Rôle des heteromères formés par les récepteurs dopamine-glutamate et de signalisation dépendante du calcium nucléaire associée dans l'addiction – GLAD

Pour étudier l’impact de la cocaïne sur les hétéromères DAR/NMDAR dans l’ensemble des circuits neuronaux de la récompense nous utilisons la technique de Proximity Ligation Assay (PLA). Le PLA permet de visualiser les hétéromères endogènes à partir de tranches de cerveaux fixés préparées à partir de souris ayant été exposées à la cocaïne dans le contexte de différents tests comportementaux. Afin d’étudier le rôle de ces hétéromères dans les différentes phases des comportements addictifs (développement, extinction, maintien), nous avons mis au point une approche virale permettant l’expression de peptides qui interfèrent avec les hétéromères DAR/NMDAR dans des régions d’intérêt et de manière contrôlée dans le temps,
Dans le but d’identifier des petites molécules non peptidiques capables de bloquer les hétéromères DAR/NMDAR nous allons cribler une banque de petites molécules et tester leur capacité à interrompre les interactions DAR/NMDAR mesurée en temps réel sur des cellules vivantes.
La dynamique des taux de Ca2+ nucléaire est étudiée à l’aide d’un virus exprimant une sonde calcique fusionnée à une séquence de localisation nucléaire. Les souris sont injectées avec ce virus et les taux de Ca2+ nucléaire sont mesurés par imagerie bi-photon réalisée à partir de tranches aiguës de striatum stimulées ou non avec des agonistes des DAR ou des NMDAR selon des protocoles connus pour reproduire certaines caractéristiques des réponses induites par la cocaïne in vivo. Le consortium est également en train de mettre au point la détection des taux de Ca2+ nucléaire chez l’animal éveillé traité à la cocaïne.
L’étude du rôle de la signalisation dépendante du Ca2+ nucléaire sur les réponses moléculaires, cellulaires et comportementales induites par la cocaïne sera étudiée grâce à un virus déjà produit par le consortium et qui permet de bloquer le Ca2+ nucléaire dans des populations cellulaires d’intérêt.

Nous avons montré que la sensibilisation locomotrice induite par des injections quotidiennes d’une dose fixe de cocaïne - qui reflète les effets à long terme de la cocaïne sur les adaptations neuronales - est associée à une forte augmentation des hétéromères DAR/NMDAR dans la partie ventrale du striatum. Concernant la fonction de ces hétéromères dans les réponses induites par la cocaïne, nous avons validé un virus qui bloque l’interaction D1R/NMDAR de manière contrôlée dans le temps et montré que le blocage de l’interaction entre D1R et NMDAR dans le striatum ventral bloque le développement de la sensibilisation locomotrice induite par la cocaïne.
De plus, l’étude de la dynamique du Ca2+ nucléaire par imagerie bi-photon nous a permis d’établir pour la première fois que le Ca2+ nucléaire, qui relie les changements d’activité synaptique à la plasticité neuronale à long terme et l’apprentissage et la mémoire, est facilité par la DA par un mécanisme qui dépend des hétéromères D1R/NMDAR.
Les deux groupes de résultats principaux obtenus jusqu’à présent confortent donc les hypothèses principales à l’origine de notre projet

Concernant la modulation des hétéromères DAR/NMDAR, le coordinateur de ce projet a donné une communication orale dans un symposium dédié aux interactions protéine-protéine au congrès DOPAMINE 2016 à Vienne (Autriche). Suite à cette communication orale nous avons établi deux collaborations internationales avec Dr Naguib. Mechawar (Douglas Brain Bank; Canada) and Dr Jonathan Javitch (Columbia University; USA) pour étudier les taux d’hétéromères DAR/NMDAR dans des tissus post-mortem préparés à partir de sujets sains ou d’individus avec un historique de dépendance. Ces collaborations représentent une opportunité unique de « booster » notre projet en testant si les résultats que nous avons obtenus jusqu’à présent chez la souris sont pertinents dans le contexte de l’addiction chez l’Homme.
Les résultats que nous avons obtenus jusqu’à présent concernant le développement d’un test permettant la détection des interactions DAR/NMDAR par FRET devraient nous permettre de cribler une banque de composés non peptidiques potentiellement capables de bloquer les hétéromères DAR/NMDAR in vitro. Les molécules candidates pourront alors être testées pour leur capacité à altérer les réponses moléculaires, cellulaires et comportementales induites par la cocaïne in vivo. Ces expériences sont susceptibles de générer des résultats avec une valeur translationelle potentiellement importante.

