Neuronal expression of the ubiquitin ligase Nedd4-2 in rat dorsal root ganglia: modulation in the SNI model of neuropathic pain

La douleur neuropathique est une forme de douleur chronique apparaissant suite à des lésions du système nerveux somato-sensoriel. Caractérisée par une plasticité neuronale inadapté, elle est très souvent intense, invalidante, associe des symptômes comme l'allodynie ou l' hyperalgésie et reste difficile à traiter avec les agents thérapeutiques actuels. Le thème de mon travail de thèse se concentre sur des mécanismes moléculaires de modulation des canaux sodiques voltage-dépendants suite à une lésion du nerf périphérique. Dans l'article présenté en annexe, j'ai focalisé mon travail sur une protéine, Nedd4-2, qui est une ligase ubiquitine. Elle a pour rôle de réguler et d'internaliser dans la cellule des protéines membranaires dont les canaux sodiques. Suite aux lésions du système nerveux périphérique, il existe une hyperexcitabilité neuronale engendrée notamment par un surplus et une dysrégulation des canaux sodiques à la membrane cellulaire. Dans 1 'hypothèse que l'ubiquitine ligase Nedd4-2 soit présente dans les neurones sensitifs primaires et ait un rôle dans la régulation des canaux sodiques, nous avons identifié cette protéine dans les neurones nociceptifs primaires du rat. En utilisant des techniques de Western Blot et d'immunohistochimie, j'ai trouvé que Nedd4-2 est présente dans presque 50% des neurones du ganglion spinal et ces neurones sont principalement des neurones nociceptifs. Dans un modèle expérimental de douleur neuropathique (SN I, pour spared nerve injury), Nedd4-2 se retrouve significativement diminuée dans le tissu du ganglion spinal. J'ai également investigué 1' expression de 2 isoformes des canaux sodiques connues pour leur implication dans la douleur, Navl.7 et Navl.8, et ces 2 isoformes se retrouvent dans les mêmes neurones que Nedd4-2. La caractérisation détaillée est décrite dans le manuscrit: «Neuronal expression of the ubiquitin ligase Nedd4-2 in rat dorsal root ganglia: modulation in the SNI model of neuropathic pain; Cachemaille M, Laedermann CJ, Pertin M, Abriel H, Gasselin RD, Decosterd 1.» Les résultats obtenus indiquent que Nedd4-2, en étant downrégulé après une lésion nerveuse, pourrait ainsi contribuer à une augmentation des canaux sodiques fonctionnels à la membrane. Ainsi Nedd4-2 pourrait être proposée comme cible thérapeutique de manière alternative aux bloqueurs de canaux sodiques. Ce travail a permis l'initiation d'autres expériences. J'ai contribué activement à la construction de vecteurs viraux type adéno-associé recombinant (rAA V2/6) et surexprimé la protéine in vivo dans les ganglions spinaux. Cette partie de mon travail se trouve intégrée dans d'autres travaux de mon laboratoire d'accueil qui a pu démontrer les effets fonctionnels de cette approche sur les courants sodiques enregistrés par électrophysiologie et une diminution de la douleur neuropathique chez la souris. - Abstract-Neuronal hyperexcitability following peripheral nerve lesions may stem from altered activity of voltagegated sodium channels (VGSCs), which gives rise toallodynia or hyperalgesia. In vitro, the ubiquitin ligase Nedd4-2 is a negative regulator of VGSC a-subunits (Nav), in particular Nav1.7, a key actor in nociceptor excitability. We therefore studied Nedd4-2 in rat nociceptors, its co-expression with Nav1.7 and Nav1.8, and its regulation in pathology. Adult rats were submitted to the spared nerve injury (SNI) model of neuropathic pain or injected with complete Freund's adjuvant (CFA), a model of inflammatory pain. L4 dorsal root ganglia (DRG) were analyzed in shamoperated animals, seven days after SNI and 48 h after CFA with immunofluorescence and Western blot. We observed Nedd4-2 expression in almost 50% of DRG neurons, mostly small and medium-sized. A preponderant localization is found in the non-peptidergic sub-population. Additionally, 55.7± 2.7% and 55.0 ±3.6% of Nedd4-2-positive cells are co-labeled with Nav1.7 and Nav1.8 respectively. SNI significantly decreases the proportion of Nedd4-2-positive neurons from 45.9± 1.9% to 33.5± 0.7% (p < 0.01) and the total Nedd4-2 protein to 44%± 0.13% of its basal level (p <0.01, n = 4 animals in each group, mean± SEM). In contrast, no change in Nedd4-2 was found after peripheral inflammation induced by CFA. These results indicate that Nedd4-2 is present in nociceptive neurons, is downregulated after peripheral nerve injury, and might therefore contribute to the dysregulation of Navs involved in the hyperexcitability associated with peripheral nerve injuries.

