Modulation de l'activité des canaux HCN : une stratégie thérapeutique innovante et bien tolérée contre la neuropathie induite par l'oxaliplatine

Modulation of HCN channel activity : an innovative and well-tolerated therapeutic strategy for oxaliplatin-induced neuropathy

• Auteur / Autrice : Margaux Morez
• Direction : Jérôme Busserolles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 22/05/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neuro-Dol (Clermont-Ferrand)
• Jury : Président / Présidente : David Balayssac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathilde Bonnet, Eric Wersinger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Bourinet, Claire Demiot, Lauriane Ulmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimiothérapie -- Complications (médecine)

Oxaliplatine

Nerfs périphériques -- Maladies

Mots clés libres

Canaux HCN

Neuropathie périphérique

Peptoides

Oxaliplatine

HCN channel

Peripheral neuropathy

Peptoids

Oxaliplatin

Résumé

Les neuropathies périphériques, se manifestant par des troubles sensoriels des extrémités des membres et de la sphère oro-faciale, sont un effet indésirable quasi-systématique du traitement de tumeurs solides par l'oxaliplatine. Ces douleurs neuropathiques sont accompagnées de troubles moteurs et proprioceptifs qui s'installent au fur et à mesure des administrations et perdurent parfois après la fin des cures. Les comorbidités associées de type anxiété et dépression participent à l'altération de la qualité de vie du patient et mènent à une diminution ou l'arrêt du traitement, compromettant ainsi les chances de guérison face au cancer. Il n'existe à l'heure actuelle aucun traitement pour les neuropathies périphériques chimio-induites. Seule la duloxétine est recommandée, avec un niveau de preuve d'efficacité modéré. Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans le développement et le maintien de la douleur induite par l'oxaliplatine est nécessaire pour développer de nouvelles stratégies innovantes, efficaces et bien tolérées. Les canaux HCN (isoformes HCN1-4), largement distribués dans les voies de la douleur et surexprimés dans des modèles précliniques de neuropathie périphérique induite par oxaliplatine (NPIO), sont une cible émergente. Le blocage pharmacologique de ces canaux par des molécules non sélectives diminue l'hypersensibilité thermique et mécanique des animaux NPIO. Cependant, la fenêtre thérapeutique est étroite en raison de l‘expression et de la fonction de ces canaux dans les cellules du tissu nodal cardiaque. Dans cette étude, nous nous sommes intéressées à un partenaire protéique du canal HCN dont l'expression est exclusivement neuronale : la protéine TRIP8b, qui contrôle son adressage membranaire et sa fonction . Notre stratégie consiste à moduler les canaux HCN en perturbant pharmacologiquement l'interaction du canal avec TRIP8b et ainsi avoir un effet antalgique sans effet secondaire cardiaque. Dans des études in vitro, l'utilisation de la transcriptomique et de l'immunocytochimie, nous a permis de montrer une coexpression et colocalisation de ces deux cibles dans les neurones périphériques ganglionnaires lombaires (DRG) et trigéminaux (TG). Dans la NPIO aigue chez la souris, nous avons observé une surexpression des canaux HCN1 et HCN2 et une augmentation du nombre de cellules positives pour TRIP8b dans ces tissus. Une surexpression des transcrits HCN1 et HCN4 est également observée dans le cortex insulaire (région impliquée dans les modalités sensorielle et émotionnelle de la douleur de ces animaux) après administrations répétées d'oxaliplatine, suggérant une implication potentielle de ces canaux dans la chronicisation de la neuropathie. Dans des études in vivo, nous avons utilisé une stratégie peptidomimétique pour rompre l'interaction HCN-TRIP8b. Un criblage de molécules synthétisés par l'équipe Chimie Organique Médicinale a mis en évidence un peptoïde, le composé YC55, possédant une efficacité antalgique reproductible, dose-dépendante, supérieure à l'efficacité du composé de référence clinique (Duloxetine) et non observé chez l'animal délété pour TRIP8b. Enfin, nos études fonctionnelles ont permis de montrer un effet de YC55 sur le courant Ih dans les neurones de DRG et complétant notre preuve de concept. En conclusion, nos résultats expérimentaux participent à la compréhension de l'implication des canaux HCN et de leur protéine partenaire TRIP8b dans la neuropathie périphérique induite par l'oxaliplatine. Notre stratégie pharmacologique innovante basée sur la modulation des HCN neuronaux offre une perspective thérapeutique intéressante pour traiter les neuropathies chimio-induites, sans induire d'effet indésirable.

Peripheral neuropathy induced by Oxaliplatin (OIPN) is a common adverse effect characterized by sensory disturbances of the hands, feet and the orofacial area. Neuropathic pain is associated with motor and proprioceptive disorders after cumulative dose and may persist after the end of the treatment. Associated comorbidities such as anxiety and depression contribute to the alteration of the patients' quality of life and lead to a reduction or cessation of chemotherapy, thus compromising the recovery from cancer. Currently, there is no treatment for chemotherapy-induced peripheral neuropathy; only duloxetine is recommended with a moderate level of effectiveness. A better understanding of the mechanisms involved in the development and maintenance of neuropathic pain is needed to develop innovative, effective and well-tolerated strategies. HCN channels (HCN1-4 isoforms), widely expressed through the pain pathways and overexpressed in preclinical models of OIPN are an emerging and promising target. Pharmacological blockade of HCN decreases thermal and mechanical hypersensitivity in animal models of acute OIPN. However, the therapeutic range is narrow due to the expression and function of these channels in cardiac nodal tissue. In this study, we focused on the interaction of HCN channels with a neuron-specific partner protein: TRIP8b, controlling its membrane trafficking and function. Our strategy is to modulate HCN channels by disrupting its interaction with TRIP8b to obtain an analgesic effect without cardiac adverse events. In in vitro studies, using transcriptomics and immunocytochemistry, we have shown coexpression and colocalization of these two targets in dorsal root (DRG) and trigeminal (TG) ganglia. In acute OIPN mice, we have further observed an overexpression of HCN1 and HCN2 and an increase inTRIP8b-positive cells in these tissues. Interestingly, HCN1 and HCN4 transcripts are also overexpressed in the insular cortex (a region involved in the sensory and emotional modalities of pain) after repeated administration of oxaliplatin, suggesting a potential involvement of these channels in the chronicisation of the neuropathy. A low throughput screening of molecules synthesized by “Medicinal Organic Chemistry” detected a hit peptoid, the compound YC55, with a reproducible, dose-dependent analgesic effect, superior to the clinical reference Duloxetine. Importantly, this analgesic effect was absent in TRIP8b-deleted animals. Finally, our functional studies showed the effect of YC55 on Ih current in DRG neurons, hence reinforcing our proof of concept. In conclusion, our experimental results contribute to the understanding of the involvement of HCN channels and their partner protein TRIP8b in OIPN. Our pharmacological strategy aiming to modulate neuron-specific HCNs offers an interesting therapeutic perspective to treat chemo-induced neuropathies, without cardiac adverse effects.