Implication du récepteur purinergique P2X4 microglial et neuronal dans les douleurs chroniques neuropathiques et inflammatoires

P2X receptors are ATP-gated non-selective cation channels highly permeable to calcium and highly expressed in many tissues. In the central nervous system (CNS), P2X4 is the most widespread P2X receptor and is involved in various pathological states, such as amyotrophic lateral sclerosis, ischemia or chronic pain. It has the particularity to be constitutively internalized and as a result, are found predominantly in intracellular compartments ensuring its low surface expression, in physiological conditions. On the other hand, in pathological condition, P2X4 is overexpressed at the cell-surface, either in neurons and/or glial cells. This is suggesting that neuronal and glial P2X4 receptors may contribute to distinct mechanisms of pathogenesis. P2X4 is playing a key role in the physiological and pathological sensory transduction. Alterations of the purinergic signaling have been shown to be involved in chronic pain syndromes with a pivotal role for microglial P2X4 receptors in neuropathic pain models. Indeed, P2X4 was observed to be increased in the microglia of the dorsal horn of the spinal cord. On the other hand, neuropathic P2X4-depleted mice (P2X4 KO) do not present an increase of their mechanical sensitivity as compared to neuropathic control mice. Unlikely, during inflammatory chronic pain, microglial P2X4 does not seem to be implicated in the pain transduction instead of neuronal P2X4. P2X4 expression was also reported in dorsal root ganglia (DRG) sensory neurons during neuropathic and chronic inflammatory conditions as well as in satellite glial cells that may contribute to both types of pain. Therefore, the neuronal vs. glial implication of P2X4 in neuropathic and inflammatory pain still needs to be unraveled and especially its role at the cell-surface level, as well as sexual dimorphism. In this context, we developed and used novel transgenic mice model in which P2X4 is increased at the cell surface level either in all cells expressing natively P2X4 (P2X4 KI) or in specific cell populations: in neurons (Synapsin-Cre P2X4 KI) or in myeloid cells (CD11b-Cre P2X4 KI mice). First, we showed that higher surface of myeloid P2X4, in Cd11b-Cre P2X4 KI mice, is sufficient to increase mechanical and thermal sensitivities in basal state, in both male and female. This hyperalgesia is also in adequation with a functional increase of the nociceptive transmission recorded in vivo in the dorsal horn projection neurons of the spinal cord of the corresponding transgenic mouse lines. We then showed that microglial P2X4 was necessary for the development and the maintenance of the chronic neuropathic pain after spared nerve injury (SNI). Regarding inflammatory pain induced by Complete Freund Adjuvant (CFA) in the hind paw in the different transgenic mice, our results indicated that macrophages P2X4 but not neuronal and microglial P2X4 contribute to its development but have no effect in the maintenance of the inflammatory pain. In conclusion, the development of these novel cell-specific transgenic mouse models and the combination of behavioral, electrophysiological and histological approaches allowed us to unravel the complex implication of P2X4 in neuropathic and inflammatory pain, in both male and female.Les récepteurs P2X sont des récepteurs canaux cationiques non sélectifs ATP-dépendants hautement perméables au calcium et fortement exprimés dans de nombreux tissus. Dans le système nerveux central, P2X4 est le récepteur P2X le plus répandu et est impliqué dans divers états pathologiques, tels que la sclérose latérale amyotrophique, l'ischémie ou la douleur chronique. En conditions physiologiques, il a la particularité d'être constitutivement internalisé et de ce fait, se retrouve majoritairement dans des compartiments intracellulaires assurant sa faible expression à la surface des cellules. D'autre part, en conditions pathologiques, P2X4 est surexprimé à la surface cellulaire, soit dans les neurones et/ou les cellules gliales. Cela suggère que les récepteurs P2X4 neuronaux et gliaux peuvent contribuer à des mécanismes distincts des différentes pathologies dans lesquelles il est impliqué. P2X4 joue un rôle clé dans la transduction sensorielle physiologique et pathologique. Il a été démontré que des altérations de la signalisation purinergique sont impliquées dans les syndromes de douleur chronique avec un rôle central pour les récepteurs P2X4 microgliaux dans les modèles de douleur neuropathique. En effet, il a été observé une augmentation de l’expression de P2X4 dans la microglie de la corne dorsale de la moelle épinière. De plus, les souris neuropathiques déplétées en P2X4 (P2X4 KO) ne présentent pas d’augmentation de leur sensibilité mécanique par rapport aux souris neuropathiques contrôles. Néanmoins, lors de douleurs inflammatoires chroniques, les récepteurs P2X4 microgliaux ne semblent pas être impliqué dans la transduction de la douleur. L'expression de P2X4 a également été rapportée dans les neurones sensoriels et les cellules gliales satellites des ganglions de la racine dorsale (DRG) au cours de conditions d’inflammation chronique et de neuropathie, qui pourraient donc contribuer à ces deux types de douleur. Par conséquent, l'implication neuronale vs gliale de P2X4 dans les douleurs neuropathique et inflammatoire reste à être élucidée ainsi que les différences observées ente mâles et femelles dans plusieurs modèles de douleur. Dans ce contexte, nous avons développé et utilisé un nouveau modèle de souris transgénique dans lequel P2X4 est augmenté au niveau de la surface cellulaire soit dans toutes les cellules exprimant nativement P2X4 (P2X4 KI) soit dans des populations cellulaires spécifiques : dans les neurones (Synapsin-Cre P2X4 KI) ou dans les cellules myéloïdes (CD11b-Cre P2X4 KI). Tout d'abord, nous avons montré qu'une augmentation de P2X4 à la surface des cellules myéloïdes, chez les souris Cd11b-Cre P2X4 KI est suffisante pour augmenter les sensibilités mécaniques et thermiques à l'état basal, à la fois chez le mâle et la femelle. Cette hyperalgésie est également en adéquation avec une hausse de la transmission nociceptive enregistrée in vivo dans les neurones de projection de la corne dorsale de la moelle épinière des lignées de souris transgéniques correspondantes. Nous avons ensuite montré que le récepteur P2X4 microglial était nécessaire au développement et au maintien de la douleur neuropathique chronique après une lésion nerveuse partielle du nerf sciatique (SNI). Concernant la douleur inflammatoire induite par l'adjuvant complet de Freund (CFA) dans la patte arrière chez les différentes souris transgéniques, nos résultats ont indiqué que le P2X4 présent à la surface des macrophages mais pas des neurones et des microglies contribue à son développement mais n'a aucun effet dans le maintien de la douleur inflammatoire. En conclusion, le développement de ces nouveaux modèles de souris transgéniques spécifiques à certaines cellules et la combinaison d'approches comportementales, électrophysiologiques et histologiques nous ont permis de mieux comprendre le rôle des récepteurs P2X4 dans la douleur neuropathique et inflammatoire, tant chez les mâles que chez les femelles