : Léa Tochon
• Direction : David Vincent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 14/12/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Neurosciences Cognitives et Intégratives d’Aquitaine (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : François Georges
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Vincent, François Georges, Mickaël Naassila, Sylvie Granon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mickaël Naassila, Sylvie Granon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Variabilité -- Aspect moléculaire

Alcoolisme

Système cholinergique

Souris transgéniques

Alcool -- Métabolisme

Réseaux neuronaux (physiologie)

Mots clés libres

Aire tegmentale ventrale

Noyau interpédonculaire

Sous-Unité alpha5 du récepteur cholinergique nicotinique

Troubles de l'usage d'alcool

Souris transgéniques

Traits préconsommatoires

Ventral tegmental area

Interpeduncular nucleus

Alpha5 nicotinic acetylcholine receptor subunit

Alcohol use disorder

Transgenic mice

Preconsummatory traits

Résumé

Des études génétiques humaines ont impliqué des variants alléliques du gène CHRNA5, codant pour la sous-unité a5 du récepteur nicotinique cholinergique (a5-nAChR), comme facteurs de risque au développement de troubles de l’usage d’alcool (TUALs). L’un de ces variants appelé a5-SNP D398N est particulièrement représenté chez les occidentaux (~35% des individus). Pourtant, les mécanismes par lesquels ces variants génèrent un tel risque est inconnu. Dans ce contexte, l’objectif de ma thèse était de comprendre comment les processus comportementaux et les réseaux neuronaux impliqués dans la vulnérabilité aux TUALs sont modifiés par le SNP D398N de la sous-unité a5. Pour cela, j’ai utilisé des souris transgéniques mâles et femelles exprimant soit le a5-SNP humain (souris a5KI), soit une délétion du gène CHRNA5 (souris a5KO), et articulé mes travaux autour de 3 questions :(1) Comment le SNP ou la délétion de la sous-unité a5 modifient le comportement de consommation d’alcool ?(2) Quel est le substrat neuronal de ces modifications ? En me concentrant sur les régions cérébrales exprimant la plus forte densité d’a5 : l’aire tegmentale ventrale (ATV), structure clé du système de la récompense et le noyau interpédonculaire (IPN) impliqué dans l’aversion.(3) Est-ce que ces mutations de la sous-unité a5 modifient les traits pré consommatoires ?En combinant modèles d’auto-administration d’alcool et enregistrements électrophysiologiques in vitro des neurones dopaminergiques de l’ATV et GABAergiques de l’IPN, nous avons constaté que l’absence de la sous-unité a5 favorise la consommation d’alcool à fortes doses et entraîne une inversion de l’antagonsime fonctionnel du circuit ATV-IPN. Nous avons ensuite confirmé, l’implication des neurones GABAergiques de l’IPN exprimant la sous-unité a5 dans le contrôle de la consommation d’alcool grâce à la réexpression neurospécifique de cette sous-unité.En testant ensuite les souris a5KI, j’ai constaté que le a5-SNP altère la consommation d’alcool de façon comparable à la délétion : les souris a5KI et a5KO boivent toutes deux de plus grandes quantité d’alcool à fortes doses. Cependant, de façon surprenante, l’évaluation phénotypique préconsommatoire de ces deux lignées mutantes révèle des phénotypes socio-émotionnels opposés, évoquant fortement deux profils alcooliques humains établis par Cloninger et coll.,: le type I = plus féminin, « évitant » et anxieux ; versus le type II = masculin, « chercheur de sensations ». Ces données suggèrent que les modèles précliniques exprimant des variants génétiques humains peuvent aider à identifier différentes motivations à consommer, et donc différents sous-types de TUALs, et les mécanismes neurobiologiques sous-jacents. Ceux-ci constitueraient une avancée majeure pour le développement de traitements personnalisés et donc potentiellement plus efficaces.

Human genetic studies have implicated gene variants in the CHRNA5 gene, encoding for the a5 nicotinic acetylcholine receptor subunit (a5-nAChR), as high risk factors for developing alcohol use disorders (AUDs). The single nucleotidic polymorphism (SNP) D398N is highly represented in Western population (in ~35% of individuals). Yet, mechanisms through which they may influence this risk remain unknown. In this context, the aim of my PhD was to understand how the a5-SNP modify behavioral processes and neural circuits involved in the vulnerability to AUDs. To this aim, I used male and female transgenic mice expressing either the human a5-SNP (a5KI mice), or a deletion of the CHRNA5 gene (a5KO mice), and organized my research work around the three following questions:(1) How are these a5 subunit mutations modifying alcohol-drinking behaviour?(2) What is the neural substrate of these modifications? Focusing on regions carrying the highest density of a5-nAChR in the brain: the ventral tegmental area (VTA), a key component of the reward system and the interpeduncular nucleus (IPN), which may mediate a regulation/aversion signal.(3) Do a5-subunit mutations modify the preconsummatory traits related to alcohol abuse? Which unfortunately are still poorly assessed in preclinical addiction studies.By combining models of alcohol self-administration and in-vitro electrophysiological recordings of the VTA dopaminergic and the IPN GABAergic neurons, we found that the lack of a5 subunit results in a functional imbalance in the VTA-IPN circuit, shifting the alcohol consumption toward high doses in both males and females, with nevertheless some sex-dependent effects. Using viral neurospecific reexpression, we obtained further evidence that a5-expressing IPN GABAergic neurons play a critical role in the control of alcohol intake.By testing the a5KI mice, we found that, as for the a5 subunit deletion, the a5-SNP deregulates alcohol consumption: both a5KI and a5KO mice drink larger amount of alcohol at high doses. However, prior any alcohol exposition, these two mutant strains display opposite socio-emotional phenotypes. Strickingly, these are highly consistent with two human alcoholic profiles established by Cloninger and colleagues, with: the Type I = female, risk and novelty ‘avoidant’ displaying high anxiety; versus the Type II = male, ‘sensation seeker’. These data suggest that preclinical models expressing human genetic variants can help to identify different motivations to consum and thus different AUDs subutypes while exploring their neurobiological basis. These could represent a major step toward the development of personalized and thus more effective treatments.