Dissection opto-pharmacologique de la signalisation nicotinique dans l'axe habénulo-interpédonculaire – CHOLHAB

Pour disséquer le rôle d'un circuit cérébral, il faut pouvoir l'allumer ou l'éteindre à volonté, dans une région précise du cerveau, sans toucher au reste. C'est exactement le défi technologique relevé par CHOLHAB.

Le consortium a développé une nouvelle méthode chémogénétique baptisée CATCH. Le principe : modifier très légèrement le récepteur cible chez la souris pour qu'il devienne sensible à une petite molécule de synthèse, MPEG4Ch. Cette molécule se fixe ensuite de façon durable et irréversible au récepteur, le bloquant pendant plusieurs jours. Pour que la stratégie soit utilisable dans le cerveau de l'animal éveillé, deux lignées de souris génétiquement modifiées ont été créées, dans lesquelles les récepteurs nicotiniques portent une discrète modification chimique sans que leur fonctionnement soit altéré. Ce dispositif permet d'inhiber un seul type de récepteur, dans une seule région du cerveau, sur plusieurs jours — une précision quasi inégalée.

Ces outils ont été couplés à un large éventail de techniques : enregistrement de l'activité électrique des neurones, imagerie en temps réel grâce à des sondes fluorescentes sensibles à l'activité neuronale, optogénétique pour activer ou inhiber par la lumière une voie spécifique, et tests comportementaux (préférence pour un environnement associé à la nicotine, choix entre une bouteille d'eau et une bouteille de nicotine, tests d'anxiété).

L'ensemble forme une véritable boîte à outils permettant, pour la première fois, de relier directement une action moléculaire précise à l'activité d'un circuit cérébral et à un comportement observable.

Les retombées de CHOLHAB se dessinent sur plusieurs plans.

Sur le plan scientifique, l'identification de ce frein cérébral change la façon dont on pense l'addiction à la nicotine. Plutôt que d'opposer un circuit « plaisir » et un circuit « déplaisir » qui se déclencherait seulement à forte dose, il faut désormais imaginer ces deux systèmes comme intimement liés et en dialogue permanent. L'usage répété de la nicotine pourrait précisément déséquilibrer ce dialogue, en affaiblissant le frein et en laissant la récompense l'emporter. Cette vision rejoint la réalité clinique du tabagisme, où la dépendance s'installe insidieusement.

Sur le plan thérapeutique, nos résultats suggèrent une piste originale : plutôt que de cibler uniquement le système de récompense, comme le font la plupart des traitements actuels, il pourrait être pertinent d'agir sur le frein lui-même — en le renforçant, ou en empêchant qu'il ne s'use sous l'effet de la nicotine. Cela pourrait aussi expliquer pourquoi les substituts nicotiniques, qui maintiennent une exposition chronique à la nicotine, ont une efficacité limitée à long terme : ils pourraient eux-mêmes contribuer à désactiver le frein qu'ils sont censés aider à conserver.

Sur le plan méthodologique, la boîte à outils développée pendant le projet (méthode CATCH, lignées de souris, optonanobody) dépasse le cadre du tabac. Elle est transposable à d'autres récepteurs cérébraux et donc à d'autres maladies du système nerveux.

Plusieurs questions restent ouvertes. Quelle est la source précise du signal d'acétylcholine qui active naturellement ce circuit ? Quel est le rôle exact de ce frein dans les symptômes désagréables du sevrage tabagique ? Quels est le rôle de l’acétylcholine endogène dans les états de peur et d’anxiété ? Autant de pistes à explorer pour transformer ces découvertes fondamentales en bénéfices concrets pour les fumeurs souhaitant arrêter.

Le tabagisme demeure la principale cause de décès évitables chez l’Homme. 100 millions de personnes dans le monde vont mourir au cours de ce siècle des conséquences de la consommation prolongée de tabac.

La nicotine agit sur les récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine (nAChR), une famille hétérogène de récepteurs largement répartis dans le système nerveux central. L'exposition répétée à la nicotine produit des adaptations moléculaires et cellulaires dans de multiples circuits neuronaux, ce qui mène à la dépendance. Ces dernières années, l'axe habénulo-interpédonculaire (MHb-IPN) s'est imposé comme une voie clé dans la traduction des états émotionnels négatifs comme la peur et l'anxiété et dans la transmission des propriétés aversives de la nicotine. L’axe MHb-IPN présente la plus forte densité et diversité de nAChR dans le cerveau, et constitue ainsi l'une des cibles pharmacologiques les plus prometteuses pour les thérapies de sevrage tabagique. Néanmoins, les fonctions endogènes de ces récepteurs et leur rôle dans la dépendance à la nicotine ne sont pas connus, ce qui entrave le développement de traitements efficaces contre la dépendance à la nicotine.

Notre objectif est de comprendre comment la nicotine affecte le circuit MHb-IPN, et de tester l'hypothèse selon laquelle une exposition chronique à la nicotine modifie profondément la physiologie de cette voie, déclenchant ainsi l'émergence de comportements à valeur négative. Dans ce projet, nous utiliserons des approches optopharmacologiques de pointe, qui permettent l'inactivation optique d'isoformes spécifiques des nAChR dans des neurones définis chez l'animal en comportement. Cette méthode repose sur la fixation covalente d'un antagoniste photosensible sur un mutant cystéine, pour produire des nAChRs contrôlables à la lumière (LinAChRs). Les LinAChR sont modifiés de façon minimale et conservent ainsi leur capacité à être activés par l'acétylcholine (ACh) ou la nicotine dans l'obscurité. Cependant, ils peuvent être bloqués optiquement et de manière réversible à des synapses spécifiques et à des moments précis, avec une spécificité pharmacologique absolue. Nous intégrerons l’optopharmacologie à l'optogénétique, à l'électrophysiologie et aux études comportementale chez des modèles de souris transgéniques, afin d'explorer les rôles causaux, précis dans le temps et pertinents sur le plan comportemental des nAChRs de la voie MHb-IPN.


Notre projet suivra un plan de travail complet couvrant tous les aspects des actions nicotiniques sur les composants de l'axe MHb-IPN, depuis les mécanismes synaptiques dépendants de l'activité dans les préparations ex-vivo, jusqu'aux implications comportementales chez les animaux vigiles. Notre objectif est d’identifier les sources d'ACh habénulaire, de caractériser comment l'ACh endogène module l'activité des (sous-)populations neuronales de cette voie, et d'identifier les sous-types de nAChR impliqués. Nous déchiffrerons les mécanismes par lesquels la nicotine aiguë et chronique modifie la physiologie de l'axe MHb-IPN aux niveaux cellulaires et de réseau. Nous caractériserons ensuite les neuroadaptations de cette voie au cours de l'administration de nicotine (aiguë - chronique - sevrage), reflétant la progression chez les fumeurs. Enfin, l'exploitation in vivo des LinAChRs nous permettra de contrôler des comportements liés à l’abus de nicotine chez la souris, à savoir les phénotypes associés à la consommation et au sevrage, avec la précision spatiale, temporelle et pharmacologique sans précédent propre à ces outils nouvellement développés.

Notre collaboration promet donc de fournir des informations cruciales sur la manière dont les composants du circuit MHb-IPN sont (dys)régulés par la nicotine ; une étape essentielle vers le développement de thérapies innovantes pour cette forme de dépendance.