6b_neurobiologie_sfa2009

Socit franaisedalcoologie

1/50Neurobiologie Effets cellulaires et molculaires de l'thanol - 2009

Neurobiologie

Effets cellulaireset molculaires de lthanol : substrats neurobiologiquesde laddiction lthanol



Ethanol et neurobiologie

Comment lthanol affecte-t-il lactivit du cerveau au niveau molculaire/cellulaire ?

Existe-t-il des systmes de neurotransmission qui sont des cibles spcifiques de lthanol ?

Existe-t-il dautres cibles que ces systmes de neurotransmission spcifiques ?



Pourquoi devons-nous le comprendre ?

Cela permettrait de : trouver des voies pharmacologiques pour bloquer les effets de lintoxication (naltrexone, cafine...)

( - ) pharmacologique des effets renforants de lthanol (naltrexone, acamprosate...)

( + ) pharmacologique des effets aversifs de lthanol (disulfirame)

comprendre les bases gntiques expliquant la diffrence de rponse lthanol

didentifier les neuro-adaptations aprs exposition chronique l'thanol et prvenir les rechutes

Mcanisme daction cellulairede lthanol dans le cerveau



Introduction

Lalcool est un toxique, une drogue, action centrale (neurotoxique)

Les effets centraux incluent des effets de renforcement positif (apptitifs) qui augmentent la probabilit quun individu sauto-administre de lalcool



1 verre = 1 unit = 10 g dEtOH = 4 mM 80 kg x 0,6 = 50 kg deau ; 10 g / 50 kg = 0,2 g/l

Intoxication modre chez lhomme : 0,05 % (50 mg/dl) = 11 mM ; dose ltale 2-5 g/l (50-110 mM), en moyenne 80 mM (Gable, 2004 ; Koski et al., 2002)

100-200 mM : anesthsie chez lanimal

De nombreuses tudes lectrophysiologiques ont montr une action de lthanol 100 mM (autres drogues M-nM)

Dose dalcool, alcoolmie, concentration...



Effets pharmacodynamiquessur le systme nerveux central

stimulants

sdatifs

Alcoolmie mg %

dsinhibcommunicatif

Altration fonction motrice(marche, conduite)

mort

Stupeur(vanouissement)



avec des effets et des actions biologiques et comportementales complexes

L'thanol,une molcule chimique simple

Monoxyde d'azote

Glycine

Simplicit et hautes concentrations ncessaires= > fluidit membranaire...Ethanol(CH3CH2OH)Ethanol(CH3CH2OH)Ethanol(CH3CH2OH)Ethanol(CH3CH2OH)Ethanol(CH3CH2OH)Ethanol(CH3CH2OH)



Thories de laction de lthanol au niveau cellulaire

Evolution des concepts de laction de lthanol

Thories membranaires de

lanesthsieThories

protiques

Meyer-Overton,

1896-1901

Franks,Lieb, 1984

Allan, Harris ; Suzdak et al. ; Ticku et al., 1986

Lovinger et al. ; Hoffman et al., 1989

Mihic et al., 1997

NMDA R

lucifrase

GABAAR GABAA/ glycine

site



Rponses comportementales lthanol

Etat physiologique normal

GABAA

RNMDA

+ -

imidazobenzodiazpine Ro15-4513

Anesthsiehypnose

HypothermieAmnsiesdation

AnalgsieMyorelaxation

Anxiolyse



Augmentation rponses RGABAA

Un exemple de rgulation allostrique ?

Les rponses synaptiques GABAA dans

lhippocampe de rat sont augmentes en amplitude et dure par le flunitrazpam (benzodiazpine), le pentobarbital (barbiturique) et lthanol.

Ces 3 substances prsentent des effets pharmacologiques similaires : effets sdatifs et dpresseurs sur le SNC.

