Étudier les facteurs d’antirécompense dans le comportement de dépendance avec des méthodes d’expression génique unicellulaire anatomiquement spécifiques

La dépendance reste un défi croissant dans le monde développé ^1,2. Malgré des avancées scientifiques et cliniques majeures, les taux de dépendance continuent d’augmenter tandis que l’efficacité des traitements établis reste stable au^mieux3,4,5. Cependant, les progrès de la biotechnologie et des approches scientifiques ont conduit à de nouvelles méthodes et hypothèses pour étudier plus avant la physiopathologie de la dépendance aux substances ^6,7,8. En effet, les développements récents suggèrent que de nouveaux concepts et paradigmes de traitement peuvent conduire à des percées avec des conséquences sociales, économiques et politiques 9,10,11,12.

Nous avons étudié l’antirécompense dans le sevrage de la dépendance à l’alcool et aux opioïdes^13,14,15,16. Les méthodes sont au cœur de ce paradigme^17,18. La microdissection par capture laser (LCM) peut sélectionner des cellules individuelles avec une spécificité anatomique élevée. Cette fonctionnalité fait partie intégrante de l’hypothèse antirécompense de la neuroinflammation, car la glie et les neurones peuvent être collectés et analysés à partir du même sous-noyau neuronal chez le même animal 13,14,15,16,19. Une partie pertinente du transcriptome de cellules sélectionnées peut ensuite être mesurée avec des réactions en chaîne quantitatives par polymérase à transcription inverse microfluidique à haut débit (RT-qPCR) fournissant des ensembles de données de grande dimension pour l’analyse informatique donnant des informations sur les réseaux fonctionnels^20,21.

La mesure d’un sous-ensemble du transcriptome dans les neurones et la glie dans un noyau cérébral spécifique génère un ensemble de données robuste à la fois en nombre d’échantillons et en gènes mesurés, sensible et spécifique. Ces outils sont optimaux pour l’approche neuroscience d’un système à la maladie psychiatrique parce que la glie, principalement les astrocytes et la microglie, ont démontré un rôle central dans les maladies neurologiques et psychiatriques au cours de la dernière décennie^22,23. Notre approche permet de mesurer la réponse expressive de la glie et des neurones de manière concomitante à travers de nombreux récepteurs et ligands impliqués dans la signalisation paracrine locale. En effet, la signalisation peut être déduite de ces ensembles de données en utilisant diverses méthodes quantitatives telles que la logique floue²⁴. En outre, l’identification des sous-phénotypes cellulaires dans les neurones ou la glie et leur fonction peut fournir un aperçu de la façon dont les cellules cérébrales dans des noyaux spécifiques s’organisent, répondent et dérégulent au niveau de la cellule unique. La dynamique de ce système fonctionnel peut également être modélisée à l’aide d’expériences de séries chronologiques¹⁶. Enfin, les modèles animaux peuvent être perturbés anatomiquement ou pharmacologiquement pour donner une condition mécaniste à l’approche de ce système.

Expérience représentative :
Ci-dessous, nous fournissons un exemple de l’application de ces méthodes. Cette étude a examiné l’expression des gènes neuronaux et microgliaux du rat dans le noyau solitaire (SNT) en réponse à la dépendance à l’alcool et au sevrage subséquent¹⁶. Les cohortes de rats comprenaient 1) le groupe témoin, 2) l’éthanol-dépendant (EtOH), 3) le retrait de 8 h (Wd), 4) 32 h Wd et 5) 176 h Wd (figure 1A). Après une décapitation rapide, les troncs cérébraux ont été séparés du cerveau antérieur et cryosectionnés, et des tranches ont été colorées pour les neurones tyrosine hydroxylase positive (TH +) et la microglie (Figure 1B). La LCM a été utilisée pour collecter à la fois les neurones TH+ et TH- et la microglie. Toutes les cellules provenaient du SNRC et ont été analysées comme des échantillons de pools de 10 cellules. Quatre réseaux dynamiques RT-qPCR microfluidiques de 96 x 96 ont été exécutés sur la plateforme RT-qPCR mesurant 65 gènes (Figure 1B-C). Les données ont été normalisées à l’aide d’une méthode -ΔΔC_t et analysées à l’aide de R, et la sélection d’une cellule unique a été validée avec des marqueurs moléculaires (Figure 1D-E). La validation technique a ensuite été vérifiée par des répliques techniques analysées au sein d’un seul lot et entre les lots (figure 2 et figure 3). Les neurones TH+ et TH- sont organisés en différents sous-phénotypes avec des groupes de gènes inflammatoires similaires, mais des groupes de récepteurs (R) de l’acide γ-aminobutyrique (GABA) différents (Figure 4 et Figure 5). Les sous-phénotypes qui avaient une expression élevée des groupes de gènes inflammatoires étaient surreprésentés à 32 h Wd, tandis que l’expression du récepteur GABA (GABAR) restait faible dans le sevrage prolongé de l’alcool (176 h Wd). Ces travaux contribuent à l’hypothèse antirécompense de la dépendance à l’alcool et aux opioïdes qui conjecture que la rétroaction interceptive des viscères en sevrage contribue à la dérégulation des noyaux neuronaux viscéraux-émotionnels (c.-à-d. SNT et amygdale) entraînant des séquelles autonomes et émotionnelles plus graves, qui contribuent à la dépendance aux substances (Figure 6).