Rufinamide Attenuates Mechanical Allodynia in a Model of Neuropathic Pain in the Mouse and Stabilizes Voltage-gated Sodium Channel Inactivated State.

BACKGROUND:: Voltage-gated sodium channels dysregulation is important for hyperexcitability leading to pain persistence. Sodium channel blockers currently used to treat neuropathic pain are poorly tolerated. Getting new molecules to clinical use is laborious. We here propose a drug already marketed as anticonvulsant, rufinamide. METHODS:: We compared the behavioral effect of rufinamide to amitriptyline using the Spared Nerve Injury neuropathic pain model in mice. We compared the effect of rufinamide on sodium currents using in vitro patch clamp in cells expressing the voltage-gated sodium channel Nav1.7 isoform and on dissociated dorsal root ganglion neurons to amitriptyline and mexiletine. RESULTS:: In naive mice, amitriptyline (20 mg/kg) increased withdrawal threshold to mechanical stimulation from 1.3 (0.6-1.9) (median [95% CI]) to 2.3 g (2.2-2.5) and latency of withdrawal to heat stimulation from 13.1 (10.4-15.5) to 30.0 s (21.8-31.9), whereas rufinamide had no effect. Rufinamide and amitriptyline alleviated injury-induced mechanical allodynia for 4 h (maximal effect: 0.10 ± 0.03 g (mean ± SD) to 1.99 ± 0.26 g for rufinamide and 0.25 ± 0.22 g to 1.92 ± 0.85 g for amitriptyline). All drugs reduced peak current and stabilized the inactivated state of voltage-gated sodium channel Nav1.7, with similar effects in dorsal root ganglion neurons. CONCLUSIONS:: At doses alleviating neuropathic pain, amitriptyline showed alteration of behavioral response possibly related to either alteration of basal pain sensitivity or sedative effect or both. Side-effects and drug tolerance/compliance are major problems with drugs such as amitriptyline. Rufinamide seems to have a better tolerability profile and could be a new alternative to explore for the treatment of neuropathic pain.

