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Thèse Vincent Ducourneau

Réactivité gliale et transmission glutamatergique/glycinergique spinale dans un modèle de douleur cancéreuse osseuse chez le rat : approches comportementale, immunohistochimique, moléculaire et biochimique

Le 25 mars 2013

Soutenance le lundi 25 mars 2013   14h30 Institut Magendie

Au vu de la relative inefficacité des traitements actuels de la douleur cancéreuse osseuse il est devenu nécessaire aujourd'hui d'identifier de nouvelles cibles (cellulaires et/ou moléculaires) pour développer de nouveaux outils thérapeutiques. Dans ce contexte, ces dernières années, de nombreuses études ont suggéré que les cellules gliales, principalement les astrocytes et la microglie, pourraient contribuer au développement et au maintien de la douleur chronique. D'autre part, dans des modèles d'études précliniques de la douleur cancéreuse osseuse, plusieurs auteurs ont récemment constaté une réactivité astrocytaire importante dans les cornes dorsales de la moelle épinière et ont montré que, si on empêche cette réactivité, les symptômes douloureux sont diminués. Cependant, la relation exacte existant entre la réactivité des cellules gliales et les symptômes douloureux en condition de douleur cancéreuse osseuse est inconnue. Afin de décrypter cette relation, nous avons dans un premier temps étudié le décours temporel des comportements douloureux et caractérisé l’état de sensibilisation centrale dans un modèle de douleur cancéreuse osseuse chez le rat induit par l'injection de cellules de carcinome glandulaire mammaire (MRMT-1) dans le tibia. Nous montrons par des approches radiologiques, comportementales (tests de douleur évoquée et de distribution pondérale dynamique) et immunohistochimiques (immunodétection de la protéine Fos après palpation non douloureuse de la patte) que les animaux cancéreux MRMT développent graduellement une tumeur osseuse (premiers signes au 10ème jour post-inoculation), une allodynie et une hyperalgésie mécaniques (à partir du 10ème jour) et thermiques (à partir du 14ème jour), un inconfort de la patte injectée (à partir du 14ème jour ) et des phénomènes de sensibilisation centrale. Dans un deuxième temps, nous avons recherché des indices structuraux et fonctionnels de réactivité gliale spinale dans notre modèle de douleur cancéreuse osseuse. L'objectif était donc de dater l'apparition de la réactivité gliale, et de déterminer la nature des cellules gliales impliquées : microglie et/ou astrocytes. Nous montrons par des approches immunohistochimiques qu’aucun signe morphologique de réactivité astrocytaire ni microgliale n’est observable pendant l’établissement et le maintien de la douleur cancéreuse osseuse alors que ces signes existent dans un modèle de douleur neuropathique (ligature de nerfs spinaux). De plus, par des approches moléculaire (qRT-PCR) et biochimique (technique du Bio-Plex) nous montrons que, parmi les 20 marqueurs structuraux et fonctionnels de réactivité gliale testés, seule l’expression de l’aquaporine 4 (un canal à eau spécifique des astrocytes) est significativement augmentée en condition de douleur cancéreuse osseuse. Nos résultats suggèrent donc que les astrocytes et les cellules microgliales jouent des rôles différents dans la douleur cancéreuse et dans la douleur neuropathique. Enfin, dans un troisième temps, nous avons cherché à mettre en évidence une implication des astrocytes dans la pathologie douloureuse cancéreuse osseuse au travers d’une caractérisation des transmissions glutamatergique et glycinergique, qui sont toutes deux fortement modulées par l’environnement astrocytaire. Par la quantification de l’expression de l’ARNm (qRT-PCR) et par dosage des taux d’acides aminés (électrophorèse capillaire), nous montrons que les principaux acteurs (transporteurs, récepteurs, agonistes et co-agonistes) de la transmission glutamatergique et glycinergique spinale ne subissent pas d’altération significative en condition de douleur cancéreuse osseuse.

En conclusion, nous montrons que des symptômes douloureux chroniques peuvent se développer et se maintenir (1) sans signe d’astrogliose et de réactivité microgliale spinale ; et (2) sans altération de l’expression des principaux acteurs de la transmission spinale glutamatergique et glycinergique. Nos résultats invitent donc à revoir le lien très fort qui est fait actuellement entre douleur chronique et astrogliose.

