Rôle des canaux TREK1 centraux et périphériques dans la nociception et le prurit

Role of central and peripheral TREK1 channels in nociception and pruritus

• Auteur / Autrice : Romane Boyer
• Direction : Stephane Lolignier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie santé
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la Vie, Santé, Agronomie, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : NEURO-DOL
• Jury : Président / Présidente : Jacques Noel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stephane Lolignier, Dominique Massotte, Delphine Bichet, Dimitra Gkika, Jérôme Busserolles
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Massotte, Delphine Bichet, Dimitra Gkika

Mots clés

Mots clés libres

Trek1

Canal ionique

Douleur

Prurit

Trek1

Ion channel

Pain

Pruritus

Résumé

Le canal TREK1, un canal potassique à 2 domaines pores, joue un rôle important dans le contrôle de l'excitabilité neuronale via sa contribution à la définition du potentiel de membrane. Il est exprimé à la fois dans le système nerveux périphérique et central, et intervient dans la perception de la douleur polymodale. Sa délétion entraine une hypersensibilité à la douleur et son activation pharmacologique produit un effet antalgique. Ce travail de thèse a tout d'abord permis l'identification et la caractérisation du LPS2236, un nouvel activateur de TREK1, par criblage à haut débit d'une banque de composés chimiques. Ensuite, l'implication des canaux TREK1 périphériques et centraux dans la nociception a été exploré, ainsi que dans le prurit, une modalité sensorielle dans laquelle le rôle de TREK1 n'a encore jamais été étudié. La première partie de ce travail se concentre sur la recherche de nouveaux activateurs de TREK1 à visée antalgique. Nous avons criblé une collection de 1040 composés par essai thallium, ce qui a permis de mettre en évidence le LPS2336, un composé dont l'effet sur le courant TREK1 a été validé par patch-clamp. Nous avons ensuite évalué l'effet du LPS2336 sur les seuils de douleur chez un modèle murin d'inflammation subaiguë via son administration systémique ou centrale. Le LPS2336 semble avoir un effet central mais son administration systémique se montre bien plus efficace pour produire un effet antalgique. Cependant, l'apparition d'effets indésirables indépendants de TREK1 à une dose trop proche de la dose antalgique maximale limite son potentiel développement en tant que candidat médicament. La deuxième partie de ce travail a pour objectif de fournir une meilleure caractérisation de l'expression de TREK1 dans le système nerveux. Dans les ganglions rachidiens dorsaux, nous avons observé une colocalisation importante entre les canaux TREK1 et TRPV1. Dans la moelle épinière, nous mettons en évidence une expression majoritairement dans les interneurones excitateurs et quasiment absente dans les neurones de projection spinaux-parabrachiaux. Enfin, nous avons réalisé une cartographie complète de l'expression de TREK1 dans le cerveau et observons particulièrement une forte expression du canal dans le thalamus, la striatum et d'autres ganglions de la base ainsi que dans la couche 4 corticale, notamment au niveau du cortex somatosensoriel. La troisèment partie de ce travail consistait à évaluer la contribution des canaux TREK1 périphériques et centraux à la nociception et le prurit. Nous avons dans un premier temps évalué in vitro le rôle de TREK1 dans l'activation des neurones de DRG en réponse à différentes modalités de stimulation. TREK1 participe de manière très claire à la réduction de l'excitabilité neuronale en réponse à un activateur du canal TRPV1, la capsaïcine, et ne semble pas intervenir dans la réponse à une stimulation mécanique ou à la chloroquine (un composé pruritogène). Dans un second temps, nous avons étudié le rôle des canaux TREK1 périphériques dans la somatosensation in vivo par une approche knock-out total et conditionnel périphérique. Nous avons mis en évidence un rôle important de ces canaux dans la sensibilité mécanique et thermique, n'excluant pas la participation des canaux centraux dans la sensibilité thermique. De plus, les canaux TREK1 périphériques semblent participer au comportement de grattage chez deux modèles de prurit histaminergique et non-histaminergique. En conclusion, ce travail montre le potentiel des canaux TREK1 périphériques en tant que cible pharmacologique potentielle pour le traitement de la douleur. Cette stratégie permettrait de limiter d'éventuels effets indésirables centraux. Une attention particulière devra se porter sur l'évaluation du prurit dans le développement d'activateurs périphériques de TREK1, et le ciblage de ces canaux pourrait également s'avérer intéressant pour le traitement de pathologies associées à un prurit chronique.

The TREK1 channel, a two-pore domain potassium channel, plays an important role in controlling neuronal excitability by contributing to the definition of the membrane potential. It is expressed in both the peripheral and central nervous systems and is involved in the perception of polymodal pain. Its deletion leads to hypersensitivity to pain, while its pharmacological activation produces an analgesic effect. This thesis work first led to the identification and characterization of LPS2236, a new TREK1 activator, through high-throughput screening of a chemical compound library. Subsequently, the involvement of peripheral and central TREK1 channels in nociception was explored, as well as in pruritus, a sensory modality in which the role of TREK1 had not been studied before. The first part of this work focuses on the search for new TREK1 activators with analgesic potential. We screened a collection of 1,040 compounds using a thallium assay, which led to the identification of LPS2336, a compound whose effect on the TREK1 current was validated by patch-clamp. We then evaluated the effect of LPS2336 on pain thresholds in a mouse model of subacute inflammation through systemic or central administration. LPS2336 seems to have a central effect, but systemic administration is much more effective in producing an analgesic effect. However, the emergence of off-target effects, independent of TREK1, at a dose too close to the maximum analgesic dose limits its potential development as a drug candidate. The second part of this work aims to provide a better characterization of TREK1 expression in the nervous system. In dorsal root ganglia, we observed significant colocalization between TREK1 and TRPV1 channels. In the spinal cord, we identified expression mainly in excitatory interneurons, with almost no expression in spinal-parabrachial projection neurons. Finally, we performed a complete mapping of TREK1 expression in the brain and observed particularly high expression of the channel in the thalamus, striatum, other basal ganglia, and cortical layer 4, especially in the somatosensory cortex. The third part of this work aimed to evaluate the contribution of peripheral and central TREK1 channels to nociception and pruritus. First, we evaluated in vitro the role of TREK1 in the activation of DRG neurons in response to different stimulation modalities. TREK1 clearly contributes to the reduction of neuronal excitability in response to capsaicin, a TRPV1 channel activator, and does not seem to be involved in the response to mechanical stimulation or chloroquine (a pruritic compound). Secondly, we studied the role of peripheral TREK1 channels in somatosensation in vivo through a total and conditional peripheral knock-out approach. We identified an important role for these channels in mechanical and thermal sensitivity, while not excluding the involvement of central channels in thermal sensitivity. Additionally, peripheral TREK1 channels seem to contribute to scratching behavior in two models of histaminergic and non-histaminergic pruritus. In conclusion, this work demonstrates the potential of peripheral TREK1 channels as a pharmacological target for pain treatment. This strategy could help limit potential central side effects. Special attention should be given to the evaluation of pruritus in the development of peripheral TREK1 activators, and targeting these channels could also be promising for treating conditions associated with chronic pruritus.