Astrocyte-neuron relationships in the mechanism of action of selective serotonin reuptake inhibitors : the role of BDNF and 5-HT2A receptor

Les astrocytes joueraient un rôle central dans la physiopathologie des troubles anxio-dépressifs et dans l’activité thérapeutique des antidépresseurs. En effet, différentes études in vitro suggèrent que les inhibiteurs sélectifs de recapture de la sérotonine (ISRS) stimulent la synthèse de substances neuroactives par ces cellules gliales nécessaires à la prolifération, la maturation et la survie neuronale mais également au maintien de la plasticité synaptique. Le Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) fait partie de ces substances mais son origine, notamment astrocytaire, doit encore être démontrée dans les systèmes intégrés tel que l’animal vivant. A partir de ce constat, dans une première partie de ce travail de thèse, nous avons donc voulu préciser si les astrocytes constituent une source cellulaire participant à la synthèse et/ou à la libération de BDNF en réponse à l’administration prolongée d’un ISRS, la fluoxétine d’une part chez des souris naïves et d’autre part chez des souris exposées à la corticostérone pendant plusieurs semaines (modèle « CORT »). Pour cela, nous avons utilisé une stratégie de transfection virale induisant la surexpression de BDNF spécifiquement dans les astrocytes de l'hippocampe. Nos résultats mettent en lumière que cette surexpression provoque des effets de types anxiolytiques-antidépresseurs dépendant de la neurogenèse hippocampique chez des souris naïves soumises au test d’hypophagie induite par la nouveauté mais pas dans le modèle CORT. Nous avons également mis en évidence que le BDNF pouvait agir en retour sur les cellules qui l’ont libéré pour renforcer le réseau astrocytaire (mécanisme autocrine) mais également sur les neurones sérotoninergiques pré-synaptiques (mécanisme paracrine) pour exercer un frein sur la libération de sérotonine dans l’hippocampe. Différents arguments de la littérature suggèrent d’ailleurs que ce dernier mécanisme pourrait être favorable à l’activité anxiolytique de la fluoxétine tel que nous l’avons observé dans ce travail. Sachant que les astrocytes expriment à leur surface, une grande variété de récepteurs sérotoninergiques, nous nous sommes ensuite intéressé à la possibilité que le sous-type de récepteur 5-HT2A pourrait être un élément clé dans la synthèse et/ou la libération de BDNF et de ce fait moduler la réponse au stress et celle à la fluoxétine. Lors de cette seconde étude nous avons appliqué une approche génétique utilisant des souris mutées, privées de manière constitutive du récepteur 5-HT2A (5-HT2A-/-). A l’opposé de la surexpression de BDNF dans les astrocytes, nous avons montré que les souris 5-HT2A-/- sont plus sensibles au stress, modélisé par l’exposition chronique à la corticostérone, et semblent résistantes à la fluoxétine comparées aux souris 5-HT2A+/+. Afin de préciser le mécanisme pouvant rendre compte de ces observations, nous avons mis en évidence que l’inactivation du récepteur 5-HT2A s’accompagne d’une hypersensibilité du frein inhibiteur exercé par les autorécepteurs 5-HT1A somatodendritiques sur le tonus sérotoninergique.Growing evidence demonstrates that astrocytes could play a crucial role in the pathophysiologies of anxiety and depression as well as in the therapeutic activity of antidepressant drugs. Indeed, in vitro studies suggest that the selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs) stimulate the synthesis of neuroactive substances by these glial cells which are necessary for the proliferation and maturation of neuronal progenitors but also for the maintenance of the neuronal survival. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is one of these substances, but its cellular origin has yet to be demonstrated in embedded systems such as living animals. In this context, the first part of this thesis was aimed at clarifying whether astrocytes constitute a source of BDNF in response to the chronic administration of the SSRI, fluoxetine, in both naive and anxio-depressive mice exposed to corticosterone (" CORT" model). In this prospect, we used a novel and efficient gene transfer strategy inducing BDNF overexpression specifically in the astrocytes of the hippocampus. Our results indicated that BDNF overexpression produced anxiolytic-/antidepressant-like activity in the novelty suppressed feeding paradigm in relation with the stimulation of hippocampal neurogenesis in naive mice but not in the CORT model. We also showed that BDNF could act on astrocytes themselves (autocrine mechanism) to improve the hippocampal astrocytic network but also on the pre-synaptic serotonergic nerve terminals (paracrine mechanism) to limit the local serotonin release. Different arguments from the literature suggest that the latter mechanism may be favorable to an anxiolytic-like activity of fluoxetine. Given that astrocytes express at the surface a variety of serotonin receptors, we then raised the possibility that the 5-HT2A receptor subtype may be a key element in the synthesis and/or release of BDNF and thereby modulating the vulnerability to depression and/or the response of fluoxetine. In the second part of this thesis, a genetic approach with mutant mice constitutively lacking the 5-HT2A receptor (5-HT2A-/-) was applied. In contrast to Lenti-BDNF mice, we showed that 5-HT2A-/- mice were more prone to develop anxio-depressive-like symptoms in response to the chronic exposure to corticosterone. Moreover, these mutants were resistant to the chronic administration of fluoxetine compared to 5-HT2A+/+ wild type mice. In order to clarify the mechanism underpinning these observations, we demonstrated that the inactivation of the 5-HT2A receptor was associated with a hypersensitivity of a negative feedback exerted by the somatodendritic 5-HT1A autoreceptors on serotonergic tone.Together these data suggest that astrocytes act in concert with neurons to regulate mood and antidepressant drug response, notably through the synthesis and/or release of BDNF following the activation of the 5-HT2A receptor. More generally, our results illustrate the concept of the tripartite synapse in which the bidirectional communication between astrocytes and monoaminergic neurons would be essential in the regulation of higher brain functions