1 Année 2015-2016 - Demande d`allocation

Année 2015-2016 - Demande d’allocation doctorale
ED Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (SSBCV) n°549
1. Informations administratives :
Nom de l’encadrant responsable de la thèse : Jérôme Becker
Unité : UMR PRC 7247 - INRA Centre Val de Loire
Equipe (si unité multi-équipes): Déficits de Récompense, GPCRs et Sociabilité
Email de l’encadrant : [email protected]
Co-encadrant: Julie Le Merrer
2. Titre de la thèse :
Freiner l’activité anti-récompense des neuropeptides à motif RFamide au moyen de
fragments d’anticorps simple chaîne (nanobodies) pour favoriser le comportement social
3. Résumé :
Les traumas psychologiques précoces, l’exposition à des substances toxiques ou des
anomalies neurodéveloppementales peuvent compromettre durablement le comportement
social chez l’homme et chez l’animal, conduisant à l’évitement des interactions sociales et à
des déficits sévères de communication mais aussi à de multiples autres altérations
comportementales : stéréotypies, troubles cognitifs, anxiété, agressivité, déficits moteurs,
troubles du sommeil, épilepsie et sensibilité accrue à la douleur (1, 2). Si ces troubles de la
sociabilité ont plutôt été décrits chez l’homme (autisme, schizophrénie), l’intérêt récent pour
la caractérisation de modèles murins de ces troubles a conduit à l’observation de
comportements très similaires (3). L’effort s’est particulièrement concentré sur la création de
lignées de souris génétiquement modifiées mimant les mutations décrites chez des patients
atteints de pathologies neuro-développementales avec altération du comportement social. Ces
modèles représentent des outils précieux pour la compréhension des substrats
neurobiologiques du comportement social, en permettant l’identification des circuits
cérébraux et des systèmes de neurotransmetteurs affectés par la pathologie.
Sur le plan neuroanatomique, les données convergentes chez l’homme et chez l’animal
ont démontré que les circuits impliqués dans les réponses sociales positives (sympathie,
empathie), mais aussi négatives (rejet social), se superposent largement aux circuits de la
récompense (4, 5). Sur le plan neurobiologique, l’interaction sociale implique un grand
nombre de systèmes de neurotransmetteurs. Notamment, les neuropeptides et leurs récepteurs
(couplés aux protéines G : RCPGs) jouent un rôle essentiel dans la modulation des
interactions sociales: c’est le cas de l’ocytocine et de la vasopressine, qui régulent une vaste
palette de comportements sociaux (6-8), des peptides opioïdes, qui modulent plus
particulièrement les processus de récompense (6, 9, 10), ou de plusieurs neuropeptides
1
exerçant une activité anti-récompense (substance P, CCK) (11-13). Parmi ces derniers, les
peptides à motif RFamide pourraient jouer un rôle clé dans le contrôle des comportements
sociaux, notamment en ce qui concerne leurs aspects récompensants (14, 15).
De manière remarquable, nous avons observé une up-régulation de l’expression des
gènes codant pour les récepteurs des peptides à motif RFamide GPR10 et GPR54 chez des
souris knockout pour le récepteur mu aux opioïdes, qui présentent un important déficit
d’interaction sociale (16). Cette up-régulation pourrait contribuer à l’émoussement de la
récompense sociale chez ces animaux. Nous proposons donc de freiner l’activité de ce
système RFamide pour soulager les déficits comportementaux des souris mu knockout, mais
aussi d’autres modèles animaux de déficit du comportement social.
