Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Récepteurs nicotinique“

Les récepteurs canaux pentamériques (RCPs) sont des protéines transmembranaires fondamentales pour la neurotransmission. Ils sont responsables de la transduction rapide des signaux électrochimiques par l'ouverture d'un canal ionique suite à la liaison de neurotransmetteurs. Nous nous intéressons particulièrement au récepteur nicotinique à l'acétylcholine α7 (nAChR), impliqué dans les fonctions cognitives du système nerveux central et associé à la maladie d'Alzheimer et à la schizophrénie, ainsi qu'au récepteur nicotinique α3β4 impliqué dans la dépendance à la nicotine et à l'alcool. Ces récepteurs sont intégrés dans la membrane plasmique, et certains lipides ont été décrits comme essentiels à leur fonction soit par liaison directe soit en modifiant les propriétés physiques de la membrane plasmique. Cependant, les études sur les interactions entre les récepteurs nAChRS neuronaux et les lipides sont encore très fragmentaires. Ce projet consiste à étudier l'impact de l'environnement membranaire sur la fonction des nAChRs. Premièrement, en mesurant l'affinité apparente de liaison des agonistes, afin d'évaluer l'état de la protéine et sa capacité à réaliser des transitions allostériques, nous avons montré que l'extraction en micelles de détergents ne permettait pas de conserver la fonction des deux récepteurs. Deuxièmement, nous avons entrepris une analyse pharmacologique en électrophysiologie pour déterminer l'effet direct de certains acides gras sur le récepteur alpha7, et nous avons identifié leur site de liaison par mutagénèse. Ce travail montre l'importance des lipides sur la fonction du récepteur et ouvrira la voie à la compréhension des mécanismes de régulation allostérique des acides gras au niveau du domaine transmembranaire. Il permettra également de mener des expériences de biologie structurale dans un environnement membranaire contrôlé, et d'examiner des composés synthétiques en cours de développement clinique pour le traitement des maladies neurodégénératives et du cancer<br>Pentameric channel receptors (PCRs) are transmembrane proteins fundamental to neurotransmission. As allosteric receptors, they mediate the rapid transduction of electrochemical signal through the opening of an ion channel upon neurotransmitters binding. We are particularly interested in α7nicotinic acetylcholine homomeric receptor (nAChR), which is involved in cognitive functions of the central nervous system and is associated with Alzheimer's disease and schizophrenia; and in the α3β4nicotinic receptor implicated in nicotine addiction and alcohol dependance. These receptors are embedded in the plasma membrane, and some lipids have been described as essential to their function, either by direct binding or by modifying the physical properties of the plasma membrane. However, the studies on the interactions between neuronal nAChRs and lipids remain very fragmentary. This project aims to study the impact of the membrane environment on the function of nAChRs. First,by measuring the apparent binding affinity of agonists to evaluate the state of the protein and its ability to undergo allosteric transitions, we show that detergent extraction impairs the function of the receptor. Second, we have undertaken a pharmacological analysis by voltage-clamp of the interaction of alpha7with fatty acids, as well as site-directed mutagenesis to identify their binding site. This work demonstrates the importance of lipids on receptor function and will pave the way for understanding the allosteric regulatory mechanisms of fatty acids at the transmembrane domain level. It will also enable structure biology experiments in a controlled membrane environment and examine synthetic compounds for the treatment of neurodegenerative diseases and cancer

Le travail décrit dans cette thèse porte sur la conception, la synthèse, l'étude physico-chimique et l'évaluation biologique de nouveaux ligands des récepteurs cholinergiques nicotiniques de structure chimique arylpyridine. Cette nouvelle famille de composés est issue du programme de recherche "récepteurs nicotiniques" initié récemment au Centre d'Etudes et de Recherche sur le Médicament de Normandie. Après un rappel de généralités à propos des récepteurs cholinergiques nicotiniques, leurs localisations, leurs structures, leurs différents sous-types, leurs rôles biologiques et les ligands les plus caractéristiques qui leur sont associés, l'étude chimique est développée. Les travaux réalisés concernent les différentes approches synthétiques développées pour la préparation de composés appartenant à notre série leader : les 6-alkyl-2-aryl-1,2,3,4-tétrahydropyridin-4-ones, en série racémique et chirale, ainsi que les multiples pharmacomodulations entreprises au niveau de ce motif afin de déterminer les requis structuraux nécessaires à l'activité biologique. Des voies de synthèses originales permettant l'accès à de nouvelles familles de dérivés ligands potentiels, utilisant les b-aminoacides comme précurseurs de synthèse, sont également exposées. Les résultats pharmacologiques les plus significatifs, obtenus avec nos composés les plus actifs au cours de diverses études in vitro et comportementales in vivo, sont exposés. Ces études ont permis d'identifier un dérivé leader possédant un profil pharmacologique inédit de modulateur allostérique négatif des récepteurs nicotiniques neuronaux. Enfin, la partie expérimentale de ce document décrit l'ensemble des structures chimiques avec leurs caractéristiques physico-chimiques et plus de deux cents références bibliographiques placent cette étude dans ses contextes chimiques et pharmacologiques.

