The role of Alpha Beta Hydrolase 6 in the neuronal control of body weight, exercise and anxio-depressive behaviors

Abstract

L'obésité a beaucoup attiré l'attention ces dernières années en raison de son expansion mondiale et de son association à plusieurs maladies. Malgré les énormes efforts déployés par les scientifiques pour comprendre les mécanismes moléculaires et physiologiques de l'obésité, il reste nécessaire de découvrir un traitement efficace. Plusieurs études indiquent que le système corticolimbique est un modulateur potentiel de l'appétit, de l'activité physique et de l'obésité. Le système corticolimbique comprend le noyau accumbens (NAc), une région du cerveau impliquée dans la régulation de la récompense alimentaire, de l'humeur et de l'activité physique. Le NAc est principalement composé de neurones épineux à médiation GABAergique (MSN) qui jouent un rôle important dans le contrôle du bilan énergétique. Les manipulations de MSN par les endocannabinoïdes (eCB) ont une incidence sur la consommation de nourriture et l’humeur, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre l’impact de la CBE sur l’activité physique et ses effets gratifiants. Le 2-arachidonoyl-glycérol (2-AG) est l'ebc le plus abondant dans le cerveau. Il est synthétisé dans le neurone postsynaptique afin d'activer le récepteur de cannabinoïde de type 1 (CB1R) situé de manière présynaptique. La modulation de l'accumulation de 2-AG est réalisée par deux enzymes: (1) la monoacyglycérol lipase (MAGL) située au niveau du neurone présynaptique afin de dégrader la masse de la 2-AG, et (2) le domaine α / β-hydrolase de la sérine hydrolase. 6 (ABHD6) localisé au neurone postsynaptique agissant en tant que contrôleur d'accès de 2-AG. Il a été démontré que la suppression du gène ABHD6 protège de l'obésité d'origine alimentaire chez la souris; Cependant, le mécanisme exact de la façon dont ABHD6 exerce cette action reste à élucider. Des travaux antérieurs de notre laboratoire ont révélé que l'inactivation virale de ABHD6 dans les neurones NAc augmente les niveaux de 2-AG, réduit la transmission des entrées neuronales de l'acide gamma-aminobutyrique (GABA), supprime la prise alimentaire et prévient l'obésité induite par l'alimentation. Bien que les interventions CB1R aient montré une efficacité dans la perte de poids, elles étaient notoirement associées à des troubles émotionnels tels que des pensées suicidaires. Par conséquent, l'inhibition de l'ABHD6 pourrait constituer une nouvelle approche thérapeutique de l'obésité sans affecter l'humeur. Le but de cette étude est d'identifier l'impact de l'inactivation du gène NAc ABHD6 sur le poids corporel, l'alimentation, la course à la roue et les comportements anxio-dépressifs. Le knock-out conditionnel des neurones ABHD6 NAc (ABHD6NAc KO) de souris adultes a été réalisé en utilisant une approche virale Cre-LoxP. Les souris ABHD6NAc KO ont été générées par des microinjections bilatérales de NAc délivrant une recombinase CRE ou une GFP témoin de manière spécifique iii aux neurones. Après cela, les souris ABHD6NAc KO et les souris témoins ont été soumises à un régime riche en graisses ou à une alimentation Control CHOW pendant 12 semaines. Nous avons mesuré le gain de poids corporel, l'apport alimentaire et les changements métaboliques à l'aide de cages métaboliques CLAMS. En conséquence, nous avons donné 5 semaines d'accès aux roues dans leurs cages pour assister aux performances de course sur roues volontaires entre les groupes. Enfin, nous avons évalué les altérations du comportement avec le test de labyrinthe surélevé et plus, le champ ouvert et la nage forcée chez des souris et des contrôles ABHD6NAc KO. Nos résultats suggèrent que l'épuisement neuronal de l'ABHD6 dans l'NAc réduit le gain de poids corporel évoqué par un régime riche en graisses sans différence significative de consommation de nourriture entre les groupes. De plus, nous démontrons que la perte de fonction neuronale ABHD6 augmentait la dépense énergétique et empêchait l’inactivité physique volontaire de l’alimenter par une alimentation riche en graisses. En outre, nous avons également montré que les souris ABHD6NAc KO ne présentaient pas de comportement anxio-dépressif après une exposition prolongée à un régime alimentaire riche en graisses. Pris ensemble, ces résultats démontrent que l'inhibition neuronale focalisée de l'enzyme ABHD6 dans le NAc joue un rôle important dans la régulation de l'équilibre énergétique et de l'humeur et peut donc potentiellement fournir une nouvelle stratégie de traitement de l'obésité.

