A duo implication of miR-134 microRNA and LIM Kinase1 protein in neuropathic pain modulation of the rat spinal cord

par Sherine Abdel Salam Ibrahim Mohamed

Thèse de doctorat en Sciences, technologie, santé. Biologie cellulaire et physiopathologie

Sous la direction de Marc Landry et de Ahmed Abdel-Karim.

Soutenue le 27-09-2012

à Bordeaux 2 en cotutelle avec l'Université d'Alexandrie , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux) .

Le président du jury était Massimiliano Beltramo.

Les rapporteurs étaient Nagi Ali Ibrahim.

  • Titre traduit

    Une action concertée du microARN miR-134 et de la protéine LIM Kinase 1 dans la modulation de la douleur neuropathique dans la moelle épinière du rat


  • Résumé

    Les douleurs neuropathiques ayant une origine à la suite de blessures traumatiques du SNC ou du SNP sont particulièrement difficiles à traiter en utilisant les moyens thérapeutiques actuellement disponibles. Il est donc nécessaire d'identifier de nouvelles stratégies thérapeutiques. Notre objectif était donc de définir les mécanismes impliqués dans ces douleurs neuropathiques. LIMK1 est l'un des acteurs possibles de la réorganisation épinière qui caractérise les lésions nerveuses. Une fonction très caractérisé de cette protéine, est la phosphorylation d'une famille de protéines appelées « cofilines ». Sa phosphorylation, ce qui induit la réorganisation du cytosquelette d'actine. Récemment, il a été montré qu’un microARN (miARNs) nomé miR-134 régule l'expression de LIMK1 en se liant au messager de LIMK1 (ARNm), inhibant sa traduction en protéine physiologiquement active. Notre hypothèse était que la régulation de LIMK1 par miR-134 pourrait jouer un rôle essentiel dans la sensibilisation à la douleur. Cette régulation pourrait ainsi être liée non seulement à la modulation neurochimique neuronale mais aussi à la plasticité fonctionnelle associée. Au cours de cette thèse, l’HIS a montré une diminution de miR-134 chez des rats SNL (neuropathique), cette sous-expression était concomitante à une augmentation de LIMK1 illustrée par l’IHC. Il est important de noter ici que l'ISH est une méthode de détection connue récemment et qui a été identifiée pour visualiser les miARNs. Des différents protocoles de l’HIS ont également été discutés dans le cadre de cette thèse. Ce résultat a été confirmé par Le qRT-PCR . Par la suite, afin de vérifier les changements comportementaux douloureux induits par miR-134 et LIMK1. Nous avons effectués des injections intrathécales de siRNA anti-LIMK1 pour inhiber l'expression endogène de LIMK1 chez les SNL. C’était intéressant de ne pas avoir trouvé aucun changement comportemenal chez les SNL après ce type d’injection. Une surexpression artificielle de miR-134 en utilisant un précurseur de miR-134 (premiR-134) chez les SNL a montré le même effet. Ensuite, nous avons essayé d'effectuer les mêmes injections chez les Sham (control), et c’était plus intéressant de trouver que ces injections (siRNA LIMK1 et premiR-134) ont provoqué une hypersensibilité douleureuse chez les sham. Cela a été illustré au moyen de deux tests de comportement; le Von Frey (VF) et la distribution pondérale dynamique (DWB). Pour etudier l'effet inverse, nous avons inhibé miR-134 en utilisant une sonde spécifique KD (Knock-Down); une diminution significative inattendue dans le seuil de retrait a été observée avec VF et DWB. qRT-PCR dans la plupart de ces cas, a confirmé la corrélation in vivo entre miR-134 et LIMK1. Enfin, nous avons cherché un mécanisme d'action possible qui pourrait réguler cette modulation. Des données récentes publiées ont montré une implication de l'ADF/cofiline sur le trafic des récepteurs AMPA (AMPAR). En accord avec les résultats mentionnés ci-dessus, la transfection du KD de miR-134 a montré une diminution dans AMPAR adressés à la membrane plasmique. Tout ensemble ces données suggèrent que l'effet antinociceptif de KD de miR-134 et la surexpression de LIMK1 sont indirectement régulé par l'insertion des AMPAR à la membrane plasmique.Il semble que miR-134 exerce un effet différent sur la douleur neuropathique que miR-103, discuté aussi dans le cadre de cette thèse. Il était demontré comme un régulateur de plusieurs cibles, les trois sous-unités formant les canaux calciques de type-L « Cav1.2 LTC ». MiR-103 a été trouvé également réprimés chez les SNL. La surexpression de miR-103 soulage la douleur neuropathique. Contrairement au miR-134, miR-103 exerce un rôle pronociceptive pendant la douleur neuropathique.


