Neurotensinergic modulation of glutamatergic neurotransmission in VTA neurons

L’aire tegmentaire ventrale (VTA) contient une forte densité de terminaisons neurotensinergiques ainsi que des récepteurs à la surface des neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques. Le VTA a été impliqué dans des maladies comme la schizophrénie, les psychoses et l’abus de substance. Les drogues d’abus sont connues pour induire le phénomène de sensibilisation - un processus de facilitation par lequel l’exposition à un stimulus produit une réponse augmentée lors de l’exposition subséquente au même stimulus. La sensibilisation se développe dans le VTA et implique mécanismes dopaminergiques et glutamatergiques. Il a été montré que les antagonistes neurotensinergiques bloquaient le développement de la sensibilisation et certains mécanismes de récompense et ces effets pourraient être médiés indirectement par une modulation de la neurotransmission glutamatergique. Cependant, on connaît peu les mécanismes de modulation de la transmission glutamatergique par la neurotensine (NT) dans le VTA. Le but de la présente thèse était d’étudier la modulation neurotensinergique de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques du VTA. Pour ce faire, nous avons utilisé la technique du patch clamp dans la cellule entière dans des tranches horizontales du VTA pour étudier les effets de différents agonistes et antagonistes neurotensinergiques. Les neurones ont été identifié comme Ih+ (présumés dopaminergiques) ou  Ih- (présumés non-dopaminergiques) selon qu’ils exprimaient ou non un courant cationique activé par l’hyperpolarisation (Ih). Des techniques d’immunocytochimie ont été utilisées pour marquer les neurones et vérifier leur localisation dans le VTA. Dans une première étude nous avons trouvé que la neurotensine indigène (NT1-13) ou son fragment C-terminal, NT8-13, induisait une augmentation comparable des courants    postsynaptiques excitateurs glutamatergiques (CPSEs) dans les neurones  Ih+ ou Ih- du VTA.  L'augmentation induite dans les neurones  Ih+ par la NT8-13 a été bloquée par le SR48692, un antagoniste des récepteurs NTS1, et par le SR142948A, un antagoniste des récepteurs NTS1 et NTS2, suggérant que l'augmentation était médiée par l’activation des récepteurs NTS1. Dans les neurones Ih- l'augmentation n’a été bloquée que par le SR142948A indiquant une implication des récepteurs NTS2. Dans une deuxième étude, nous avons testé les effets de la D-Tyr[11]NT (un analogue neurotensinergique ayant différentes affinités de liaison pour les sous-types de récepteurs neurotensinergiques) sur les CPSEs glutamatergiques dans les neurones Ih+ et Ih- en parallèle avec une série d’expériences comportementales utilisant un paradigme de préférence de place conditionnée (PPC) menée dans le laboratoire de Pierre-Paul Rompré. Nous avons constaté que la D-Tyr[11]NT induisaient une inhibition dépendante de la dose dans les neurones Ih+ médiée par l'activation de récepteurs NTS2. En revanche, la D-Tyr[11]NT a produit une augmentation des CPSEs glutamatergiques médiée par des récepteurs NTS1 dans les neurones Ih-. Les résultats des expériences comportementales ont montré que des microinjections bilatérales  de D-Tyr[11]NT dans le VTA induisait une PPC bloquée uniquement par la co-injection de SR142948A et SR48692, indiquant un rôle pour les deux types de récepteurs, NTS1 et NTS2. Cette étude nous a permis de conclure que i) la D-Tyr[11]NT agit dans le VTA via des récepteurs NTS1 et NTS2 pour induire un effet de récompense et ii) que cet effet est dû, au moins en partie, à une augmentation de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones non-dopaminergiques (Ih-). Dans une troisième étude nous nous sommes intéressés aux effets de la D-Tyr[11]NT sur les réponses isolées médiées par les récepteurs N-méthyl-D-aspartate (NMDA) et acide α-amino-3-  hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropionique (AMPA) dans les neurones du VTA. Nous avons constaté que dans les neurones Ih+ l’amplitude des CPSEs NMDA et AMPA étaient atténuées  de la même manière par la D-Tyr[11] NT. Cette modulation des réponses était médiée par les récepteurs NTS1 et NTS2. Au contraire, dans les neurones Ih-, l’amplitude des réponses NMDA et AMPA étaient augmentées en présence de D-Tyr[11]NT et ces effets dépendaient de l’activation des récepteurs NTS1 localisés sur les terminaisons glutamatergiques. Ces résultats fournissent une preuve supplémentaire que le NT exerce une modulation bidirectionnelle sur la neurotransmission glutamatergique dans les neurones du VTA et met en évidence un nouveau type de modulation peptidergique des neurones non-dopaminergiques qui pourrait être impliqué dans la sensibilisation. En conclusion, la modulation