Mots Clés : Cancer osseux, douleur, astrocyte, microglie, transmission glutamatergique / glycinergique.


ANGLAIS : Glial reactivity and spinal glutamatergic/glycinergic transmission  in a rat model of bone cancer pain: behavioral, immunohistochemical, molecular and biochemical approaches.


ABSTRACT 
The relative lack of efficiency of current treatments used to relieve bone cancer pain prompts to the identification of new molecular and/or cellular targets for the development of new therapeutic strategies. In that context, a large number of recent studies have suggested the involvement of glial cells, among which astrocytes and microglial cells, in the onset and maintenance of chronic pain symptoms. In few animal models of bone cancer pain, several authors have recently evidenced an increased glial reactivity in spinal cord dorsal horn, and demonstrated that preventing astrocytic reactivity was sufficient to reduce pain symptoms in these models. However, the exact relationship of glial reactivity with bone cancer pain symptoms remains poorly understood. In order to decipher this link, we have first studied the temporal development of pain symptoms, and characterized the degree of central sensitization in a rat model of bone cancer pain induced by the injection of mammary gland carcinoma cells (MRMT-1) in the tibial bone. Using radiologic assessment of tumor development, behavioral measurements to quantify evoked (von Frey hairs) and spontaneous (dynamic weight bearing) pain and immunodetection of Fos after non nociceptive palpation of cancer bearing limb, we demonstrate that animals injected with MRMT-1 cells gradually develop a bone tumor (first detectable 10 days after inoculation), a mechanical allodynia and hyperalgesia (first noticeable at day 10), and later on a thermal allodynia and hyperalgesia (first detectable at day 14) as well as discomfort of the injected limb (day 14) and finally central sensitization phenomenons. Second, we have investigated the presence of structural and functional markers of spinal glial reactivity in our model of bone cancer pain. Our objectives were to date the onset of spinal glial reactivity, for microglial and astrocytic cells. Using immunohistochemical approaches, we show that none of the classical markers of astrocytic and microglial reactivity can be observed during the onset and the persistent phase of bone cancer pain whereas the markerswere easily identified in a neuropathic pain model (spinal nerve ligation). Furthermore, using molecular (qRT-PCR) as well as biochemical (Bio-Plex) approaches, we show that among the 20 structural and functional markers of glial reactivity tested, only aquaporin-4 displays increased mRNA levels in bone cancer pain model. Hence, our results suggest that astrocytes and microglial cells play different roles in bone cancer and neuropathic pain. Finally, we tried to evidence the involvement of astrocytes in bone cancer pain by characterizing glutamatergic and glycinergic synaptic transmission, both of which are heavily modulated by astrocytic environment. By quantifying mRNA levels (qRT-PCR) and measuring the level of inhibitory and excitatory amino acids (capillary electrophoresis), we show that the main actors (transporters, receptors, agonists and co-agonists) of glutamatergic and glycinergic transmissions in the spinal cord do not undergo any significant alteration in bone cancer pain conditions.

We conclude that chronic painful symptoms may develop and persist (1) without any sign of astrogliosis or enhanced microglial reactivity in the spinal cord, and (2) without any alteration in the expression/levels of the main actors involved in glutamatergic and glycinergic transmission. These results therefore question the strong link that is frequently made between astrogliosis and chronic pain.

Key words : Bone cancer, pain, astrocyte, microglia, glutamatergic / glycinergic transmission.

Vincent Ducourneau (vincent.ducourneau @ inserm.fr)
Dernière mise à jour le 20.03.2013

Jury

Marc Landry Professeur (Bordeaux)Président
Michel Pohl DR (Paris) Rapporteur
Eric Lingueglia DR (Valbonne) Rapporteur
Romain-Daniel Gosselin Collaborateur de recherche (Lausanne)Examinateur
Thierry Amédée DR (Bordeaux) Examinateur
Valérie Fénelon Professeur (Bordeaux) Directeur de thèse

 

Vincent Ducourneau a préparé sa thèse dans l'équipe: Relations glie-neurone de Stéphane Oliet
Rattachée à l'unité : Neurocentre Magendie - Physiopathologie de la plasticité neuronale - Pier Vincenzo Piazza
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