Modulations des canaux ASIC3 par les lipides endogènes et la température

Modulations of ASIC3 channels by endogenous lipids and temperature

• Auteur / Autrice : Kevin Delanoe
• Direction : Emmanuel Deval
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions Moléculaires et Cellulaires
• Date : Soutenance le 27/04/2022
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Côte d’Azur (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Soriani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Soriani, Clarisse Vandebrouck, Nicolas Cenac, Jérôme Busserolles, Paula Pousinha
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Clarisse Vandebrouck, Nicolas Cenac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Facteur d'activation des plaquettes

Canaux ioniques

Douleur

Mots clés libres

Lysophosphatydilcholine

Douleur

Asic

LysoPAF

Paf

Lysophosphatydilcholine

Pain

Asic

LysoPAF

Paf

Résumé

Les canaux ioniques ASIC3 (Acid-Sensing Ion Channel 3) sont des canaux sodiques excitateurs majoritairement exprimés dans le système nerveux périphérique. Les variations extracellulaires du pH sont considérées comme le principal signal activateur des ASIC3, qui sont essentiellement vus comme des senseurs de protons. Ces dernières années, il a été démontré que la lysophosphatidylcholine (LPC) et l'acide arachidonique (AA), qui sont des lipides endogènes, activent les canaux ASIC3 à pH physiologique en l'absence d'acidification extracellulaire.Durant ma thèse, j'ai participé à une étude mettant en évidence des taux importants de LPC16:0 dans les liquides synoviaux de patients souffrants de diverses pathologies articulaires douloureuses, incluant l'osthéoartrose. Ces taux de LPC16:0 ont été corrélés avec les scores de douleur dans la cohorte de patients ostéoarthritiques, et des injections intra-articulaires de ce lipides chez l'animal induisent un comportement douloureux chronique associé à des comorbidités anxio-dépressives. Les animaux invalidés pour le canal ASIC3, ou co-injectés avec un inhibiteur d'ASIC3 sont protégés de ces effets.J'ai pu montrer in vitro que l'application de LPC16:0 est capable d'activer spécifiquement le canal ASIC3 exprimé en système hétérologue, mais également les canaux ASIC3 natifs des neurones sensoriels et nociceptifs issus des ganglions rachidiens (DRG) de souris en culture primaire. De plus, les courants natifs induits par la LPC16:0 dans les neurones DRG sont associés à une dépolarisation membranaire dépendante d'ASIC3. Grace à ces travaux, nous pouvons émettre l'hypothèse que la LPC16:0 intra-articulaire active les canaux ASIC3 des neurones DRG innervant l'articulation, générant une dépolarisation qui conduit au développement d'un état douloureux chronique, au moins chez la souris et potentiellement chez l'homme.Mes travaux de thèse m'ont également permis d'identifier deux nouveaux lipides endogènes capables de moduler positivement les canaux ASIC3. Il s'agit du lysoPAF et du PAF, deux éther-lipides analogues structuraux de la LPC. Ils sont non seulement capables de potentialiser les courants ASIC3 induits par l'acidité, mais aussi d'activer les canaux en l'absence d'acidification extracellulaire et sont indépendants du récepteur au PAF. Ces effets sont comparables à ceux de la LPC et il semble que les trois lipides agissent sur le canal ASIC3 via un mécanisme d'action commun. Mes résultats suggèrent plutôt un effet direct sur le canal, ou dans son environnement proche, plutôt qu'un effet lié à des déformations membranaires par les lipides. J'ai pu démontrer que le lysoPAF est capable d'activer les canaux ASIC3 natifs dans les neurones DRG et d'induire une dépolarisation membranaire concomitante, suggérant que ce lipide pourrait, comme la LPC, avoir des effets proalgiques.J'ai également pu montrer durant ma thèse que les canaux ASIC3 sont sensibles aux froid. Les basses températures ayant pour effet augmenter l'amplitude des courants induit par l'acidification et de ralentir les cinétiques d'inactivation. Cependant, la délétion d'ASIC3 ne semble pas altérer la sensibilité au froid des neurones DRG en culture primaire.Pour conclure, mes travaux de thèse ont permis de faire mettre en évidence la LPC16:0 comme facteur déclencheur des douleurs articulaires, via l'activation d'ASIC3. De plus, j'ai pu identifier deux nouveaux modulateurs lipidiques endogènes du canal ASIC3, le PAF et le lysoPAF, ce qui ouvre de nouvelles perceptives quant au(x) rôle(s) de ces lipides dans la douleur. La modulation des canaux ASIC3 par différents stimuli tels que l'acidité, les lipides et le froid, renforcent l'idée que ce camanl se comporte comme un détecteur de coincidence.

Acid-Sensing Ion Channel 3 (ASIC3) are excitatory sodium channels predominantly expressed in the peripheral nervous system. Extracellular pH changes are considered the main activating signal for ASIC3, which are essentially seen as proton sensors. In recent years, it has been shown that lysophosphatidylcholine (LPC) and arachidonic acid (AA), which are endogenous lipids, activate ASIC3 channels at physiological pH in the absence of extracellular acidification.During my thesis, I participated in a study that demonstrated significant levels of LPC16:0 in synovial fluids of patients suffering from various painful joint pathologies, including osteoarthritis. These LPC16:0 levels were correlated with pain scores in the osteoarthritic cohort, and intra-articular injections of this lipid in animals induced chronic pain behaviour associated with anxiety-depressive comorbidities. Animals invalidated for the ASIC3 channel, or co-injected with an ASIC3 inhibitor are protected from these effects.I was able to show in vitro that the application of LPC16:0 is able to specifically activate the heterologously expressed ASIC3 channel, but also the native ASIC3 channels of sensory and nociceptive neurons from dorsal root ganglia (DRG) of primary cultured mice. Furthermore, native LPC16:0-induced currents in DRG neurons are associated with ASIC3-dependent membrane depolarisation. Based on this work, we can hypothesise that intra-articular LPC16:0 activates ASIC3 channels in DRG neurons innervating the joint, generating a depolarisation that leads to the development of a chronic pain state, at least in mice and potentially in humans.My thesis work also allowed me to identify two new endogenous lipids capable of positively modulating ASIC3 channels. These are lysoPAF and PAF, two ether lipids that are structural analogues of LPC. They are not only able to potentiate acid-induced ASIC3 currents, but also to activate the channels in the absence of extracellular acidification and are independent of the PAF receptor. These effects are comparable to those of LPC and it appears that all three lipids act on the ASIC3 channel via a common mechanism of action. My results suggest a direct effect on the channel, or in its immediate environment, rather than an effect related to membrane deformations by the lipids. I was able to demonstrate that lysoPAF is able to activate native ASIC3 channels in DRG neurons and to induce a concomitant membrane depolarisation, suggesting that this lipid could, like LPC, have pro-algesic effects.I also showed during my thesis that ASIC3 channels are cold sensitive. Low temperatures increase the amplitude of acidification-induced currents and slow down the inactivation kinetics. However, deletion of ASIC3 does not appear to alter the cold sensitivity of DRG neurons in primary culture.In conclusion, my thesis work allowed me to identify LPC16:0 as a trigger for joint pain, via ASIC3 activation. In addition, I was able to identify two new endogenous lipid modulators of the ASIC3 channel, PAF and lysoPAF, which opens new insights into the role(s) of these lipids in pain. The modulation of ASIC3 channels by different stimuli such as acidity, lipids and cold, reinforce the idea that this camanl behaves as a coincidence detector.