Étude des déficits de la fonction exécutive dans un modèle animal hyperdopaminergique de la schizophrénie

par Victor Gorgievski

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Bruno Giros et de Eleni Tzavara.

Le président du jury était Charbel Massaad.

Le jury était composé de Eleni Tzavara, Charbel Massaad, Djoher Nora Abrous, Frank Bellivier, Marie-Laure Paillere Martinot.

Les rapporteurs étaient Djoher Nora Abrous, Frank Bellivier.


  • Résumé

    La schizophrénie est une maladie mentale grave qui se caractérise par un spectre hétérogène de manifestations cliniques. L’utilisation des antipsychotiques depuis la fin des années 1940 pour traiter la maladie ne permet au mieux que d’aider à contrôler certains symptômes et n’arrive pas à enrayer son décours. Ceci est particulièrement vrai pour le traitement des symptômes cognitifs (troubles attentionnels, de mémoire, et surtout troubles de la fonction exécutive) qui sont au cœur de la maladie. L’amélioration des performances cognitives des malades par les différents traitements ne peut être considérée comme un succès et il semble que ce soit un rendez-vous manqué tant les besoins thérapeutiques pour traiter ces symptômes sont essentiels dans la schizophrénie. Dans cette thèse nous avons étudié les déficits de la fonction exécutive dans un modèle hyperdopaminergique, les DAT-KO, qui sont des souris invalidées pour le gène du transporteur de la dopamine (DA). [...]. Nous avons dans un premier temps caractérisé notre modèle animal dans l’Attentional Set-Shifting Test (ASST) qui est un équivalent chez le rongeur du Wisconsin Card Sorting Test (WCST), un test permettant de mesurer chez l’Homme les performances de la fonction exécutive. Nous avons démontré que les DAT-KO présentent des performances déficitaires dans l’ASST, conformément à notre hypothèse. En utilisant des antagonistes spécifiques des récepteurs, D1 (le SCH23390) et D2 (le sulpiride) nous avons démontré que le SCH23390 améliorait les performances des souris DAT-KO dans l’ASST contrairement au sulpiride. Ce résultat nous a permis de suggérer que l’hyperdopaminergie, responsable de l’altération de la fonction exécutive des DAT-KO, aurait pour conséquence la sur-activation des récepteurs D1. Nous avons par la suite cherché à voir si l’on peut établir un lien direct entre hyperdopaminergie dans le mPFC qui est reconnu pour être la région traitant le set-shifting et le déficit comportemental. Nous avons modifié la transmission DAergique de deux façons complémentaires, soit par une induction pharmacologique avec un inhibiteur du DAT, le GBR12935, soir par une induction par optogénétique chez les souris DATcre/ChR2 exprimant la Channel Rhodopsin dans les neurones DAergiques. Avec ces deux modèles, nous avons pu montrer que l’action de la DA sur l’altération de la fonction exécutive passait par une sur-activation de la neurotransmission D1 et non D2. Néanmoins, la modulation de l’activité des neurones du PFC par la DA n’est pas uniforme. Elle module les fonctions du PFC en faisant appel à des neurones ayant un rôle spécialisé. Nous avons donc voulu essayer d’établir les mécanismes pouvant être mis en jeu pendant le set-shifting et ainsi essayer d’identifier le substrat neuronal pouvant être impliqué dans la fonction exécutive. A l’aide de deux marqueurs de l’activité neuronale, c-fos et P-ERK, nous avons pu établir que l’activité des neurones du cortex prélimbique (PrL) augmentait pendant une tâche de set-shifting. Nous avons aussi corrélé la modulation par les antipsychotiques du niveau de performance des DAT-KO dans le set-shifting avec le niveau d’activité du PrL et nous avons pu identifier le profil d’activation des deux principales populations neuronales du PFC, les neurones pyramidaux glutamatergiques et les interneurones GABAergiques. Nous avons pu relier ce profil d’activation avec la modulation comportementale des DAT-KO par les antipsychotiques mais aussi par d’autres ligands pharmacologiques actuellement à l’étude comme complément ou traitement alternatif aux antipsychotiques, le LY3979268, un agoniste mGluR2/3 et le CDPPB, un potentiateur mGluR5. L’ensemble de ces résultats nous a permis de mieux comprendre les effets de l’hyperdopaminergie sur le set-shifting mais aussi de pouvoir commencer à identifier le support neuronal de la modulation dopaminergique de la fonction exécutive.

