Date : 07/10/11

1. Stress émotionnel et mémoire Pharmacien en chef Christophe Piérard (cpierard@imassa.fr) Unité Neuropsychopharmacologie Département Environnements Opérationnels Institut de Recherche Biomédicale des Armées INTERVENANT : PHC Piérard N° 1 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

2. 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 INTERVENANT : PHC Piérard N° 2 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

3. Unité Neuropsychopharmacologie Etude des effets cognitifs des facteurs environnementaux d’intérêt militaire procédurale “Episodique/de travail” Mémoire Flexible Automatique DETERIORATION AMELIORATION STRESS Molécules éveillantes Privation de sommeilFatigue physique Neurotoxiques OP Hypoxie aéronautique Irradiation … Entraînement INTERVENANT : PHC Piérard N° 3 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

4. Origine du projet mémoire Confusion procédures d’éjection Commande d’éjection haute Commande d’éjection basse « 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’interférenceentre des apprentissages relativement comparables,ce qui favorise la résurgence d’acquisitions antérieures, et perturbe l’expression d’acquisitions plus récentes » (effet régression) Siège MK10 (Mirage 2000) Siège MK4 (Alpha-Jet) 1ère journée thématique “Aéronautique et mémoire”, IMASSA, 06/01/99 Situation d’interférence modélisée chez la souris par le test de la planche a trous INTERVENANT : PHC Piérard N° 4 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

5. (Eichenbaum H. Nat. Neuro. Rev. 2000) (Burgess et al. Neuron. 2002) Pourquoi peut-on utiliser le modèle rongeur ? Des substrats neuroanatomiques et des systèmes de mémoire homologues chez tous les mammifères Rongeur Homme (Arnsten et al. Tr. Mol. Medecine. 2005) INTERVENANT : PHC Piérard N° 5 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

6. ont été confirmés chez l’homme 3 ans plus tard par une équipe internationale : Müller U, Steffenhagen N, Regenthal R, Bublak P. Effects ofmodafinil on working memory processes in humans. Psychopharmacology, 2004, 177 : 161-169. Intérêt prédictif du modèle souris 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. INTERVENANT : PHC Piérard N° 6 Date : O7/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

7. SYSTEME NERVEUX (HIPPOCAMPE) - Mémoire Stress - SYSTEME ENDOCRINIEN (SURRENALES) Glucocorticoïdes Deux systèmes en interaction INTERVENANT : PHC Piérard N° 7 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

8. 10 10 10 10 Corticostérone intrahippocampique : rappel Souris jeune adulte microdialyse comportement   60  40 % réponses correctes * ** ** 20 10 10 0 NS PS15 PS120 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. INTERVENANT : PHC Piérard N° 8 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

9. Bras d ’arrivée 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) Compartiment de départ Objectifs 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. Objectif à long terme : prévenir et/ou corriger les effets délétères du stress chez le militaire en conditions opérationnelles de terrain. INTERVENANT : PHC Piérard N° 9 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

10. Alternance forcée (Béracochéa et Jaffard, 1994) : évaluation de la mémoire spatiale de « type-épisodique » 100 90 80 70 *** 60 % alternance 50 40 30 20 10 0 A A A A A A Choc électrique NON Stress Stress A A  Déficit mnésique comparable à celui observé dans l’épreuve DSCS 24h D D D D J1 et J2 : exploration libre J3 : alternance spontanée 6 essais J4 : acquisition, 2 essais forcés J5 : test 1 essai (15 min après stress) Test comportemental INTERVENANT : PHC Piérard N° 10 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

11. Injection de corticostérone dans l’hippocampe dorsal (HD) Non-opéré véhicule ** 100 * 90 corticostérone 80 70 60 % alternance 50 40 30 20 10 0 Simulation des effets cognitifs du stress  La corticostérone reproduit l’effet du stress sur le test d’alternance forcée (et sur le DSCS) Validité du test d’alternance forcée pour l’étude des effets rapides du stress sur le rappel mnésique INTERVENANT : PHC Piérard N° 11 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

12. KO *** WT WT KO 250 100 200 Choc électrique 90 ● ● ● 80 150 70 [cort] dans HD (% contrôle) 60 50 % alternance 100 40 30 20 50 10 0 NON STRESS STRESS 0 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 temps Origine périphérique de la corticostérone après un stress aigu  Approche métyrapone  Approche souris KO transcortine (INRA Bordeaux) : 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 INTERVENANT : PHC Piérard N° 12 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

13. Mécanismes d’action de la corticostérone membrane cellulaire action membranaire rapide (moins de deux minutes) cytosol (Sapolski R. Endocr.Rev. 2000 ; McEwen B. Brain Res.2000) noyau action génomique tardive (30-45 minutes) INTERVENANT : PHC Piérard N° 13 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