CARDIAC AND MUSCLE CHANNELOPATHIES: ROLES AND REGULATION OF VOLTAGE-GATED SODIUM CHANNELS

Abstract :The contraction of the heart or skeletal muscles is mainly due to the propagation, through excitable cells, of an electrical influx called action potential (AP). The AP results from the sequential opening of ion channels that generate inward or outward currents through the cell membrane. Among all the channels involved, the voltage-gated sodium channel is responsible for the rising phase of the action potential. Ten genes encode the different isoforms of these channels (from Nav1.1 to Nav1.9 and an atypical channel named NavX). Nav1.4 and Nav1.5 are the main skeletal muscle and cardiac sodium channels respectively. Their importance for muscle and heart function has been highlighted by the description of mutations in their encoding genes SCN4A and SCNSA. They lead respectively to neuromuscular disorders such as myotonia or paralysis (for Nav1.4), and to cardiac arrhythmias that can deteriorate into sudden cardiac death (for Nav1.5).The general aim of my PhD work has been to study diseases linked with channels dysfunction, also called channelopathies. In that purpose, I investigated the function and the regulation of the muscle and cardiac voltage-gated sodium channels. During the two first studies, I characterized the effects of two mutations affecting Nav1.4 and Nav1.5 function. I used the HEK293 model cells to express wild-type or mutant channels and then studied their biophysical properties with the patch-clamp technique, in whole cell configuration. We found that the SCN4A mutation produced complex alterations of the muscle sodium channel function, that could explain the myotonic phenotype described in patients carrying the mutation. In the second study, the index case was an heterozygous carrier of a SCNSA mutation that leads to a "loss of function" of the channel. The decreased sodium current measured with mutated Nay 1.5 channels, at physiological temperature, was a one of the factors that could explain the observed Brugada syndrome. The last project aimed at identifying a new potential protein interacting with the cardiac sodium channel. We found that the protein SAP97 binds the three last amino-acids of the C-terminus of Na,, 1.5. Our results also indicated that silencing the expression of SAP97 in HEK293 cells decreased the sodium current. Sodium channels lacking their three last residues also produced a reduced INa. These preliminary results suggest that SAP97 is implicated in the regulation of sodium channel. Whether this effect is direct or imply the action of an adaptor protein remains to be investigated. Moreover, our group has previously shown that Nav1.5 channels are localized to lateral membranes of cardiomyocytes by the dystrophin multiprotein complex (DMC). This suggests that sodium channels are distributed in, at least, two different pools: one targeted at lateral membranes by DMC and the other at intercalated discs by another protein such as SAP97.These studies reveal that cardiac and muscle diseases may result from ion channel mutations but also from regulatory proteins affecting their regulation.Résumé :La contraction des muscles et du coeur est principalement due à la propagation, à travers les cellules excitables, d'un stimulus électrique appelé potentiel d'action (PA). C'est l'ouverture séquentielle de plusieurs canaux ioniques transmembranaires, permettant l'entrée ou la sortie d'ions dans la cellule, qui est à l'origine de ce PA. Parmi tous les canaux ioniques impliqués dans ce processus, les canaux sodiques dépendant du voltage sont responsables de la première phase du potentiel d'action. Les différentes isoformes de ces canaux (de Nav1.1 à Nav1.9 et NavX) sont codées par dix gènes distincts. Nav1.4 et Nav1.5 sont les principaux variants exprimés respectivement dans le muscle et le coeur. Plusieurs mutations ont été décrites dans les gènes qui codent pour ces deux canaux: SCN4A (pour Nav1.4) et SCNSA (pour Nav1.5). Elles sont impliquées dans des pathologies neuromusculaires telles que des paralysies ou myotonies (SCN4A) ou des arythmies cardiaques pouvant conduire à la mort subite cardiaque (SCNSA).Mon travail de thèse a consisté à étudier les maladies liées aux dysfonctionnements de ces canaux, aussi appelées canalopathies. J'ai ainsi analysé la fonction et la régulation des canaux sodiques dépendant du voltage dans le muscle squelettique et le coeur. A travers les deux premières études, j'ai ainsi pu examiner les conséquences de deux mutations affectant respectivement les canaux Nav1.4 et Nav1.5. Les canaux sauvages ou mutants ont été exprimés dans des cellules HEK293 afin de caractériser leurs propriétés biophysiques par la technique du patch clamp en configuration cellule entière. Nous avons pu déterminer que la mutation trouvée dans le gène SCN4A engendrait des modifications importantes de la fonction du canal musculaire. Ces altérations fournissent des indications nous permettant d'expliquer certains aspects de la myotonie observée chez les membres de la famille étudiée. Le patient présenté dans la deuxième étude était hétérozygote pour la mutation identifiée dans le gène SCNSA. La perte de fonction des canaux Nav1.5 ainsi engendrée, a été observée lors d'analyses à températures physiologiques. Elle représente l'un des éléments pouvant potentiellement expliquer le syndrome de Brugada du patient. La dernière étude a consisté à identifier une nouvelle protéine impliquée dans la régulation du canal sodique cardiaque. Nos expériences ont démontré que les trois derniers acides aminés de la partie C-terminale de Nav1.5 pouvaient interagir avec la protéine SAP97. Lorsque que l'expression de la SAP97 est réduite dans les cellules HEK293, cela induit une baisse importante du courant sodique. De même, les canaux tronqués de leurs trois derniers acides aminés génèrent un flux ionique réduit. Ces résultats préliminaires suggèrent que SAP97 est peut-être impliquée dans la régulation du canal Na,,1.5. Des expériences complémentaires permettront de déterminer si ces deux protéines interagissent directement ou si une protéine adaptatrice est nécessaire. De plus, nous avons préalablement montré que les canaux Nav1.5 étaient localisés au niveau de la membrane latérale des cardiomyocytes par le complexe multiprotéique de la dystrophine (DMC). Ceci suggère que les canaux sodiques peuvent être distribués dans un minimum de deux pools, l'un ciblé aux membranes latérales pax le DMC et l'autre dirigé vers les disques intercalaires par des protéines telles que SAP97.L'ensemble de ces études met en évidence que certaines maladies musculaires et cardiaques peuvent être la conséquence directe de mutations de canaux ioniques, mais que l'action de protéines auxiliaires peut aussi affecter leur fonction.