Ma thèse s’inscrit dans la lignée de travaux précédents du laboratoire qui ont montré chez les souris KO pour la sous-unité nicotinique β2 (β2-/-), i) des modifications du comportement d’exploration d’un nouvel environnement; ii) une disparition des bouffées de potentiels d’action de l’activité spontanée des neurones dopaminergiques ainsi que l’augmentation en fréquence et en bouffées après par une injection systémique de nicotine ; iii) une restauration des rythmes DAergiques spontanés et de la réponse à la nicotine, après une injection de lentivirus permettant la ré-expression localisée dans l’aire tegmentale ventrale (VTA) de la sous-unité β2. De plus, l’auto-administration intra-craniale de nicotine, dans la VTA, perdu chez le β2-/- et restaurée par ré-expression lentiviral de la sous-unité β2, avaient suggéré un rôle important de cette sous-unité dans le renforcement à long-terme. Dans ce contexte, ma thèse a eu pour objectif de préciser les liens entre le comportement d’exploration et l’activité spontanée des neurones DAergiques ainsi que la modification de leur patron de décharge en réaction à la nicotine et le renforcement à long-terme. Dans un premier temps, il était nécessaire de développer des analyses comportementales permettant d’identifier précisément les bases éthologiques à l’origine des modifications comportementales observées chez β2-/-. En effet, les souris sauvages en environnement « ouvert » ont un comportement d’exploration qui consiste en une alternance de mouvements et d’arrêts, chaque arrêt étant lui-même composé de micro-comportements (redressements, mouvements de tête, reniflement ou nettoyage). Mes analyses ont pu mettre en évidence des modifications des probabilités conditionnelles (chaine de Markov) entre certains micro-comportements et l’entrée de l’animal au centre de l’environnement « ouvert ». Ces arrêts particuliers, composés de redressements et de mouvements de tête (« scanning »), ont été interprétés comme des moments particuliers de « prise de décision » chez la souris contrôle et disparaissent chez le β2-/-. Ces moments particuliers sont restaurés lorsqu’on ré-exprime cette sous-unité spécifiquement dans la VTA. Afin de disséquer plus finement la relation entre bouffées de potentiel d’action, « prise de décision » et renforcement à la nicotine, modifiée chez les animaux β2-/-, j’ai étudié les animaux KO pour les partenaires de la sous-unité β2 : α4 et α6. Alors que les animaux α6-/- présentent un phénotype similaire aux animaux contrôles, les animaux α4-/- ont montré des modifications des propriétés électrophysiologiques des neurones DAergiques, du comportement d’exploration et du renforcement à la nicotine. On retrouve chez ces animaux α4-/- les même modifications de l’exploration que chez β2-/-. Parallèlement, les neurones DAergiques, enregistrés chez les animaux anesthésiés α4-/-, expriment des rythmes spontanés moyens en fréquence et en bouffées similaires aux contrôles, mais présentent une structure des bouffées DAergiques différente avec un allongement de leur durée. Ceci suggère que la modification de la structure des bouffées des neurones DAergiques est suffisante pour modifier le comportement d’exploration. D’autre part, ces animaux ne s’auto-administrent la nicotine qu’à court terme et leurs neurones DAergiques répondent par une augmentation de fréquence à l’injection de nicotine, sans réponse en bouffées. Ceci suggère que cette sous-unité est nécessaire à la transition tonique/phasique induite par la nicotine et qu’il existe une corrélation entre décharge en bouffées des neurones DAergiques de la VTA et renforcement à long-terme par la nicotine. Ce KO a aussi offert la possibilité de caractériser un nouveau mode de genèse des bouffées dopaminergiques par l’acétylcholine et la nicotine. Le mécanisme que j’ai mis en évidence, grâce à des marquages immunohistochimiques, suggère que la dépolarisation locale provoquée par l’ouverture des canaux nicotiniques contenant α4 pourraient se propager à des canaux calciques voltage-dépendants au sein de « clusters » membranaires. Tout ceci suggère, bien que les conditions expérimentales diffèrent, une forte corrélation entre transition tonique/phasique des neurones DAergiques, comportement interprété comme « prise de décision » et renforcement à long-terme à la nicotine.