Malheureusement, la pharmacologie des peptides à motif RFamide (NPFF,
Kisspeptine, PrRP et 26Rfa) et de leurs RCPGs respectifs, NPFFR1 et NPFFR2, GPR54,
GPR10 et GPR103, est encore mal connue et un nombre très réduit de composés a été
identifié qui agissent sur ces récepteurs. Nous avons donc choisi, comme alternative à la
chimie classique, de produire et de caractériser des fragments d’anticorps simple chaîne
(VHH ou nanobodies) capables de moduler l’activité de nos deux RCPGs d’intérêt, les
récepteurs GPR10 et GPR54. Les nanobodies sont des petits fragments ( 15 kDa) d’anticorps
monoclonaux qui correspondent aux domaines variables (VHH) des chaines lourdes de
certains anticorps de camélidé (chameaux, lamas…). De nouveaux outils pharmacologiques
ont ainsi été caractérisés pour les récepteurs aux chimiokines, beta2 adrénergique, adénosine
2a et CCK-B (17, 18).
L’originalité de notre projet réside donc dans l’exploration d’une nouvelle piste
thérapeutique, l’inhibition de deux récepteurs des peptides à motif RFamide, pour soulager les
troubles du comportement social, et le développement d’outils pharmacologiques entièrement
innovants, des nanobodies, capables de moduler l’activité de ces RCPGs.
4. Résumé en anglais :
Early psychological trauma, exposure to noxious chemicals or neurodevelopmental
abnormalities may durably compromise social abilities in Humans and animals, leading to
social withdrawal and severe deficits in communication, as well as multiple behavioral
alterations, such as stereotypies and impaired cognitive flexibility, exacerbated anxiety,
aggressiveness, motor deficits, sleep disorders, epileptic episodes or increased pain sensitivity
(1, 2). Although such social interaction disorders were primarily described in the clinics
(Autism Spectrum Disorders, schizophrenia), recent interest for characterizing murine models
of these disorders lead to the observation of very similar behaviors in these models (3). A
great interest in developing genetic mouse models mimicking mutations described in patients
with social behavior deficits has recently emerged. These models represent unique models for
a better understanding of the neurobiological substrates of social behavior by allowing the
identification of neural circuits and neurotransmitter systems altered in these pathologies.
At neuroanatomical level, convergent data from human and animal studies have shown
how neuronal circuits involved in positive social responses (sympathy, empathy) or negative
(social rejection) largely overlap with reward circuits (4, 5). Notably, neuropeptides and their
receptors (coupled to G protein: GPCRs) play a crucial role in modulating social interactions:
oxytocin and vasopressin control a wide range of social behaviours (6-8), opioid peptides are
mostly involved in the rewarding aspects of social behavior (6, 9, 10) and several
neuropeptides with anti-reward properties are also implicated in social responses (substance
P, CCK) (11-13). Among these, peptides with a RFamide motive could play a critical role in
controlling social behaviours and their rewarding properties (14, 15).
Remarkably, we detected an upregulation of the genes coding for GPR10 and GPR54,
two RFamide peptide receptors, in mice lacking mu opioid receptors, which display severe
deficits of social behaviour (16). We hypothesized that such increased transcription could
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participate in blunting social reward in these mice. We thus propose to inhibit RFamide
activity to relieve behavioural deficits in this model, as well as other mouse models of social
interaction deficit.
Unfortunately, pharmacology of RFamide peptides (NPFF, Kisspeptine, PrRP, 26Rfa)
and respective GPCRs (NPFFR1, NPFFR2, GPR54, GPR10 and GPR103) remains largely
unexplored, and only a limited number of pharmacological tools have been characterized to
modulate this neurotransmitter system. We thus chose, as an alternative to classical chemistry,
to produce and characterize single chain fragments of antibodies (VHH or nanobodies)
targeting our two GPCRs of interest, GPR10 and GPR54. Nanobodies are small fragments
( 15 kDa) of monoclonal antibodies corresponding to the variable domain (VHH) of the
heavy chains of camelid nanobodies (camels, llamas…). Novel pharmacological tools have
already been identified using this strategy that target chemokine, beta2 adrenergic, adenosine
2a and CCK-B receptors (17, 18).
The originality of our project stands in the exploration of a novel therapeutic trail, the
inhibition of two RFamide peptide receptors, to relieve social behaviour deficits, and the
development of innovative pharmacological tools, nanobodies, able to modulate the activity
of these GPCRs.
