(L) Recherche addictive: CREB (2007)

Commentaires: Deux commutateurs moléculaires jouent un rôle important dans toutes les dépendances, y compris les dépendances comportementales. L’un d’eux, appelé DeltaFosB, l’autre est CREB, l’objet de cet article.


Il y a quelques années 20, les scientifiques étaient devenus dépendants d'un facteur de transcription unique qui répond à un certain nombre d'abus de drogues. Leur travail mènera-t-il à des traitements?

Les effets de la dépendance au porno sont dus aux modifications des cellules nerveusesPar Kerry Grens

Stephen Mague, un étudiant diplômé de l'Université de Pennsylvanie, fait rouler un chariot chargé de cages à souris dans une pièce de la taille d'un grand dressing. La pièce ressemble à un laboratoire de développement photographique, éclairé uniquement par la lumière rouge et encombré de petits bancs de travail et de rideaux noirs suspendus. Dans le couloir, un écran de télévision affiche la vue d'une caméra vidéo de l'intérieur de la pièce, regardant une rangée de boîtes en plexiglas.

Une à une, une main gantée de latex apparaît sur l'écran et plonge une souris brune dans chaque case. Les animaux se précipitent pour explorer les coins; quelques pauses au milieu de la chambre et se toilettent énergiquement. Mague conditionne les animaux à associer un médicament à un côté de la chambre par rapport à un autre, par exemple, celui avec des parois rayées au lieu de parois solides. L'ajout d'une drogue telle que la cocaïne dans les chambres rend le travail incroyablement facile. Une seule exposition à la drogue le fera, dit Jess Cleck, étudiante diplômée: «Une fois, j'ai fait asseoir une souris pendant 13 minutes et 30 secondes du côté où il avait pris de la cocaïne auparavant.

Au fil du temps, tant chez les animaux que chez les humains, l'exposition au médicament entraîne une dépendance, un besoin impérieux et un sevrage lorsque le médicament est retiré. L'anxiété et la dépression deviennent plus courantes, et toutes les autres sources de récompense perdent leur attrait car le médicament devient la principale source de motivation. Les changements physiologiques chez les personnes dépendantes sont frappants. «Ce n'est pas qu'ils sont plus ou moins sensibles à un médicament, ce sont des personnes différentes», explique Eric Nestler du Southwestern Medical Center de l'Université du Texas à Dallas. «Vous modifiez profondément la nature des cellules nerveuses.»

La spirale descendante de la première poussée à une dépendance durable implique de nombreuses adaptations neurobiologiques: dépression à long terme au niveau des synapses, neurodégénérescence et modifications permanentes de l’expression des gènes. Il n’existe toutefois pas deux médicaments identiques, chacun ayant ses propres particularités. Par exemple, des stimulants tels que l'amphétamine et la cocaïne augmentent la ramification neuronale dans le noyau accumbens, alors que la morphine a l'effet inverse.

La description classique de l'effet d'un médicament sur le cerveau est centrée sur le système de récompense, en particulier les neurones qui se projettent ventralement de la zone tegmentale ventrale (ATV) vers le noyau accumbens. Ces neurones libèrent de la dopamine et l'alcool et les drogues abusives les excitent directement ou indirectement. Lorsque la dopamine est délivrée au noyau accumbens, elle stimule le plaisir.

Le problème commence lorsque, avec le temps, ce système commence à s'éroder et à développer une tolérance. La même quantité de médicament induit des réponses dopaminergiques plus petites, les neurones VTA peuvent rétrécir, les connexions synaptiques se désintègrent, les densités de récepteurs changent et l'expression de certains gènes augmente, en particulier ceux liés à l'anxiété et à la dépression. Ceci, selon George Koob du Salk Institute de La Jolla, en Californie, est le «côté obscur de la dépendance», lorsqu'un toxicomane continue à consommer une drogue simplement pour améliorer les mauvais sentiments d'être toxicomane.

Julie Blendy, chercheuse principale de Mague à l'Université de Pennsylvanie, Nestler et d'autres examinent la myriade de changements moléculaires qui accompagnent l'exposition aux drogues et la dépendance pour déterminer précisément ce qui se passe transcriptionnellement dans le cerveau. Pendant près de deux décennies, les chercheurs en toxicomanie ont observé l'activité d'un facteur de transcription: la protéine de liaison aux éléments de réponse cAMP (CREB). Cette protéine répond à une variété de drogues d'abus, y compris la cocaïne, la morphine, l'alcool, l'amphétamine et la nicotine. Malgré tout ce temps, cependant, déclare Nestler: «Nous ne sommes qu'à la pointe de l'iceberg pour identifier les gènes cibles du CREB». Pourtant, ils espèrent trouver des pistes pour empêcher ou réparer ces changements.

