Search

Epidemiological studies estimate a higher risk of developing major depression (MD) among diabetic patients compared to the general population. More specifically, human studies highlighted correlations between impairments of metabolic parameters and depressive symptoms. Peripheral insulin resistance could be determinant in this relationship since this defect in insulin signaling positively correlates with the severity of MD. However, brain insulin resistance consequences on depressive disorders in humans and pre-clinical models are yet to be deeply investigated. Because the brain is endowed with a high density of insulin receptor, it has been proposed that insulin could directly (or indirectly) modulate monoaminergic systems and more particularly serotonergic (5-HT) neuronal activity in the dorsal raphe nucleus (DRN). In agreement with the latter hypothesis, previous findings indicate that insulin influences the dopaminergic system and related feeding behaviors but only few studies have focused on the impact of this hormone on the 5-HT system yet indisputably involved in MD physiopathology. During this thesis, we were able to show that insulin receptor is expressed in DRN 5-HT neurons. Through ex- and in-vivo electrophysiology along with intracerebral microdialysis in awake freely moving mice, we characterized insulin excitatory effects on 5-HT neurons. These results led us to test whether insulin modulate neurobehaviors. Doing so, we demonstrated that acute intra-DRN or intra-nasal insulin injection shows anxiolytic-like effects in healthy mice. In a second part, we studied the activity of the 5-HT system and anxio-depressive-like behaviors in mouse models of type 1 or type 2 diabetes (T1D/T2D) thereby providing insight into the effects of insulin signaling impairment in pathological conditions. In a context of insulinopenia (T1D) or insulin resistance (T2D), mice displayed apparent anxious behaviors accompanied by a significant reduction of 5-HT firing rate. Then, we tried to identify the implication of apelin, an adipokine known for its insulin-sensitizing properties, in T2D-induced behavioral anomalies. Our results showed that Apelin knock-out mice are more prone to develop insulin resistance in response to diabetogenic diet but also marked behavioral disturbances reminiscent of anxiety. Interestingly, although chronic metformin treatment, an oral antidiabetic drug, does not improve peripheral metabolic parameters but it exerts anxiolytic-like effects in these mutant mice. Thus far, this work highlights the existence of anatomic and functional interactions between insulinergic and serotonergic systems and their importance in anxiety, a psychiatric disorder often predictive of a depressive episode. Furthermore, we identified apelin as a potential actor implicated in the comorbidity between diabetes and depression anticipating putative pharmacological strategies targeting this adipokine. Indeed, this work strengthens the hypothesis in which insulin-sensitizers could alleviate anxio-depressive symptoms with or without metabolic syndrome comorbidity. It also paves the way for the development of potentiation strategies based on the use of insulin or antidiabetic treatments to reinforce antidepressant efficacy. However, the mechanisms underpinning such effects warrant further investigations for future studies., Les études épidémiologiques estiment que le risque de dépression majeure (DM) est plus élevé chez les patients diabétiques comparé à la population générale. Des études plus spécifiques mettent en lumière des corrélations entre la dégradation de certains paramètres métaboliques et les symptômes anxio-dépressifs chez l'humain. C'est notamment le cas pour l'insulino-résistance périphérique qui est positivement corrélée à la sévérité de la DM. En revanche, les conséquences de l'insulino-résistance centrale sur les troubles dépressifs n'ont jamais été étudiés de manière approfondie non seulement en clinique mais également chez l'animal de laboratoire. Compte tenu de la présence du récepteur à l'insuline dans le cerveau, une des hypothèses serait que cette hormone module directement (ou indirectement) l'activité des systèmes monoaminergiques et notamment celle des neurones sérotoninergiques (5-HT) majoritairement regroupé dans le noyau dorsal du raphé (NDR). En effet, si l'influence de l'insuline sur le système dopaminergique et le comportement alimentaire a déjà été montré, très peu d'études se sont intéressées à son impact sur le système 5-HT pourtant clé dans la physiopathologie de la DM. Au cours de ce travail de thèse nous avons pu montrer que le récepteur à l'insuline est présent sur les neurones 5-HT du NDR. Grâce à des techniques d'électrophysiologie ex- et in-vivo et de microdialyse intracérébrale réalisées sur modèle murin, nous avons caractérisé l'effet excitateur de l'insuline sur l'activité électrique des neurones 5-HT. Ces résultats nous ont amené à tester les effets comportementaux de l'insuline et à montrer les effets anxiolytiques de son injection intra-raphé et intra-nasale chez la souris saine. Dans un second temps, afin de se placer dans un contexte pathologique et de mieux comprendre l'impact de la perturbation de la signalisation de l'insuline sur l'humeur, nous avons