Date : 07/10/11

Date : 07/10/11 INTERVENANT : PHC Piérard N° 1Intitulé : Séminaire Aviesan

Stress émotionnel et mémoire

Pharmacien en chef Christophe Piérard([email protected])

Unité Neuropsychopharmacologie

Département Environnements Opérationnels

Institut de Recherche Biomédicale des Armées


Collaboration IRBA - INCIA

Depuis 1998

Convention IRBA - CNRS - Universités de Bordeaux 1 et 2 et accords cadres de collaboration scientifique

5 contrats DGA

3 thèses de sciences en co-direction

26 publications internationales communes (Pubmed) dont 11 sur le stress


Unité Neuropsychopharmacologie

Mémoire Mémoire procédurale procédurale“Episodique/de travail”“Episodique/de travail”

AutomatiqueAutomatiqueAutomatiqueAutomatiqueFlexibleFlexibleFlexibleFlexible

Privation de sommeil Fatigue physiqueNeurotoxiques OP

Hypoxie aéronautique Irradiation …

Privation de sommeil Fatigue physiqueNeurotoxiques OP

Hypoxie aéronautique Irradiation …

DETERIORATION

EntraînementEntraînement

Molécules Molécules éveillanteséveillantesMolécules Molécules éveillanteséveillantes

AMELIORATIONAMELIORATION

Etude des effets cognitifs des facteurs environnementaux d’intérêt militaire

STRESS


Origine du projet Origine du projet mémoire

« De nombreux rapports d’accidents aériens attribuent au stress un rôle délétère sur certains processus cognitifs (notamment d’attention et de sélection des signaux) et sur la restitution mnésique.

Plus précisément, le stress augmente l’interférence entre des apprentissages relativement comparables, ce qui favorise la résurgence d’acquisitions antérieures, et perturbe l’expression d’acquisitions plus récentes » (effet régression)

1ère journée thématique “Aéronautique et mémoire”, IMASSA, 06/01/99

Siège MK4 (Alpha-Jet)

Siège MK10 (Mirage 2000)

Commande d’éjection haute

Commande d’éjection basse

Confusion procédures d’éjection

Situation d’interférence modélisée chez la souris par le test de la planche a trous


Pourquoi peut-on utiliser le modèle rongeur ?

Des substrats neuroanatomiques et des systèmes de mémoire homologues chez tous les mammifères

(Arnsten et al. Tr. Mol. Medecine. 2005)

Rongeur

Homme

(Burgess et al. Neuron. 2002)

(Eichenbaum H. Nat. Neuro. Rev. 2000)

Date : O7/10/11 INTERVENANT : PHC Piérard N° 6Intitulé : Séminaire Aviesan

Intérêt prédictif du modèle souris

ont été confirmés chez l’homme 3 ans plus tard par une équipe internationale :

Müller U, Steffenhagen N, Regenthal R, Bublak P. Effects of modafinil on working memory processes in humans.Psychopharmacology, 2004, 177 : 161-169.

Nos travaux fondamentaux chez la souris :

Béracochéa D, Cagnard B, Célérier A, Le Merrer J, Pérès M, Piérard C.First evidence of a delay-dependent working-memory enhancing effect of modafinil in mice. Neuroreport, 2001, 12 : 375-378.

L’étude de la mémoire chez la souris permet de prévoir avec fiabilité les effets de divers traitements (lésions, agents pharmacologiques,…) et de diverses situations physiopathologiques ou environnementales (stress, fatigue, …) sur la mémoire humaine.


Deux systèmes en interaction

SYSTEMENERVEUX

(HIPPOCAMPE)

MémoireMémoire

StressStress

-

- SYSTEME ENDOCRINIEN

(SURRENALES)

GlucocorticoïdesGlucocorticoïdes


La corticostérone a une action rapide et transitoire au niveau hippocampique et entraîne une modulation sélective du rappel d’informations « episodic like », Chauveau F et al, Hippocampus. 2010 Jan;20(1):196-207.

Corticostérone intrahippocampique : rappel

microdialyse

0

20

40

60

PS15 NS PS120 % r

ép

on

se

s c

orr

ec

tes

* ****

10 10 10 1010 10

comportement

Souris jeune adulte


Préciser le mode d’action de la corticostérone ainsi que la nature de ses récepteurs hippocampiques impliqués dans les effets rapides et tardifs du stress sur le rappel mnésique.

