Etude de l'implication du système dopaminergique nigrostrié dans les comportements motivés et l'alcoolodépendance

Alcohol addiction, the most severe form of Alcohol Use Disorder (AUD), is a chronic relapsing disorder characterized by compulsive seeking and drinking of high amount of alcohol, despite knowledge of negatives associated consequences. A critical point explaining relapse is the apparition of a negative emotional state during withdrawal including notably depression, anxiety and apathy (i.e. a loss of motivation). Among the different theories developed to understand the pathophysiology of AUD, the allostatic theory of addiction proposes that negative emotional state as well as emergence of compulsive alcohol use could result from the alteration of neurotransmission systems critical for motivational and emotional functions. In this sense, dopamine (DA), a key modulator of motivational and reward processes, has long been thought to be involved in AUD. However, despite extensive research, its exact contribution to alcohol addiction remains unclear. Previous results from our team, and others, suggest a crucial role of nigrostriatal pathway, composed of the DA neurons of the substantia nigra pars compacta (SNc) projecting to the dorsal striatum, in the control of affective and motivated behaviors. Moreover, an important number of studies have clearly implicated the dorsal striatum in compulsive alcohol use.For this purpose, we first investigated DA level of the nigrostriatal pathway in animals expressing, or not, a compulsive alcohol-related behavior. Rats were trained to self-administer alcohol and the compulsive aspect of the behavior was assessed by coupling alcohol self-administration with the delivery of an electric shock. This negative consequence made it possible to discriminate animals with compulsive behavior, which continued to press despite footshocks, and non-compulsive animals, which stopped pressing when footshocks were added. From these two groups of animals, brain dissections were performed and DA levels in the striatum were quantified by ELISA kit. We observed that animals with compulsive alcohol-related behavior had decreased levels of DA in the nigrostriatal pathway.We next asked whether this nigrostriatal hypoDA leads to a negative emotional and motivational state reminiscent of alcohol withdrawal. To induce a selective and reversible alteration of the nigrostriatal pathway, a chemogenetic approach called Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs (DREADDs) was used. In order to decrease the activity of the nigrostriatal pathway, the inhibitory receptor hM4Di was selectively expressed in DA neurons of the SNc using TH-Cre transgenic rats. To activate this receptor, the synthetic compound C21 was chosen and in vivo electrophysiology and microdialysis experiments were performed to verify that our approach induced a reliable and selective hypoDA state in the nigrostriatal pathway. Then, effect of this experimental hypodopaminergia was assessed on motivation, as well as on anxiety- and depression-related behaviors. We found that nigrostriatal hypoDA was sufficient to induce apathetic-related behavior but had no effect on affective-related behaviors.Finally, in order to provide a causal link to this study, we asked whether nigrostriatal hypoDA was sufficient to induce alcohol-related compulsive behavior. To answer this question, TH-Cre rats were trained to self-administer alcohol and then animals that stopped pressing when self-administration was coupled with the delivery of an electric shock were selected. With this population, which did not initially express a compulsive-related behavior, we induced a hypoDA state of the nigrostriatal pathway using DREADDs, and we observed that this state led the animals to continue pressing despite the electric shock. We concluded that alteration of the nigrostriatal pathway was sufficient to induce a compulsive alcohol-related behavior in animals that did not initially express this phenotype.L’alcoolodépendance est une pathologie chronique récidivante caractérisée par la recherche et la consommation compulsive de grandes quantités d'alcool malgré les conséquences négatives qui lui sont associées. Un point critique proposé pour expliquer la rechute est l'apparition, au cours du sevrage, d'un état émotionnel négatif caractérisé par des symptômes de dépression, d'anxiété et d'apathie (i.e. perte de motivation). Parmi les différentes théories développées pour expliquer la physiopathologie de l'alcoolodépendance, la théorie de l’allostasie dans l’addiction propose que l'état émotionnel négatif et l’usage compulsif d'alcool pourraient résulter de l'altération des systèmes de neurotransmission fondamentaux pour les fonctions motivationnelles et émotionnelles. La dopamine (DA), modulateur clé des processus motivationnels et émotionnels, pourrait avoir un rôle majeur dans cette pathologie, mais son rôle exact reste aujourd’hui mal compris. Des résultats obtenus au sein de notre équipe et d'autres groupes de recherche, suggèrent un rôle crucial de la voie nigrostriée, composée de neurones DA de la substance noire pars compacta (SNc) et projetant au striatum dorsal, dans le contrôle des comportements émotionnels et motivés. De plus, différentes études démontrent clairement l’implication du striatum dorsal dans l’usage compulsif d’alcool.Pour ce faire, nous avons d'abord étudié les niveaux de DA de la voie nigrostriée chez des animaux exprimant, ou non, un comportement de type compulsif lié à l'alcool. Des rats ont été entraînés à s'auto-administrer de l'alcool et le caractère compulsif du comportement réalisé a été évalué en couplant l’auto-administration avec la délivrance d’un choc électrique. Cette conséquence négative a permis de discriminer les animaux présentant un comportement de type compulsif, persistant à appuyer malgré le choc électrique, et les animaux non-compulsifs, arrêtant d’appuyer lors de l’ajout du choc électrique. Les niveaux de DA dans le striatum ont été quantifiés par dosage ELISA. Nous avons observé que les animaux présentant un comportement de type compulsif lié à l'alcool avaient une diminution des niveaux de DA spécifiquement au sein de la voie nigrostriée.Nous avons ensuite étudié si cet état hypoDA de la voie nigrostriée permettait reproduire les déficits motivationnels et émotionnels observés au cours du sevrage. Pour induire cet état nous avons utilisé une approche de chémogénetique appelée DREADD (Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs). Afin de diminuer l’activité de la voie nigrostriée, le récepteur inhibiteur hM4Di a été exprimé sélectivement dans les neurones DA de la SNc en utilisant des rats transgéniques TH-Cre. Pour activer ce récepteur, le composé synthétique C21 a été choisi et des expériences d'électrophysiologie et de microdialyse in vivo ont été réalisées pour vérifier que notre approche induisait une hypoDA fiable et sélective de la voie nigrostriée. L'effet de cette altération a ensuite été évalué sur les comportements motivés, et également liés à l'anxiété et à la dépression. Nous avons constaté que cet état suffisait à induire un comportement de type apathique, mais n'avait aucun effet sur les comportements affectifs.Enfin, nous avons étudié si l’hypoDA de la voie nigrostriée suffisait à induire un comportement compulsif lié à l'alcool. Des rats ont été entraînés à s'auto-administrer de l'alcool puis les animaux qui arrêtaient d’appuyer lorsque l’expérience était couplée à la délivrance d’un choc électrique ont été sélectionnés. Nous avons induit une hypoDA de la voie nigrostriée et nous avons observé que cela conduisait les animaux à continuer à appuyer malgré le choc électrique. L’induction d’un état hypoDA de la voie nigrostriée permettait donc d’induire un comportement de type compulsif lié à l'alcool chez des animaux qui n'exprimaient pas initialement ce phénotype