Roles of astroglial cannabinoid type 1 receptors (CB1) in memory and synaptic plasticity

par Laurie Robin

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Giovanni Marsicano.

Soutenue le 30-11-2018

à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux) , en partenariat avec Endocannabinoïdes et neuroadaptation (équipe de recherche) et de Physiopathologie de la plasticité neuronale (Bordeaux) (laboratoire) .

Le président du jury était Guillaume Ferreira.

Le jury était composé de Agnès Nadjar, Gilles Bonvento.

Les rapporteurs étaient Carsten T. Wotjak, Christian Henneberger.

  • Titre traduit

    Rôles du récepteur aux cannabinoïdes de type 1 des astrocytes dans la mémoire et la plasticité synaptique


  • Résumé

    Le système endocannabinoïde est un important modulateur des fonctions physiologiques. Il est composé des récepteurs aux cannabinoïdes, de ses ligands lipides endogènes (les endocannabinoïdes) et de la machinerie enzymatique pour leur synthèse et leur dégradation. Les récepteurs aux cannabinoïdes de type 1 (CB1) sont exprimés dans différents types cellulaires dans le cerveau et sont connus pour être impliqués dans les processus mnésiques. Les endocannabinoïdes sont mobilisés dépendamment de l’activité notamment dans les régions cérébrales impliquées dans la mémoire telle que l’hippocampe. Dans cette région, les récepteurs CB1 sont exprimés au niveau des terminaisons neuronales présynaptiques où leur stimulation inhibe la libération de neurotransmetteurs, modulant ainsi différentes formes d’activité synaptique. Outre leur expression sur les neurones, les récepteurs CB1 sont également exprimés par les astrocytes. Avec l’élément pré- et post-synaptique, les astrocytes font partis de la « synapse tripartite » où ils participent à la plasticité synaptique et les processus mnésiques associés. De manière intéressante, la stimulation des récepteurs CB1 astrocytaires facilite la transmission glutamatergique dans l’hippocampe. Dans cette région, les astrocytes régulent l’activité des N-methyl-Daspartate receptors (NMDARs) à travers le contrôle des niveaux synaptiques de leur co-agoniste, la D-serine, modulant ainsi la plasticité synaptique à long terme. Cependant, le mécanisme entrainant la libération de D-serine par les astrocytes n’est pas identifié. De manière intéressante, notre laboratoire a montré que les effets délétères des cannabinoïdes exogènes sur la mémoire de travail spatial sont médiés par les récepteurs CB1 astrocytaires à travers un mécanisme dépendant des NMDARs dans l’hippocampe. Cependant, le rôle physiologique des récepteurs CB1 astrocytaires restent méconnus. Une des formes de mémoire impliquant le récepteurs CB1 est la mémoire de reconnaissance d’objet (NOR). La stimulation exogène des récepteurs CB1 hippocampique inhibe la consolidation de la NOR mais la délétion constitutive des récepteurs CB1 n’affecte pas la NOR, suggérant que la signalisation des récepteurs CB1 endogènes n’est pas nécessaire. Cependant, de récentes études soulignent que la délétion globale du gène CB1 pourrait masquer le rôle des récepteurs CB1 des différents types cellulaires. Ceci indique la nécessité de nouveaux outils plus sophistiqués afin de totalement comprendre le rôle physiologique du système endocannabinoïde dans des comportements complexes. Dans cette étude, nous avons étudié le rôle physiologique des récepteurs CB1 astrocytaires dans la formation de la NOR et la plasticité synaptique. En utilisant une combinaison d’approches génétiques, comportementales, électro-physiologiques, d’imagerie et de biochimie, nous avons montré que l’activation endogène des récepteurs CB1 astrocytaires est nécessaire pour la consolidation de la NOR à long terme, et ceci à travers un mécanisme impliquant l’apport en D-sérine, afin de stimuler l’activité des NMDARs synaptiques de l’hippocampe dorsal. Cette étude révèle un mécanisme inattendu à la base de la libération de D-sérine, entrainant l’activité des NMDARs et la formation de la mémoire à long terme.


  • Résumé

    The endocannabinoid system is an important modulator of physiological functions. It is composed of cannabinoid receptors, their endogenous lipid ligands (the endocannabinoids) and the enzymatic machinery for endocannabinoid synthesis and degradation. The type-1 cannabinoid receptors (CB1) are expressed in different cell types of the brain and are known to be involved in memory processes. Endocannabinoids are mobilized in an activity-dependent manner in brain areas involved in the modulation of memory such as the hippocampus. In this brain region, CB1 receptors are mainly expressed at neuronal pre-synaptic terminals where their stimulation inhibits the release of neurotransmitters, thereby modulating several forms of synaptic activity. Besides their expression in neurons, CB1 receptors are also expressed in astrocytes. Along with the pre- and post-synaptic neurons, astrocytes are part of the “tripartite synapse”, where they participate in synaptic plasticity and associated memory processes. Interestingly, modulation of astroglial CB1 receptors has been proposed to facilitate glutamatergic transmission in the hippocampus. In this brain area, astrocytes regulate the activity of N-methyl-D-aspartate receptors (NMDARs) through the control of the synaptic levels of their co-agonist D-serine, thereby mediating long-term synaptic plasticity. However, the mechanisms inducing D-serine release by astrocytes are still not identified. Interestingly, our laboratory showed that the negative effect of exogenous cannabinoids on spatial working memory is mediated by astroglial CB1 receptors through a NMDAR-dependent mechanism in the hippocampus, but the physiological role of astroglial CB1 remains unknown. One of the forms of memory involving CB1 receptors is novel object recognition (NOR) memory. The exogenous stimulation of hippocampal CB1 receptors inhibits the consolidation of long-term NOR formation. Constitutive global deletion of CB1 receptors in mice leaves NOR memory intact, suggesting that endogenous CB1 receptor signaling is not necessary for long-term NOR. However, recent studies pointed-out that, likely due to compensatory mechanisms, the global deletion of the CB1 gene might mask cell type-specific roles of CB1 receptors, indicating that more sophisticated tools are required to fully understand the physiological roles of the endocannabinoid system in complex behavioral functions. In this work, we investigated the physiological role of the astroglial CB1 receptors on NOR memory formation and synaptic plasticity. By using a combination of genetic, behavioral, electrophysiological, imaging and biochemical techniques, we showed that endogenous activation of astroglial CB1 receptors is necessary for the consolidation of long-term NOR memory, through a mechanism involving the supply of D-serine to enhance synaptic NMDARs-dependent plasticity in the dorsal hippocampus. This study uncovers an unforeseen mechanism underlying D-serine release, triggering NMDARs activity and long-term memory formation.ory.


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