  • Résumé

    Pains having a neuropathic origin following CNS or PNS traumatic injury are particularly difficult to treat using the actually available therapeutic means. It is thus necessary to identify new therapeutic strategies. Hence, our aim was to define the mechanisms implicated in these neuropathic pains. Nervous lesions are characterised by an anatomical reorganization of the neuronal network of the dorsal horn. Neurochemical alterations are also involved. Some of the molecular mechanisms underlying the neuronal plasticity (a main feature of neuropathic pain) have been emphasized here by a variety of complementary technical approaches. LIMK1 is one of the possible actors of this reorganization. Among this protein’s known functions, and the most characterized is the phosphorylation of a family of proteins known as cofilins. Their phosphorylation induces the reorganization of actin cytoskeleton. Recently, it has been shown that a miR-134 miRNA regulates LIMK1 expression by binding to the LIMK1 messenger, inhibiting its translation into physiologically active protein. Our hypothesis is that LIMK1 regulation by miR-134 might play an essential role in pain sensitization by modulating neuron neurochemical reorganization and the associated functional neuronal plasticity. Firstly, by means of IHC and ISH, we studied miR-134/LIMK1 distribution within the dorsal horn of the spinal cord in sham animal (control group) and in neuropathic pain model (SNL model). Important to note here that ISH is a known detection method recently identified to visualize miRNA. Different protocols of ISH were discussed in a part of this thesis. ISH showed a decrease in miR-134 expression in SNL rats concomitantly with an increase in LIMK1 illustrated by IHC. This finding has been confirmed by qRT-PCR techniques. Afterward, in order to check for the possible behavioural-induced changes of miR-134 and LIMK1. We intrathecally injected an anti-LIMK1 siRNA to inhibit endogenous LIMK1 expression in SNL rats. Interestingly no significant changes in pain behaviour have been observed. Artificial overexpression of miR-134 using a PremiR-134, showed the same effect. Then we tried to perform the same injections on sham rats, and more interestingly, siRNA LIMK1 and premiR-134 evoked pain hypersensitivity in shams rats. This was illustrated by means of two behaviour tests; Von Frey (VF) and the Dynamic Weight bearing (DWB). To explore the reverse effect, we inhibited miR-134 using a specific KD probe in SNL rats; unexpectedly a significant decrease in pain withdrawal threshold was observed with VF and DWB. qRT-PCR in most cases confirmed the in vivo correlation between miR-134 and LIMK1. Finally, we searched for the possible mechanism of action that could regulate this modulation. Recent published data showed an involvement of ADF/cofilin on AMPAR trafficking. In line with the above mentioned findings, miR-134 KD transfection showed a decrease in AMPAR addressed to the plasma membrane. Altogether suggest that the antinociceptive effect of miR-134 KD and LIMK1 overexpression are mediated by AMPAR insertion at the plasma membrane. It seems that miR-134 exerts a different effect on neuropathic pain than miR-103 another miRNA discussed within the frame of this thesis. MiR-103 has been proved to regulate multiple targets, the three subunits forming Cav1.2 LTC. Pain sensitization involves Cav1.2 activation which consequently alters gene expression during this form of plasticity. MiR-103 was found downregulated also in the SNL model. Conversely to miR-134, overexpression of miR-103 partially alleviates pain. It decreases pain withdrawal threshold of the Von Frey test. Unlike miR-134, miR-103 exerts a pronociceptive role during neuropathic pain.


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