étudié l'activité du système 5-HT et les comportements de type anxio-dépressifs dans des modèles murins de diabète de type 1 et 2 (DT1/DT2). Dans ces deux modèles, que ce soit dans un contexte d'insulinopénie (DT1) ou d'insulino-résistance (DT2), les souris présentent un phénotype anxieux et certains traits de la DM associés à un diminution de l'activité du système sérotoninergique du NDR. Enfin, nous avons tenté d'identifier l'implication de l'apeline, une adipokine connue pour ses propriétés insulino-sensibilisatrice sur les anomalies comportementales induites par un DT2. Nos résultats montrent que les souris présentant une invalidation génétique de l'apeline, sont plus susceptibles à développer une insulino-résistance en réponse à un régime alimentaire diabétogène et des troubles comportementaux. De manière intéressante le traitement par la metformine, un antidiabétique aux propriétés insulino-sensibilisatrice, ne permet pas l'amélioration des paramètres métaboliques de ces souris mutantes mais améliore leur état anxieux. Ainsi ce travail de thèse a permis de souligner l'existence d'interactions anatomiques et fonctionnelles entre le système insulinergique et sérotoninergique central ainsi que leur importance dans l'anxiété, un trouble psychiatrique souvent annonciateur d'un épisode dépressif. [...]

Type-2 Diabetes (T2D) is mainly characterized by insulin-resistance and accompanied by comorbidities such as Major Depressive Disorder (MDD). Indeed, patients with T2D are twice more likely to suffer from MDD and clinical studies have shown that insulin resistance was positively correlated with the severity of depressive symptoms. As the serotoninergic (5-HT) system in the brain is one of the major neurotransmission involved in the pathophysiology of depression, we hypothesized that insulin resistance at the level of 5-HT neurons participates in the development of mood disorders during T2D. Supporting this hypothesis, we first show that mice fed a high fat diet (HFD) for 16 weeks display both hallmarks of T2D (including insulin resistance) and anxio/depressive-like behavior that is associated with decreased serotonin levels and alterations of Dorsal Raphe nucleus (DR) 5-HT neurons. Another point of the project aimed at studying brain insulin’s action onto the 5-HT system and emotional behavior. Using patch-clamp electrophysiology, we show that insulin increases firing activity of DR 5-HT neurons. Our results also show that intranasal insulin administration elicits anxiolytic-like effect associated with decreased 5-HT levels in areas related to anxiety processing. Finally, using an original transgenic mouse model, we show that the selective ablation of the IR in 5-HT neurons decreases the activity of DR 5-HT neurons and leads to diminished innate anxiety-like behavior. Altogether, this study suggests that insulin modulates emotional behavior in acting onto the 5-HT system. Such findings would help improving treatment for T2D patients suffering from comorbid mood disorders.; Les études épidémiologiques mettent en évidence que les patients atteint de diabète de type 2 (DT2) ont deux fois plus de risque de souffrir de dépression majeure (DM), un trouble mental caractérisé par une tristesse intense et/ou une anhédonie. Plus précisément, les données de la littérature indiquent que la résistance à l’insuline, qui est la caractéristique majeure du DT2, est positivement corrélée à la sévérité des symptômes dépressifs. Etant donné le rôle essentiel que joue la neurotransmission sérotoninergique (5-HT) dans la physiopathologie de la DM, nous avons émis l’hypothèse que la résistance à l’insuline sélective de ce système neuronal est responsable des troubles de l’humeur associés au DT2. En ce sens, des altérations du système 5-HT ont été observées dans un modèle de troubles émotionnels associés à un DT2. En effet, le régime obésogène utilisé dans ce modèle induit une altération significative des propriétés électrophysiologiques des neurones 5-HT du Raphé dorsal (DR) ainsi qu’une diminution des taux de sérotonine. Cette étude vise également à déterminer l’action de l’insuline cérébrale sur le comportement émotionnel et le système sérotoninergique. En utilisant une approche par électrophysiologie ex-vivo, nous avons pu observer que l’insuline modulait positivement l’activité des neurones 5-HT du RD. Nous avons également pu mettre en évidence un effet de type anxiolytique de l’action de l’insuline sur le cerveau par voie intranasale. Cet effet est accompagné de diminution des taux de sérotonine (5-HT) tissulaires dans certaines structures cérébrales impliquées dans la régulation de l’anxiété. Enfin, nous avons utilisé un modèle transgénique grâce auquel nous avons invalidé sélectivement le récepteur à l’insuline dans les neurones 5-HT. L’étude comportementale a permis de mettre en évidence une diminution du comportement de type anxieux chez ces animaux, associé à une diminution de l’activité des neurones sérotoninergiques du RD. Ensemble ces données suggèrent que l’insuline peut moduler le comportement émotionnel notamment via le système sérotoninergique. Ces éléments pourront contribuer à la possible découverte de nouveaux traitements et à la prise en charge des troubles de l’humeur chez les patients atteint de DT2.