5. Thèses encadrées au cours des 4 dernières années (par l’encadrant et l’éventuel coencadrant) :
Nom du doctorant : Aura Callia Carole Meirsman
Encadrant responsable de la thèse : Pr. Brigitte Kieffer
Co-encadrant : Jérôme Becker
Date de début - date de soutenance : octobre 2011 - septembre 2015
Financement de la thèse : Contrat de recherche (financement OSEO-région Alsace)
Publications de l’étudiant en 1er auteur : 1 article (Biological Psychiatry)
Brevets : 0
Devenir de l’étudiant après la thèse : Post-doctorat
Nom du doctorant : Carolina Del Boca
Encadrant responsable de la thèse : Pr. Brigitte Kieffer
Co-encadrant : Julie Le Merrer
Date de début - date de soutenance : octobre 2009-2012
Financement de la thèse : Contrat de recherche (financement européen)
Publications de l’étudiant en 1er auteur : 1 article (+2 articles comme co-auteur)
Brevets : 0
Devenir de l’étudiant après la thèse : poste d’enseignante universitaire en Argentine
6. Thèses en cours (par l’encadrant et l’éventuel co-encadrant) :
7. Cinq publications principales ou brevets de l’encadrant (et de l’éventuel coencadrant) au cours des 4 dernières années :
Meirsman ACC, Le Merrer J, Pellissier LP, Diaz J, Clesse D, Kieffer BL, Becker JAJ
(2015). Mice lacking GPR88 show motor deficit, improved spatial learning and low anxiety
reversed by delta opioid antagonist. Biological Psychiatry, sous presse.
3
Becker JAJ, Clesse D, Spiegelhalter C, Schwab Y, Kieffer BL, Le Merrer J (2014).
Autistic-like syndrome in mu opioid receptor null mice is relieved by facilitated mGluR4
activity. Neuropsychopharmacology, 39:2049-2060.
Elhabazi K, Humbert J-P, Bertin I, Schmitt M, Bihel F, Bourguignon J-J, Bucher B, Becker
JAJ, Sorg T, Meziane H, Petit-Demoulière B, Ilien B, Simonin F (2013). Endogenous
mammalian RF-amide peptides, including PrRP, kisspeptin and 26RFa, modulate nociception
and morphine analgesia via NPFF receptors. Neuropharmacology, 75:164-71.
Le Merrer J, Rezaï X, Scherrer G, Becker JAJ, Kieffer BL (2013). Impaired hippocampusdependent and facilitated striatum-dependent behaviors in mice lacking the delta opioid
receptor. Neuropsychopharmacology, 38:1050-1059.
Le Merrer J, Plaza-Zabala A, Del Boca C, Matifas A, Maldonado R, Kieffer B (2011).
Deletion of the delta opioid receptor gene impairs place conditioning but preserves morphine
reinforcement. Biological Psychiatry, 69:700-703.
8. Principaux contrats de recherche obtenus par l’encadrant (et l’éventuel co-encadrant)
au cours des 4 dernières années :
2014-2017 : J Becker et J Le Merrer ont remporté l’appel d’offre pour la création d’une
nouvelle équipe dans le cadre du projet GPCRAb coordonné par Eric Reiter (PRC) et
financé par l’ARD2020 Biomédicaments (Région Centre). Moyens : 500 k€ sur 3 ans
2013-2015 : J Becker et J Le Merrer étaient partenaires du projet OTisme coordonné par
Marcel Hibert (Université de Strasbourg) et financé dans le cadre de l’appel d’offre ITMM
initié par la mission pour l’Interdisciplinarité du CNRS. Moyens (pour ce partenaire): 50 k€
sur 3 ans
9. Autres thèses en cours au sein de l’équipe :
Nombre d’HDR dans l’équipe
1
Nom étudiant
Dates : début et
fin de thèse
Nom de l’encadrant (en gras) et
éventuel co-encadrant (entre
parenthèses)
Financement de la
thèse
Détail des étudiants en thèse dans
l’équipe (Nom des encadrants et
calendrier de ces thèses)
4
10. Remarques éventuelles à signaler :
Références
1.