Fibrinmatrix erhöht Adhärenz von regenerativen peripheren Nervenzellen [Fibrin matrix enhances adherence of peripheral nerve regenerative cells]

Optimal seeding of a nerve conduit with cells is a core problem in tissue engineering of constructing an artificial nerve substitute to gap lesions in the peripheral nerve system. An ideal nerve gap substitute would have to present an equally distributed number of cells that can activate the regrowing axons. This work shows a new in vitro technique of two-step seeding of cells inside a conduit and on layered mats that allows a valuable targeting of the cells and a proven survival in the environment of poly-3-hydroxybutyrate (PHB) conduits. The technique uses two components of diluted fibrin glue Tisseel. Initially, the chosen area on the mat was coated with thrombin followed from the seeding of a fibrinogen-cell compound. Using Sprague Dawley rat cells, we could demonstrate with immunohistochemistry (S100, DAPI) techniques that undifferentiated (uMSC) and Schwann cells (SC) mimicking differentiated mesenchymal stem cells (dMSC) as well as SC can be suspended and targeted significantly better in dissolvable diluted fibrin glue than in growth medium. Analysis showed significantly better values for adherence (p < 0.001) and drop off (p < 0.05) from seeded cells. Using this two-step application allows the seeding of the cells to be more precise and simplifies the handling of cell transplantation.

Congenital joint dislocations caused by carbohydrate sulfotransferase 3 deficiency in recessive Larsen syndrome and humero-spinal dysostosis

Deficiency of carbohydrate sulfotransferase 3 (CHST3; also known as chondroitin-6-sulfotransferase) has been reported in a single kindred so far and in association with a phenotype of severe chondrodysplasia with progressive spinal involvement. We report eight CHST3 mutations in six unrelated individuals who presented at birth with congenital joint dislocations. These patients had been given a diagnosis of either Larsen syndrome (three individuals) or humero-spinal dysostosis (three individuals), and their clinical features included congenital dislocation of the knees, elbow joint dysplasia with subluxation and limited extension, hip dysplasia or dislocation, clubfoot, short stature, and kyphoscoliosis developing in late childhood. Analysis of chondroitin sulfate proteoglycans in dermal fibroblasts showed markedly decreased 6-O-sulfation but enhanced 4-O-sulfation, confirming functional impairment of CHST3 and distinguishing them from diastrophic dysplasia sulphate transporter (DTDST)-deficient cells. These observations provide a molecular basis for recessive Larsen syndrome and indicate that recessive Larsen syndrome, humero-spinal dysostosis, and spondyloepiphyseal dysplasia Omani type form a phenotypic spectrum.

Lésions traumatiques rachidiennes et indications au traitement chirurgical [Surgical indications in spinal trauma]

Surgical indications in spinal trauma remain a controversial topic. In general, unstable cervical injuries such as displaced odontoid fractures, burst fractures or tear drop fractures require surgical intervention. Thoracolumbar compression injuries without posterior wall involvement or significant kyphosis can be treated conservatively. Surgery is indicated in fractures-dislocations and burst fractures with significant canal narrowing and/or major kyphosis. The role of emergency decompression as well as that of steroids remain uncertain since no study to date has convincingly proven their efficacy.