Epidemiological studies estimate a higher risk of developing major depression (MD) among diabetic patients compared to the general population. More specifically, human studies highlighted correlations between impairments of metabolic parameters and depressive symptoms. Peripheral insulin resistance could be determinant in this relationship since this defect in insulin signaling positively correlates with the severity of MD. However, brain insulin resistance consequences on depressive disorders in humans and pre-clinical models are yet to be deeply investigated. Because the brain is endowed with a high density of insulin receptor, it has been proposed that insulin could directly (or indirectly) modulate monoaminergic systems and more particularly serotonergic (5-HT) neuronal activity in the dorsal raphe nucleus (DRN). In agreement with the latter hypothesis, previous findings indicate that insulin influences the dopaminergic system and related feeding behaviors but only few studies have focused on the impact of this hormone on the 5-HT system yet indisputably involved in MD physiopathology. During this thesis, we were able to show that insulin receptor is expressed in DRN 5-HT neurons. Through ex- and in-vivo electrophysiology along with intracerebral microdialysis in awake freely moving mice, we characterized insulin excitatory effects on 5-HT neurons. These results led us to test whether insulin modulate neurobehaviors. Doing so, we demonstrated that acute intra-DRN or intra-nasal insulin injection shows anxiolytic-like effects in healthy mice. In a second part, we studied the activity of the 5-HT system and anxio-depressive-like behaviors in mouse models of type 1 or type 2 diabetes (T1D/T2D) thereby providing insight into the effects of insulin signaling impairment in pathological conditions. In a context of insulinopenia (T1D) or insulin resistance (T2D), mice displayed apparent anxious behaviors accompanied by a significant reduction of 5-HT firing rate. Then, we tried to identify the implication of apelin, an adipokine known for its insulin-sensitizing properties, in T2D-induced behavioral anomalies. Our results showed that Apelin knock-out mice are more prone to develop insulin resistance in response to diabetogenic diet but also marked behavioral disturbances reminiscent of anxiety. Interestingly, although chronic metformin treatment, an oral antidiabetic drug, does not improve peripheral metabolic parameters but it exerts anxiolytic-like effects in these mutant mice. Thus far, this work highlights the existence of anatomic and functional interactions between insulinergic and serotonergic systems and their importance in anxiety, a psychiatric disorder often predictive of a depressive episode. Furthermore, we identified apelin as a potential actor implicated in the comorbidity between diabetes and depression anticipating putative pharmacological strategies targeting this adipokine. Indeed, this work strengthens the hypothesis in which insulin-sensitizers could alleviate anxio-depressive symptoms with or without metabolic syndrome comorbidity. It also paves the way for the development of potentiation strategies based on the use of insulin or antidiabetic treatments to reinforce antidepressant efficacy. However, the mechanisms underpinning such effects warrant further investigations for future studies., Les études épidémiologiques estiment que le risque de dépression majeure (DM) est plus élevé chez les patients diabétiques comparé à la population générale. Des études plus spécifiques mettent en lumière des corrélations entre la dégradation de certains paramètres métaboliques et les symptômes anxio-dépressifs chez l'humain. C'est notamment le cas pour l'insulino-résistance périphérique qui est positivement corrélée à la sévérité de la DM. En revanche, les conséquences de l'insulino-résistance centrale sur les troubles dépressifs n'ont jamais été étudiés de manière approfondie