Blendy se souvient précisément de la naissance de ses premières souris déficientes en CREB. «Ils ont 15 ans», dit-elle en riant, «j'ai donné naissance à ma fille [en juin] et deux semaines plus tard, le premier mutant est né.» À l'époque, Blendy était post-doctorant dans le laboratoire de Gunther Schutz au Centre allemand de recherche sur le cancer à Heidelberg, et la technologie knock-out suscitait beaucoup d'enthousiasme. D'autres groupes ont réclamé d'utiliser les souris.

Tout cela s'est arrêté, cependant, lorsque le groupe de Schutz a commencé à caractériser les souris. «Nous avons réalisé que nous n'avions pas fait un KO complet», dit Blendy. Les animaux mutants avaient des formes d'épissage alternatives du gène CREB, mais il s'est avéré être un accident fortuit. Les animaux knock-out CREB ne survivent pas à la période périnatale. Le fait de n'avoir qu'une petite quantité de CREB a permis à ces mutants de survivre jusqu'à l'âge adulte, avec des changements fonctionnels qui permettraient aux chercheurs de sonder le rôle du CREB dans un certain nombre d'aspects neurologiques, notamment l'apprentissage, la mémoire, les troubles de l'humeur et la dépendance.

À cette époque, au milieu des années 90, le facteur de transcription était déjà une cible de la recherche sur la toxicomanie. Il a commencé dans les années 1970 avec l'enzyme adénylyl cyclase dans le locus ceruleus, une zone d'apparence bleuâtre du tronc cérébral qui fournit de la norépinéphrine à de nombreuses parties du cerveau. L'adénylyl cyclase synthétise l'AMPc, qui à son tour active le CREB. Le lauréat du prix Nobel Marshall Nirenberg et ses collègues ont fourni des preuves dans les neurones du locus ceruleus d'une «tolérance cellulaire» à la morphine. Ils ont montré que, bien que l'activité de l'adénylyl cyclase diminue après l'exposition à la morphine, lorsque le médicament est laissé incuber avec les cellules pendant plus d'un jour, l'activité de l'adénylyl cyclase rebondit.1 Lorsque le médicament a été retiré, l'activité de l'enzyme a augmenté les auteurs interprètent comme un retrait cellulaire de la dépendance: «Ce phénomène peut être assimilé au syndrome d'abstinence chez les animaux.»

«Vous modifiez profondément la nature des cellules nerveuses.» -Eric Nestler

Ce n'est que plus d'une décennie plus tard, au début des années 1990, que Nestler, alors à l'Université de Yale, et son groupe ont répliqué les résultats in vivo et sont passés de deux étapes en aval de l'adénylyl cyclase à l'activation du CREB. Ils ont montré qu'une dose de morphine altère la phosphorylation du CREB (un marqueur de l'activation du CREB), mais que l'activité revient à la normale après une exposition plus longue au médicament.2 «À peu près au même moment», se souvient Nestler, «nous demandions: Le locus ceruleus est juste un système modèle pour le système opiacé, mais d'autres neurones répondent-ils? » Il s'est tourné vers le noyau accumbens, un groupe de neurones qui reçoivent des entrées dopaminergiques de la zone tegmentale ventrale et qui sont impliqués dans le système de récompense du cerveau. Là, Nestler a trouvé des résultats similaires: l'utilisation chronique de morphine augmente l'activité du CREB.

Les souris déficientes en CREB dans le laboratoire de Schtz ont présenté une opportunité de mesurer si CREB était nécessaire dans le processus de dépendance. Avec Rafael Maldonado, qui était alors à l'Université de Paris, Blendy a montré en 1996 que ses souris mutantes ne présentaient pas les symptômes de sevrage de la morphine que présentent les animaux normaux.3 «Par définition, la dépendance signifie la présence d'un syndrome de sevrage lorsque le médicament est retiré. », Dit Blendy. «La question est la suivante: les animaux n’ont-ils jamais été dépendants de la drogue?» Blendy a conclu que le CREB était important dans l'initiation de la dépendance. Mais une explication aussi simple était trop belle pour être vraie.