A. P. A. T. F. o. DSM-IV., Diagnostic and statistical manual of mental disorders:
DSM-IV-TR. (American Psychiatric Association, 2000).
2.
A. Argyropoulos, K. L. Gilby, E. L. Hill-Yardin, Studying autism in rodent models:
reconciling endophenotypes with comorbidities. Front Hum Neurosci 7, 417 (2013).
3.
J. N. Crawley, Mouse behavioral assays relevant to the symptoms of autism. Brain
Pathol 17, 448 (Oct, 2007).
4.
B. C. Bernhardt, T. Singer, The neural basis of empathy. Annu Rev Neurosci 35, 1
(2012).
5.
J. K. Rilling, B. King-Casas, A. G. Sanfey, The neurobiology of social decisionmaking. Curr Opin Neurobiol 18, 159 (Apr, 2008).
6.
V. Trezza, P. J. Baarendse, L. J. Vanderschuren, The pleasures of play:
pharmacological insights into social reward mechanisms. Trends in pharmacological
sciences 31, 463 (Oct, 2010).
7.
K. A. Young, K. L. Gobrogge, Y. Liu, Z. Wang, The neurobiology of pair bonding:
insights from a socially monogamous rodent. Frontiers in neuroendocrinology 32, 53
(Jan, 2011).
8.
O. J. Bosch, I. D. Neumann, Both oxytocin and vasopressin are mediators of maternal
care and aggression in rodents: from central release to sites of action. Horm Behav 61,
293 (Mar, 2012).
9.
V. Trezza, R. Damsteegt, E. J. Achterberg, L. J. Vanderschuren, Nucleus accumbens
mu-opioid receptors mediate social reward. J Neurosci 31, 6362 (Apr 27, 2011).
10.
J. Le Merrer, J. A. Becker, K. Befort, B. L. Kieffer, Reward processing by the opioid
system in the brain. Physiol Rev 89, 1379 (Oct, 2009).
11.
E. Katsouni, P. Sakkas, A. Zarros, N. Skandali, C. Liapi, The involvement of
substance P in the induction of aggressive behavior. Peptides 30, 1586 (Aug, 2009).
12.
E. Katsouni, A. Zarros, N. Skandali, S. Tsakiris, D. Lappas, The role of
cholecystokinin in the induction of aggressive behavior: a focus on the available
experimental data (review). Acta Physiol Hung 100, 361 (Dec, 2013).
13.
M. J. Schmidt et al., Modulation of behavioral networks by selective interneuronal
inactivation. Mol Psychiatry 19, 580 (May, 2014).
14.
F. Kersante, J. Y. Wang, J. C. Chen, C. Mollereau, J. M. Zajac, Anti-opioid effects of
neuropeptide FF receptors in the ventral tegmental area. Neurosci Lett 488, 305 (Jan
25, 2011).
15.
P. Laurent et al., The prolactin-releasing peptide antagonizes the opioid system
through its receptor GPR10. Nat Neurosci 8, 1735 (Dec, 2005).
16.
J. A. Becker et al., Autistic-like syndrome in mu opioid receptor null mice is relieved
by facilitated mGluR4 activity. Neuropsychopharmacology 39, 2049 (Aug, 2014).
17.
R. Irannejad et al., Conformational biosensors reveal GPCR signalling from
endosomes. Nature 495, 534 (Mar 28, 2013).
18.
A. Mujic-Delic, R. H. de Wit, F. Verkaar, M. J. Smit, GPCR-targeting nanobodies:
attractive research tools, diagnostics, and therapeutics. Trends in pharmacological
sciences 35, 247 (May, 2014).
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