14.  Synthèse de la Cort-3CMO-BSA (ENITA de Bordeaux, U862 INSERM Bordeaux) Non-opéré BSA Cort-3CMO-BSA 100 ** ** 90 80 70 60 % alternance 50 40 30  Caractérisation, purification. Stœchiométrie 30:1 20 10 0  Vérification stabilité dans LCR Démonstration de l’effet membranaire de la corticostérone dans les effets rapides du stress sur le rappel mnésique  L’injection de Cort-3CMO-BSA dans l’ HD mime les effets du stress sur le rappel mnésique via un mécanisme membranaire INTERVENANT : PHC Piérard N° 14 Date : 07:10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

15. Anisomycine + BSA Anisomycine + Cort-3CMO-BSA Anisomycine 90 100 80 70 * 60 % alternance 50 40 30 20 10 Antibiotique inhibiteur des synthèses protéiques produit par Streptomyces griseolus 0 Démonstration du caractère non génomique des effets rapides du stress sur le rappel mnésique Anisomycine injectée dans HD 45 minutes avant la Cort-3CMO-BSA  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 INTERVENANT : PHC Piérard N° 15 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

16. Récepteurs cérébraux aux glucocorticoïdes  Hippocampe : la plus grande densité de MR et GR du cerveau (from Han et al. Neurosc.Res. 2005) 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) INTERVENANT : PHC Piérard N° 16 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

17. ++ Non stressé ++ ++ + Stress 100 *** ** Antag.MR+Stress 90 Antag.GR+Stress 80 70 RU 28318 (oxprenoate) 60 % alternance 50 40 n = 16 n = 18 n = 19 n = 22 30 20 10 0 conditions RU 38486 (mifepristone) Dorey et al., Neuropsychopharmacology 2011 Conclusion : les récepteurs membranaires aux glucocorticoïdes de l’HDimpliqués dans les effets rapides du stress sur l’ alternance différée sont de type MR et non GR. Implication des récepteurs aux glucocorticoïdes de l’HD dans les effets rapides du stress (15 minutes) 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 INTERVENANT : PHC Piérard N° 17 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

18. Non stress Stress Antag.MR+Stress Antag.GR+Stress Implication des récepteurs aux glucocorticoïdes de l’HD dans les effets différés du stress (60 minutes) 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 + + + + 100 ** 90 * 80 70 60 % alternance 50 40 n = 20 n = 13 n = 19 30 20 10 0 conditions Conclusion : Les récepteurs membranaires aux glucocorticoïdes de l’HDimpliqués dans les effets différés du stress sur l’alternance différée sont de type GRet non MR Dorey et al., Neuropsychopharmacology 2011 Perspective : explorer le rôle de l’hippocampe ventral (HV) et de ses récepteurs aux glucocorticoïdes INTERVENANT : PHC Piérard N° 18 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

19. 60 mn 300 HD 250 HV 105 mn Choc électrique ** 200 [cort] % de la ligne de base Bregma -2.0 mm * 150 100 0 -30 -15 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 Temps en min Bregma -2.9 mm • Cinétique différente des taux de corticostérone dans l’hippocampe dorsal et ventral après un stress aigu. Comparaison des taux moyens de corticostérone entre l'hippocampe dorsal et ventral après un stress aigu • 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. Le pic tardif de corticostérone observé 105 minutes après administration d’un stress aigu est-il corrélé à une baisse des performances cognitives ? INTERVENANT : PHC Piérard N° 19 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

20. MEMOIRE HD Hippocampe dorsal (HD) impliqué dans les effets rapides du stress MR(effets membranaires non génomiques) corticostérone Hippocampe ventral (HV) impliqué dans les effets tardifs du stress (consolidation mémoire émotionnelle) GR (effets génomiques ?) HV EMOTIONS L’ hippocampe, structure clé de l’ interaction émotion-mémoire MR/GR MR/GR (d’après Segal et al, 2010) Légende : RsCx : cortex retrospinal ; PRCx : cortex préfrontal ; VMH : noyau ventromédian hypothalamique ; Amygdale INTERVENANT : PHC Piérard N° 20 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

21. 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) INTERVENANT : PHC Piérard N° 21 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

22. Perspectives pharmacologiques 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)  Nouvelles molécules éveillantes d’intérêt militaire : anti H3, NPS. INTERVENANT : PHC Piérard N° 22 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan

23. 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 Coutan OE Betty Poly ICT Pierrette Liscia (en retraite) Dr Christophe Tronche (Ecole Militaire de l’Air) INTERVENANT : PHC Piérard N° 23 Date : 07/10/11 Intitulé : Séminaire Aviesan