Canaux calciques de type T spinaux et sensibilité douloureuse

by Antoine Fruquiere

Doctoral thesis in Biologie Santé

Under the supervision of Emmanuel Bourinet.

defended on 30-11-2018

in Montpellier , under the authority of Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé , in a partnership with Institut de Génomique Fonctionnelle (Montpellier) (laboratoire) .

  • Alternative Title

    Spinal T-type calcium channels and pain sensitivity


  • Abstract

    Physiological pain is essential for individual survival, but chronic pains are purely deleterious for the organism and the life quality. Unfortunately, current therapies are limited to drugs with a low efficacy or with a bad benefit/risk ratio. It is thus urgently necessary to better understand the establishment and persistence mechanisms of those chronic pains, like neuropathic pain in order to design efficient therapeutic strategies against this pathology. Many studies have shown that T-type calcium channels are involved in chronic pain states, like Cav3.2 subtypes, all along the nociceptive circuit. In the peripheral nervous system, Cav3.2 channels have pronociceptive impact and are now approved as a target for innovative therapies development. In contrast, the role of Cav3.2 channel in the central nervous system, and especially in the spinal cord, a crucial hotspot of nociceptive information convergence, integration and transmission, remains to be explored.Thanks to a Cav3.2-GFP-Lox murine model created by the team, we were able to i/ identify and precisely localize Cav3.2 positive neurons in all the nervous system and ii/ induce tissue specific deletion of Cav3.2 by the Cre recombinase action, to evaluate effects on pain sensitivity. At the spinal level, we found that Cav3.2 is prominently expressed in lamina II neurons comprising mostly excitatory neurons. Knocking-out spinal Cav3.2 by a viral approach has demonstrated behaviorally i) an abolition of cold and mechanical allodynia, mechanical hyperalgesia and spontaneous pain like behaviors under neuropathic conditions in males and females, ii) an alteration of the hot perception, under pathological pain conditions, with a differential effect in a sex dependent manner, and iii) a modification of anxiety associated to chronic pain, iv) a suppression of the analgesia induced by a systemic treatment with a brain penetrant T-type channel blocker. Mechanistically, extracellular in vivo recordings of spinal projection neurons demonstrate a decrease in integration and transmission of pathologic nociceptive messages from peripheral C- and A-delta fibers by Cav3.2 ablation in spinal networks. This approach has been developed before and after induction of the pain model to evaluate the preventive and curative effect of the treatment.Altogether, the results demonstrate that spinal Cav3.2 channel deletion has preventive and curative effects regarding neuropathic pains symptoms. In a clinical perspective for the development of analgesics based on T-type calcium channel blockers, we suggest the utility of targeting spinal Cav3.2 additionally to channels in primary afferent neurons, a notion already well established.


  • Abstract

    Alors que la douleur physiologique est essentielle à la survie de l'individu, les douleurs chroniques sont purement délétères pour l'organisme et la qualité de la vie. Malheureusement, les traitements actuels se limitent à des médicaments peu efficaces ou présentant un mauvais rapport bénéfice / risque. Il est donc urgent de mieux comprendre les mécanismes d'établissement et de persistance des douleurs chroniques, comme les douleurs neuropathiques, afin de concevoir des stratégies thérapeutiques efficaces contre ces pathologies. De nombreuses études ont montré que les canaux calciques de type T sont impliqués dans les états douloureux chroniques. Par exemple, le sous-type Cav3.2, est exprimé tout au long du circuit neuronal nociceptif. Dans le système nerveux périphérique, les canaux Cav3.2 ont un rôle pronociceptif et sont désormais validées comme cibles pour la recherche de thérapies innovantes. En revanche, le rôle du canal Cav3.2 au niveau central, et en particulier dans la moelle épinière, un point névralgique de convergence, d'intégration et de transmission des informations nociceptives, reste à explorer.Grâce à un modèle murin Cav3.2GFP-Lox knock-in créé par l'équipe, nous avons pu identifier/localiser précisément les neurones Cav3.2 positifs dans tout le système nerveux et induire une délétion tissulaire spécifique de Cav3.2 par l’action de la Cre recombinase, pour ensuite en évaluer les effets sur la sensibilité à la douleur. Dans la moelle épinière, nous avons constaté que Cav3.2 est fortement exprimé dans les neurones des laminae superficielles, et sont principalement des neurones excitateurs. La suppression de Cav3.2 spinal par une approche virale a démontré comportementalement : i) l’abolition de l’allodynie au froid et mécanique, de l’hyperalgésie mécanique, ainsi que des douleurs spontanées, en condition neuropathiques chez les mâles et les femelles, ii) une altération de la perception au chaud en condition neuropathique avec un effet différentiel dépendant du sexe, et iii) une réduction de l’anxiété associée aux douleurs chroniques, iv) la suppression des effets analgésiques d’un traitement systémique d’un bloqueur pharmacologique de canaux calciques de type T. Mécanistiquement, les enregistrements extracellulaires in vivo des neurones de projection spinaux démontrent une diminution de l'intégration et de la transmission des messages nociceptifs pathologiques des fibres périphériques C et A-delta lorsque le canal Cav3.2 est délété dans les réseaux spinaux. Cette approche de délétion a été développée avant et après l'induction du modèle de douleur neuropathique pour en évaluer les effets préventifs et curatifs.Les résultats démontrent que la délétion du canal spinal Cav3.2 a des effets préventifs et curatifs sur les symptômes des douleurs neuropathiques. Dans une perspective clinique pour le développement d'analgésiques basés sur les inhibiteurs calciques de type T, nous suggérons de cibler Cav3.2 spinal en plus des canaux dans les neurones afférents primaires par des molécules pénétrant le système nerveux central.



The full text of this thesis will be freely available from 30-11-2020

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