Are myotonic dystrophy and peripheral neuropathy associated? : morphological, morphometric and electrophysiological analysis in DM1 transgenic mice

Abstract: Myotonic dystrophy (DM1), also known as Steinert disease, is an inherited autosomal dominant disease. It is characterized by myotonia, muscular weakness and atrophy, but DM1 may have manifestations in other organs such as eyes, heart, gonads, gastrointestinal and respiratory tracts, as well as brain. In 1992, it was demonstrated that this complex disease results from the expansion of CTG repeats in the 3' untranslated region of the DM protein kinase (DMPK) gene on chromosome 19. The size of the inherited expansion is critically linked to the severity of the disease and the age of onset. Although several electrophysiological and histological studies have been carried out to verify the possible involvement of peripheral nerve abnormality with DM1, the results have not been univocal. Therefore, at present the possible association between peripheral neuropatliy and DM1 remains debated. Recently, transgenic mice have been generated, that carry the human genomic DM1 region with 300 CTG repeats, and display the human DMl phenotype. The generation of these DM1 transgenic mice provides a useful tool to investigate the type and incidence of structural abnormalities in the peripheral nervous system associated with DM1 disease. By using the DM1 transgenic mice, we investigated the presence/absence of the three major peripheral neuropathies: axonal degeneration, axonal demyelination and neuronopathy. The morphological and morphometric analysis of sciatic, sural and phrenic nerves demonstrated the absence of axonal degeneration or demyelination. The morphometric analysis also ruled out any loss in the numbers of sensory or motor neurons in lumbar dorsal root ganglia and lumbar spinal cord enlargement respectively. Moreover, the éxamination of serial hind limb muscle sections from DMl mice showed a normal intramuscular axonal arborization as well as the absence of changes in the number and structure of endplates. Finally, the electrophysiological tests performed in DM1 transgenic mice showed that the compound muscle axon potentials (CMAPs) elicited in the hind limb digits in response to a stimulation of the sciatic nerve with anear-nerve electrode were similar to thosé obtained in wild type mice. On the basis of all our results, we hypothesized that 300 CTG repeats are not sufficient to induce disorder in the peripheral nervous system of this DM1 transgenic mouse model. Résumé La dystrophie myotonique (DM1), connue aussi sous le nom de maladie de Steinert, est une maladie héréditaire autosornale dominante. Elle est caractérisée par une myotonie, une faiblesse et une atrophie musculaires, mais peut aussi se manifester dans d'autres organes tels que les yeux, les voies digestive et respiratoire, ou le cerveau. En 1992, il a été montré que cette maladie complexe résultait de l'expansion d'une répétition de CTG dans une partie non traduite en 3' du gène codant pour la protéine kinase DM (DMPK), sur le chromosome 19. La taille de l'expansion héritée est étroitement liée à la sévérité et l'âge d'apparition de DM1. Bien que plusieurs études électrophysiologiques et histologiques aient été menées, pour juger d'une implication possible d'anomalies au niveau du système nerveux périphérique dans la DM1, les résultats n'ont jusqu'ici pas été univoques. Aujourd'hui, la question d'une neuropathie associée avec la DM1 reste donc controversée. Des souris transgéniques ont été élaborées, qui portent la séquence DM1 du génome humain avec 300 répétitions CTG et expriment le phénotype des patients DM1: Ces souris transgéniques DMl procurent un outil précieux pour l'étude du type et de l'incidence d'éventuelles anomalies du système nerveux périphérique dans la DM1. En utilisant ces souris transgéniques DM1, nous avons étudié la présence ou l'absence des trois principaux types de neuropathies périphériques: la dégénération axonale, la démyélinisation axonale et la neuronopathie. Les études morphologiques et morphométrique des nerfs sciatiques, suraux et phréniques ont montré l'absence de dégénération axonale ou de démyélinisation. L'analyse du nombre de cellules neuronales n'a pas dévoilé de diminution des nombres de neurones sensitifs dans les ganglions des racines dorsales lombaires ou de neurones moteurs dans la moëlle épinière lombaire des souris transgéniques DMl. De plus, l'examen de coupes sériées de muscle des membres postérieurs de souris DM1 a montré une arborisation axonale intramusculaire normale, de même que l'absence d'irrégularité dans le nombre ou la structure des plaques motrices. Enfin, les tests électrophysiologiques effectués sur les souris DMl ont montré que les potentiels d'action de la composante musculaire (CMAPs) évoqués dans les doigts des membres postérieurs, en réponse à une stimulation du nerf sciatique à l'aide d'une électrode paranerveuse, étaient identiques à ceux observées chez les souris sauvages. Sur la base de l'ensemble de ces résultats, nous avons émis l'hypothèse que 300 répétitions CTG ne sont pas suffisantes pour induire d'altérations dans le système nerveux périphérique du modèle de souris transgéniques DM 1.