Le travail décrit dans cette thèse porte d'une part sur la conception, la synthèse, l'étude physicochimique et l'évaluation pharmacologique de nouveaux pyridinyléthers potentiellement ligands des récepteurs cholinergiques nicotiniques. D'autre part, ce travail concerne l'étude d'une réaction multicomposant, la réaction de Petasis, en série pyridinique conduisant à la synthèse de nouveaux complexes. Dans une première partie, après un rappel de généralités concernant les récepteurs cholinergiques nicotiniques, leur localisation, leur structure et leur fonctionnement, ainsi que la description des méthodes actuelles de la chimie parallèle au service du criblage, l'étude chimique est développée. Les travaux réalisés concernent les différentes approches synthétiques pour préparer les pyridinyléthers ainsi que les différentes études de stabilité et de réactivité. Une petite chimiothèque a donc été construite dans un souci de diversité moléculaire. Les premiers résultats pharmacologiques sont présentés et les études se poursuivent actuellement. Dans une seconde partie, après un rappel sur les réactions multicomposants, la réaction de Petasis en série pyridinique est étudiée dans un objectif de parallélisation de la réaction. La mise en œuvre de cette réaction nous a permis d'obtenir des composés originaux dont nous avons déterminé le plus précisément possible la structure comme étant des complexes (1:1) de dioxaborolanone et d'amine. La partie expérimentale de ce document décrit les modes opératoires et les caractéristiques physicochimiques des composés présentés. Enfin, plus de 270 références bibliographiques replacent cette étude dans son contexte chimique et pharmacologique<br>The present study describes, on the one hand, the synthesis, the physicochemical study and the biological evaluation of novel pyridylethers as potential nicotinic cholinergic receptor ligands. On the other hand, the Petasis reaction, a multicomponent reaction, is used in the pyridine series to synthesize novel complexes. In the first part, after a general review about nicotinic cholinergic receptors, their localization, their structure and their function as well as a description of different technologies used in parallel chemistry, the chemical study is developed. Various synthetic approaches to prepare pyridylethers were used, along with studies on stability and reactivity. A small but diverse chemical library was accomplished. The first biological results are reported. Further tests are currently under investigation. In the second part, after a general review about multicomponent reactions, the Petasis reaction was studied with an emphasis parallelization. The implementation of this reaction allowed us to obtain original compounds whose structure was investigated and determined as complex (1:1) of dioxaborolanone and an amine. The experimental part of this document describes the procedures and the physicochemical characteristics of the compounds presented. Finally, more than 270 bibliographical references replace this study in its chemical and biological context

Le tabagisme, qui concerne un milliard de personnes à travers le monde, est à l’origine de plus de 8 millions de décès évitables par an, et constitue ainsi un enjeu sanitaire majeur. La nicotine, principal composé actif du tabac, agit au niveau du système nerveux en se liant aux récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChR). Cette liaison produit de manière concomitante des effets récompensants et aversifs, permettant respectivement de promouvoir et limiter la consommation de tabac. Les nAChR sont exprimés au niveau du système de la récompense, notamment l’aire tegmentale ventrale (VTA), mais également dans de nombreuses autres régions cérébrales perturbées par la nicotine. L’objectif de mes travaux de thèse a été d’étudier l’effet de la nicotine sur deux voies cérébrales centrées sur la VTA et non canoniques : la voie reliant noyau interpédonculaire (IPN) et la VTA d’une part, et la voie projetant de la VTA vers le claustrum (CLA) d’autre part. J’ai dans un premier temps étudié l’implication de l’IPN dans le renforcement à la nicotine. Nous