Characterization and therapeutic potential of potassium-chloride co-transporter type 2 (KCC2) enhancers in temporal lobe epilepsy
Caractérisation et intérêt thérapeutique de potentialisateurs du co-transporteur potassium-chlorure de type 2 (KCC2) dans les épilepsies du lobe temporal
Résumé
In neurons, cation-chloride cotransporters (CCCs), such as the potassium-chloride cotransporter type 2 (KCC2) and the sodium-potassium-chloride cotransporter type 1 (NKCC1), control intraneuronal chloride ion homeostasis and, subsequently, the efficiency and polarity of gamma-aminobutyric acid (GABA) synaptic signaling. In many neurological disorders, including epilepsy, reduced KCC2 expression or function may result in depolarizing and paradoxically excitatory GABA signaling that may then contribute to pathological activities and seizures. Compensating for the dysregulation of CCC function in the pathology therefore appears as a promising therapeutic strategy. Bumetanide, an antagonist of the NKCC1 transporter, failed to prevent acute neonatal seizures in clinical trials and instead induced side effects such as ototoxicity. Instead, two compounds - prochlorperazine (PCPZ) and CLP257 – recently identified from library screening as candidate KCC2 enhancers, appear to improve symptoms in several animal models of disorders associated with KCC2 suppression. However, their mode of action in cortical neurons and their therapeutic potential in epilepsy remain unknown or even controversial. During my thesis, I first compared the mode of action of these two compounds in rat hippocampal neurons and showed that both of them enhance KCC2 function. This effect was accompanied for CLP257 by a positive allosteric modulation of extrasynaptic GABAA receptors. Interestingly, both compounds reduce the lateral diffusion of KCC2 in the plasma membrane and increases its clustering, without altering its total or membrane expression or the phosphorylation level of its canonical residues. I demonstrated that both compounds effectively suppress spontaneous interictal-like discharges recorded in postoperative hippocampal tissue resected from intractable, mesial temporal lobe epilepsy (mTLE) patients. Furthermore, chronic administration of PCPZ reduced seizure onset and the frequency of epileptiform activities in a mouse model of mTLE. My results thus decipher the mode of action of two candidate KCC2 enhancers in hippocampal neurons and demonstrate for the first time their therapeutic potential in pharmacoresistant epilepsy.
Dans les neurones, les co-transporteurs cation-chlorure (CCCs) tels que le co-transporteur potassium-chlorure de type 2 (KCC2) et le co-transporteur sodium-potassium-chlorure de type 1 (NKCC1), contrôlent l'homéostasie intraneuronale des ions chlorure et, par conséquent, l'efficacité et la polarité de la signalisation synaptique par l'acide gamma-aminobutyrique (GABA). Dans de nombreuses affections neurologiques dont l'épilepsie, une réduction de l'expression ou de la fonction de KCC2 peut conduire à une signalisation GABAergique dépolarisante et paradoxalement excitatrice, et ainsi contribuer à l’émergence d’activités pathologiques et de crises. Compenser la dérégulation de la fonction des CCCs dans la pathologie apparaît donc comme une stratégie thérapeutique prometteuse. Le bumétanide, un antagoniste du transporteur NKCC1, ne parvient pas à prévenir les crises néonatales aiguës lors d’essais cliniques et au contraire induit des effets secondaires tels qu’une ototoxicité. En revanche, deux composés – la prochlorperazine (PCPZ) et le CLP257 – récemment identifiés par criblage de banques de petites molécules et proposés comme potentialisateurs de KCC2, semblent améliorer les symptômes dans différents modèles animaux d’affections associées à une perte d’expression de KCC2. Cependant, leur mode d'action dans les neurones corticaux et leur potentiel thérapeutique dans l'épilepsie restent inconnus, voire controversés. Au cours de ma thèse, j’ai tout d'abord comparé le mode d'action de ces composés dans des neurones hippocampiques de rat et mis en évidence que tous deux améliorent la fonction de KCC2. Cet effet s'accompagne pour le CLP257 d'une modulation allostérique positive des récepteurs GABAA extrasynaptiques. De façon intéressante, ces deux composés réduisent la diffusion latérale de KCC2 à la membrane plasmique et augmentent l’agrégation du transporteur, sans modifier son expression totale ou membranaire, ni le niveau de phosphorylation de ses résidus canoniques. J’ai mis en évidence que ces deux composés suppriment efficacement les décharges spontanées de type interictal, enregistrées in vitro dans le tissu hippocampique postopératoire réséqué de patients souffrant d’épilepsie du lobe temporal (ELT). De plus, l'administration chronique de PCPZ permet de réduire l'apparition de crises et la fréquence des activités épileptiformes dans un modèle souris d'ELT. Mes résultats décryptent donc le mode d'action de deux candidats potentialisateurs de KCC2 dans des neurones hippocampiques et démontrent pour la première fois leur potentiel thérapeutique dans une épilepsie pharmacorésistante.
Origine : Version validée par le jury (STAR)