Characterization of the monoaminergic neurotransmission across the light-dark cycle

The monoamines serotonin (5-HT) and dopamine (DA) modulate several physiological and cognitive-affective functions. Alterations in their activity have been implicated in numerous neuropsychiatric disorders. Cumulative evidence indicates that the content and release of 5-HT and DA in the brain varies across the 24 h of the light-dark cycle. In this thesis, we describe three studies. The first two were electrophysiological experiments in anesthetized rats to determine whether diurnal rhythms are present in the firing activity of 5-HT and DA neurons in the dorsal raphe nucleus (DRN) and ventral tegmental area (VTA), respectively. The influence of the hormone melatonin (MLT), a neuroendocrinal signal of photoperiod duration, on 5-HT and DA firing activity was determined also, as were the inhibitory effects of the psychostimulant amphetamine (AMPH) and a direct DA receptor agonist (apomorphine, APO) on VTA DA neuronal firing activity. In a third study, we investigated the effects of APO and AMPH on locomotor activity across the light-dark cycle. From these experiments, we were able to determine the existence of a 24 h diurnal rhythm on spontaneously active 5-HT neurons and their firing rate. The population of spontaneously active DA neurons also has a 24 h rhythm but their firing rate oscillates with a 12 h ultradian rhythm. MLT administration at lower doses (1 mg/kg, i.v.) has an inhibitory effect on DA and 5-HT cell firing rate. The effect of MLT on 5-HT neurons was only observed during daytime and likely mediated by MT1 receptors. Endogenous secretion of MLT seems to exert a tonic inhibition on 5-HT neuron firing activity at night. We observed a stronger suppression of DA firing rate with the lowest dose of APO (25 µg/kg) at nighttime. In contrast, the effect of APO inhibiting locomotor activity was stronger during the light phase at doses of 50 µg/kg. No diurnal variation in DA cell response to AMPH administration was observed. However, AMPH’s effect on locomotor activity was stronger during the daytime particularly at high doses (5 mg/kg). At nighttime, the effects of AMPH were observed as a reduction in immobility. In conclusion, we were able to demonstrate the existence of diurnal rhythms of firing activity in 5-HT and DA neurons. We determined that MLT exerts an inhibitory influence on monoamine neurotransmission. We also demonstrated time of day effects in neuronal and behavioral responses with some doses of APO and AMPH.La sérotonine (5-HT) et la dopamine (DA) sont deux neurotransmetteurs monoaminergiques. Ces substances modulent plusieurs fonctions physiologiques et cognitives et l'altération de leur activité a déjà été impliquée dans plusieurs troubles neuropsychiatriques. Des données cumulatives suggèrent que la concentration et la libération de 5-HT et de DA dans le cerveau varient au cours des 24 heures du cycle lumière/obscurité. Dans cette thèse, nous avons effectué des expériences électrophysiologiques chez des rats anesthésiés pour déterminer si ces rythmes diurnes sont aussi observables dans l'activité des neurones 5-HT et DA du noyau raphé dorsal (DRN) et de l'aire tegmentale ventrale (VTA), respectivement. La mélatonine (MLT) étant un signal neuroendocrinien indiquant la durée de la photopériode, son influence sur l'activité des neurones 5-HT et DA a aussi été analysée. De plus, nous avons évalué les effets inhibiteurs d'un psychostimulant, l'amphétamine (AMPH), ainsi que d'un agoniste direct des récepteurs D1-D2, l'apomorphine (APO), sur l'activité des neurones DA de la VTA et sur l'activité locomotrice des rats au cours du cycle lumière/obscurité. Nous avons observé l’existence d'un rythme circadien dans l'activité de neurones 5-HT spontanément actifs. La population de neurones DA spontanément actifs suit aussi un rythme de 24h mais leur taux de décharge oscille selon un rythme ultradien de 12h. L'administration de MLT à des doses faibles (1 mg/kg, i.v.) a un effet inhibiteur sur le taux de décharge des neurones DA et 5-HT. L'effet de la MLT sur les neurones 5-HT a seulement été observé lors de la phase diurne et est probablement déclenchée par les récepteurs MT1. La sécrétion endogène de MLT semble exercer une inhibition tonique sur le taux de décharge des neurones 5-HT lors de la phase nocturne. Nous avons observé une augmentation de l'inhibition du taux de décharge des neurones DA avec une dose très faible d'APO (25 µg/kg) lors de la phase nocturne. Cependant, l'inhibition de l'activité locomotrice par l'APO est plus forte lors de la phase diurne avec des doses de 50 µg/kg. Aucune variation de la réponse des neurones DA lors de l'administration d'AMPH lors de la phase diurne n'a été observée. Par contre, l'effet de l'AMPH sur l'activité locomotrice est plus puissant lors de la phase diurne, particulièrement avec des doses élevées (5 mg/kg). Lors de la phase nocturne, nous observons une réduction de l'immobilité lors de l'administration d'AMPH. En conclusion, nous avons pu démontrer l'existence de rythmes diurnes du taux de décharge dans les neurones 5-HT et DA. Nous avons déterminé que la MLT exerce une influence inhibitrice sur la neurotransmission monoaminergique. Nous avons aussi démontré un effet du rythme circadien sur les réponses neuronales et comportementales avec plusieurs doses d'APO et d'AMPH