Bradykinin-induced Ca2+ signaling in human subcutaneous fibroblasts involves ATP release via hemichannels leading to P2Y12 receptors activation

Background: Chronic musculoskeletal pain involves connective tissue remodeling triggered by inflammatory mediators, such as bradykinin. Fibroblast cells signaling involve changes in intracellular Ca2+ ([Ca2+]i). ATP has been related to connective tissue mechanotransduction, remodeling and chronic inflammatory pain, via P2 purinoceptors activation. Here, we investigated the involvement of ATP in bradykinin-induced Ca2+ signals in human subcutaneous fibroblasts. Results: Bradykinin, via B2 receptors, caused an abrupt rise in [Ca2+]i to a peak that declined to a plateau, which concentration remained constant until washout. The plateau phase was absent in Ca2+-free medium; [Ca2+]i signal was substantially reduced after depleting intracellular Ca2+ stores with thapsigargin. Extracellular ATP inactivation with apyrase decreased the [Ca2+]i plateau. Human subcutaneous fibroblasts respond to bradykinin by releasing ATP via connexin and pannexin hemichannels, since blockade of connexins, with 2- octanol or carbenoxolone, and pannexin-1, with 10Panx, attenuated bradykinin-induced [Ca2+]i plateau, whereas inhibitors of vesicular exocytosis, such as brefeldin A and bafilomycin A1, were inactive. The kinetics of extracellular ATP catabolism favors ADP accumulation in human fibroblast cultures. Inhibition of ectonucleotidase activity and, thus, ADP formation from released ATP with POM-1 or by Mg2+ removal from media reduced bradykinin-induced [Ca2+]i plateau. Selective blockade of the ADP-sensitive P2Y12 receptor with AR-C66096 attenuated bradykinin [Ca2+]i plateau, whereas the P2Y1 and P2Y13 receptor antagonists, respectively MRS 2179 and MRS 2211, were inactive. Human fibroblasts exhibited immunoreactivity against connexin-43, pannexin-1 and P2Y12 receptor. Conclusions: Bradykinin induces ATP release from human subcutaneous fibroblasts via connexin and pannexin-1-containing hemichannels leading to [Ca2+]i mobilization through the cooperation of B2 and P2Y12 receptors.

On the function of proton-gated ion channels ASICs and TRPV1 : a patch-clamp study