non seulement en clinique mais également chez l'animal de laboratoire. Compte tenu de la présence du récepteur à l'insuline dans le cerveau, une des hypothèses serait que cette hormone module directement (ou indirectement) l'activité des systèmes monoaminergiques et notamment celle des neurones sérotoninergiques (5-HT) majoritairement regroupé dans le noyau dorsal du raphé (NDR). En effet, si l'influence de l'insuline sur le système dopaminergique et le comportement alimentaire a déjà été montré, très peu d'études se sont intéressées à son impact sur le système 5-HT pourtant clé dans la physiopathologie de la DM. Au cours de ce travail de thèse nous avons pu montrer que le récepteur à l'insuline est présent sur les neurones 5-HT du NDR. Grâce à des techniques d'électrophysiologie ex- et in-vivo et de microdialyse intracérébrale réalisées sur modèle murin, nous avons caractérisé l'effet excitateur de l'insuline sur l'activité électrique des neurones 5-HT. Ces résultats nous ont amené à tester les effets comportementaux de l'insuline et à montrer les effets anxiolytiques de son injection intra-raphé et intra-nasale chez la souris saine. Dans un second temps, afin de se placer dans un contexte pathologique et de mieux comprendre l'impact de la perturbation de la signalisation de l'insuline sur l'humeur, nous avons étudié l'activité du système 5-HT et les comportements de type anxio-dépressifs dans des modèles murins de diabète de type 1 et 2 (DT1/DT2). Dans ces deux modèles, que ce soit dans un contexte d'insulinopénie (DT1) ou d'insulino-résistance (DT2), les souris présentent un phénotype anxieux et certains traits de la DM associés à un diminution de l'activité du système sérotoninergique du NDR. Enfin, nous avons tenté d'identifier l'implication de l'apeline, une adipokine connue pour ses propriétés insulino-sensibilisatrice sur les anomalies comportementales induites par un DT2. Nos résultats montrent que les souris présentant une invalidation génétique de l'apeline, sont plus susceptibles à développer une insulino-résistance en réponse à un régime alimentaire diabétogène et des troubles comportementaux. De manière intéressante le traitement par la metformine, un antidiabétique aux propriétés insulino-sensibilisatrice, ne permet pas l'amélioration des paramètres métaboliques de ces souris mutantes mais améliore leur état anxieux. Ainsi ce travail de thèse a permis de souligner l'existence d'interactions anatomiques et fonctionnelles entre le système insulinergique et sérotoninergique central ainsi que leur importance dans l'anxiété, un trouble psychiatrique souvent annonciateur d'un épisode dépressif. [...]

The noradrenergic (NA) neurones of the Locus Coeruleus (LC) and serotonergic neurones (5HT) of the dorsal raphe nucleus (DRN) are critically involved in the control of waking and sleep states. During wakefulness, these neurones exhibit a spontaneous tonic regular firing, that progressively decreases during slow-wave sleep (SWS) and cease during paradoxical (REM) sleep (PS) (PS-off neurones). The decrease and cessation of activity of NA and 5HT neurones could be a necessary condition to enter sleep and PS. However, the mechanisms underlying the state-dependent modulation of activity of NA and 5HT neurones across the sleep-wake cycle remain unsolved.On the basis of anatomical and electrophysiological data, we have suggested that the decrease and cessation of activity of NA LC, and 5HT DRN neurones is caused by (1) a de-activation, following the ceasing of excitatory synaptic inputs (2) auto-inhibitory mechanisms (3) an inhibitory action of adenosine (4) GABAergic and/or glycinergic afferences.In order to test these different hypotheses, we have developed an electrophysiological and micropharmacological approach in a new experimental model of un-anaesthetised rat in a stereotaxic restraint. This pain-less and stress-less technique, has allowed us to couple extracellular unit recording