Étude des bases moléculaires de la mécanotransduction du système somatosensoriel

par Lucie Brosse

Thèse de doctorat en Biologie santé. Neurosciences

Sous la direction de Bertrand Coste.

Soutenue le 29-09-2021

à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille) , en partenariat avec Centre de recherches en neurosciences cognitives (Marseille) (laboratoire) .

Le président du jury était Aziz Moqrich.

Le jury était composé de Stéphane Lolignier.

Les rapporteurs étaient Claire Wyart, Éric Lingueglia.

mots clés

• Mécanosensation
• Mécanotransduction
• Neurones sensoriels
• Nociception
• Canaux ioniques
• Courants activés mécaniquement (AM)
• Neurones sensitifs
• Canaux ioniques
• Transcriptome
• Mécanotransduction cellulaire
• Nociception

Résumé

La mécanotransduction consiste en la conversion de signaux mécaniques en signaux biologiques et est impliquée dans la mécanosensation qui regroupe le toucher, la douleur mécanique et la proprioception. Au niveau moléculaire, les senseurs de la mécanosensation sont des canaux ioniques activés mécaniquement (AM) dont l'activité génère plusieurs types de courants qui diffèrent par leurs cinétiques d’adaptation en réponse à une stimulation mécanique. À ce jour, l’identité moléculaire des canaux AM qui sous-tendent les courants à adaptation lente, impliqués dans la mécano-nociception, reste indéterminée. Mon travail de thèse a eu pour objectif de caractériser les courants AM des neurones sensoriels et de corréler leur expression avec le transcriptome de neurones isolés. L’étude bio-informatique des profils d’expression de neurones sensoriels a permis de déterminer l’appartenance de chaque cellule aux différentes sous-populations de neurones sensoriels et de corréler les différents types de courants AM à chacune de ces sous populations. L’analyse de l’expression différentielle des gènes au sein des neurones classés en fonction de leur phénotype mécanique a permis d’identifier les gènes enrichis spécifiquement dans les neurones exprimant un type de courant AM particulier ainsi qu' un RCPG orphelin,GPR149,dont l’inhibition génique altère les courants à adaptation ultra lente.Gpr149 pourrait être impliqué dans les phénomènes d’allodynie et d’hyperalgésie mécanique dans un contexte neuropathique, mais ce résultat nécessite d’être confirmé. Ce travail de thèse représente une ressource importante pour l’identification des bases moléculaires de la mécano-nociception.

mots clés

• Dorsal Root Ganglia (DRG) Neurons
• Ion Channels
• Mechanically Activated (MA) Currents
• Mechanosensation
• Mechanotransduction
• Nociception

Titre traduit

Molecular basis of mechanotransduction of the somatosensory system

Résumé

Mechanotransduction is the conversion of mechanical stimuli into biological signals within the cell and is involved in mechanosensation which groups the perception of touch, mechanical pain and proprioception. At the molecular level, mechanosensors involved in mechanotransduction are mechanically activated (MA) ion channels. Indeed, mechanical stimulation of dorsal root ganglia (DRG) neurons, can elicit different types of excitatory MA currents distinguishable by their adaption kinetics to prolonged stimuli. To date, the molecular identity of the MA channels involved in slow MA currents in DRG neurons remains unknown and constitutes one of the most important questions in the field of sensory transduction.This work aimed at better characterizing MA currents involved in mechanosensation by using patch mechano-clamp electrophysiological recordings on cultured DRG neurons prior to single-neuron RNA-sequencing. Bioinformatics analysis allowed us to correlate the distribution of MA currents types among each subpopulation of DRG mechanoreceptors. Differential comparison of single-cell transcriptomes allowed us to establish a list of transcripts specifically enriched in neurons classified by MA current signatures. This work led us to explore the role of an orphan G-protein coupled receptor, GPR149, in mechanosensation. Gpr149 deletion specifically impairs ultra-slow adapting MA currents and our preliminary results indicates that Gpr149 could potentially play a role in neuropathic mechanical pain.In conclusion, this work provides a useful resource for the identification of molecular players involved in mechanosensation.