AbstractAcidosis is encountered during tissue inflammation and triggers pain in humans. H+-gated ion channels are expressed at high levels in sensory neurons of the peripheral nervous system. Ion channels from two different families present the required pH sensitivity to detect the acidosis associated with peripheral inflammation: Acid-Sensing Ion Channels (ASICs) and the Transient Receptor Potential Vanilloid-1 (TRPV1) channel.ASICs are members of the Degenerin/Epithelial Na+ Channel family of ion channels. Six ASIC subunits have been identified in mammals (ASICla, -lb, -2a, -2b, -3 and -4). ASICs form In-activated voltage-insensitive homo- or heterotrimeric Na+ channels. TRPV1 is a member of the TRP family of ion channels and forms non-selective cation channels that mediate a sustained current. TRPV1 is activated by H+, heat (T>43°C), lipids, capsaicin, voltage and other stimuli. A stimulus can increase TRPV1 response to a different stimulus. For example H+ can shift the capsaicin concentration dependence of TRPV1 to lower values. ASICs and TRPV1 have been shown to be involved in inflammatory pain. Using the patch-clamp technique, we studied different aspects of the function of ASICs and TRPV1 in the physiological context of pain.In the first part of this thesis, we characterize the effect of a temperature increase from 25 to 35°C on the function of ASICs and TRPV1 in transfected CHO cells and primary cultures of rat DRG sensory neurons. ASICs give rise to transient currents while TRPV1 mediates a sustained current. In addition, ASICs and TRPV1 respond to H+ with distinct pH dependences. We assess the relative contribution of ASICs and TRPV1 to H+-evoked electrical signaling in rat DRG neurons and we conclude that ASICs are the most important pH sensors in the pH range 7.4 to 6.0 at 35°C in sensory neurons.ASICs and TRPV1 are expressed in the epithelium lining the lumen of the bladder (urothelium). The Bladder Pain Syndrome/Interstitial Cystitis (BPS/IC) is a painful condition associated with a dysfunction of the urothelial barrier and with inflammation. In the second part of this thesis, we show that human urothelial cells -the cell line TEU2 and primary cultures of human bladder urothelium- express functional ASICs but no functional TRPV1 channels. In addition, we show that the levels of ASIC2 and ASIC3 mRNA are increased in the urothelium of patients suffering from BPS/IC. These data suggest that ASICs are involved in the pathology of BPS/IC.Finally, we demonstrate that APETx2 inhibits the sensory neuron specific voltage-dependent Na+ channel Nav1.8. APETx2 was previously shown to inhibit homo- or heterotrimeric ASIC3- containing channels with IC5o from 0.08 to 1 μΜ. We show that APETx2 also inhibits Nav1.8 with an ICsoof «2.6 μΜ. APETx2 reduces the maximal conductance and induces a depolarizing shift in the voltage dependence of activation of Nav1.8. In current-clamp experiments, APETx2 reduces the number of action potentials (APs) evoked by a current ramp. Nav1.8 mediates most of the current during the AP upstroke and has been shown to be an important mediator of inflammatory pain. The fact that APETx2 inhibits two ion channels involved in inflammatory pain suggests that APETx2 or derivatives may represent novel analgesic compounds.RésuméL'acidose tissulaire est observée durant l'inflammation et entraine la douleur chez l'humain. Des canaux ioniques activés par les protons (H+) sont fortement exprimés dans les neurones sensoriels du système nerveux périphérique. De ceux-ci, les Acid-Sensing Ion Channels [ASICs) et Transient Receptor Potential Vanilloid-1 (TRPV1) présentent une sensibilité adéquate à l'acidité pour servir de détecteurs d'acidose.Les ASICs sont membres de la famille Degenerin/Epithelial Na* Channel. Six sous-unités ASIC ont été identifiées chez les mammifères (ASICla, -lb, -2a, -2b, -3 et -4). Les ASICs forment des canaux sélectifs au Na\ insensibles au voltage et activés par les H+. Les canaux fonctionnels sont des homo- ou hétérotrimères de sous-unités ASIC. TRPV1 est un membre de la famille TRP de canaux ioniques. Les canaux TRPV1 sont activés par les H+, la chaleur (T>43°Ç), les lipides, la capsaicine, le voltage et d'autres stimulus. L'activation de TRPV1 entraine un courant soutenu non-sélectif. Un stimulus peut augmenter la réponse de TRPV1 à un autre stimulus. Les H+ peuvent, par exemple, induire un décalage vers des valeurs plus faibles de la courbe de dépendance à la concentration de TRPV1 pour la capsaicine. Il a été démontré que les ASICs et TRPV1 sont impliqués dans la douleur inflammatoire. En utilisant la technique du patch-clamp, nous avons étudié différents aspects de la fonction des ASICs et de TRPV1 dans des contextes associés à la douleur.Dans la première partie de cette thèse, nous caractérisons l'effet d'une augmentation de température de 25 à 35°C sur la fonction des canaux ASICs et TRPV1, dans des cellules CHO transfectées et dans des cultures primaires de neurones sensoriels (DRG) de rat. L'activation des ASICs entraine l'apparition d'un courant transitoire tandis que l'activation de TRPV1 entraine un courant soutenu. De plus, les ASICs et TRPV1 possèdent des dépendances au pH différentes. Nous évaluons la contribution relative des ASICs et de TRPV1 au signalement électrique induit par les H+ et nous concluons que les ASICs sont les senseurs d'acidité les plus importants dans les neurones sensoriels, dans le domaine de pH de 7.4 à 6.0, à température corporelle.Les ASICs et TRPV1 sont exprimés dans l'épithélium recouvrant l'intérieur de la vessie (l'urothélium). Le Bladder Pain Syndrome/Interstitial Cystitis (BPS/IC) est une condition médicale douloureuse associée à une dysfonction de la barrière urothéliale et à une inflammation. Dans la seconde partie de cette thèse, nous démontrons que des cellules urothéliales (de la lignée cellulaire TEU2) et des cellules provenant de cultures primaires d'épithéliums de vessies humaines expriment des canaux ASIC fonctionnels mais pas de TRPV1 fonctionnels. De plus, nous montrons que le niveau d'expression de ASIC2 et -3 est augmenté dans l'urothélium de la vessie de patients souffrant de BPS/IC. Ces données suggèrent que les ASICs sont impliqués dans la pathologie BPS/IC.Pour finir, nous démontrons que la toxine APETx2 inhibe le canal spécifique aux neurones sensoriels Nav1.8, un membre de la famille des canaux sodiques dépendants du potentiel. Il a été démontré précédemment que la toxine APETx2 inhibe les canaux contenant une ou plusieurs sous-unités ASIC3 avec un ICso entre 0.08 et 1 μΜ. Nous montrons que la toxine APETx2 inhibe Nav1.8 avec un IC50 de «2.6 μΜ. La toxine APETx2 réduit la conductance maximale et induit un décalage de la dépendance au potentiel de Nav1.8 vers des valeurs plus positives. Dans des expériences de courant imposé sur des neurones sensoriels, la toxine APETx2 réduit le nombre de potentiels d'action induits par une rampe de courant. Nav1.8 est responsable de la majeure partie du courant durant la phase ascendante du potentiel d'action et a été démontré comme étant un médiateur important de la douleur inflammatoire. L'inhibition de deux types de canaux, impliqués dans la douleurs inflammatoire, par la toxine APETx2, suggère que cette dernière ou ses dérivés représentent des composés analgésiques prometteurs.