Flunitrazpam

EtOH

Pentobarbital



Les effets des faibles concentrations dalcool sur les rcepteurs GABA

A

43 sont bloqus par le RO15-4513

Dvelopp par Hoffmann La Roche en 1984

Le RO15-4513 bloque les actions de lalcool in vitro et in vivo

RO RO

EtOH 2,0 g/kg

Ss-umute



Action directe sur les RGABAA

libration GABA (GABAB ou autres systmes de neurotransmission)

prcurseurs des neurostrodes (+ HPA)

Diminution des excitations Phosphorylation RGABAA

Effets de lthanolsur la transmission GABA



Liaison de lthanol de faibles concentrations sur les RGABA

A

60 mM

Ss-u, extrasynaptiques,1-3 mM = > 50 % potentialisation

Sundstrom-Poromaa et al. Nat Neurosci 2002

Wallner, Hanchar, Olsen. PNAS 2003



Effets de mutation de diffrentessous-units du RGABA

A exprimes dans lovocyte de Xnope

2

1 2L

Ueno et al.Br J Pharmacol1999



Ethanol et GABA

GABA GABA + EtOH GABA + EtOH

Cl- Cl- Cl-

Absence EtOH EtOH chroniqueEtOH aigu

Cl- Cl- Cl-Extracellulaire

Intracellulaire

GABA GABA + EtOH GABA + EtOHGABA GABA + EtOH GABA + EtOH

Cl- Cl- Cl-


Cl- Cl- Cl-


Cl- Cl- Cl-Cl- Cl- Cl-Extracellulaire

Intracellulaire



Ethanol et RNMDA Lthanol aigu inhibe le RNMDA Lthanol chronique augmente

la sensibilit du RNMDA

Enregistrement

NAcc in vitro

Nie et al. JPET 1994



HyperexcitabilitHomostasie EtOH aigu EtOH chronique

Sevrage



Srotonine (5-HT3) Glycine Actylcholine (R nicotiniques)

Lactivit dautres rcepteurs canaux est augmente par lthanol

NAChR

Culture neurones corticaux

Aistrup et al. Mol Pharm 1999



Un acide amin critique dans l'inhibition RGly par lthanol

Effet de la mutation dun seul acide amin dans le RGly sur la sensibilit lthanol

Mihic et al. Nature 1997



Interactionsthanol et transporteurs

Transporteur de ladnosine (ENT1)

Transporteur endocannabinodes

NET

( - )

autres

DAT

5HTT

( + )

( - )



Interaction indirecteavec un rcepteur canal

Pore du canal

Intracellulaire

Extracellulaire

KinasePO4 ATPEthanol

GABA



Interaction indirecteavec des rcepteurs canaux

Via des kinases

fyn-kinase RNMDA

PKC & PKC RGABAA

protine kinase A RGABAA

translocation des kinases (PKA/PKC)

Via des neurostrodes RGABAA



Cibles molculaires de lthanolet action des drogues

Classes de drogues Cible principale Cibles de l'thanolCafine R Adnosine R NMDA (bloqus)

R Kanate (bloqus)R GABA

A (stimuls)

R Glycine (stimuls)R nACh (stimuls)R 5-HT (stimuls)

Canaux Calcium (bloqus)Canaux Potassium (bloqus)

PKC, PKALibration EndoCB, RCB1

DARPP-32PhosphatasesNeurostrodes

Nicotine R nAChDpresseurs Barbituriques Benzodiazpines

R GABAA

R GABAA

Cannabis / THC R CB1Opiodes R OpiodesStimulants Cocane Amphtamines

DAT, NET, 5-HTTLibration DA / NE

Hallucinognes LSD MDMA PCP Ktamine

R 5-HTR 5-HT

R NMDAR NMDA

Agents volatils ??



DE50 de lthanol

IC50 = 10 mMWhite et al., 1991

IC50 = 37 mMMullikin-Kilpatrick,

Treistman et al., 1994

5HT3 EC50 = 50 mMLovinger, White, 1990

GlyR

KanateRIC50 = 4,6 mM

Carta et al., 2003GIRK

EC50 = 100 mM+ 40 %

Del Re et al., 2006

IC50 = 0,1-1,0 mMYe et al., 2001

EC50 = 50 mMLovinger, White, 1990



100100

150150

200200

DA

Con

cent

ratio

n (%

Bas

elin

e)D

A C

once

ntra

tion

(% B

asel

ine)

