Étude du rôle des canaux ASIC3 dans l'hypersensibilité à la douleur associée à une alimentation riche en lipides

Study the role of ASIC3 ion channels in pain hypersensitivities associated with the consumption of lipid rich diet

• Auteur / Autrice : Ahmed Negm
• Direction : Jacques Noël, Carole Rovere-Jovene
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie
• Date : Soutenance le 12/07/2019
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) - Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire
• Jury : Président / Présidente : Laurent Counillon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Counillon, Emmanuel Bourinet, Marc Landry, Peter McNaughton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Bourinet, Marc Landry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lipides

Électrophysiologie

Obésité

Neurones sensitifs

Douleur

Mots clés libres

ASIC3

Douleur

Obésité

Électrophysiologie

Lipides

LPC

ASIC3

Pain

Obesity

Electrophysiology

Nerve skin

Patch clamp

Lipid

LPC

Résumé

L'obésité est un facteur de risque majeur pour de nombreux troubles métaboliques graves. Elle touche 13% de l'ensemble de la population adulte dans le monde, ce qui en fait un domaine de recherche important. L'obésité se caractérise par un indice de masse corporelle accru qui résulte d'un déséquilibre entre l'apport calorique et les dépenses énergétique. Cela peut être dû à une consommation accrue d'aliments riches en énergie, comme les aliments riches en graisses, qui correspondent à l'alimentation occidentale, en parallèle avec un faible niveau d’activité physique. Il est maintenant bien accepté que l'obésité induit une inflammation systémique chronique de bas grade, qui implique les adipokines et les cytokines libérées par l'intestin et le tissu adipeux. Cette inflammation de bas grade s'étend à d'autres tissus, entraînant des dysfonctionnements métaboliques systémiques. De plus, il a été démontré que l'obésité est corrélée à des douleurs chroniques, indépendamment des autres composantes du syndrome métabolique. Il n'est pas encore clairement établi comment cette douleur chronique est initiée et quels en sont les mécanismes. Notre étude s’est concentrée sur l'étude de l'effet de l'obésité sur l'activité des neurones sensoriels périphériques et la perception de la douleur, et la caractérisation des mécanismes cellulaires sous-jacents qui impliquent les canaux ioniques sensibles à l’acidose ASIC3. Méthodologie. Nous avons utilisé une alimentation riche en matières grasses composée essentiellement d'acides gras saturés pour induire l'obésité chez des souris juvéniles. Nous testons les seuils de perception des douleurs thermiques, mécaniques et chimiques chez les souris obèses à l'aide de tests de chaleur radiante Hargreaves, de von Frey dynamique et de formaline. Les approches électrophysiologiques, y compris les techniques de patch-clamp et l'enregistrement sur le nerf saphène, nous ont permis d'étudier l'effet l'obésité induite par un régime riche en graisses saturée sur l'excitabilité des neurones sensoriels périphériques. Résultats. Après 8 semaines d'alimentation riche en graisses (HFD), nous avons pu observer que les souris deviennent obèses. Ces souris sont prédiabétiques. Elles ont développé une dérégulation de l'homéostasie du glucose par rapport aux souris maigres nourries en régime standard. De plus, les souris obèses présentent une hypersensibilité thermique une fois l'obésité bien établie, alors que les autres modalités sensorielles ne sont pas affectées. Nous avons observé une surexpression des cytokines inflammatoires chez des souris obèses non seulement dans le tissu adipeux mais aussi dans d'autres tissus impliqués dans la voie de la douleur (c'est-à-dire les ganglions radiculaires dorsaux et la moelle épinière). Le régime alimentaire riche en lipides a provoqué une dyslipidémie avec une concentration accrue de plusieurs espèces de lipides dans le sérum des souris obèses, dont le lysophosphatidylcholine. Nous montrons que le sérum de souris obèses active directement les canaux ASIC3 et potentialise les réponses à une acidification modérée (pH 7). L'obésité augmente la réponse des fibres C mechano et thermosensibles cutanées à la chaleur. L’absence des canaux ASIC3 chez les souris knockout protège ces souris de l'hyperalgésie à la chaleur. Conclusions. Nos expériences ont mis en lumière l'impact de l'inflammation chronique de bas grade et de la dysrégulation métabolique induite par une alimentation riche en graisses, induisant l’obésité sur le système nerveux périphérique et la douleur. Nous démontrons le rôle des canaux ASIC3 dans sur l’excitation des neurones sensorielles et l’hyperalgésie thermique. Nos résultats donnent une portée clinique intéressante et suggèrent que l'hypersensibilité thermique associée à l'obésité induite par les lipides pourrait être traitée pharmacologiquement en bloquant ASIC3.

Obesity is a major risk factor for many serious disorders. It affects 13% of the whole adult population worldwide making it an important field for research. Obesity is characterized by an increased body mass index resulting from an energy imbalance between caloric intake and expenditure. This can be caused by an increased consumption of energy-dense foods such as food rich in fat, which corresponds to occidental diet. It is now well accepted that obesity induces chronic systemic low-grade inflammation, which is mediated by Adipokines and cytokines released from the gut and adipose tissue. This low-grade inflammation extends to other tissue leading to systemic metabolic dysfunctions. In addition, obesity was shown to be correlated to chronic pain regardless of other components of the metabolic syndrome. It is not yet clear how this chronic pain is initiated and what mechanisms are involved. Our study focuses on investigating the effect of obesity on peripheral sensory neurons activity and pain perception, followed by deciphering the underlying cellular and molecular mechanisms that involve the Acid Sensing Ion Channels ASIC3. Methods. Mice were fed with a high-fat diet composed of saturated fatty acids to induce obesity. We are using pain behavioral tests to measure the thermal, mechanical and chemical perception in obese mice using radiant heat Hargreaves test, dynamic von Frey, and formalin tests. Electrophysiological approaches including patch-clamp techniques and skin-saphenous nerve recording preparation allowed us to study the effect of high-fat diet and obesity on peripheral sensory neurons excitability, while qPCR and Immunohistochemistry chemistry were used in investigating the changes in pro-inflammatory factors expression. Results. After 8 weeks of high-fat diet (HFD), we observe that mice become obese. These mice developed a deregulation of glucose homeostasis compared to lean mice fed on standard regime. In addition, obese mice showed a long-lasting thermal hypersensitivity once the obesity was well established, while other sensory modalities were not affected. We found an overexpression of the inflammatory cytokines in obese mice not only in the adipose tissue but also in other tissues involved in the pain pathway (i.e. Dorsal root ganglions and spinal cord). In addition, the lipid rich diet induced dyslipidemia with increased concentration of several lipid species in the serum of obese mice. Delivering the serum from obese mice to recombinant ASIC3 channels directly activated the channels and potentiated the channels responses to moderate acidification (pH 7). Obesity led to increased firing of heat sensitive C-fibers. The genetic deletion of ASIC3 channels in ASIC3 knockout mice protected these mice from thermal hypersensitivity. Conclusions. Our experiments shed light on the impact of the chronic low-grade inflammation and metabolic dysregulation induced by fat-rich diet on the peripheral nervous system and pain, and on the role of ASIC3 channels in these conditions. Our results give an interesting clinical scope and suggest that the thermal hypersensitivity associated with lipid induced obesity could be treated pharmacologically by blocking ASIC3.