Bill Carlezon, maintenant professeur agrégé de psychiatrie à l'hôpital McLean de Harvard à Belmont, Massachusetts, était post-doctorant dans le laboratoire de Nestler au milieu des années 1990, étudiant la cocaïne dans le noyau accumbens. À l'époque, il n'y avait pas de bon moyen de cibler le CREB directement, le groupe de Nestler a donc développé un vecteur viral avec une forme mutante de CREB qui concurrence le CREB endogène et bloque son activité. Lorsque des animaux mutants ont reçu de la cocaïne, ils ont montré une préférence accrue pour la drogue, tandis que lorsque le CREB était surexprimé chez les animaux, ils ont montré une aversion à son égard.4

Blendy a trouvé des résultats similaires après avoir déménagé à l'Université de Pennsylvanie en 1997 avec la lignée de souris déficientes en CREB. Lorsque ces animaux ont reçu de faibles doses de cocaïne (doses suffisamment petites pour les rendre impossibles à distinguer des animaux salins des animaux de type sauvage), les animaux ont montré une forte préférence de lieu pour le côté de la boîte où ils ont reçu de la cocaïne.5 "Animaux déficients en CREB montrent une amélioration de la récompense de la cocaïne », dit Blendy.

Bien que les données de Blendy concordent avec les résultats de Nestler et Carlezon, ces résultats semblaient ne pas correspondre à ses résultats pour la morphine. Si la carence en CREB semble intéresser davantage les animaux à la cocaïne, elle agit de manière opposée à la morphine. Blendy soupçonne que l'écart est lié aux différentes régions du cerveau sur lesquelles chaque médicament agit. Bien que toutes les drogues abusives finissent par augmenter la dopamine dans le noyau accumbens, elles agissent par différents mécanismes: la cocaïne bloque les transporteurs de dopamine dans le noyau accumbens, tandis que la morphine désinhibe les cellules dopaminergiques dans la zone tegmentale ventrale.

La complexité des changements moléculaires impliqués dans la toxicomanie ne s'arrête pas là. L'alcool et la nicotine agissent différemment sur le CREB que la cocaïne et la morphine. De plus, un autre facteur de transcription, le DFosB, est régulé à la hausse de la même manière que le CREB, mais avec des effets opposés sur le comportement.6

La réponse de DFosB aux drogues peut être tout aussi importante pour la dépendance que CREB, en particulier en ce qui concerne les changements à long terme. Selon Nestler, CREB fournit essentiellement des informations négatives sur les médicaments, et FDosB favorise les effets gratifiants des médicaments.

«Le DFosB peut être considéré à bien des égards comme l'inverse du CREB», déclare Nestler. Pourtant, avec une complexité déconcertante, les deux facteurs de transcription peuvent être régulés à la hausse dans la même cellule. «Certaines cellules montrent une activation CREB, certaines induisent DFosB et certaines se chevauchent», explique Nestler. «C'est un processus très complexe qui doit être élaboré.»

Malgré ces lacunes dans les connaissances, dans les années 1990, les scientifiques étaient convaincus que le CREB jouait un rôle important dans la régulation des effets de l'abus de drogues. Ils s'étaient également rendu compte, cependant, qu'il ne s'agissait apparemment pas d'un marqueur unique pour tous les médicaments dans toutes les régions du cerveau, sans parler d'un traitement. «Le CREB ne sera jamais une cible thérapeutique. C'est trop important, c'est trop omniprésent », dit Blendy.

Elle a décidé de se tourner vers l'aval. Son groupe suit l'expression d'un certain nombre de gènes cibles du CREB au cours du processus de toxicomanie, de l'exposition initiale à la dépendance au sevrage. «L'espoir est que certains des [gènes] cibles dont il est responsable seront idéaux.»

Un gène cible en aval qui a montré les résultats les plus spectaculaires en termes d'expression différentielle à travers ces phases est le facteur de libération de corticotropine (CRF, également appelé hormone de libération de corticotrophine, CRH). Le CRF est important dans la médiation des réponses au stress, mais il est également impliqué dans le côté sombre de la dépendance de Koob. «Ce que nous trouvons», dit Koob, «et c'est particulièrement vrai avec l'alcool, les opiacés et la nicotine et peut-être un peu moins pour la cocaïne - lorsque les animaux consomment beaucoup de drogue, le système CRF s'engage et contribue à une consommation excessive de drogue -prise."

