Molecular and pharmacological characterization of nicotinic acetylcholinereceptors (nAChRs) in insects

Nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) areinvolved in several functions in insects and are themain target of neonicotinoid insecticides. Wedemonstrated that neonicotinoids, such asimidacloprid, thiamethoxam and clothianidin displaydifferent toxicity and bind different nAChRssubtypes, sensitive or not to α-bungarotoxin, in thepea aphid Acyrthosiphon pisum. Characterizationof the 11 subunits expressed in this aphidhighlights a major expression of Apismα7,Apismα10 and Apismβ2. Moreover, subunitsexpression, which depend on developmentalstages, is also modified after insecticides exposure,suggesting different sensitivity of receptors toneonicotinoids. Such nAChR subunits expressionpattern and similar splicing mechanisms were alsoobserved in the cockroach Periplaneta americana.Additional results suggest that nAChRs sensitivityto neonicotinoids could be modulated byintracellular regulation pathways involving thecalcium/calmodulin-dependent protein kinase II(CaMKII). We identified five isoforms (PaCaMKII-Ato E) and showed specific expression of PaCaMKIIEin cockroach DUM (dorsal unpaired median)neurons. PaCaMKII inhibition leads to a decreaseof clothianidin-induced currents. All together, theseresults highlight the complexity of the mechanismsunderlying nAChRs interaction with insecticides.Les récepteurs à l’acétylcholine de type nicotinique(nAChR) sont impliqués dans de nombreuses fonctionschez les insectes et sont la cible majeure desinsecticides néonicotinoïdes. Nous avons démontré queles néonicotinoïdes, comme l’imidaclopride, lethiamethoxame et la clothianidine présentent destoxicités variables et se lient à des sous-types denAChRs différents, sensibles ou non à l’α-bungarotoxine, chez le puceron du pois Acyrthosiphonpisum. La caractérisation des 11 sous-unités expriméeschez ce puceron montre une expression majoritaired’Apismα3, Apismα7, Apismα10 et Apismβ2. De plus,l’expression des sous-unités qui est modulée au coursdes stades de développement, est également modifiéeaprès exposition aux insecticides, suggérant unesensibilité différente des récepteurs vis-à-vis desnéonicotinoïdes. Une expression différentielle des sousunitésde nAChRs et des mécanismes d’épissageidentiques ont également été observés dans le cerveaude la blatte Periplaneta americana. Des donnéessupplémentaires suggèrent que la sensibilité desnAChRs vis-à-vis des néonicotinoïdes pourrait êtremodulée par des voies de régulation intracellulairesimpliquant la protéine kinase calcium/calmodulinedépendante de type II (CaMKII). Nous avons identifiécinq isoformes (PaCaMKII-A à E) et montre uneexpression spécifique de PaCaMKII-E dans les DUM(dorsal unpaired median) neurones de la blatte.L’inhibition de PaCaMKII-E entraine une diminution descourants induits par un néonicotinoïde de secondegénération, la clothianidine. L’ensemble de ces résultatsmet en évidence la complexité des mécanismesimpliqués dans l’interaction des nAChRs avec lesinsecticides