Soutenance de thèse de Francesca SANTINI

Dans le système nerveux central, l'ocytocine (OT) et son récepteur (OTR) sont considérés comme des régulateurs clés des comportements sociaux et non sociaux. L'ocytocine s'avère donc être une molécule thérapeutique prometteuse des troubles neurodéveloppementaux ; cependant, afin de définir son véritable potentiel en thérapie, nous devons comprendre le fonctionnement du système ocytocinergique dans le système nerveux central. En particulier, nous n'avons pas encore une vision claire et globale ni des zones du cerveau impliquées dans l'activité pharmacologique de l'administration d'ocytocine, ni des voies de signalisation qui régulent ses effets thérapeutiques. Par conséquent, la compréhension de la localisation et des propriétés de signalisation de l'OTR dans le cerveau est une étape cruciale pour développer de nouvelles approches thérapeutiques efficaces et sûres. Le récepteur à l’ocytocine (OTR) est un récepteur couplé à la protéine G qui est capable de former des complexes homo- ou hétérodimériques ayant des propriétés pharmacologiques distinctes. Cependant, l’identification de ces complexes dans des environnements endogènes est problématique : les techniques actuellement utilisées pour les étudier dans les tissus natifs ne peuvent prouver que la proximité moléculaire entre deux protomères, mais pas leur dimérisation réelle. En ce qui concerne l'OTR, aucun anticorps fiable n'est disponible, et ses faibles niveaux d'expression dans le SNC ; localisation et la quantification précises de véritables complexes OTR homodimériques sont difficiles à réaliser. J'ai travaillé dans différentes directions pour trouver de nouveaux outils permettant d'étudier le récepteur de l'ocytocine dans les tissus endogènes, sous des formes monomères ou homodimères. Les objectifs étaient les suivants : 1)La caractérisation pharmacologique d'une série de ligands bivalents qui ont été précédemment conçus dans notre laboratoire afin de cibler spécifiquement les homodimères OTR. Nous avons montré un "agonisme sélectif fonctionnel" des composés homobivalents "dOTK2-Cn", qui sont des outils pertinents pour étudier les propriétés de signalisation des homodimères OTR. 2)Le développement d'une nouvelle approche pour cartographier la présence et la distribution des structures dimériques OTR dans le cerveau de la souris. Cette nouvelle approche, la technologie des "nanoroulettes" d'ADN (collaboration avec le groupe du professeur Tommaso Bellini, Université de Milan) que nous avons conçu fonctionne sur les cultures cellulaires et nous prévoyons de l'appliquer à des tranches de cerveau de souris. 3)La comparaison de cette nouvelle approche avec une méthodologie plus commune et universellement acceptée (autoradiographie des récepteurs) afin d'étudier les éventuels changements de distribution des OTR spécifiques à une région (sous leurs formes monomères ou dimères/oligomères) dans un modèle de souris génétiquement modifiée (Magel2-KO) du syndrome de Prader-Willi, une maladie génétique neurodéveloppemental (Collaboration Dr. F.Muscatelli, Marseille, France). J'ai révélé des effets importants sur l'expression des OTRs chez les souris Magel2-KO en comparaison aux souris sauvages. J'ai également montré que, chez les souris mâles, un traitement néonatal par injection d’OT, qui est efficace pour soulager les symptômes autistiques, est capable de modifier les niveaux des OTRs dans plusieurs des régions analysées, telles que l'hippocampe et l'amygdale. 4)L'évaluation d’un dimorphisme sexuel dans les distributions des OTRs chez les souris sauvage et Magel2-KO. En comparant les mâles et les femelles de chaque groupe, grâce à ma cartographie autoradigraphique des OTRs, j'ai effectivement trouvé une modulation des OTRs en fonction du sexe dans toutes les régions cérébrales incluses dans l'analyse, ce qui suggère que chez les mâles et les femelles il y a une régulation différente du système ocytocinergique en réponse aux modifications environnementales et génétiques.

In the central nervous system, oxytocin (OT) and its receptor (OTR) are considered key regulators of social and non-social behaviours. Oxytocin is thus proving to be a promising therapeutic molecule in the field of neurodevelopmental disorders; however, in order to define its true translational potential we still need to gather detailed information about the functioning of the oxytocinergic system in the CNS. In many cases we still do not have a comprehensive view of which are the brain areas involved in the pharmacological activity of oxytocin administration, and a precise knowledge of which are the signaling pathways that regulate its therapeutic effects is also missing. Therefore, understanding the localization and the signaling properties of the OTR in the brain is a crucial step to develop new, effective and safe therapeutic approaches. The OTR is a G protein coupled receptor, which is able to form homo or heterodimeric complexes with distinct pharmacological properties. However, targeting GPCRs complexes in endogenous environments is often problematic: the techniques currently used to study them in native tissues can only prove molecular proximity between two protomers, not their actual dimerization. For these reasons, in my project I worked in different directions to find new tools to study the oxytocin receptor in endogenous tissues, in its monomeric or homodimeric forms. The aims included: 1)The pharmacological characterization of a series of bivalent ligands previously designed in our laboratory in order to specifically target OTR homodimers. Through this work we provided novel information about the “functional selective agonism” of these homobivalent compounds, highlighting their potential to become a unique tool to investigate the signaling properties of OTR homodimers. 2)The development of a new approach to map the presence and distribution of OTR dimers in the mouse brain. This new approach, called DNA “Nanoruler” technique that we have designed in collaboration with Prof. Tommaso Bellini’s group (University of Milan), has already been proved to work in vitro; we now plan to apply it on cellular coltures and on mouse brain slices. 3)The comparison of such new approach with a more universally accepted methodology (receptor autoradiography) in order to investigate possible region-specific changes of OTR distributions (in their monomeric or dimeric/oligomeric forms) in a mouse model of Prader-Willi Syndrome, the Magel2-KO mouse (collaboration with Dr. F. Muscatelli, Marseille, France). By comparing WT and KO animals, I found significant genotype-induced effects on OTR expression in Magel2-KO mice. Moreover, I showed that in male mice a neonatal OT treatment, which is known to be able to rescue some of the autistic traits of this model, is also able to modify OTR levels in several analyzed regions, such as the hippocampus and the amygdala. 4)The evaluation of any possible sexual dimorphism in OTR distributions between WT and Magel2-KO animals, in order to highlight any possible sexual dimorphism in receptor fluctuations in wild type and Magel2-KO mice. By comparing males and females of each group, through my autoradigraphic mapping of the OTR I found a sex-dependent modulation of the OTR in all the brain areas included in the analysis. These differences suggest that in males and females there is a different regulation of the oxytocinergic system in response to environmental and genetic modifications.