On an asymptotic formula for the maximum voltage drop in a on-chip power distribution network

We present a new asymptotic formula for the maximum static voltage in a simplified model for on-chip power distribution networks of array bonded integrated circuits. In this model the voltage is the solution of a Poisson equation in an infinite planar domain whose boundary is an array of circular pads of radius ", and we deal with the singular limit Ɛ → 0 case. In comparison with approximations that appear in the electronic engineering literature, our formula is more complete since we have obtained terms up to order Ɛ15. A procedure will be presented to compute all the successive terms, which can be interpreted as using multipole solutions of equations involving spatial derivatives of functions. To deduce the formula we use the method of matched asymptotic expansions. Our results are completely analytical and we make an extensive use of special functions and of the Gauss constant G

A unique role for Kv3 voltage-gated potassium channels in starburst amacrine cell signaling in mouse retina

Direction-selective retinal ganglion cells show an increased activity evoked by light stimuli moving in the preferred direction. This selectivity is governed by direction-selective inhibition from starburst amacrine cells occurring during stimulus movement in the opposite or null direction. To understand the intrinsic membrane properties of starburst cells responsible for direction-selective GABA release, we performed whole-cell recordings from starburst cells in mouse retina. Voltage-clamp recordings revealed prominent voltage-dependent K+ currents. The currents were mostly blocked by 1 mm TEA, activated rapidly at voltages more positive than -20 mV, and deactivated quickly, properties reminiscent of the currents carried by the Kv3 subfamily of K+ channels. Immunoblots confirmed the presence of Kv3.1 and Kv3.2 proteins in retina and immunohistochemistry revealed their expression in starburst cell somata and dendrites. The Kv3-like current in starburst cells was absent in Kv3.1-Kv3.2 knock-out mice. Current-clamp recordings showed that the fast activation of the Kv3 channels provides a voltage-dependent shunt that limits depolarization of the soma to potentials more positive than -20 mV. This provides a mechanism likely to contribute to the electrical isolation of individual starburst cell dendrites, a property thought essential for direction selectivity. This function of Kv3 channels differs from that in other neurons where they facilitate high-frequency repetitive firing. Moreover, we found a gradient in the intensity of Kv3.1b immunolabeling favoring proximal regions of starburst cells. We hypothesize that this Kv3 channel gradient contributes to the preference for centrifugal signal flow in dendrites underlying direction-selective GABA release from starburst amacrine cells.

Dysregulation of voltage-gated sodium channels by ubiquitin ligase NEDD4-2 in neuropathic pain.

Peripheral neuropathic pain is a disabling condition resulting from nerve injury. It is characterized by the dysregulation of voltage-gated sodium channels (Navs) expressed in dorsal root ganglion (DRG) sensory neurons. The mechanisms underlying the altered expression of Navs remain unknown. This study investigated the role of the E3 ubiquitin ligase NEDD4-2, which is known to ubiquitylate Navs, in the pathogenesis of neuropathic pain in mice. The spared nerve injury (SNI) model of traumatic nerve injury-induced neuropathic pain was used, and an Nav1.7-specific inhibitor, ProTxII, allowed the isolation of Nav1.7-mediated currents. SNI decreased NEDD4-2 expression in DRG cells and increased the amplitude of Nav1.7 and Nav1.8 currents. The redistribution of Nav1.7 channels toward peripheral axons was also observed. Similar changes were observed in the nociceptive DRG neurons of Nedd4L knockout mice (SNS-Nedd4L-/-). SNS-Nedd4L-/- mice exhibited thermal hypersensitivity and an enhanced second pain phase after formalin injection. Restoration of NEDD4-2 expression in DRG neurons using recombinant adenoassociated virus (rAAV2/6) not only reduced Nav1.7 and Nav1.8 current amplitudes, but also alleviated SNI-induced mechanical allodynia. These findings demonstrate that NEDD4-2 is a potent posttranslational regulator of Navs and that downregulation of NEDD4-2 leads to the hyperexcitability of DRG neurons and contributes to the genesis of pathological pain.