Nouveautés dans la prise en charge des fractures vertébrales ostéoporotiques: place de la vertébroplastie et de la kyphoplastie [Trends in the treatment of spinal osteoporic fractures: vertebroplasty and kyphoplasty].

Vertebral osteoporotic fracture (VOF) is a major problem of public health. Surgical treatments such as vertebroplasty and kyphoplasty are interesting adjuvant treatments for the management of osteoporosis. A consensus proposed by the principal contributors of this management is important. Regarding the actual data, we propose a vertebroplasty or a kyphoplasty for all patients suffering of an acute VOF. If a previous kyphosis or an important local kyphosis exists, secondary to the acute VOF or others, we propose a kyphoplasty. If the VOF is older and the conservative treatment is inefficient, we propose a vertebroplasty. In all cases, a specific management and treatment of osteoporosis is proposed.

Cross-Cultural Adaptation and Validation of the Spinal Function Sort (SFS) for French- and German-Speaking Patients with Back Complaints

Aim: Functional subjective evaluation through questionnaire is fundamental, but not often realized in patients with back complaints, notably because of lack of validated tools, in accordance with recognized psychometric criteria. The Spinal Function Sort (SFS), developed according to actual standards, was only validated in English. The aim of this study is to translate, adapt and validate the French and German version of the SFS.Method and material: The translation and cross-cultural adaptation were performed following the methodology proposed by the American Association of Orthopedist Surgeon. A total of 344 patients, presenting varied back complaints (especially degenerative and traumatic), took part in this study in a tertiary French- (n=87; mean age 44y; 17 women) and German-speaking (n=257; mean age 41y; 53 women) center. Test-retest reliability was quantified using the intraclass correlation coefficient (ICC) and construct validity was assessed by estimating the Pearson's correlation with the SF-36 physical and mental scales, the Visual Analogue Scale for Pain Intensity (VAS), and subscales of the Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS).Results: Respectively for the French and German version, ICC were 0.98 and 0.94. Correlations 0.63 and 0.67 with the SF-36 Physical Functioning subscale; 0.60 and 0.52 with the SF-36 Physical Summary Scale ; -0.33 and -0.51 with the VAS ; -0.08 and 0.25 with the SF-36 Mental Health scale; 0.01 and 0.28 with the SF-36 Mental Summary Scale; -0.26 and -0.42 with the HADS depression; -0.17 and -0.45 with the HADS anxiety.Discussion: For both the French and German version of the SFS, the reliability was excellent. Convergent construct validity with SF-36 physical scales is good, moderated with the VAS. We find out a low correlation with SF-36 mental scales (divergent construct validity). We find out a low correlation with HADS subscales in the French version, and a moderate one in the German version. Selection bias, chronicity of the complaints, as well as cultural differences could explain these results. In conclusion, both the French and German version of the SFS are valid and reliable for evaluation of perceived functional capacity for patients with back complaints.

Outcomes of optic nerve sheath decompression for nonarteritic ischemic optic neuropathy.

Efficacy of optic nerve sheath decompression (ONSD) in treating non-arteritic ischemic optic neuropathy (NAION) is not clear. We retrospectively analyzed the records of 91 patients with NAION, who were examined during a two-year period, and compared the final Snellen visual acuities of eyes treated with ONSD with those of eyes that did not have surgery. Seven of 18 eyes with ONSD (39%) demonstrated increased visual acuity of two or more lines; whereas 23 of 71 eyes without surgery (32%) had increased acuity. The ONSD group and no surgery group were further subdivided into eyes with progressive visual loss and nonprogressive visual loss. No statistically significant differences in visual outcome between groups were found. We did not find the high frequency of visual improvement that has been reported in some studies of ONSD for NAION.

Microtubule-associated protein 1a is involved in the early development of the rat spinal cord.

