Modeling the human SCN9AR185H mutation found in patients with chronic pain using CRISPR/Cas9 in the mouse : consequences on pain sensitivity

Modélisation de la mutation humaine SCN9AR185H identifiée chez les patients souffrant de douleur chronique à l'aide de l’approche CRISPR/Cas9 chez la souris : conséquences sur la sensibilité à la douleur

• Auteur / Autrice : Yaping Xue
• Direction : Yann Hérault, Claire Gavériaux-Ruff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 12/10/2020
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Michel Barrot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Montagutelli, Janneke Hoeijmakers
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xavier Montagutelli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles animaux

Expériences

Canaux sodiques

Génomique

Génétique

Douleur de désafférentation

Mots clés libres

SCN9A

Neuropathie à petites fibres

Douleur neuropathique

Modèles de souris

CRISPR-Cas9

SCN9A

Small Fiber Neuropathy

Neuropathic Pain

Mouse Model

CRISPR-Cas9

Résumé

Au cours de ce projet de doctorat, nous avons créé un modèle de souris pour la mutation Scn9aR185H identifiée chez les patients douloureux souffrant de neuropathie à petite fibre grâce à l’approche CRISPR/Cas9 et nous avons étudié les conséquences sur la sensibilité à la douleur. Le modèle murin Scn9aR185H a permis d’explorer l'association génotype-phénotype et le mécanisme de la mutation des canaux sodiques NAV1.7 et le modèle Scn9aR185X/wt d’explorer l’effet de l’inactivation d’un allèle du gène Scn9a. Ces deux lignées de souris n'ont montré aucune altération de la croissance, de la survie et de l'état de santé global. Nous avons montré qu'il n'y a pas de différence dans l'expression de l'ARNm de Scn9a dans les DRG (ganglions de la racine dorsale), la moelle épinière, le cerveau et le cervelet chez les souris Scn9aR185H, et une diminution de l’expression chez les souris Scn9aR185X/wt. La sensibilité à la douleur de ces nouvelles lignées de souris mutantes a été étudiée chez les deux sexes à l'aide de tests comportementaux de sensibilité aux stimuli thermiques et mécaniques. Nos résultats indiquent que globalement les souris Scn9aR185H présentent un phénotype douloureux, suggérant que la mutation Scn9aR185H identifiée chez les patients SFN contribue à leurs symptômes douloureux. Ces résultats pourront servir à la recherche de nouveaux analgésiques. Les souris Scn9aR185X/wt sont moins sensibles à la douleur de type chaleur. Chez ces souris, un allèle Scn9a n'est pas fonctionnel. Par conséquent, nous avons montré par nos approches génétiques que le canal SCN9A joue un rôle crucial dans la nociception et dans les pathologies SFN douloureuses.

The NAV1.7 channel, encoded by Scn9a gene, is a voltage-gated sodium channel that plays a critical role in the generation and conduction of action potentials. In peripheral sensory neurons, the expression and dynamic regulation of SCN9A is involved in pain sensitivity and chronic pain development. Several SCN9A gain-of-function mutations have been found in chronic pain pa-tients with idiopathic small fiber neuropathy (SFN). Recently, loss-of-function of SCN9A due to bi-allelic inactivating mutations results in the striking clinical phenotype of congenital insensitivity to pain (CIP). These individuals do not perceive pain in response to noxious stimuli. However, the heterozygous carriers of one inactivating mutation have normal pain sensitivity. The generation of animal models with CRISPR/Cas9 gene editing is an important tool for investigating the role of a mutation in the pathogenesis of disease and provide an avenue for functional drug screening. We have successfully established two mouse models, one carrying the R185H patient-derived mutation and the second one, R185X carrying an early stop in the open reading frame in the Scn9a locus R185X/+ using the CRISPR/Cas9 technology. We have characterized the effect of these two mutations on pain sensitivity and molecular and cellular alteration. The two mouse lines showed no alteration of growth, survival and global health state. Pain sensitivity of the new mu-tant mouse line was investigated on both sexes using behavioral tests of sensitivity to thermal and mechanical stimuli. Our results indicate that the Scn9aR185H mice show an increased pain phenotype, suggesting that the Scn9aR185H mutation identified in the SFN patients is responsi-ble for their pain symptoms. This exploration will benefit to drug screen. However, Scn9aR185X/+ mice did not show normal pain phenotype rather they are less sensitive to heat. In these mice, one Scn9a allele is not functional. Therefore, we provide more evidence that SCN9A plays an important role in nociception and in painful idiopathic SFN.