« Représentations de la maltraitance infantile d'un groupe d'enseignantes d'une école primaire du canton de Vaud, leur rôle dans ce domaine et leurs connaissances sur les procédures de signalement. »

Le rapport international le plus récent concernant la maltraitance infantile date de 2006 : il s'agit du Rapport mondial sur la violence contre les enfants, du Secrétaire général des Nations Unies (1). La définition retenue pour la maltraitance infantile s'inspire de celle du Rapport mondial sur la violence et la santé, de l'OMS en 2002 (2) : «La menace ou l'utilisation intentionnelle de la force physique ou du pouvoir contre un enfant par un individu ou un groupe qui entraîne ou risque fortement de causer un préjudice à la santé, à la survie, au développement ou à la dignité de l'enfant.». Il existe différentes formes de maltraitance : - la maltraitance physique (brutalités, coups, blessures, brûlures, etc.)  la maltraitance psychologique (insultes, humiliation, isolement, terroriser l'enfant, etc.) - la maltraitance sexuelle (exhibitionnisme, attouchements, relations sexuelles, etc.) - les négligences (manque d'attention et de soins) Dans la majorité des cas, plusieurs formes de maltraitances sont présentes chez un enfant victime de mauvais traitements ; elles se chevauchent (3). L'Observatoire national de l'Action Sociale Décentralisée (ODAS) a réalisé une classification des enfants à protéger, les définitions sont les suivantes (4): L'enfant maltraité est « celui qui est victime de violences physiques, d'abus sexuels, de cruauté mentale, de négligences lourdes ayant des conséquences sur son développement physique et psychologique. » L'enfant en risque est « celui qui connaît des conditions d'existence qui risquent de mettre en danger sa santé, sa sécurité, sa moralité, son éducation ou son entretien, mais qui n'est pas pour autant maltraité. » L'enfant en souffrance est « un enfant aimé et soigné mais qui souffre des conditions d'existences qui fragilisent ou menacent son développement et son épanouissement personnel. » En Suisse, peu de données sont disponibles concernant la prévalence de la maltraitance étant donné la difficulté à récolter des données. Selon l'Office Fédéral de la Statistique suisse, les résultats d'une étude de 2004 montre une diminution des châtiments corporels par rapport à une étude semblable réalisée 12 ans auparavant (5). Cependant, la maltraitance infantile est un problème de santé publique du fait de la gravité de ses conséquences sur la santé physique, mentale et sociale de l'individu et de son retentissement sur la communauté ainsi que de sa fréquence estimée dans la population suisse. Elle a des effets néfastes sur la santé de l'enfant par mortalité directe ou morbidité directe ou indirecte et représente également un facteur de risque pour la santé physique et mentale, le développement et les perspectives de réalisation personnelle du jeune adulte et de l'adulte (6). On sait aujourd'hui que le nombre de cas de maltraitance signalés en Suisse est en augmentation. Ceci démontre que la maltraitance est un phénomène courant. Cependant, les professionnels ne pensent pas MF / Travail de master en médecine / 2011-2012 3 que le phénomène de la maltraitance infantile soit en augmentation, mais que les cas de maltraitance sont mieux repérés, que les professionnels s'occupant d'enfants sont plus sensibles à cette problématique et qu'il y a donc davantage de signalements (7). La prévention de la maltraitance est nécessaire et possible. Des interventions ont établi leur efficacité et il a été démontré que plus l'intervention est précoce, plus elle a de chances de réussite (2). C'est la raison pour laquelle il est important de repérer les cas de maltraitance précocement afin de pouvoir intervenir, aider les familles et garantir la protection de l'enfant. Des mesures de prévention ont été mises en place au niveau international, comme au niveau fédéral, pour assurer la reconnaissance et la prise en charge de l'enfant victime de maltraitance. Au niveau international, la Convention internationale des droits de l'enfant a été adoptée par l'Assemblée Générale en 1989 (8). Elle reconnaît l'enfant comme personne indépendante ayant des droits propres. Cette convention est divisée en quatre parties comportant : les principes directeurs (la non-discrimination, viser les meilleurs intérêts pour l'enfant, le droit de vivre, de survivre et de se développer, le droit de participation), les droits de survie et de développement (le droit à avoir les ressources, les compétences et les contributions nécessaires pour pouvoir survivre et pouvoir profiter d'un développement complet), les droits de protection (de toutes les formes de maltraitance envers les enfants, négligences, exploitation et cruauté), les droits de participation (la liberté d'expression de leurs opinions, de parler de sujets qui concernent leur vie sociale, économique, religieuse, culturelle ou politique et d'être écouté, la liberté d'information et la liberté d'association). Les stratégies de prévention de la maltraitance infantile visent à réduire les causes sous- jacentes et les facteurs de risque, tout en renforçant les facteurs de protection, de façon à prévenir de nouveaux cas (9). Elles comprennent : les stratégies sociétales et communautaires (mise en place de réformes juridiques et des droits de la personne humaine, instauration des politiques sociales et économiques favorables, correction des normes sociales et culturelles, réduction des inégalités économiques, réduction du facteur de risque environnemental, formation des professionnels), les stratégies relationnelles (formation parentale et des adultes s'occupant d'enfants), les stratégies individuelles (apprendre aux enfants à reconnaître et à éviter les situations de violence potentielle). En plus des mesures structurelles mises en place par les états (scolarisation obligatoire, dispositif légal, service de protection des enfants et des jeunes, services de santé spécialisés, etc.), des associations de lutte contre la maltraitance infantile existent et jouent également un rôle important dans la prévention. Par exemple, la Fondation Suisse pour la Protection de l'Enfant s'emploie à analyser les causes de la violence envers les MF / Travail de master en médecine / 2011-2012 4 enfants et à les combattre, à protéger les enfants contre la violence physique, psychologique, sexuelle et structurelle ainsi que contre la négligence par le biais d'un travail de prévention ciblé à l'échelle nationale. Elle vise également à apprendre aux enfants comment se protéger eux-mêmes et demander de l'aide, à sensibiliser les adultes qui les entourent au fait que les enfants ont une personnalité propre et qu'ils ont le droit d'être protégés et encouragés et à demander au niveau politique que l'on mette en place des structures adaptées aux enfants (10).