avons montré que les neurones de l’IPN répondent de manière hétérogène à la nicotine, et découvert qu’ils sont sensibles à de faibles doses de nicotine qui n’activent pas la VTA. A l’aide de nouveaux outils chémogénétiques que j’ai développés, nous avons mis en évidence que les nAChR contenant β4 de l’IPN jouent un rôle de frein sur la réponse à la nicotine dans la VTA, et diminuent ainsi l’effet récompensant de la drogue. L’IPN ne jouerait donc pas uniquement un rôle dans l’aversion mais également dans le renforcement à la nicotine. Dans un second temps, j’ai étudié comment une exposition prolongée à la nicotine modifie les interactions sociales, et comment la voie VTA-CLA pourrait participer à ces perturbations comportementales. Nous avons observé qu’une exposition chronique à la nicotine produit une augmentation de la saillance d’un stimulus social nouveau dans une tâche trois-chambres, se traduisant par une augmentation du temps passé avec le nouveau congénère. De plus, l’activation optogénétique de la voie VTA-CLA induit une perte de la préférence pour le stimulus social nouveau dans la tâche trois-chambre, tandis que la stimulation optogénétique non contingente reproduit les effets comportementaux d’une exposition prolongée à la nicotine. La voie VTA-CLA semble donc impliquée dans la saillance pour de nouveaux stimuli sociaux, et cette fonction serait perturbée par la nicotine chronique. L’ensemble de ces travaux permet de mettre en évidence l’importance de ces deux nouvelles voies non canoniques dans l’addiction à la nicotine<br>Smoking affects one billion people worldwide, and is responsible for over 8 million preventable deaths a year, making it a major health concern. Nicotine, the main active compound in tobacco, acts on the nervous system by binding to nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs). There is a wide diversity of nAChR subunits (��2 to 10 and β2 to 4) which assemble in different combinations to form pentameric receptors with different biophysical properties and localizations. Nicotine concomitantly produces rewarding and aversive effects, promoting and limiting nicotine consumption, respectively. While nAChRs are expressed in the reward system, notably the ventral tegmental area (VTA), they are also present in many other brain regions susceptible to nicotine-induced disruptions. The aim of my thesis work was to investigate the involvement of two non-canonical VTA-connected brain pathways in nicotine addiction: the pathways linking the interpeduncular nucleus (IPN) and the VTA, and the one connecting the VTA to the claustrum (CLA). I first studied the involvement of the IPN in nicotine reinforcement. We showed that IPN neurons respond heterogeneously to nicotine, and discovered that they are sensitive to low doses of nicotine that do not activate the VTA. Using new chemogenetic tools that I have developed, we have shown that β4-containing nAChRs of the IPN act as a brake on the response to nicotine in the VTA, thereby reducing the rewarding effects of the drug. The IPN would therefore contribute not only to aversion but also to nicotine reinforcement. Secondly, I studied how prolonged exposure to nicotine alters social interactions, and the potential involvement of the VTA-CLA pathway in these behavioral perturbations. We showed that chronic nicotine exposure increased the saliency of a novel social stimulus in a three-chamber task, resulting in an increased interaction time with novel conspecifics. Moreover, optogenetic activation of the VTA-CLA pathway induced a loss of preference for the novel social stimulus, while non-contingent optogenetic stimulation replicated the behavioral effects of prolonged nicotine exposure. Therefore, the VTA-CLA pathway seems to be involved in the saliency for new social stimuli, and this function may be disrupted by chronic nicotine exposure. Taken together, these studies highlight the importance of these two non-canonical pathways in nicotine addiction