The expression of microtubule-associated protein 1a (MAP1a) in the developing rat spinal cord was studied using the monoclonal antibody BW6. Immunoblots of microtubule preparations revealed the presence of MAP1a in spinal cord tissue of rats aged embryonal day 16 and postnatal day 0. The spinal cord matrix layer, between embryonal days 12-17, displayed a pattern of MAP1a-positive processes, horizontally oriented in between the membrane limitans interna and externa. The mantle layer stained intensely for MAP1a between embryonal day 12 and postnatal day 2. MAP1a was found in neuronal cell bodies, axons and dendrites, located mainly in the ventral and intermediate mantle layer. In the marginal layer, MAP1a-positive axons could be observed between embryonal days 14-18. During further development, the intensity of the MAP1a staining in the spinal columns gradually decreased. These expression patterns indicate an involvement of MAP1a in the proliferation and differentiation of neuroblasts, and the maturation of the long spinal fiber systems, i.e. early events in spinal cord development

ACID-SENSING ION CHANNELS: functional and molecular characterization in putative nociceptors, and modulation by nerve injury and serine protease

Résumé Les canaux ioniques ASICs (acid-sensing ion channels) appartiennent à la famille des canaux ENaC/Degenerin. Pour l'instant, quatre gènes (1 à 4) ont été clonés dont certains présentent des variants d'épissage. Leur activation par une acidification rapide du milieu extracellulaire génère un courant entrant transitoire essentiellement sodique accompagné pour certains types d'ASICs d'une phase soutenue. Les ASICs sont exprimés dans le système nerveux, central (SNC) et périphérique (SNP). On leur attribue un rôle dans l'apprentissage, la mémoire et l'ischémie cérébrale au niveau central ainsi que dans la nociception (douleur aiguë et inflammatoire) et la méchanotransduction au niveau périphérique. Toutefois, les données sont parfois contradictoires. Certaines études suggèrent qu'ils sont des senseurs primordiaux impliqués dans la détection de l'acidification et la douleur. D'autres études suggèrent plutôt qu'ils ont un rôle modulateur inhibiteur dans la douleur. De plus, le fait que leur activation génère majoritairement un courant transitoire alors que les fibres nerveuses impliquées dans la douleur répondent à un stimulus nocif avec une adaptation lente suggère que leurs propriétés doivent être modulés par des molécules endogènes. Dans une première partie de ma thèse, nous avons abordé la question de l'expression fonctionnelle des ASICs dans les neurones sensoriels primaires afférents du rat adulte pour clarifier le rôle des ASICs dans les neurones sensoriels. Nous avons caractérisé leurs propriétés biophysiques et pharmacologiques par la technique du patch-clamp en configuration « whole-cell ». Nous avons pu démontrer que près de 60% des neurones sensoriels de petit diamètre expriment des courants ASICs. Nous avons mis en évidence trois types de courant ASIC dans ces neurones. Les types 1 et 3 ont des propriétés compatibles avec un rôle de senseur du pH alors que le type 2 est majoritairement activé par des pH inférieurs à pH6. Le type 1 est médié par des homomers de la sous-unité ASIC1 a qui sont perméables aux Ca2+. Nous avons étudié leur co-expression avec des marqueurs des nocicepteurs ainsi que la possibilité d'induire une activité neuronale suite à une acidification qui soit dépendante des ASICs. Le but était d'associer un type de courant ASIC avec une fonction potentielle dans les neurones sensoriels. Une majorité des neurones exprimant les courants ASIC co-expriment des marqueurs des nocicepteurs. Toutefois, une plus grande proportion des neurones exprimant le type 1 n'est pas associée à la nociception par rapport aux types 2 et 3. Nous avons montré qu'il est possible d'induire des potentiels d'actions suite à une acidification. La probabilité d'induction est proportionnelle à la densité des courants ASIC et à l'acidité de la stimulation. Puis, nous avons utilisé cette classification comme un outil pour appréhender les potentielles modulations fonctionnelles des ASICs dans un model de neuropathie (spared nerve injury). Cette approche fut complétée par des expériences de «quantitative RT-PCR ». En situation de neuropathie, les courants ASIC sont dramatiquement changés au niveau de leur expression fonctionnelle et transcriptionnelle dans les neurones lésés ainsi que non-lésés. Dans une deuxième partie de ma thèse, suite au test de différentes substances sécrétées lors de l'inflammation et l'ischémie sur les propriétés des ASICs, nous avons caractérisé en détail la modulation des propriétés des courants ASICs notamment ASIC1 par les sérines protéases dans des systèmes d'expression recombinants ainsi que dans des neurones d'hippocampe. Nous avons montré que l'exposition aux sérine-protéases décale la dépendance au pH de l'activation ainsi que la « steady-state inactivation »des ASICs -1a et -1b vers des valeurs plus acidiques. Ainsi, l'exposition aux serine protéases conduit à une diminution du courant quand l'acidification a lieu à partir d'un pH7.4 et conduit à une augmentation du courant quand l'acidification alleu à partir d'un pH7. Nous avons aussi montré que cette régulation a lieu des les neurones d'hippocampe. Nos résultats dans les neurones sensoriels suggèrent que certains courants ASICs sont impliqués dans la transduction de l'acidification et de la douleur ainsi que dans une des phases du processus conduisant à la neuropathie. Une partie des courants de type 1 perméables au Ca 2+ peuvent être impliqués dans la neurosécrétion. La modulation par les sérines protéases pourrait expliquer qu'en situation d'acidose les canaux ASICs soient toujours activables. Résumé grand publique Les neurones sont les principales cellules du système nerveux. Le système nerveux est formé par le système nerveux central - principalement le cerveau, le cervelet et la moelle épinière - et le système nerveux périphérique -principalement les nerfs et les neurones sensoriels. Grâce à leur nombreux "bras" (les neurites), les