of NA and 5HT neurones and micro-iontophoresis of agonists and antagonists of endogenous neurotransmitters Our findings support the hypothesis according to which, the tonic activity of NA neurones depends upon their intrinsic pacemaker properties. The activity of 5HT neurones, in contrast, would at least in part depend upon the tonic excitation from NA neurones. We have also determined that GABA and glycine exert a tonic inhibition of NA and 5HT neurones across the sleep-wake cycle. Our results further suggest that the glycinergic inhibitory tone is constant while the GABAergic tone progressively builds up during SWS and is maximal during PS. GABA would thus be the major neurotransmitter responsible for the inactivation of NA LC neurones and 5HT DRN neurones necessary for sleep onset and PS.Our anatomical results support the hypothesis that at least two distinct populations of GABAergic neurones are involved in the inactivation of NA and 5HT neurones during sleep. A first one, localized in the lateral and ventrolateral preoptic area would be active during SWS, and a second one, localized in the periaqueductal grey would be involved during PS.; Les neurones noradrénergiques (NA) du locus coeruleus (LC) et sérotoninergiques (5-HT) du noyau du raphé dorsal (NRD) sont fortement impliqués dans la régulation des états d'éveil et de sommeils. Ces neurones ont, au cours de l'éveil, une activité spontanée tonique régulière qui diminue progressivement au cours du sommeil lent (SL) et cesse au cours du sommeil paradoxal (SP) (neurones "SP-OFF"). La diminution puis l'arrêt d'activité des neurones NA et 5-HT seraient une condition nécessaire à l'endormissement et à la survenue du SP. Les mécanismes à l'origine de cette modulation d'activité des neurones NA et 5-HT au cours du cycle veille-sommeil demeurent toutefois inexpliqués.Sur la base de données anatomiques et électrophysiologiques, il a été suggéré que la diminution puis la cessation d'activité des neurones NA du LC et 5-HT du NRD au cours du SL et du SP seraient dues (1) à une dé-activation consécutive à l'arrêt d'entrées synaptiques excitatrices, (2) à des mécanismes d'auto-inhibition, (3) à une action inhibitrice de l'adénosine, (4) à la mise en jeu d'afférences GABAergiques et/ou glycinergiques. Afin de tester ces différentes hypothèses nous avons développé une approche électrophysio-logique et micropharmacologique sur un nouveau modèle expérimental de rat non anesthésié en contention stéréotaxique. Cette technique, non stressante, nous a permis de réaliser l'enregistrement extracellulaire unitaire des neurones NA et 5-HT au cours du cycle veille-sommeil, couplé à la micro-iontophorèse d'agonistes et d'antagonistes des différents neurotransmetteurs.Les résultats obtenus soutiennent l'hypothèse selon laquelle l'activité tonique des neurones NA du LC au cours de l'éveil serait sous la dépendance de leurs propriétés intrinsèques. L'activité des neurones 5-HT du NRD, en revanche, dépendrait au moins en partie de l'influence excitatrice des neurones NA. Nous avons déterminé également que le GABA et la glycine exercent une influence inhibitrice tonique sur les neurones NA et 5-HT tout au long du cycle veille-sommeil. Nos résultats suggèrent en outre que le tonus inhibiteur glycinergique serait constant alors que le tonus GABAergique augmenterait progressivement au cours du SL et serait maximum au cours du SP. Le GABA serait ainsi le neurotransmetteur responsable de l'inactivation des neurones NA du LC et 5-HT du NRD nécessaire à l'endormissement et à la survenue au SP.Ces données soutiennent l'hypothèse selon laquelle deux populations de neurones GABAergiques seraient impliquées dans l'inactivation des neurones NA et 5-HT au cours du sommeil. L'une, localisée dans l'aire préoptique latérale et ventrolatérale serait mise en jeu au cours du SL, la seconde, localisée dans la substance grise péri-aqueducale, serait mise en jeu au cours du SP.

