Rôle du récepteur CB1 cellulaire et subcellulaire dans les cellules D1-positives de l'hippocampe sur les processus de mémoire

Role of cellular and sub-cellular CB1 receptor in Hippocampal D1-positive cells on Memory Processes

• Auteur / Autrice : Gianluca Lavanco
• Direction : Giovanni Marsicano, Filippo Drago
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 25/01/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec Università degli studi (Catane, Italie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neurocentre Magendie (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Alessia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Alessia, Silvia Middei, Guillaume Ferreira, Monica Baiula, Claudio Bucolo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Silvia Middei

Mots clés

Mots clés contrôlés

Récepteurs dopaminergiques

Hippocampe (anatomie)

Cannabinoïdes

Activité spontanée (électrophysiologie)

Mots clés libres

Récepteur CB1

Récepteur mtCB1

Cellules D1-Positives

Mémoire

D1-Positive cells

Memory

CB1 receptor

MtCB1 receptor

Résumé

Via la modulation de l'activité neuronale par les récepteurs cannabinoïdes de type 1 (CB1), le système endocannabinoïde représente un système modulateur cérébral majeur contrôlant les fonctions de la mémoire. D'autre part, plusieurs rapports soulignent le rôle crucial de la signalisation de la dopamine hippocampique dans la régulation des processus liés à la mémoire. De plus, des preuves récentes suggèrent que les cellules hippocampiques exprimant des récepteurs de dopamine possèdent également des récepteurs CB1.Le travail présenté dans cette thèse vise à établir un lien fonctionnel entre les récepteurs CB1 et la signalisation dopaminergique dans la régulation des processus de mémoire liés à l'hippocampe, en mettant l'accent sur les mécanismes cellulaires et sous-cellulaires impliqués.Dans la première partie de la thèse, nous avons observé qu'une lignée de souris dépourvue de CB1 dans les cellules des récepteurs dopaminergiques de type 1 (D1-CB1-KO) présentait une déficience de la mémoire de reconnaissance des objets nouveaux à long terme (NOR) et, la réexpression virale de CB1 dans les cellules D1-positives de l'hippocampe des souris D1-CB1-KO a inversé la déficience NOR présente chez ces souris. En outre, nous avons mis en évidence une activation excessive des récepteurs GABAA de l'hippocampe et une altération de la potentialisation à long terme (LTP) in vivo dans la voie CA3-CA1 comme étant les principaux mécanismes cellulaires à l'origine des troubles de la mémoire chez les souris D1-CB1-KO. Nous avons ainsi fourni des preuves fonctionnelles de l'implication d'une petite sous-classe d'interneurones hippocampiques exprimant le récepteur cannabinoïde de type 1 (CB1) dans la modulation de circuits hippocampiques spécifiques dans les processus de mémoire.La deuxième partie de la thèse s'est concentrée sur la localisation subcellulaire de l'activation des CB1 dans les cellules D1 positives. En effet, outre la régulation canonique de l'activité neuronale par le récepteur CB1 de la membrane plasmique, des preuves récentes suggèrent l'implication du récepteur CB1 mitochondrial (mtCB1) dans la régulation des processus bioénergétiques qui ont un impact sur la transmission synaptique et les effets amnésiques des cannabinoïdes. Nous avons découvert que les récepteurs mtCB1 dans les neurones hippocampiques D1-positifs ne sont pas nécessaires pour la régulation physiologique de la formation de la mémoire en soi, mais que leur activation est nécessaire pour les troubles de la mémoire induits par le THC. En recherchant la signalisation intracellulaire et intra-mitochondriale de la protéine G impliquée dans ce processus, nous avons développé une nouvelle stratégie chimiogénétique qui module spécifiquement la signalisation mitochondriale de la protéine G et nous avons observé sa contribution dans l'activité mitochondriale du cerveau et les fonctions cognitives. Nous avons observé sa contribution à l'activité mitochondriale du cerveau et aux fonctions cognitives. L'activation chimiogénétique spécifique de la signalisation mitochondriale de la protéine G entraîne une augmentation de la respiration mitochondriale qui, à son tour, résout l'effet amnésique induit par le THC.Dans l'ensemble, les résultats de cette thèse indiquent les mécanismes reliant la diversité des récepteurs CB1 cellulaires et subcellulaires dans les fonctions cérébrales supérieures, y compris l'apprentissage et la mémoire, et fournissent la base pour le développement de stratégies thérapeutiques plus sélectives et précises pour les troubles cognitifs.

Via modulation of neuronal activity by cannabinoid receptor type-1 (CB1), the endocannabinoid system represents a major brain modulatory system controlling memory functions. On the other hand, several reports point out a crucial role of hippocampal dopamine signaling in the regulation of memory related processes. Furthermore, recent evidence suggests that hippocampal cells expressing dopamine receptors do also posses CB1 receptors.The work presented in this Thesis aims at establishing a functional connection between CB1 receptor and dopaminoceptive signaling in the regulation of hippocampal related memory processes with particular enfasis on the cellular and sub-cellular mechanisms involved.In the first part of the thesis we observed that a mouse line lacking CB1 in dopamine receptor type- 1 cells (D1-CB1-KO) displayed impaired long-term novel object recognition memory (NOR) and, interestingly, viral-mediated re-expression of CB1 in D1-positive cells in the hippocampus of D1-CB1- KO mice reversed the NOR impairment present in these mice. Furthermore, we pointed out execessive hippocampal GABAA receptor activation and impaired in vivo long-term potentiation (LTP) in the CA3-CA1 pathway as the main cellular mechanisms for memory impairment in D1-CB1- KO. Thus, we provided functional evidence for the involvement of a small subclass of type-1 cannabinoid receptor (CB1)-expressing hippocampal interneurons in the modulation of specific hippocampal circuits in memory processes.The second part of the Thesis focused on subcellular location of CB1 activation in D1 positive cells. Indeed, besides the canonical regulation of neuronal activity by plasma membrane CB1 receptor, recent evidence suggests the involvement of mitochondrial CB1 receptor (mtCB1) in the regulation of bioenergetic processes which impacts on synaptic transmission and amnesic effects of cannabinoids. We found that mtCB1 receptors in hippocampal D1-positive neurons is not required for physiological regulation of memory formation per se but its activation is required for THC- induced memory impairment. Looking for the intracellular and intra-mitochondrial G-protein signaling involved in these processes, we developed a new chemogenetic strategy which specifically modulates the mitochondrial G-protein signaling and we observed its contribution in brain mitochondrial activity and cognitive functions. Specific chemogenetic activation of mitochondrial G- protein signaling results in increased mitochondrial respiration which in turns rescues THC-induced amnesic effect.Overall, the results of this Thesis indicate the mechanisms linking the diversity of cellular and subcellular CB1 receptors in higher brain functions, including learning and memory and provide the basis for the development of more selective and precise therapeutic strategies for cognitive disorders.