neurones sont connectés entre eux, formant un véritable réseau de communication qui s'étend dans tout le corps. L'information se propage sous forme d'un phénomène électrique, l'influx nerveux (ou potentiels d'actions). A la base des phénomènes électriques dans les neurones il y a ce que l'on appelle les canaux ioniques. Un canal ionique est une sorte de tunnel qui traverse l'enveloppe qui entoure les cellules (la membrane) et par lequel passent les ions. La plupart de ces canaux sont normalement fermés et nécessitent d'être activés pour s'ouvrire et générer un influx nerveux. Les canaux ASICs sont activés par l'acidification et sont exprimés dans tout le système nerveux. Cette acidification a lieu notamment lors d'une attaque cérébrale (ischémie cérébrale) ou lors de l'inflammation. Les expériences sur les animaux ont montré que les canaux ASICs avaient entre autre un rôle dans la mort des neurones lors d'une attaque cérébrale et dans la douleur inflammatoire. Lors de ma thèse je me suis intéressé au rôle des ASICs dans la douleur et à l'influence des substances produites pendant l'inflammation sur leur activation par l'acidification. J'ai ainsi pu montrer chez le rat que la majorité des neurones sensoriels impliqués dans la douleur ont des canaux ASICs et que l'activation de ces canaux induit des potentiels d'action. Nous avons opéré des rats pour qu'ils présentent les symptômes d'une maladie chronique appelée neuropathie. La neuropathie se caractérise par une plus grande sensibilité à la douleur. Les rats neuropathiques présentent des changements de leurs canaux ASICs suggérant que ces canaux ont une peut-être un rôle dans la genèse ou les symptômes de cette maladie. J'ai aussi montré in vitro qu'un type d'enryme produit lors de l'inflammation et l'ischémie change les propriétés des ASICs. Ces résultats confirment un rôle des ASICs dans la douleur suggérant notamment un rôle jusque là encore non étudié dans la douleur neuropathique. De plus, ces résultats mettent en évidence une régulation des ASICs qui pourrait être importante si elle se confirmait in vivo de part les différents rôles des ASICs. Abstract Acid-sensing ion channels (ASICs) are members of the ENaC/Degenerin superfamily of ion channels. Their activation by a rapid extracellular acidification generates a transient and for some ASIC types also a sustained current mainly mediated by Na+. ASICs are expressed in the central (CNS) and in the peripheral (PNS) nervous system. In the CNS, ASICs have a putative role in learning, memory and in neuronal death after cerebral ischemia. In the PNS, ASICs have a putative role in nociception (acute and inflammatory pain) and in mechanotransduction. However, studies on ASIC function are somewhat controversial. Some studies suggest a crucial role of ASICs in transduction of acidification and in pain whereas other studies suggest rather a modulatory inhibitory role of ASICs in pain. Moreover, the basic property of ASICs, that they are activated only transiently is irreconcilable with the well-known property of nociception that the firing of nociceptive fibers demonstrated very little adaptation. Endogenous molecules may exist that can modulate ASIC properties. In a first part of my thesis, we addressed the question of the functional expression of ASICs in adult rat dorsal root ganglion (DRG) neurons. Our goal was to elucidate ASIC roles in DRG neurons. We characterized biophysical and pharmacological properties of ASIC currents using the patch-clamp technique in the whole-cell configuration. We observed that around 60% of small-diameter sensory neurons express ASICs currents. We described in these neurons three ASIC current types. Types 1 and 3 have properties compatible with a role of pH-sensor whereas type 2 is mainly activated by pH lower than pH6. Type 1 is mediated by ASIC1a homomultimers which are permeable to Ca 2+. We studied ASIC co-expression with nociceptor markers. The goal was to associate an ASIC current type with a potential function in sensory neurons. Most neurons expressing ASIC currents co-expressed nociceptor markers. However, a higher proportion of the neurons expressing type 1 was not associated with nociception compared to type 2 and -3. We completed this approach with current-clamp measurements of acidification-induced action potentials (APs). We showed that activation of ASICs in small-diameter neurons can induce APs. The probability of AP induction is positively correlated with the ASIC current density and the acidity of stimulation. Then, we used this classification as a tool to characterize the potential functional modulation of ASICs in the spared nerve injury model of neuropathy. This approach was completed by quantitative RT-PCR experiments. ASICs current expression was dramatically changed at the functional and transcriptional level in injured and non-injured small-diameter DRG neurons. In a second part of my thesis, following an initial screening of the effect of various substances secreted during inflammation and ischemia on ASIC current properties, we characterized in detail the modulation of ASICs, in particular of ASIC1 by serine proteases in a recombinant expression system as well as in hippocampal neurons. We showed that protease exposure shifts the pH dependence of ASIC1 activation and steady-state inactivation to more acidic pH. As a consequence, protease exposure leads to a decrease in the current response if ASIC1 is activated by a pH drop from pH 7.4. If, however, acidification occurs from a basal pH of 7, protease-exposed ASIC1a shows higher activity than untreated ASIC1a. We provided evidence that this bi-directional regulation of ASIC1a function also occurs in hippocampal neurons. Our results in DRG neurons suggest that some ASIC currents are involved in the transduction of peripheral acidification and pain. Furthermore, ASICs may participate to the processes leading to neuropathy. Some Ca 2+-permeable type 1 currents may be involved in neurosecretion. ASIC modulation by serine proteases may be physiologically relevant, allowing ASIC activation under sustained slightly acidic conditions.