The noradrenergic (NA) neurones of the Locus Coeruleus (LC) and serotonergic neurones (5HT) of the dorsal raphe nucleus (DRN) are critically involved in the control of waking and sleep states. During wakefulness, these neurones exhibit a spontaneous tonic regular firing, that progressively decreases during slow-wave sleep (SWS) and cease during paradoxical (REM) sleep (PS) (PS-off neurones). The decrease and cessation of activity of NA and 5HT neurones could be a necessary condition to enter sleep and PS. However, the mechanisms underlying the state-dependent modulation of activity of NA and 5HT neurones across the sleep-wake cycle remain unsolved.On the basis of anatomical and electrophysiological data, we have suggested that the decrease and cessation of activity of NA LC, and 5HT DRN neurones is caused by (1) a de-activation, following the ceasing of excitatory synaptic inputs (2) auto-inhibitory mechanisms (3) an inhibitory action of adenosine (4) GABAergic and/or glycinergic afferences.In order to test these different hypotheses, we have developed an electrophysiological and micropharmacological approach in a new experimental model of un-anaesthetised rat in a stereotaxic restraint. This pain-less and stress-less technique, has allowed us to couple extracellular unit recording of NA and 5HT neurones and micro-iontophoresis of agonists and antagonists of endogenous neurotransmitters Our findings support the hypothesis according to which, the tonic activity of NA neurones depends upon their intrinsic pacemaker properties. The activity of 5HT neurones, in contrast, would at least in part depend upon the tonic excitation from NA neurones. We have also determined that GABA and glycine exert a tonic inhibition of NA and 5HT neurones across the sleep-wake cycle. Our results further suggest that the glycinergic inhibitory tone is constant while the GABAergic tone progressively builds up during SWS and is maximal during PS. GABA would thus be the major neurotransmitter responsible for the inactivation of NA LC neurones and 5HT DRN neurones necessary for sleep onset and PS.Our anatomical results support the hypothesis that at least two distinct populations of GABAergic neurones are involved in the inactivation of NA and 5HT neurones during sleep. A first one, localized in the lateral and ventrolateral preoptic area would be active during SWS, and a second one, localized in the periaqueductal grey would be involved during PS., Les neurones noradrénergiques (NA) du locus coeruleus (LC) et sérotoninergiques (5-HT) du noyau du raphé dorsal (NRD) sont fortement impliqués dans la régulation des états d'éveil et de sommeils. Ces neurones ont, au cours de l'éveil, une activité spontanée tonique régulière qui diminue progressivement au cours du sommeil lent (SL) et cesse au cours du sommeil paradoxal (SP) (neurones "SP-OFF"). La diminution puis l'arrêt d'activité des neurones NA et 5-HT seraient une condition nécessaire à l'endormissement et à la survenue du SP. Les mécanismes à l'origine de cette modulation d'activité des neurones NA et 5-HT au cours du cycle veille-sommeil demeurent toutefois inexpliqués.Sur la base de données anatomiques et électrophysiologiques, il a été suggéré que la diminution puis la cessation d'activité des neurones NA du LC et 5-HT du NRD au cours du SL et du SP seraient dues (1) à une dé-activation consécutive à l'arrêt d'entrées synaptiques excitatrices, (2) à des mécanismes d'auto-inhibition, (3) à une action inhibitrice de l'adénosine, (4) à la mise en jeu d'afférences GABAergiques et/ou glycinergiques. Afin de tester ces différentes hypothèses nous avons développé une approche électrophysio-logique et micropharmacologique sur un nouveau modèle expérimental de rat non anesthésié en contention stéréotaxique. Cette technique, non stressante, nous a permis de réaliser l'enregistrement extracellulaire unitaire des neurones NA et 5-HT au cours du cycle veille-sommeil, couplé à la micro-iontophorèse d'agonistes et d'antagonistes des différents neurotransmetteurs.Les résultats obtenus soutiennent l'hypothèse selon laquelle l'activité tonique des neurones NA du LC au cours de l'éveil serait sous la dépendance de leurs propriétés intrinsèques. L'activité des neurones 5-HT du NRD, en revanche, dépendrait au moins en partie de l'influence excitatrice des neurones NA. Nous avons déterminé également que le GABA et la glycine exercent une influence inhibitrice tonique sur les neurones NA et 5-HT tout au long du cycle veille-sommeil. Nos résultats suggèrent en outre que le tonus inhibiteur glycinergique serait constant alors que le tonus GABAergique augmenterait progressivement au cours du SL et serait maximum au cours du SP. Le GABA serait ainsi le neurotransmetteur responsable de l'inactivation des neurones NA du LC et 5-HT du NRD nécessaire à l'endormissement et à la survenue au SP.Ces données soutiennent l'hypothèse selon laquelle deux populations de neurones GABAergiques seraient impliquées dans l'inactivation des neurones NA et 5-HT au cours du sommeil. L'une, localisée dans l'aire préoptique latérale et ventrolatérale serait mise en jeu au cours du SL, la seconde, localisée dans la substance grise péri-aqueducale, serait mise en jeu au cours du SP.