Y1 receptor knockout increases nociception and prevents the anti-allodynic actions of NPY.

OBJECTIVE: Recent pharmacologic studies in our laboratory have suggested that the spinal neuropeptide Y (NPY) Y1 receptor contributes to pain inhibition and to the analgesic effects of NPY. To rule out off-target effects, the present study used Y1-receptor-deficient (-/-) mice to further explore the contribution of Y1 receptors to pain modulation. METHODS AND RESULTS: Y1(-/-) mice exhibited reduced latency in the hotplate test of acute pain and a longer-lasting heat allodynia in the complete Freund's adjuvant (CFA) model of inflammatory pain. Y1 deletion did not change CFA-induced inflammation. Upon targeting the spinal NPY systems with intrathecal drug delivery, NPY reduced tactile and heat allodynia in the CFA model and the partial sciatic nerve ligation model of neuropathic pain. Importantly, we show for the first time that NPY does not exert these anti-allodynic effects in Y1(-/-) mice. Furthermore, in nerve-injured CD1 mice, concomitant injection of the potent Y1 antagonist BIBO3304 prevented the anti-allodynic actions of NPY. Neither NPY nor BIBO3304 altered performance on the Rotorod test, arguing against an indirect effect of motor function. CONCLUSION: The Y1 receptor contributes to pain inhibition and to the analgesic effects of NPY.

Inhibition of voltage-gated Na(+) currents in sensory neurones by the sea anemone toxin APETx2.

BACKGROUND AND PURPOSE: APETx2, a toxin from the sea anemone Anthropleura elegantissima, inhibits acid-sensing ion channel 3 (ASIC3)-containing homo- and heterotrimeric channels with IC(50) values < 100 nM and 0.1-2 µM respectively. ASIC3 channels mediate acute acid-induced and inflammatory pain response and APETx2 has been used as a selective pharmacological tool in animal studies. Toxins from sea anemones also modulate voltage-gated Na(+) channel (Na(v) ) function. Here we tested the effects of APETx2 on Na(v) function in sensory neurones.¦EXPERIMENTAL APPROACH: Effects of APETx2 on Na(v) function were studied in rat dorsal root ganglion (DRG) neurones by whole-cell patch clamp.¦KEY RESULTS: APETx2 inhibited the tetrodotoxin (TTX)-resistant Na(v) 1.8 currents of DRG neurones (IC(50) , 2.6 µM). TTX-sensitive currents were less inhibited. The inhibition of Na(v) 1.8 currents was due to a rightward shift in the voltage dependence of activation and a reduction of the maximal macroscopic conductance. The inhibition of Na(v) 1.8 currents by APETx2 was confirmed with cloned channels expressed in Xenopus oocytes. In current-clamp experiments in DRG neurones, the number of action potentials induced by injection of a current ramp was reduced by APETx2.¦CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS: APETx2 inhibited Na(v) 1.8 channels, in addition to ASIC3 channels, at concentrations used in in vivo studies. The limited specificity of this toxin should be taken into account when using APETx2 as a pharmacological tool. Its dual action will be an advantage for the use of APETx2 or its derivatives as analgesic drugs.

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.