Selective inhibition of JNK with a peptide inhibitor attenuates pain hypersensitivity and tumor growth in a mouse skin cancer pain model.

Cancer pain significantly affects the quality of cancer patients, and current treatments for this pain are limited. C-Jun N-terminal kinase (JNK) has been implicated in tumor growth and neuropathic pain sensitization. We investigated the role of JNK in cancer pain and tumor growth in a skin cancer pain model. Injection of luciferase-transfected B16-Fluc melanoma cells into a hindpaw of mouse induced robust tumor growth, as indicated by increase in paw volume and fluorescence intensity. Pain hypersensitivity in this model developed rapidly (<5 days) and reached a peak in 2 weeks, and was characterized by mechanical allodynia and heat hyperalgesia. Tumor growth was associated with JNK activation in tumor mass, dorsal root ganglion (DRG), and spinal cord and a peripheral neuropathy, such as loss of nerve fibers in the hindpaw skin and induction of ATF-3 expression in DRG neurons. Repeated systemic injections of D-JNKI-1 (6 mg/kg, i.p.), a selective and cell-permeable peptide inhibitor of JNK, produced an accumulative inhibition of mechanical allodynia and heat hyperalgesia. A bolus spinal injection of D-JNKI-1 also inhibited mechanical allodynia. Further, JNK inhibition suppressed tumor growth in vivo and melanoma cell proliferation in vitro. In contrast, repeated injections of morphine (5 mg/kg), a commonly used analgesic for terminal cancer, produced analgesic tolerance after 1 day and did not inhibit tumor growth. Our data reveal a marked peripheral neuropathy in this skin cancer model and important roles of the JNK pathway in cancer pain development and tumor growth. JNK inhibitors such as D-JNKI-1 may be used to treat cancer pain.

