Modifications of the expression of genes involved in the metabolism of cerebral cholesterol induced by the exposure to alcohol and cocaine

L’addiction aux drogues est une maladie comportementale récidivante caractérisée par une recherche et une prise compulsive de drogues, une perte de contrôle sur la prise malgré les conséquences négatives et l’émergence d'un état émotionnel négatif lors de l’absence de la drogue. L’addiction implique des neuroadaptations cérébrales persistantes. Des études récentes montrent que le cholestérol joue un rôle crucial dans le fonctionnement cérébral en participant à divers processus cellulaires et, en particulier, au contrôle de la neurotransmission. L’objectif de ce travail de thèse consistait à étudier l’implication potentielle du métabolisme du cholestérol dans l’addiction et en particulier si ce métabolisme était affecté par les drogues d’abus. Dans ce travail, nous avons étudié l’expression de gènes codant des protéines impliquées dans le métabolisme du cholestérol cérébral après une consommation volontaire chronique d’alcool par des rats et après des injections aigues ou chroniques de cocaïne. Nous avons analysé l’expression de ces gènes dans des structures cérébrales impliquées dans l’addiction, notamment le cortex préfrontal, le noyau accumbens, l’amygdale et l’hippocampe. Nous avons trouvé que l’exposition à l’alcool et à la cocaïne modifient l’expression des protéines impliquées dans la synthèse, le transport et la dégradation du cholestérol de façon spécifique de la drogue, du traitement (aigu/chronique) et de la région cérébrale étudiée. Dans une deuxième partie de la thèse, nous avons utilisé une approche virale permettant de surexprimer la CYP46A1, l’enzyme de dégradation du cholestérol cérébral dans le cortex préfrontal afin d’évaluer l’impact de cette surexpression sur la recherche de cocaïne dans un modèle de rechute. La surexpression de la CYP46A1dans cette structure n’a eu aucun impact sur la recherche de cocaïne. Des études futures seront nécessaires pour déterminer si l’altération de l’expression de cette enzyme dans d’autres structures, comme par exemple le noyau accumbens, pourrait avoir des effets bénéfiques sur la rechute. L’ensemble de ces travaux montrent que l’exposition aux drogues d’abus modulerait le métabolisme cérébral du cholestérol dans certaines structures cérébrales. Ce projet de thèse ouvre de nouvelles perspectives quant au rôle du métabolisme du cholestérol cérébral dans l’addiction, et il pourrait en résulter de nouvelles thérapeutiques dans le traitement de cette maladie psychiatrique coûteuse.Drug addiction is a chronic brain disease characterized by drug-seeking and compulsive drug taking, a loss of control over drug taking despite the negative consequences and the emergence of a negative emotional state in the absence of the drug. Addiction involves persistent neuroadaptations at the cerebral level. Recent evidences show that cholesterol plays a crucial role in brain function by participating in various cellular processes in particular in the control of neurotransmission. The aim of this thesis was to investigate the potential role of cholesterol in addiction and in particular a potential dysregulation of cholesterol metabolism in response to drugs of abuse. In this work, we investigated the expression of genes encoding proteins involved in the metabolism of cerebral cholesterol after a chronic voluntary consumption of alcohol from the rats and after acute or chronic exposure to cocaine. We analyzed gene expression in brain structures involved in addiction such as the prefrontal cortex, the nucleus accumbens, the amygdala and the hippocampus. We found that exposure to alcohol and cocaine modifies the expression of proteins involved in the synthesis, the transport and the degradation of cholesterol in drug-specific, treatment- specific (acute / chronic) and region-specific manners. In the second part of the thesis, we used a viral approach to overexpress CYP46A1, the cerebral cholesterol degradation enzyme in the prefrontal cortex, in order to evaluate the impact of this overexpression on cocaine-seeking in a model of relapse. The overexpression of CYP in this structure has no effect on drug-seeking for cocaine. Future studies are needed to determine whether altering cholesterol metabolism in other structures, for example the nucleus accumbens, may have beneficial effects on relapse. Altogether these studies show that exposure to drugs of abuse might modulate cerebral metabolism of cholesterol. This thesis project opens new perspectives on the role of cholesterol cerebral metabolism in addiction which may ultimately result in new therapeutic avenues for the treatment of this costly psychiatric disorder