Markus Heilig, le directeur clinique de l'Institut national sur l'abus d'alcool et l'alcoolisme, dit que la régulation à la hausse du système CRF semble être permanente. "Au cours de la dernière année, une série d'articles ont cloué sur les rongeurs que si vous avez une longue histoire de dépendance à l'alcool, et des cycles d'intoxication et de sevrage, cela induira des changements remarquablement durables dans le système endogène [CRF]," Heilig dit.

Koob a montré plus récemment que les animaux dépendants de l'alcool boivent moins pendant le sevrage lorsqu'ils ont reçu un antagoniste du récepteur CRF1 «On pourrait prédire que [un antagoniste du récepteur CRF7] pourrait être un excellent médicament pour le sevrage», dit Nestler. Cependant, trouver un antagoniste sans danger pour l'homme a été difficile. Les essais cliniques sur un médicament, NBI 1, ont été interrompus il y a plusieurs années après que deux patients aient développé des taux élevés d'enzymes hépatiques.30775 Koob et Heilig, entre autres, travaillent pour trouver un antagoniste des récepteurs CRF8 qui peut être utilisé en toute sécurité pour traiter la dépendance.

En mars de cette année, Heilig a publié des résultats prometteurs chez des rats dépendants de l'alcool, montrant que le médicament empêchait les animaux dépendants de rechercher de l'alcool lorsqu'ils étaient exposés à un agent stressant.9 Si un antagoniste du récepteur CRF1 pouvait être développé, a déclaré Koob, l'application la plus probable serait pendant le sevrage aigu.

«Le CREB ne sera jamais une cible thérapeutique. C'est trop important, c'est trop omniprésent. »- Julie Blendy

À environ 300 miles au nord du laboratoire Penn de Blendy, un scientifique portant la même robe, ganté et botté à l'hôpital McLean de Harvard fait rouler une charrette d'animaux dans un couloir. Ce sont des rats expérimentaux de Carlezon, chacun équipé d'une électrode en forme d'antenne montée chirurgicalement au sommet de sa tête. L'électrode alimente une stimulation agréable, sous la forme d'impulsions carrées de courant électrique, dans le centre de récompense du cerveau. Dans le bureau de Carlezon, il joue une vidéo d'une souris faisant tourner sans cesse une roue pour recevoir le courant de plaisir. «C'est probablement la meilleure chose qui soit. Les animaux le choisiront plutôt que la drogue, la nourriture, le sexe - n'importe quoi », dit-il.

À un certain moment, la souris cesse de faire tourner la roue lorsque le courant descend en dessous d'une fréquence où la récompense est diminuée, dit Carlezon. Lorsque les animaux se retirent de la cocaïne, la quantité minimale de courant pour laquelle ils sont prêts à travailler - leur «seuil de récompense» - augmente.10 «Parce que la stimulation n'est pas aussi gratifiante pendant le sevrage, les souris ont besoin de fréquences plus élevées pour les obtenir. travailler [pour la stimulation]. » Conclusion de Carlezon: «Nous pensons qu'ils fabriquent plus de dynorphine.»

La dynorphine est un opioïde endogène qui agit sur les récepteurs k-opioïdes et constitue un gène cible en aval de CREB. Carlezon a montré que lorsque la fonction CREB ou dynorphine est élevée dans le noyau accumbens, la cocaïne est moins enrichissante et parfois même aversive. Mais lorsque les récepteurs k sont bloqués, l'effet disparaît.4 Carlezon expérimente maintenant l'administration d'antagonistes des récepteurs k-opioïdes aux rats en sevrage à la cocaïne et la mesure dans laquelle ces médicaments peuvent maintenir les seuils de récompense. Si les antagonistes fonctionnent, Carlezon affirme qu'ils pourraient être candidats pour traiter les symptômes du sevrage médicamenteux.