Crucial role of CB(2) cannabinoid receptor in the regulation of central immune responses during neuropathic pain

Neuropathic pain is a clinical manifestation of nerve injury difficult to treat even with potent analgesic compounds. Here, we used different lines of genetically modified mice to clarify the role played by CB2 cannabinoid receptors in the regulation of the central immune responses leading to the development of neuropathic pain. CB2 knock-out mice and wild-type littermates were exposed to sciatic nerve injury, and both genotypes developed a similar hyperalgesia and allodynia in the ipsilateral paw. Most strikingly, knock-outs also developed a contralateral mirror image pain, associated with an enhanced microglial and astrocytic expression in the contralateral spinal horn. In agreement, hyperalgesia, allodynia, and microglial and astrocytic activation induced by sciatic nerve injury were attenuated in transgenic mice overexpressing CB2 receptors. These results demonstrate the crucial role of CB2 cannabinoid receptor in modulating glial activation in response to nerve injury. The enhanced manifestations of neuropathic pain were replicated in irradiated wild-type mice reconstituted with bone marrow cells from CB2 knock-outs, thus demonstrating the implication of the CB2 receptor expressed in hematopoietic cells in the development of neuropathic pain at the spinal cord.

Interferon-gamma is a critical modulator of CB(2) cannabinoid receptor signaling during neuropathic pain

Nerve injuries often lead to neuropathic pain syndrome. The mechanisms contributing to this syndrome involve local inflammatory responses, activation of glia cells, and changes in the plasticity of neuronal nociceptive pathways. Cannabinoid CB(2) receptors contribute to the local containment of neuropathic pain by modulating glial activation in response to nerve injury. Thus, neuropathic pain spreads in mice lacking CB(2) receptors beyond the site of nerve injury. To further investigate the mechanisms leading to the enhanced manifestation of neuropathic pain, we have established expression profiles of spinal cord tissues from wild-type and CB(2)-deficient mice after nerve injury. An enhanced interferon-gamma (IFN-gamma) response was revealed in the absence of CB(2) signaling. Immunofluorescence stainings demonstrated an IFN-gamma production by astrocytes and neurons ispilateral to the nerve injury in wild-type animals. In contrast, CB(2)-deficient mice showed neuronal and astrocytic IFN-gamma immunoreactivity also in the contralateral region, thus matching the pattern of nociceptive hypersensitivity in these animals. Experiments in BV-2 microglia cells revealed that transcriptional changes induced by IFN-gamma in two key elements for neuropathic pain development, iNOS (inducible nitric oxide synthase) and CCR2, are modulated by CB(2) receptor signaling. The most direct support for a functional involvement of IFN-gamma as a mediator of CB(2) signaling was obtained with a double knock-out mouse strain deficient in CB(2) receptors and IFN-gamma. These animals no longer show the enhanced manifestations of neuropathic pain observed in CB(2) knock-outs. These data clearly demonstrate that the CB(2) receptor-mediated control of neuropathic pain is IFN-gamma dependent.

Ulnar Nerve Transposition at the Elbow under Local Anesthesia: A Patient Satisfaction Study.

Background Ulnar nerve decompression at the elbow traditionally requires regional or general anesthesia. We wished to assess the feasibility of performing ulnar nerve decompression and transposition at the elbow under local anesthesia. Methods We examined retrospectively the charts of 50 consecutive patients having undergone ulnar nerve entrapment surgery either under general or local anesthesia. Patients were asked to estimate pain on postoperative days 1 and 7 and satisfaction was assessed at 1 year. Results On day 1, pain was comparable among all groups. On day 7, pain scores were twice as high when transposition was performed under general anesthesia when compared with local anesthesia. Patient satisfaction was slightly increased in the local anesthesia group. These patients were significantly more willing to repeat the surgery. Conclusion Ulnar nerve decompression and transposition at the elbow can be performed under local anesthesia without added morbidity when compared with general anesthesia.