A novel hot-plate test sensitive to hyperalgesic stimuli and non-opioid analgesics

It is widely accepted that the classical constant-temperature hot-plate test is insensitive to cyclooxygenase inhibitors. In the current study, we developed a variant of the hot-plate test procedure (modified hot-plate (MHP) test) to measure inflammatory nociception in freely moving rats and mice. Following left and right hind paw stimulation with a phlogogen and vehicle, respectively, the animals were placed individually on a hot-plate surface at 51ºC and the withdrawal latency for each paw was determined simultaneously in measurements performed at 15, 60, 180, and 360 min post-challenge. Plantar stimulation of rats (250 and 500 µg/paw) and mice (125-500 µg/paw) with carrageenan led to a rapid hyperalgesic response of the ipsilateral paw that reached a plateau from 15 to 360 min after challenge. Pretreatment with indomethacin (4 mg/kg, ip) inhibited the phenomenon at all the times analyzed. Similarly, plantar stimulation of rats and mice with prostaglandin E2 (0.5 and 1 µg/paw) also resulted in rapid hyperalgesia which was first detected 15 min post-challenge. Finally, we observed that the MHP test was more sensitive than the classical Hargreaves' test, being able to detect about 4- and 10-fold lower doses of prostaglandin E2 and carrageenan, respectively. In conclusion, the MHP test is a simple and sensitive method for detecting peripheral hyperalgesia and analgesia in rats and mice. This test represents a low-cost alternative for the study of inflammatory pain in freely moving animals.

Participation of cannabinoid receptors in peripheral nociception induced by some NSAIDs

Nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) have been used extensively to control inflammatory pain. Several peripheral antinociceptive mechanisms have been described, such as opioid system and NO/cGMP/KATP pathway activation. There is evidence that the cannabinoid system can also contribute to the in vivo pharmacological effects of ibuprofen and indomethacin. However, there is no evidence of the involvement of the endocannabinoid system in the peripheral antinociception induced by NSAIDs. Thus, the aim of this study was to investigate the participation of the endocannabinoid system in the peripheral antinociceptive effect of NSAIDs. All experiments were performed on male Wistar rats (160-200 g; N = 4 per group). Hyperalgesia was induced by a subcutaneous intraplantar (ipl) injection of prostaglandin E2 (PGE2, 2 μg/paw) in the rat’s hindpaw and measured by the paw pressure test 3 h after injection. The weight in grams required to elicit a nociceptive response, paw flexion, was determined as the nociceptive threshold. The hyperalgesia was calculated as the difference between the measurements made before and after PGE2, which induced hyperalgesia (mean = 83.3 ± 4.505 g). AM-251 (80 μg/paw) and AM-630 (100 μg/paw) were used as CB1 and CB2 cannabinoid receptor antagonists, respectively. Ipl injection of 40 μg dipyrone (mean = 5.825 ± 2.842 g), 20 μg diclofenac (mean = 4.825 ± 3.850 g) and 40 μg indomethacin (mean = 6.650 ± 3.611 g) elicited a local peripheral antinociceptive effect. This effect was not antagonized by ipl CB1 cannabinoid antagonist to dipyrone (mean = 5.00 ± 0.9815 g), diclofenac (mean = 2.50 ± 0.8337 g) and indomethacin (mean = 6.650 ± 4.069 g) or CB2 cannabinoid antagonist to dipyrone (mean = 1.050 ± 6.436 g), diclofenac (mean = 6.675 ± 1.368 g) and indomethacin (mean = 2.85 ± 5.01 g). Thus, cannabinoid receptors do not seem to be involved in the peripheral antinociceptive mechanism of the NSAIDs dipyrone, diclofenac and indomethacin.

Rôle et implication du système cannabinoïde dans la modulation périphérique de la douleur inflammatoire et neuropathique