Koob et Brendan Walker, également chez Scripps, ont utilisé un antagoniste des récepteurs k-opioïdes, la nor-binaltorphimine, chez des rats dépendants de l'éthanol et ont constaté qu'ils buvaient moins. Chez les animaux non dépendants, les comportements de consommation d'alcool n'ont pas changé. Walker dit qu'il soutient l'idée que le système dynorphine-k-opioïde est impliqué dans le «côté obscur» de la dépendance11. «En général», dit Walker, «c'est l'hypothèse: lorsque les animaux sont dépendants et que vous enlevez l'alcool, l'effet négatif accru leur donne envie de consommer plus d'alcool. Il semble que si nous pouvons bloquer ce système, nous pouvons, dans un sens, bloquer la motivation de l'aninal à consommer excessivement de l'alcool.

Charles O'Brien, vice-président de la psychiatrie à l'Université de Pennsylvanie et directeur du Center for Studies in Addiction, affirme que la recherche sur la dynorphine et les antagonistes des récepteurs CRF1 semble prometteuse, mais pour vraiment traiter la dépendance, la cible doit être le centre de la mémoire du cerveau. , qui peut impliquer ou non le CREB.

«La dépendance est un comportement compulsif de recherche de drogue», dit O'Brien. «Ce ne sont pas les changements produits par l'alcool, la cocaïne ou l'héroïne elle-même. C'est le fait qu'après la disparition de la drogue, il y a un apprentissage, une trace de mémoire, qui produit l'envie, qui produit la recherche de drogue et la rechute. Nestler dit que ces souvenirs durent toute la vie. «En tant qu'enfant, nous avons touché un poêle chaud et nous nous sommes souvenus qu'il ne vaut jamais la peine d'essayer un poêle chaud…. Les souvenirs de drogue peuvent être aussi puissants que ces souvenirs.

Il n'est pas certain que l'apprentissage de la dépendance implique CREB. Néanmoins, Nestler dit que la manipulation des gènes cibles de CREB pour soulager les symptômes de sevrage peut aider d'autres traitements de la dépendance, tels que la thérapie cognitivo-comportementale, qui pourraient influencer les souvenirs. «À mon avis, plus tôt vous introduisez ces [médicaments potentiels] chez des sujets humains, mieux c'est», dit O'Brien. «Les modèles animaux peuvent montrer la voie, mais tôt ou tard, il faut les faire entrer dans les êtres humains.»

Bibliographie

1. SK Sharma et al., «La double régulation de l'adénylate cyclase explique la dépendance et la tolérance aux narcotiques», Proc Nat Acad Sci, 72: 3092-6, 1975. [PUBMED]

2. X. Guitart et al., «Régulation de la phosphorylation de la protéine de liaison à l'élément de réponse AMP cyclique (CREB) par la morphine aiguë et chronique dans le locus ceruleus du rat», J Neurochem, 58: 1168-71, 1992. [PUBMED]

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4. WA Carlezon, Jr. et al., «Régulation de la récompense de la cocaïne par le CREB», Science, 282: 2272-5, 1998. [PUBMED]

5. CL Walters, JA Blendy, «Différentes exigences pour la protéine de liaison de l'élément de réponse de l'AMPc dans les propriétés de renforcement positives et négatives des drogues d'abus», J Neurosci, 21: 9438-44, 2001. [PUBMED]

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8. C. Chen, DE Grigoriadis, «NBI 30775 (R121919), un antagoniste oralement actif du récepteur du facteur de libération de corticotropine (CRF) de type 1 pour le traitement de l'anxiété et de la dépression», Drug Dev Res, 65: 216- 26, 2005. [PUBMED]

9. DR Gehlert et al., «3- (4-chloro-2-morpholin-4-yl-thiazol-5-yl) -8- (1-éthylpropyl) -2,6-diméthyl-imidazo [1,2 -b] pyridazine: un nouvel antagoniste du récepteur 1 du facteur de libération de corticotropine, disponible par voie orale, avec une efficacité dans des modèles animaux d'alcoolisme », J Neurosci, 27: 2718-26, 2007. [PUBMED]

10. I. Goussakov et al., «LTP dans l'amygdale latérale pendant le sevrage de la cocaïne», Eur J Neurosci, 23: 239-50, 2006. [PUBMED]

11. Walker BM et Koob GF, «Preuve pharmacologique d'un rôle motivationnel des systèmes ?? - opioïdes dans la dépendance à l'éthanol», Neuropsychopharmacology, publication en ligne le 2 mai 2007. [PUBMED]

En savoir plus: Addictive Research - The Scientist - Magazine of the Life Sciences http://www.the-scientist.com/article/display/53236/#ixzz17vJl152n