Power quality improving with virtual flux-based voltage source line converter

Line converters have become an attractive AC/DC power conversion solution in industrial applications. Line converters are based on controllable semiconductor switches, typically insulated gate bipolar transistors. Compared to the traditional diode bridge-based power converters line converters have many advantageous characteristics, including bidirectional power flow, controllable de-link voltage and power factor and sinusoidal line current. This thesis considers the control of the lineconverter and its application to power quality improving. The line converter control system studied is based on the virtual flux linkage orientation and the direct torque control (DTC) principle. A new DTC-based current control scheme is introduced and analyzed. The overmodulation characteristics of the DTC converter are considered and an analytical equation for the maximum modulation index is derived. The integration of the active filtering features to the line converter isconsidered. Three different active filtering methods are implemented. A frequency-domain method, which is based on selective harmonic sequence elimination, anda time-domain method, which is effective in a wider frequency band, are used inharmonic current compensation. Also, a voltage feedback active filtering method, which mitigates harmonic sequences of the grid voltage, is implemented. The frequency-domain and the voltage feedback active filtering control systems are analyzed and controllers are designed. The designs are verified with practical measurements. The performance and the characteristics of the implemented active filtering methods are compared and the effect of the L- and the LCL-type line filteris discussed. The importance of the correct grid impedance estimate in the voltage feedback active filter control system is discussed and a new measurement-based method to obtain it is proposed. Also, a power conditioning system (PCS) application of the line converter is considered. A new method for correcting the voltage unbalance of the PCS-fed island network is proposed and experimentally validated.

Voltage fluctuations in IC power supply distribution

The supply voltage decrease and powerconsumption increase of modern ICs made the requirements for low voltage fluctuation caused by packaging and on-chip parasitic impedances more difficult to achieve. Most of the research works on the area assume that all the nodes of the chip are fed at thesame voltage, in such a way that the main cause of disturbance or fluctuation is the parasitic impedance of packaging. In the paper an approach to analyze the effect of high and fast current demands on the on-chip power supply network. First an approach to model the entire network by considering a homogeneous conductive foil is presented. The modification of the timing parameters of flipflops caused by spatial voltage drops through the IC surface are also investigated.

The maximum voltage drop in an on-chip power distribution network: analysis of square, triangular and hexagonal power pad arrangements

A mathematical model of the voltage drop which arises in on-chip power distribution networks is used to compare the maximum voltage drop in the case of different geometric arrangements of the pads supplying power to the chip. These include the square or Manhattan power pad arrangement, which currently predominates, as well as equilateral triangular and hexagonal arrangements. In agreement with the findings in the literature and with physical and SPICE models, the equilateral triangular power pad arrangement is found to minimize the maximum voltage drop. This headline finding is a consequence of relatively simple formulas for the voltage drop, with explicit error bounds, which are established using complex analysis techniques, and elliptic functions in particular.