La structure des deux sites agoniste-antagoniste du récepteur nicotinique de l'acétylcholine a été étudiée en utilisant la méthode de marquage par photoaffinité. D'une part, trois dérives monomodifiés photoactivables (arylazido) d'une neurotoxine ont été synthétisés, purifiés et caractérisés. L'analyse du marquage spécifique de chacun des deux sites a l'aide de ces trois sondes permet de proposer une organisation des cinq sous-unités du récepteur. Ce modèle précise notamment la localisation des sites de liaison à haute et basse affinité pour ces toxines photosensibles. D'autre part, un projet d'étude de marquage des sites de fixation de l'acétylcholine dans différents états conformationnels du récepteur est présente. Plusieurs dérives photosensibles (aryldiazonium) de l'acétylcholine ont été synthétisés. Le composé agoniste possédant a la fois les meilleures propriétés d'affinité et de sélectivité pour ce sites a été sélectionné pour réaliser notre étude. La synthèse radioactive de cette molécule est décrite. Les résultats préliminaires de marquage a l'aide de ce ligand ont mis en évidence des différences structurales de l'environnement du site en fonction de l'état du récepteur

Ce manuscrit présente notre contribution dans le domaine de la synthèse de nouveaux ligands des récepteurs nicotiniques centraux. Le premier chapitre présente l’historique de la découverte des récepteurs nicotiniques ainsi que leur description et leur implication dans diverses pathologies liées au système nerveux central. Le deuxième chapitre fait état des derniers ligands synthétisés dans ce domaine, ainsi que des plus récents composés actuellement en phase clinique. Dans ce chapitre sont aussi décrits les différents modèles du pharmacophore nicotinique appliqués ces dernières années. Enfin nous présentons la lobéline, molécule naturelle qui a constitué notre modèle pour l’élaboration de nouveaux composés à visée nicotinique. Le troisième chapitre présente l’élaboration de petites librairies de dérivés pipéridiniques 1,3 ou 1,4-disubstitués via des méthodologies de synthèse en parallèle sur support solide dans un premier temps puis en solution dans un second temps. Dans le quatrième et dernier chapitre, nous décrivons la synthèse de plusieurs composés pipéridiniques 2,6-disubstitués originaux, selon une stratégie de synthèse multi-étapes mise au point au laboratoire<br>This thesis reports our contribution in the field of new central nicotinic ligands synthesis. In the first part we present the history and discovery of the nicotinic acetylcholine receptors, their description and involvement in central nervous system pathologies. The second part is an overview of the last compounds published during the last five years in this field, particularly compounds which are currently, in clinical trials. We also present the progress in elucidation of a phamacophoric model and finally we described the natural alkaloid from lobelia inflata, (-)lobeline which was our template for the synthesis of new ligands. The third part presents the development of the synthesis of small libraries of 1,3 or 1,4- disubstituted piperidines using parallel synthesis both supporting and in solution. The fourth and last part describes an original synthesis of some lobeline analogs following a novel multi-steps strategy

La nicotine agit via les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAchRs). L’invalidation des nAChRs contenant la sous-unité β2 (nAChRs*β2) bloque l’autoadministration de nicotine, restaurée par la réexpression de β2 au sein de l’aire tegmentale ventrale (ATV) chez les souris nulles pour cette sous-unité (β2-/-). A l’inverse, les souris nulles pour la sous-unité α7 s’autoadministrent la nicotine et répondent à celle-ci par une augmentation de la libération de dopamine dans le noyau accumbens. Cependant, le sevrage induit par la cessation de l’administration chronique de nicotine est normal chez les souris β2-/-. A long terme, l’exposition à la nicotine ne modifie pas l’activité dopaminergique dans l’ATV ou l’activité exploratoire, grâce à un processus qui implique les nAChRs*α7. En outre, chez les souris β2-/-, la nicotine entraîne, via les nAChRs*α7, une restauration de ces fonctions. Cette étude offre une meilleure compréhension des processus de la dépendance à la nicotine.