Contribution des canaux astrocytaires Kir4.1 dans l'allodynie mécanique

by Sarah Mountadem

Doctoral thesis in Neurosciences

Under the supervision of Radhouane Dallel and Myriam Antri.

  • Alternative Title

    Contribution of astrocytic Kir4.1 channels in mechanical allodynia


  • Abstract

    Chronic inflammatory pain is a frequent and disabling condition that is significantly maintained by centralsensitization, which results in pain hypersensitivity. While microgliosis seems to contribute to the onset ofchronic pain, reactive astrocytes and associated chemical mediators play a critical role in chronic painmaintenance and central sensitization.Inward rectifier potassium channels Kir4.1 are mainly expressed by astrocytes and are known to beinvolved in astrocytic physiological functions, particularly by controlling their resting membrane potential,but also in astrocyte-neuron interactions by controlling the glutamate uptake and extracellular potassium(K+) concentration. Accordingly, it has been shown that dysfunction of these channels is associated withseveral central nervous system pathologies including epilepsy, Huntington disease, depression or lateralamyotrophic sclerosis. However, the role of central astroglial Kir4.1 in pain has not been investigated.Here, we explored the involvement of the medullary dorsal horn (MDH) astroglial Kir4.1 channels inthe maintenance phase of trigeminal inflammatory pain hypersensitivity. By combining biochemical,electrophysiological and behavioral techniques, we showed that MDH astrocytes from inflamed rats havesmaller Kir4.1 currents, correlated with a decrease in Kir4.1 protein expression. Moreover, thesemodifications are associated with elevated extracellular K+ concentration, which increased MDH neuronalexcitability in vitro. Viral delivery of a dominant negative form of Kir4.1 channels to MDH astrocytesmimics CFA effects by inducing neuronal hyperexcitability and mechanical allodynia. Finally, restorationof Kir4.1 function recovered aspects of neuronal dysfunction and attenuated pain behaviors in CFA-injectedanimals.Together, these findings suggest that astroglial Kir4.1 channel deficit underlies inflammatory staticmechanical allodynia, and thus may offer novel avenues for the treatment of this debilitating symptom.


  • Abstract

    La douleur inflammatoire chronique est une affection fréquente et invalidante qui est maintenue par une sensibilisation centrale, responsable de l’apparition de l’hypersensibilité douloureuse. Alors que la réaction microgliale contribue à l'apparition de la douleur chronique, l’activation des astrocytes et des médiateurs associés semble jouer un rôle essentiel dans le maintien de la douleur chronique et de la sensibilisation centrale. Les canaux potassiques entrants rectifiants Kir4.1 sont majoritairement exprimés par les astrocytes et sont impliqués dans les fonctions physiologiques astrocytaires, en particulier en contrôlant leur potentiel de membrane au repos. Ils interviennent aussi dans les interactions astrocytes-neurones en contrôlant la recapture du glutamate et la concentration extracellulaire de potassium (K+). De plus, il a été démontré que le dysfonctionnement de ces canaux est associé à plusieurs pathologies du système nerveux central, notamment l'épilepsie, la maladie de Huntington, la dépression ou la sclérose amyotrophique latérale. Cependant, le rôle du canal Kir4.1 central dans la douleur n'a pas été clairement étudié. Dans ce projet, nous avons exploré l'implication des canaux Kir4.1 astrocytaires du sous-noyau caudal (Sp5C) du trijumeau dans la chronicisation de l'hypersensibilité à la douleur inflammatoire trigéminale. En combinant des techniques biochimiques, électrophysiologiques et comportementales, nous avons montré chez le rat que l’allodynie mécanique provoquée par l’injection sous-cutanée d’une subtance algogène (Adjuvant Complet de Freund, CFA) est associée à une activation des astrocytes, qui se traduit par des changements de leur morphologie et de leurs propriétés intrinsèques, dont une diminution drastique des courants Kir4.1. Cette diminution est corrélée à une baisse de l’expression protéique des canaux Kir4.1. En outre, ces modifications sont associées une augmentation de la concentration extracellulaire de K+, qui in vitro,est responsable d'une augmentation de l'excitabilité neuronale. Par ailleurs, la déplétion virale des canaux Kir4.1 dans les astrocytes trigéminaux mime les effets du CFA en déclenchant une allodynie mécanique persistante et une augmentation de l’excitabilité neuronale, tandis que la restauration des canaux Kir4.1 sur des animaux CFA prévient l’allodynie mécanique et l’hyperexcitabilité des neurones trigéminaux. L’ensemble des résultats montre pour la première fois que le déficit du canal astroglial Kir4.1 dans le Sp5C sous-tend l'allodynie mécanique inflammatoire, et pourrait donc offrir de nouvelles pistes thérapeutiques pour ce symptôme invalidant.



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