Modulation of nociceptive transmission by group I metabotropic glutamatergic receptors and L-type calcium channels in the spinal cord : electrophysiological approach in vivo

La douleur est une expérience désagréable qui fait partie de notre vie. Quand elle ne dure pas longtemps, elle est un signal d’alarme pour notre organisme. Cependant malheureusement, dans certaines conditions pathologiques, elle se prolonge dans le temps, elle devient alors chronique, intolérable, et nécessite un traitement qui ne suffit pas toujours à soulager le patient, un traitement qui dispose une efficacité limitée avec des effets secondaires indésirables non négligeables. Il est crucial alors d’améliorer nos connaissances sur les mécanismes enclenchés dans la transmission douloureuse pour développer des nouveaux outils thérapeutiques. Dans ce contexte, des études menées ces dernières années dans notre laboratoire ont indiqué que les neurones de la corne dorsale de la moelle épinière présentent des propriétés intrinsèques d’amplification des messages afférents douloureux qui reposent notamment sur des courants calciques via les canaux calciques de type L. Pour cela, le rôle de ces canaux L et plus particulièrement le rôle exact de chaque canal : Cav1.2 et Cav1.3, les deux seuls iso-formes des canaux L exprimés dans la corne dorsale de la moelle épinière, dans la sensibilisation douloureuse a été étudié dans la première partie de ce présent travail. Nous avons étudié chez le rat, in vivo, et en utilisant une approche computationnelle pour simuler l’activité neuronale, l’impact de ces courants Cav1.2 et Cav1.3, à la fois sur le phénomène de Wind-up, une forme de sensibilisation à court terme, et sur un modèle de neuropathie périphérie (SNL) caractérisé par une forme de sensibilisation à long terme. Nous avons pu montrer que la présence de Cav1.3 (mais pas de Cav1.2) est crucial pour l’expression du Wind-up quel que soit le contexte physiopathologique (contrôle/neuropathie), alors que la suppression de Cav1.2 (mais pas de Cav1.3) diminue significativement l’expression du comportement douloureux dans le contexte de neuropathie. D’autre part, il a été montré également dans notre laboratoire que les récepteurs métabotropiques de groupe I (mGluRs I), récepteurs du Glutamate, principal neurotransmetteur excitateur dans la transmission nociceptive, interagissent avec ces canaux L en modulant leur activité. Dans des conditions pathologiques telles que les conditions des douleurs inflammatoires le rôle de ces canaux L est controversé, et si l’interaction entre les mGluRs I et les canaux L est toujours présente dans ces conditions inflammatoires est mal connue. Nous avons décidé alors d’étudier dans la deuxième partie de ce travail le rôle de ces canaux L, et leur interaction avec les mGluRs I dans les conditions des douleurs inflammatoires. En utilisant des approches : l’électrophysiologie extracellulaire in vivo, pharmacologie, comportement, les injections intrathécales, et biologie moléculaire, nous avons montré que l’activation pharmacologique des mGluRs I augmente la transmission nociceptive et que cet effet nécessite l’activation des canaux calciques de type L dans les conditions contrôles. D'une façon inattendue, dans le contexte d’inflammation, nos résultats ont montré que l’activation des mGluRs I induit un effet totalement opposé anti-nociceptif et que cet effet est indépendant des canaux L. En plus, nous confirmons que le blocage des canaux L est sans effet dans le cas d’inflammation. D’autre part, nous avons montré que l’effet contradictoire dû à l’activation des mGluRs I passe par un renforcement de la transmission inhibitrice. En conclusion, nos résultats montrent l’intérêt de cibler les canaux calciques de type L et plus précisément le canal Cav1.2 dans le cadre des douleurs chroniques neuropathiques. De plus, nous montrons aussi que les mGluRs I pourraient être des bons candidats thérapeutiques dans le contexte inflammatoire.Pain is an unpleasant experience which is part of our lives. When it does not last long time, it is often a warning sign for our organism. However unfortunately, in some pathological cases, it can last a long time, and become chronic, intolerable, and requires a treatment that is not always enough to relieve the patient, a treatment that has limited efficacy with significant undesirable side effects. It is important now to ameliorate our knowledge about the mechanisms implicated in pain transmission to develop new therapeutic tools. In this context, many studies conducted in recent years in our laboratory have indicated that the neurons in the dorsal horn of the spinal cord express intrinsic amplification properties of afferents input rely on calcium currents via the L type calcium channels. For that, the role of L type calcium channels and especially the role exact of each canal: Cav1.2 and Cav1.3, the two only iso-forms of L channels expressed in the dorsal horn of the spinal cord, in the painful sensitization has been studied in the first part of this present work. We studied in rat, in vivo, and by using a computational approach to simulate neuronal activity, the impact of these currents Cav1.2 and Cav1.3, both on the phenomenon of Wind-up, a form of short term sensitization, and in the model of a peripheral neuropathy model (SNL) characterized by a form of long-term sensitization. We showed that the presence of Cav1.3 (but not the Cav1.2) is important for Wind-up’s expression regardless of the physio-pathological context (control / neuropathy), whereas the removal of Cav1.2 (but not Cav1.3) decreases significantly the expression of the pain behavior in the context of neuropathy. In another side, it has been shown in our laboratory that group I metabotropic glutamatergic receptors (mGluRs I), receptors of Glutamate, the main excitatory neurotransmitter in nociceptive transmission, interact with L channels by modulating their activity. In pathological condition such in the condition of inflammatory pain the role of these channels L is controversial, and if the interaction between mGluRs I and L channels is always present in these inflammatory conditions is poorly known. We decided then to study in the second part of this work the role of these channels, and their interaction with mGluRs I in the condition of inflammatory pain. By using electrophysiological extracellular recording, pharmacology, behavior, intrathecal injections, and molecular biology, we showed that pharmacological activation of mGluRs I increase the nociceptive transmission and that this effect requires the activation of L type calcium channels in control conditions. Unexpectedly, in the context of the inflammation, our results show that activation of mGluRs I induce an anti-nociceptive effect and this effect is independent of L channels. Moreover, we confirmed that the blockade of L calcium channels is without effect in case of the inflammation. Furthermore, we showed that the contradictory effect due to the activation of mGluRs I pass through a strengthening of inhibitory transmission. In conclusion, our results show the interest to target L type calcium channels and more specifically the Cav1.2 channel in case of neuropathic chronic pain. We also show that mGluRs I could be good therapeutic candidates in the inflammatory context