Bases neuro-développementales de la susceptibilité à l’anxiété : apports de l’étude du système habénulo-interpédonculaire

Reward circuits of the brain are neuronal networks that modulate positively or negatively the motivation to act according to the situation. They are essential for the survival of the subject and of species by selecting the appropriate behaviors, such as fleeing the danger or searching for food. Dysfunctions of these circuits can lead to mood disorders and addictions. Although these psychiatric disorders can emerge in adulthood, according to the neurodevelopmental hypothesis they can find their origins at a much earlier stage. Indeed, there are periods of development, called critical periods of development, during which genetic and environmental factors influence the maturation of neuronal circuits. A stressful environment and/or defaults in the expression of developmental genes during these critical periods can lead to the malformation of neuronal circuits, including the reward circuits, creating a predisposition to psychiatric disorders. The habenulo-interpeduncular system (HIPS), composed of the medial habenula (MHb) and its main target, the interpeduncular nucleus (IPN), emerges as a key component of the reward circuits. It is notably involved in disorders such as addiction, anxiety and depression. Our team has recently identified the Otx2 transcription factor as an essential genetic factor for the formation of the MHb and IPN. Otx2 expression is maintained in the HIPS throughout life, strongly in the last neurons generated in the MHb (Otx2High neurons) and in neurons of the lateral and central subnucleus of the caudal IPN, suggesting that it might also play a role in the maturation and functioning of the HIPS. We already know that in the ventral tegmental area (VTA), another actor of the reward circuits, a chronic stress, endured during a specific period of childhood decreases the expression level of Otx2 and predisposes to depression and anxiety. It is thus possible that Otx2 might play a similar function in the HIPS response to stress during periods of development. This thesis work aimed to better understand how genetic and environmental factors affecting the development of the HIPS could lead to the development of psychiatric disorders.The first part of this thesis shows that Otx2High neurons of the MHb project on the Otx2+ neurons of the IPN, revealing an Otx2-dependant sub-circuit in the HIPS. The MHb was then chemogenetically activated with the use of DREADD to verify that Otx2High neurons of the MHb are indeed able to modulate the activity of the Otx2+ neurons of the IPN and confirmed the idea that these neurons constitute a sub-circuit of the HIPS, labelled with the expression of Otx2, that we will call the HIPOPS (Habenulo-InterPeduncular-Otx2-Positive-System).In the second part of this project, a critical period of development during which the HIPS is more sensitive to stress has been searched. By using Fos and Egr1, two neuronal markers of activity, we identified a preadolescent period during which the HIPS is more responsive to chronic stress. Interestingly, that chronic stress involves more particularly the activity of the HIPOPS, emphasizing the implication of that sub-circuit in the stress response.In the third part, a “2-hit” stress protocol of chronic stress has been developed and revealed that a chronic stress endured during preadolescence predisposes to anxiety but not to depression in the long-term. In the last part, the effects of Otx2 conditional deletion in the HIPS has been assessed. This study shows that Otx2 deletion in the MHb protects from the deleterious effects of preadolescent chronic stress on anxiety symptoms. This work, therefore, demonstrates that the interaction between environment (stress) and genes (Otx2) during preadolescence determines the susceptibility to develop chronic anxiety in the long term and that one of the cellular support of that susceptibility is the HIPOPS, a circuit lodged inside the HIPS, recognizable by Otx2 expression.Les circuits de récompense du cerveau sont des réseaux neuronaux qui modulent positivement ou négativement la motivation à agir. Ils sont essentiels à la survie en sélectionnant les comportements adaptés à la situation, comme fuir les dangers ou rechercher de la nourriture. Leurs dysfonctionnements peuvent entraîner des troubles de l’humeur et des addictions. Bien que ces troubles psychiatriques se manifestent chez l’adulte, selon l’hypothèse neuro-développementale ils peuvent avoir une origine plus précoce. En effet, il existe des périodes particulières du développement appelées périodes critiques, durant lesquelles les facteurs génétiques et environnementaux influencent la maturation des circuits neuronaux. Un environnement stressant et/ou un défaut d’expression de gènes développementaux durant ces périodes, peuvent conduire à la malformation de ces circuits neuronaux, dont le système de récompense, et ainsi créer une prédisposition à des maladies psychiatriques. Le système habénulo-interpédonculaire (HIPS), constitué de l’habénula médiane (MHb) et de sa principale cible, le noyau interpédonculaire (IPN), émerge comme un composant clé de ce système de récompense. Il est impliqué dans des pathologies comme l’addiction, l’anxiété et la dépression. Notre équipe a récemment montré que le facteur de transcription Otx2 est essentiel pour la formation du HIPS. Son expression est maintenue dans le HIPS tout au long de la vie, fortement dans les derniers neurones générés dans la MHb (neurones Otx2High) et dans les sous-noyaux latéraux et le sous-noyau central de l’IPN caudal, suggérant qu’il pourrait aussi jouer un rôle dans la maturation et le fonctionnement du HIPS. Dans l’aire tegmentale ventrale (VTA), un autre acteur du système de récompense, un stress chronique subi pendant l’enfance diminue le niveau d’expression d’Otx2 et prédispose à la dépression et à l’anxiété. Otx2 pourrait jouer un rôle similaire dans la réponse du HIPS au stress pendant des périodes critiques du développement. Ce travail de thèse vise à mieux comprendre comment des facteurs génétiques et environnementaux affectant le développement du HIPS peuvent conduire à l’apparition de troubles psychiatriques. La première partie de la thèse montre que les neurones Otx2High de la MHb projettent sur les neurones Otx2+ de l’IPN, révélant l’existence d’un sous-circuit Otx2 dépendant dans le HIPS. L’activation chémo-génétique de la MHb à l’aide d’un DREADD a confirmé que les neurones Otx2High de la MHb sont capables de moduler l’activité des neurones Otx2+ de l’IPN et démontre qu’ils forment un sous-circuit au sein du HIPS, marqué par l’expression d’Otx2 et dénommé HIPOPS (Habenulo-InterPeduncular-Otx2-Positive-System).Dans la deuxième partie de ce projet, la période critique du développement du HIPS sensible au stress a été recherchée. L’utilisation des marqueurs d’activation neuronale Fos et Egr1 a permis d’identifier une période préadolescente durant laquelle le HIPS est plus réactif à un stress chronique. De manière intéressante, ce stress chronique engage particulièrement l’activité du HIPOPS, soulignant l’implication de ce sous-circuit dans la réponse au stress. Dans la troisième partie, un modèle de stress chronique « à deux coups » a été développé, et révèle que ce stress chronique subi durant la préadolescente prédispose à l’anxiété mais pas à la dépression à long-terme. Dans une dernière partie, les effets d’une délétion conditionnelle d’Otx2 dans le HIPS sur ces comportements ont été étudiés. Cette étude a permis de montrer que la délétion d’Otx2 dans la MHb protège des effets délétères du stress chronique préadolescente sur l’anxiété. Donc, l’interaction entre environnement (le stress) et gènes (Otx2) à la préadolescence détermine la susceptibilité à développer une anxiété chronique à long-terme et qu’un des supports cellulaires de cette susceptibilité est le HIPOPS, un circuit logé au cœur du HIPS, identifié par l’expression d’Otx2