  • Titre traduit

    Study of executive function deficits in a hyperdopaminergic animal model of schizophrenia


  • Résumé

    Schizophrenia is a severe mental illness with a large spectrum of clinical manifestations. Since the introduction of antipsychotic medications in the 40’s, only modest progress has been made in the treatment of the disease. Currently used antipsychotics have only partial efficacy, controlling positive symptoms but usually failing to stop the mental decline of the patient. This lack of full-blown efficacy is particularly evident in the treatment of executive function deficits, which are now considered as core symptoms of schizophrenia. Increased dopamine (DA) neurotransmission is considered as a core neurochemical alteration in schizophrenia and all prescribed antipsychotics are dopamine-D2 receptor antagonists. In addition, major cognitive functions that are disarrayed in schizophrenia depend on proper DA regulation. However, there are no studies investigating the link between increased DA-ergic tone and executive function. The present thesis focuses on executive function deficits in a hyperdopaminergic mouse model, the genetically engineered mouse that lacks the dopamine transporter (DAT; DATKO mouse). First, we characterized our animal model in the Attentional Set-Shifting Test (ASST), which is a rodent adaptation of the Wisconsin Card Sorting Test, a test used to evaluate executive function in humans. DATKO mice had impaired performances in the ASST, confirming our working hypothesis. Systemic administration of the selective D1 antagonist SCH23390 ameliorated the performance of the DATKO in the ASST. In contrast, the D2 antagonist sulpiride had no effect, suggesting that the overactivation of D1 (but not D2) receptors might be involved in hyperdopaminergia-induced ASST deficits. To further investigate a possible causal link between elevated DA and ASST deficits we have induced a hyperdopaminergic state selectively in the prefrontal cortex (PFC), the region involved in executive function. This was done (i) pharmacologically, with local microinfusions of the DAT inhibitor GBR12935; (ii) optogenetically, by generating and utilising a novel transgenic tool the DATcre/ChR2 mice which express Channel-Rhodopsin selectively in DA-ergic neurons. In both constructs, PFC hyperdopaminergia resulted in ASST deficits. These, were reversed with SCH23390 but not with sulpiride, clearly establishing a role for D1 receptors in the deleterious effects of PFC hyperdopaminergia on executive function. It has been postulated that dopamine modulates PFC synaptic plasticity and associated cognitive functions through two distinct but interconnected neuronal populations: glutamatergic (Glu-) pyramidal neurons and GABA- interneurons. Immunocytochemistry experiments combining neuronal activation markers (p-ERK; c-fos) and selective labelling of Glu- versus GABA- neurons allowed to parse the role of these two populations in the ASST. A balaced Glu- versus GABA- activation was necessary for a succesful ASST performance. A dysregulated pattern of Glu- versus GABA- activation correlated with ASST deficits, leading us to speculate a putative link between cortical hyperdopaminergia and cortical Gluhypoactivation. Interestingly, glutamatergic ligands such as the mGluR2/3 agonist LY3979268 and the mGluR5 potentiator CDPPB (which are under current investigation in schizophrenia) corrected both the behavioral deficits and the altered neuronal activation pattern of hyperdopaminergic mice in the ASST. Overall, this work: (i) demonstrates for the first time a causal link between PFC hyperdopaminergia and executive deficits; (ii) proposes and validates a new model to study the cellular, molecular and synaptic mechanisms underlying executive dysfunction; (iii) suggests D1 receptor antagonism, in adjunct with current antipsychotic medications, as a novel therapeutic strategy to treat cognitive dysfunction in schizophrenia.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Descartes-Bibliothèque électronique. Service commun de la documentation. Bibliothèque électronique.
  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire de santé (Paris). Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.