Obesity caught a lot of attention in the last years because of its expansion worldwide and its association with several diseases. Despite the enormous efforts of scientists trying to understand the molecular and physiological mechanisms of obesity, there is still the need to discover an effective treatment. Several studies point to the corticolimbic system as a potential modulator in appetite, physical activity and obesity. The corticolimbic system incorporates the nucleus accumbens (NAc) a brain region involved in the regulation of food reward, mood and physical activity. The NAc is mostly composed by GABAergic medium spiny neurons (MSNs) that are important for the control of energy balance. Manipulations of NAc MSNs by endocannabinoids (eCB) affects food intake and mood however additional research is necessary to understand the impact of eCB on physical activity and its rewarding effects. 2-arachidonoyl-glycerol (2-AG) is the most abundant eCB in the brain, it is synthesized in the postsynaptic neuron to activate the cannabinoid receptor type 1 (CB1R) located presynaptically. Modulation of the 2-AG accumulation is done by two enzymes: (1) monoacyglycerol lipase (MAGL) which is located at the presynaptic neuron to degrade the bulk of 2-AG, and (2) the serine hydrolase α/β-hydrolase domain 6 (ABHD6) localized at the postsynaptic neuron acting as a gatekeeper of 2-AG. ABHD6 gene deletion has been demonstrated to be protective from diet-induced obesity in mice; however, the exact mechanism of how ABHD6 exerts this action is still to be elucidated. Earlier findings from our lab reveal that viral-mediated knockout of ABHD6 selectively in NAc neurons increases 2-AG levels, reduces gamma-Aminobutyric acid (GABA) neuronal input transmission, suppresses food intake and prevents diet-induced obesity. While CB1R interventions showed efficacy for weight loss, they were notoriously associated with emotional disturbances such as suicidal thoughts. Therefore, ABHD6 inhibition could give a novel therapeutic approach for obesity without affecting mood. The aim of the current study is to identify the impact of NAc ABHD6 gene knockout on body weight, feeding, wheel running and anxio-depressive behaviors. Conditional knockout of ABHD6 NAc neurons (ABHD6NAc KO) of adult mice was accomplished using a viral Cre-LoxP approach. ABHD6NAc KO mice were generated by bilateral NAc microinjections delivering CRE recombinase or control GFP in a neuron-specific manner. After, the ABHD6NAc KO and control mice were subjected to either high fat diet or Control CHOW feeding for 12 weeks. We measured body weight gain, food intake and metabolic changes using CLAMS metabolic cages. Consequently, we gave 5 weeks running wheel access in their cages to see voluntary wheel running performance v between the groups. Finally, we evaluated behavioural impairments with the elevated plus maze, open field and forced swim test in ABHD6NAc KO mice and controls. Our results suggest that neuronal depletion of ABHD6 in the NAc diminishes body weight gain evoked by high fat diet with no significant differences in food consumption between the groups. Furthermore, we demonstrate that ABHD6 neuronal loss of function increased energy expenditure and prevented from voluntary physical inactivity induce by high fat diet feeding. In addition, we also showed that ABHD6NAc KO mice fail to show anxio-depressive behaviors after a prolong exposure to high fat diet. Taking together, these results demonstrate that focal neuronal inhibition of the ABHD6 enzyme in the NAc plays an important role in the regulation of energy balance and mood and thus potentially can provide a new treatment strategy for obesity.