A cet effet :

nous avons utilisé un test comportemental plus adapté et plus rapide que la planche à trous : la tâche d ’alternance spatiale en essais forcés (l’alternance est la tendance innée du rongeur à alterner le choix du bras d’arrivée d’un essai à l ’autre)

Objectifs

Compartiment de départ

Bras d ’arrivée

Objectif à long terme : prévenir et/ou corriger les effets délétères du stress chez le militaire en conditions opérationnelles de terrain.


Test comportemental

Alternance forcée (Béracochéa et Jaffard, 1994) :évaluation de la mémoire spatiale de « type-épisodique »

D

A A

J1 et J2 : exploration libre

D

A A

J3 : alternance spontanée6 essais

D

A A

J4 : acquisition, 2 essais forcés

A A

J5 : test 1 essai(15 min après

stress)

D

24h

Choc électrique

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% a

ltern

ance

NON Stress Stress

***

Déficit mnésique comparable à celui observé dans l’épreuve DSCS


Simulation des effets cognitifs du stress

Injection de corticostérone dans l’hippocampe dorsal (HD)

La corticostérone reproduit l’effet du stress sur le test d’alternance forcée (et sur le DSCS)

corticostérone

Non-opéré

50

**

0

10

20

30

40

60

70

80

90

100

% a

ltern

anc

e *

véhicule

Validité du test d’alternance forcée pour l’étude des effets rapides du stress sur le rappel mnésique


Origine périphérique de la corticostérone après un stress aigu

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% a

ltern

anc

e

WT

KO

NON STRESS STRESS

***

● ● ●

Les souris KO transcortine ne montrent ni d’effet rapide du stress sur le rappel mnésique, ni d’augmentation du taux de corticostérone dans l’ HD

temps

-60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150

[co

rt]

da

ns

HD

(%

co

ntr

ôle

)0

50

100

150

200

250

WT

KO

Choc électrique

Approche métyrapone

Approche souris KO transcortine (INRA Bordeaux) :


action génomique tardive (30-45 minutes)

membrane cellulaire

action membranaire rapide (moins de deux minutes)

cytosol

(Sapolski R. Endocr.Rev. 2000 ; McEwen B. Brain Res.2000) noyau

Mécanismes d’action de la corticostérone

Date : 07:10/11 INTERVENANT : PHC Piérard N° 14Intitulé : Séminaire Aviesan

Démonstration de l’effet membranaire de la corticostérone dans les effets rapides du stress sur le rappel mnésique

Cort-3CMO-BSA

Non-opéré

BSA

50

**

0

10

20

30

40

60

70

80

90

100

% a

ltern

ance

**

L’injection de Cort-3CMO-BSA dans l’ HD mime les effets du stress sur le rappel mnésique via un mécanisme membranaire

Synthèse de la Cort-3CMO-BSA (ENITA de Bordeaux, U862 INSERM Bordeaux)

Caractérisation, purification. Stœchiométrie 30:1

Vérification stabilité dans LCR


Démonstration du caractère non génomique des effets rapides du stress sur le rappel mnésique

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Anisomycine + Cort-3CMO-BSA

Anisomycine + BSA

100

% a

ltern

anc

e

*

Anisomycine

Antibiotique inhibiteur des synthèses protéiques produit par Streptomyces griseolus

Le déficit mnésique observé 15 minutes après injection de Cort-3CMO-BSA (ou administration d’un stress aigu) persiste sous

anisomycine : effet rapide non génomique

Anisomycine injectée dans HD 45 minutes avant la Cort-3CMO-BSA


(from Han et al. Neurosc.Res. 2005)

Hippocampe : la plus grande densité de MR et GR du cerveau

Récepteurs cérébraux aux glucocorticoïdes

MR (forte densité dans l’ HD et forte affinité)

GR (faible densité dans l’ HD et faible affinité)

Densité relative MR/GR inverse dans l’hippocampe ventral (HV)


Effets de l’injection des antagonistes MR (RU28318) et GR (RU 38486) dans l’HD sur une tâche de mémoire spatiale 15 minutes après un stress aigu

Implication des récepteurs aux glucocorticoïdes de l’HD dans les effets rapides du stress (15 minutes)

Non stressé

Stress

Antag.MR+Stress

Antag.GR+Stress

n = 19 n = 18 n = 16 n = 22

*****

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

conditions

% a

lte

rna

nc

e

+++

++

++

RU 28318 (oxprenoate)

RU 38486 (mifepristone)

Conclusion : les récepteurs membranaires aux glucocorticoïdes de l’HD impliqués dans les effets rapides du stress sur l’ alternance différée sont de type MR et non GR.