Dos Santos M, Salery M, Garcia Perez MA, Betuing S, Boudier T, Vanhoutte P, Caboche J*, Heck N* (2017) Rapid synaptogenesis in the nucleus accumbens is induced by a single cocaine injection and stabilized by MAP kinase interacting-kinase 1 activity. Biol. Psychiatry pii: S0006-3223(17)31403-8. hal.archives-ouvertes.fr/hal-01500913v1

De nombreuses maladies psychiatriques, dont l’addiction, sont associées à un déséquilibre de la transmission glutamatergique et dopaminergique. A l’heure actuelle, la majorité des traitements proposés ciblent spécifiquement les récepteurs associés à ces neurotransmetteurs, mais leur perte d’efficacité au cours d’un temps et l’apparition d’effets secondaires incite à explorer d’autres stratégies thérapeutiques. Une hypothèse centrale dans ce projet consiste à considérer l’interaction fonctionnelle des récepteurs dopaminergiques (DAR) avec le récepteur au glutamate de type NMDA (NMDAR) comme une cible potentielle, alternative à une approche ciblant les récepteurs individuels. Le coordinateur de ce projet a montré que des hétéromères formés entre le DAR de type D1 (D1R) et le NMDAR dans les neurones striataux (MSNs) régulent la plasticité synaptique et la signalisation induite par la cocaïne. Ce projet vise à explorer le rôle des hétéromères DAR/NMDAR et de la signalisation calcique nucléaire en aval dans le développement de l’addiction, afin de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques. Les partenaires 1 et 2 ont mis en place des méthodes permettant de détecter les hétéromères DAR/NMDAR et de bloquer la signalisation en aval sans interférer avec les signaux intracellulaires activés par les récepteurs individuels. La modulation des hétéromères (D1R lié à la sous-unité GluN1 du NMDAR ; D2R avec la sous-unité GluN2B) sera étudiée dans différentes structures cérébrales aux différentes phases de la sensibilisation locomotrice et de l’auto-administration induites par la cocaïne, ainsi qu’en réponse à une récompense naturelle. Nos résultats préliminaires montrent que la sensibilisation induite par la cocaïne corrèle avec une augmentation des hétéromères D1R/GluN1 dans le striatum. Une approche virale sera développée afin de bloquer les hétéromères dans des régions spécifiques et à des temps déterminés, afin de caractériser leurs fonctions dans l’expression génique, la connectivité neuronale et au niveau comportemental. L’inhibition de l’hétéromère D1R/GluN1 avec un peptide interférant bloque les signaux calciques nucléaires. Le partenaire 3 a montré que l’augmentation intranucléaire de calcium transduit l’activité neuronale vers une activité transcriptionnelle nécessaire à l’apprentissage. Les partenaires 1 et 3 étudieront le rôle du calcium nucléaire dans l’addiction. Grâce à des technologies développées par le partenaire 3, la dynamique du calcium intranucléaire sera mesurée chez la souris vigile, durant la sensibilisation à la cocaïne. Les réponses spécifiques des différents types de MSNs (exprimant D1R et D2R) seront mesurées, et l’approche virale permettra d’inhiber les hétéromères exprimés par chacune de ces deux populations neuronales. Le rôle du calcium nucléaire pourra être confirmé par l’expression de bloquants du calcium nucléaire dans les MSNs exprimant D1R ou D2R, et les conséquences sur le comportement, la connectivité des MSNs et leur profil d’expression génique seront étudiés. L’identification de composés non peptidiques analogues sera une étape importante pour le développement thérapeutique. Le partenaire 4 effectuera un criblage d’une bibliothèque de composés sélectionnés selon leurs capacités potentielles à altérer les interactions protéiques. La capacité de ses composés à rompre les hétéromères et modifier le signal calcique sera analysée par les méthodes standardisées couramment utilisées sur la plateforme de criblage pharmacologique dirigée par le partenaire 4. Les composés choisis seront testés ensuite in vivo par le partenaire 1 afin d’estimer s’ils préviennent les comportements addictifs. Le projet proposé permettra l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques, non seulement pour traiter l’addiction, mais aussi pour d’autres maladies psychiatriques qui impliquent un dysfonctionnement du réseau cérébral de la récompense dont le bon fonctionnement dépend de la transmission glutamatergique et dopaminergique.