MountsMountsIntromissionsIntromissionsEjaculationsEjaculations

1515

00

55

1010

Copulation Frequency


SampleNumberSampleNumber

11 22 33 44 55 66 77 88 99 1010 1111 1212 1313 1414 1515 1616 1717

ScrScrScrScrBasBasFemale 1 PresentFemale 1 Present

ScrScrFemale 2 PresentFemale 2 Present

ScrScr

Source: Fiorino and PhillipsSource: Fiorino and Phillips

sexesexe

100100

150150

200200

DA

Con

cent

ratio

n (%

Bas

elin

e)D

A C

once

ntra

tion

(% B

asel

ine)



1515

00

55

1010



SampleNumberSampleNumber

11 22 33 44 55 66 77 88 99 1010 1111 1212 1313 1414 1515 1616 1717

ScrScrScrScrBasBasFemale 1 PresentFemale 1 Present

ScrScrFemale 2 PresentFemale 2 Present

ScrScr

Source: Fiorino and PhillipsSource: Fiorino and Phillips

sexesexe



Dopamine et renforcement



Les drogues agissent toutes surlaire tegmentale ventrale et le noyau accumbens

Nestler. Nat Neurosci 2005



Une seule injection dalcool (2,0 g/kg i.p.) chez le rat potentialise les courants post-synaptiques inhibiteurs lis aux rcepteurs GABA

A dans les neurones dopaminergiques

de lATV mesurs aprs 1 semaine.

10 joursaprs injection



Substrats neurobiologiques des effets renforants de lthanol

Neurotransmetteur SiteDopamine Aire tegmentale ventrale, noyau accumbens

Peptides opiodesNoyau accumbens, amygdale,

aire tegmentale ventraleGABA Amygdale, BNST

Glutamate Noyau accumbens



Effets hdoniques positifs

Dopamine

Peptides opiodes

GABA

Glutamate

Srotonine

Neurotransmetteurs de la rcompense impliqus dans les effets motivationnels

positifs de l'thanol



Prfrence de placeinduite par l'thanol

Naassila et al., 2004 ; Houchi et al., 2005 ; Warnault et al., 2007



Les rponses synaptiques excitatrices des neurones dopaminergiquessont modifies par les drogues



Diminution des rcepteurs D2 dans laddiction



Rcepteurs D2 de la dopamineet rponse linjection intraveineusede mthylphnidate chez les tmoins

* = p < 0,004

2,22,42,62,8

33,23,43,63,8

pleasant unpleasant neutral

*

DA D

2 re

cepto

r ava

ilabil

ity

Dplaisant

Plaisant

DA D

2 re

cepto

rs (B

max/K

d)

Alors que tous les cocanomanes le trouvent extrmement plaisant



Rcepteurs D2 de la dopaminechez les patients alcoolo-dpendants

Volkow et al. Psychiatry Res 2002



Dopamine, rcepteurs D2/D3et craving pour lalcool

Heinz et al. Am J Psychiatry 2005



Vulnrabilit dvelopper l'alcoolo-dpendance



Modle heuristisquepour un comportement typiquement humain

Dr Franoise Beaug



Stress-anxit du sevrageCorticotropin-releasing factor (CRF)

CRF(+)



Effects of a competitive CRF antagonist injected ICV on ethanol self-administration

during withdrawal in dependent rats

Valdez et al. Alcohol Clin Exp Res 2002

60 min session 2 h into withdrawal



Neurotransmetteurs de la rcompense impliqus dans les effets motivationnels

de l'thanol

Effets hdoniques positifs

Dopamine Peptides opiodes Srotonine GABA

Effets hdoniques ngatifs du sevrage

Dopamine dysphorie Peptides opiodes... douleur Srotonine dysphorie GABA anxit, attaques de panique Dynorphine dysphorie CRF stress Norpinphrine stress Glutamate hyperexcitabilit



Pendant le sevrage d'alcool, lactivit des HDAC est augmente dans lamygdale et les histones H3 et H4 sont dsactyles. Ces effets sont bloqus par la trichostatine A (TSA). Laugmentation de lanxit observe pendant le sevrage (EPM et light-dark box) est bloque par la TSA. Conclusion : utilisation dinhibiteurs dHDAC pour prvenir lanxit du sevrage.



Libration, capture de NM Rcepteurs Seconds messagers Expression des gnes Expression des protines

engrammes

Ciblesde l'alcool

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