neurotensinergique de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques du VTA se fait en sens opposé soit, respectivement, par une inhibition ou par une excitation. De plus, ces effets sont médiés par différents types de récepteurs neurotensinergiques. En outre, nos études mettent en évidence une modulation peptidergique de la neurotransmission glutamatergique dans le VTA qui pourrait jouer un rôle important dans les mécanismes de lutte contre la toxicomanie. The ventral tegmental area (VTA) contains a high density of neurotensin (NT) terminals and receptors that are expressed on dopaminergic (DA) and non-DA neurons. This area of the brain is strongly implicated in disorders like schizophrenia, psychosis and drug abuse. Drugs of abuse induce behavioural sensitization- a facilitatory process whereby exposure to a stimulus results in an enhanced response to a subsequent exposure of the same stimulus. Sensitization develops in the VTA and involves glutamatergic neuroadaptations in VTA DA neurons. NT antagonists prevent the development of sensitization and reward mechanisms and this could be mediated through a modulation of glutamatergic neurotransmission in the VTA. However, how NT modulates glutamatergic neurotransmission in VTA neurons remains unclear.  The present thesis was aimed at investigating the NTergic modulation of glutamatergic neurotransmission in VTA DA and non-DA neurons. Whole cell patch clamp electrophysiology in acute VTA horizontal slices was used to study the effects of different NTergic agonists on VTA neurons.  Neurons were classified as either Ih+ (putative dopaminergic neurons) or Ih- (putative non-dopaminergic neurons) based on the presence or absence of a hyperpolarisation activated cationic current (Ih) respectively. Immunohistochemical techniques were routinely used to label neurons and confirm their location in the medial VTA.  In the first study we report that native neurotensin (NT1-13) or its C-terminal fragment, NT8-13 induced comparable increases in the amplitude of glutamatergic excitatory post-synaptic currents (EPSCs) in VTA neurons. The NT8-13 induced augmentation in Ih+ neurons was blocked by SR48692 (NTS1 antagonist) and SR142948A (NTS1/NTS2 antagonist), suggesting that the augmentation effect was mediated by NTS1 receptors. In Ih- neurons, however, only  SR142948A blocked the increase in the EPSC amplitude, indicating the involvement of NTS2.    In the second study we tested the effects of D-Tyr[11]NT (an active NT analog with differential binding affinities for NT receptor subtypes) on glutamatergic EPSCs in Ih+ and Ih- neurons and conducted (by Romrpe’s Lab) a parallel series of behavioral experiments using a conditioned place preference (CPP) paradigm. We found that D-Tyr[11]NT induced a dose dependent inhibition of EPSCs in Ih+ neurons that was mediated by the activation of NTS2 receptor. In contrast, D-Tyr[11]NT dose dependently enhanced glutamatergic EPSCs through an NTS1 receptor involvement in Ih- neurons. Results from behavioural experiments show that bilateral VTA microinjections of D-Tyr[11]NT induced a CPP that was blocked only by co-injection of SR142948A and SR48692, indicating a role for NTS1. This study allowed us to conclude that i) NT acts on VTA NTS1 receptors to induce a rewarding effect and ii) that this effect is due, at least in part, to an enhancement of glutamatergic inputs to non-dopamine (Ih-) neurons.  The third study entailed investigating the effects of D-Tyr[11]NT on isolated n-methyl-D-aspartate (NMDA) and  α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) receptor mediated EPSCs in VTA neurons. We found that in Ih+  neurons both NMDA and AMPA EPSC amplitudes were attenuated by D-Tyr[11]NT. This attenuation appeared to be mediated by both NTS1 and NTS2 receptors. In Contrast, in Ih- neurons both NMDA and AMPA EPSC amplitudes were enhanced by an NTS1 dependent mechanism. Additionally, the enhancement effect resulted from a presynaptic potentiation of glutamatergic inputs. These results provide additional evidence that NT exerts a bidirectional modulation on glutamatergic neurotransmission in VTA neurons and highlights a novel peptidergic modulation of non-DA neurons that might be implicated in sensitization mechanisms.  Altogether, our studies allowed us to conclude that the NTergic modulation of glutamatergic neurotransmission in VTA DA and non-DA neurons is oppositely regulated by NTS2 and NTS1 receptors respectively. Additionally it highlights a peptidergic modulation of glutamatergic inputs to VTA non-DA neurons that might be crucial for addiction mechanisms.

Keyphrases: Dopamine, Aire tegmentaire ventrale, Glutamate, Neurotensine, Courant postsynaptique excitateur, VTA, NT, Dopamine, Glutamate, Patch-clamp, VTA, NT, EPSCs