Dorey et al., Neuropsychopharmacology 2011


Conclusion : Les récepteurs membranaires aux glucocorticoïdes de l’HD impliqués dans les effets différés du stress sur l’alternance différée sont de type GR et non MR

Perspective : explorer le rôle de l’hippocampe ventral (HV) et de ses récepteurs aux glucocorticoïdes

Dorey et al., Neuropsychopharmacology 2011

n = 19 n = 20n = 13

***

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

conditions

% a

lte

rna

nc

e

+ ++

+

Effets de l’injection des antagonistes MR (RU28318) et GR (RU 38486) dans l’ HD sur une tâche de mémoire spatiale 60 minutes après un stress aigu

Implication des récepteurs aux glucocorticoïdes de l’HD dans les effets différés du stress (60 minutes)

Non stress

Stress

Antag.MR+Stress

Antag.GR+Stress


Comparaison des taux moyens de corticostérone entre l'hippocampe dorsal et ventral après un stress aigu

Le pic tardif de corticostérone observé 105 minutes après administration d’un stress aigu est-il corrélé à une baisse des performances cognitives ?

Nous pouvons formuler l ’hypothèse que le pic de corticostérone tardif observé dans dans l’HV prolongerait et consoliderait la mémoire émotionnelle amorcée par l’HD.

**

60 mn

*

105 mn

Cinétique différente des taux de corticostérone dans l’hippocampe dorsal et ventral après un stress aigu.

Temps en min

-30 -15 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

[co

rt]

% d

e la

lig

ne

de

ba

se

0

100

150

200

250

300

HDHV

Choc électrique

Bregma -2.0 mm

Bregma -2.9 mm


L’ hippocampe, structure clé de l’ interaction émotion-mémoire

(d’après Segal et al, 2010)

corticostérone

HD

HV

Hippocampe dorsal (HD) impliqué dans les effets rapides du stress

MR(effets membranaires non génomiques)

MEMOIRE

Hippocampe ventral (HV) impliqué dans les effets tardifs du stress (consolidation mémoire émotionnelle)

GR (effets génomiques ?)

EMOTIONSLégende : RsCx : cortex retrospinal ; PRCx : cortex préfrontal ; VMH : noyau ventromédian hypothalamique ; Amygdale

MR/GR

MR/GR


Perspectives : hippocampe et glucocorticoïdes

Mise en évidence dissociation fonctionnelle et cognitive de l’ HD et de l’ HV par l’utilisation de tests permettant d’évaluer la mémoire émotionnelle antérograde (fear conditioning)

Etude du rôle de l’ HD dans l’augmentation tardive de corticostérone dans l’ HV induite par le stress (Hypothèse : HD « porte d’entrée » de la corticostérone dans l’ HV) : effet lésion HD sur le taux de corticostérone dans l’ HV. Etude du mécanisme du relai au sein de l’ HD entre activation précoce des MR et tardive des GR. Hypothèse : rôle du trafic des récepteurs glutamatergiques de surface ? Blocage pharmacologique du trafic (collaboration Carmen Sandi, Univ. Lausanne)


Modulation des effets cognitifs des molécules éveillantes en conditions de stress

Modafinil :

Stress aigu (Béracochéa et al., 2008)

Stress chronique (Piérard et al., 2006)

Résultat majeur : abaissement du seuil d’efficacité des molécules éveillantes en conditions de stress

(facteur 2). Risque de surdosage.

Privation de sommeil (Piérard et al., 2007, 2011)

Amphétamine : Stress aigu (Piérard et al., 2009)

Perspectives pharmacologiques

Nouvelles molécules éveillantes d’intérêt militaire : anti H3, NPS.


Remerciements

Unité Neuropsychopharmacologie IRBA Brétigny :

Dr Frédéric Chauveau ASC Rodolphe Dorey (3ème année thèse Univ. Bordeaux)Asp Carine Malle (3ème année thèse Univ. Caen)TPCSSA Mathieu CoutanOE Betty PolyICT Pierrette Liscia (en retraite)

Dr Christophe Tronche (Ecole Militaire de l’Air)

Documents

Date : 07/10/11