Role of 5-HT3 receptor in depression and its treatment

Les antidépresseurs ISRS (inhibiteurs sélectifs de la recapture de sérotonine) sont parmi les plus prescrits pour traiter les épisodes dépressifs majeurs. Cependant, leur efficacité n’est pas optimale. En effet, ils montrent un long délai d’action, de nombreux effets indésirables et sont inefficaces pour une proportion non négligeable de patients. La dépression étant actuellement un enjeu de santé publique majeur, il est donc nécessaire de développer de nouvelles molécules possédant un meilleur profil thérapeutique. Récemment, un intérêt croissant a été porté sur le récepteur 5-HT3, notamment depuis le développement de la vortioxétine, ISRS de nouvelle génération ayant des propriétés antagonistes pour ce récepteur localisé dans les zones cérébrales contrôlant l’humeur. Le but de ce travail de thèse a été d’étudier le rôle du récepteur 5-HT3 dans la réponse aux antidépresseurs, ainsi que dans la physiopathologie de la dépression. Dans ce cadre, nous avons utilisé une approche génétique, en caractérisant un modèle de souris knockout (KO) dont le gène de la sous-unité 3A du récepteur 5-HT3 a été invalidé. Le phénotype de ces animaux et leurs contrôles de type sauvage (Wild-Type, WT) a tout d’abord été évalué dans des tests comportementaux de screening de molécules anxiolytiques et antidépressives, puis leur réponse à des traitements aigus d’ISRS a été mesurée par ces mêmes approches. L’effet de traitements antidépresseurs chroniques a quant à lui été évalué par une technique d’électrophysiologie in vitro. Enfin, les souris ont été soumises au modèle du stress de défaite sociale chronique (CSDS), afin de déterminer le rôle du récepteur 5-HT3 dans la réponse au stress. En conditions basales, le turn-over de la sérotonine est diminué chez les souris 5-HT3 KO par rapport aux souris WT. Cet effet est accompagné par une augmentation de l’expression génique des récepteurs 5-HT1A et de leur couplage aux protéines G au niveau du noyau raphé dorsal (NRD) des souris KO par rapport aux WT. Au niveau comportemental, les souris KO 5-HT3 montrent un phénotype apparenté à celui induit par un anxiolytique et par un antidépresseur. Lorsqu’elles reçoivent une injection de citalopram, un ISRS sélectif, les souris 5-HT3 KO ne se comportent pas différemment de leurs contrôles WT dans les tests de screening des antidépresseurs. Cependant, dans ces mêmes tests, l’effet de la fluoxétine, ISRS possédant des propriétés antagonistes pour le récepteur 5-HT3, est perdu chez les souris 5-HT3 KO. Le traitement chronique par le citalopram (20 mg/kg/j) induit une désensibilisation similaire des autorécepteurs 5-HT1A localisés sur les neurones sérotoninergiques du NRD chez les animaux WT et KO. Dans les mêmes conditions, mais en utilisant une dose de citalopram plus faible (5 mg/kg/j), la désensibilisation des autorécepteurs 5-HT1A est plus forte chez les animaux KO que chez les WT, confortant ainsi l’effet potentialisateur de l’invalidation des récepteurs 5-HT3 dans l’efficacité thérapeutique des ISRS. Afin de disséquer le rôle des récepteurs 5-HT3 dans la réponse au stress chronique, le CSDS a fait l’objet d’une validation avec l’agomélatine, antidépresseur de nouvelle génération. Ce stress a engendré des altérations de la mémoire à long terme, en lien avec des modifications de l’expression génique de l’exon IV du BDNF et d’enzymes de régulation épigénétique. Ces effets délétères du stress ont été traités efficacement par l’agomélatine (50 mg/kg/j) en injection chronique, mais cette molécule n’a cependant pas modifié les effets du CSDS sur les phénotypes de type anxieux et dépressifs observés après le stress. Nous avons montré que le CSDS augmentait l’expression génique de la sous-unité 3A du récepteur 5-HT3 dans différentes structures cérébrales des souris WT. De plus, les altérations de l’expression génique de CamkIIa et SOD1 induites par le stress dans le cortex préfrontal des souris WT n’ont pas été retrouvées chez les souris 5-HT3 KO (...)SSRI (selective serotonin reuptake inhibitor) antidepressants are among the most prescribed drugs to treat major depression. However, their efficacy is not optimal yet. Indeed, they possess a long delay of action, various side effects and show not efficacy in some patients. As depression is currently a global burden, there is a great need for new molecules with a better therapeutic efficacy. Recently, an increased attention has been taking to 5-HT3 receptors, notably since the development of vortioxetine, a new generation SSRI that antagonizes this receptor. The aim of the study was to assess the role of 5-HT3 receptor in the antidepressant response and the physiopathology of depression. In this context, we used a genetic approach, by characterizing a knockout (KO) mice model lacking the 3A subunit of the 5-HT3 receptor. Their phenotype and the one of wild-type (WT) control mice was first evaluated in behavioral tests widely used for antidepressant and anxiolytic drugs screening, then following acute SSRI treatments. Effect of chronic SSRI administration was assessed by in vitro electrophysiology. Finally, mice were submitted to the chronic social defeat stress (CSDS) model, to determine the role of 5-HT3 receptor in stress response. In basal conditions, 5-HT turnover was decreased in 5-HT3 KO mice compared with WT mice. This effect was accompanied by an increase in the 5-HT1A receptor gene expression and their coupling to G proteins at the dorsal raphe nucleus (DRN) level. 5-HT3 KO mice displayed anxiolytic-like and antidepressive-like phenotype. When injected with citalopram, a very selective SSRI, 5-HT3 KO mice behaved similarly as WT mice in antidepressant screening tests. However, in the same tests, the effect of fluoxetine, a SSRI that possesses 5-HT3 receptor antagonist properties, was blunted in 5-HT3 KO mice. Chronic treatment with citalopram (20 mg/kg/d) induced in WT and KO mice a similar desensitization of 5-HT1A autoreceptors located on DRN 5-HT neurons. In the same conditions, but using a lower citalopram dose (5 mg/kg/d), 5-HT1A autoreceptor desensitization was higher in 5-HT3 KO mice than in WT mice, thus reinforcing the potentiating effect of the 5-HT3 receptor in the SSRI efficacy. In order to assess the role of 5-HT3 receptor in chronic stress response, CSDS paradigm was validated using agomelatine, a new generation antidepressant drug. This stress model provoked long term memory alterations, linked with modifications in hippocampal mRNA levels of BDNF exon IV and epigenetic modifying enzymes. These deleterious stress effects were prevented by chronic agomelatine treatment (50 mg/kg/d), but this molecule did not modify the stress-induced anxious- and depressive-like phenotypes. We showed that subunit 3A gene expression was increased in various WT mice brain structures subjected to CSDS. Moreover, stress-induced modifications of CamkIIa and SOD1 gene expression in the prefrontal cortex of WT mice were not present in KO mice. Genetic invalidation of 5-HT3 receptor blocked the effects of social stress in some behavioral tests (splash test, saccharine preference test) and on body weight gain. Taken altogether, these data show that 5-HT3 receptor plays an important role in anxiety- and depression-related behaviors. Moreover, invalidation of this receptor increased the effect of a low dose chronic SSRI treatment, and blunted the effect of a SSRI targeting 5-HT3 receptor. These results highlight the interest of this receptor in the development of innovating therapies to treat anxio-depressive disorders. Finally, the reduced sensitivity of 5-HT3 KO mice to chronic stress suggests an involvement of this receptor in stress-related behaviors and depression physiopathology