Les dérivés de l’opium (opioïdes) et du cannabis (cannabinoïdes) présentent de nombreuses propriétés intéressantes. Suite à l’identification de leurs récepteurs respectifs, diverses stratégies pharmacologiques ont tenté d’exploiter leurs propriétés analgésiques. Le clonage des récepteurs cannabinoïdes CB1 et CB2 a favorisé la découverte de composés endogènes pour ces récepteurs, les endocannabinoïdes, dont les deux plus étudiés sont l’anandamide et le 2-arachidonyl glycérol (2-AG). Cette découverte a également mené à l’identification d’enzymes qui catalysent l’inactivation de ces cannabinoïdes endogènes : une amidohydrolase des acides gras ou FAAH ainsi qu’une monoacylglycérol lipase ou MAGL. Le système cannabinoïde endogène est régulé à la hausse dans une variété de processus pathologiques, tels que les douleurs inflammatoire et neuropathique. Cette augmentation est habituellement interprétée comme une réaction physiologique visant à rétablir l’homéostasie et elle a notamment été observée en périphérie. Les endocannabinoïdes semblent donc agir de façon spécifique à des moments clés dans certains tissus ciblés afin de minimiser les conséquences reliées au déclenchement de ces douleurs. Cette observation est très intéressante d’un point de vue thérapeutique puisqu’elle suggère la possibilité de cibler les enzymes de dégradation des endocannabinoïdes dans le but d’augmenter leurs concentrations locales et d’ainsi prolonger leur action neuromodulatrice. En périphérie, l’activation des récepteurs cannabinoïdes induit des effets antinociceptifs bénéfiques tout en minimisant les effets indésirables souvent associés à leur activation centrale. Nous avons orienté nos travaux vers la modulation périphérique de ce système endogène à l’aide d’inhibiteurs des enzymes de dégradation des endocannabinoïdes afin d’évaluer leur potentiel thérapeutique et d’élucider les mécanismes d’action qui sous-tendent leurs effets dans des modèles animaux de douleurs inflammatoire et neuropathique. Nous avons démontré que cette approche permet de soulager les symptômes associés à ces deux types de douleurs, et ce via les récepteurs CB1 et CB2. Les systèmes cannabinoïde et opioïde présentent des similitudes, dont des localisations similaires le long des voies de la douleur, des mécanismes d’action relayés par des récepteurs couplés aux protéines G et des propriétés pharmacologiques communes telles que l’analgésie. Le système opioïde est impliqué dans les effets antinociceptifs induits par les cannabinoïdes. À l’inverse, le rôle joué par le système cannabinoïde dans ceux induits par la morphine demeure incertain. Nous avons démontré que les effets antinociceptifs périphériques et spinaux produits par la morphine sont diminués chez les souris génétiquement modifiées chez lesquelles l’expression des récepteurs CB1 ou CB2 a été éliminée, laissant supposer un rôle pour ces récepteurs dans les effets de la morphine. Nous avons de plus démontré que la diminution de l'analgésie produite par la morphine dans ces souris n'est pas causée par un dysfonctionnement des récepteurs opioïdes mu (MOP) ni par une régulation à la baisse de ces récepteurs. Nos résultats confirment l'existence d'interactions fonctionnelles entre les systèmes cannabinoïde et opioïde au niveau périphérique et spinal. Ces observations sont prometteuses d’un point de vue thérapeutique puisqu’une modulation périphérique ciblée des niveaux d’endocannabinoïdes et d’opioïdes endogènes permettrait de produire des effets analgésiques bénéfiques potentiellement synergiques tout en minimisant les effets indésirables associés à l’activation centrale de ces systèmes.

Protease-activated receptor 2 sensitizes TRPV1 by protein kinase Cepsilon- and A-dependent mechanisms in rats and mice

Proteases that are released during inflammation and injury cleave protease-activated receptor 2 (PAR2) on primary afferent neurons to cause neurogenic inflammation and hyperalgesia. PAR2-induced thermal hyperalgesia depends on sensitization of transient receptor potential vanilloid receptor 1 (TRPV1), which is gated by capsaicin, protons and noxious heat. However, the signalling mechanisms by which PAR2 sensitizes TRPV1 are not fully characterized. Using immunofluorescence and confocal microscopy, we observed that PAR2 was colocalized with protein kinase (PK) Cepsilon and PKA in a subset of dorsal root ganglia neurons in rats, and that PAR2 agonists promoted translocation of PKCepsilon and PKA catalytic subunits from the cytosol to the plasma membrane of cultured neurons and HEK 293 cells. Subcellular fractionation and Western blotting confirmed this redistribution of kinases, which is indicative of activation. Although PAR2 couples to phospholipase Cbeta, leading to stimulation of PKC, we also observed that PAR2 agonists increased cAMP generation in neurons and HEK 293 cells, which would activate PKA. PAR2 agonists enhanced capsaicin-stimulated increases in [Ca2+]i and whole-cell currents in HEK 293 cells, indicating TRPV1 sensitization. The combined intraplantar injection of non-algesic doses of PAR2 agonist and capsaicin decreased the latency of paw withdrawal to radiant heat in mice, indicative of thermal hyperalgesia. Antagonists of PKCepsilon and PKA prevented sensitization of TRPV1 Ca2+ signals and currents in HEK 293 cells, and suppressed thermal hyperalgesia in mice. Thus, PAR2 activates PKCepsilon and PKA in sensory neurons, and thereby sensitizes TRPV1 to cause thermal hyperalgesia. These mechanisms may underlie inflammatory pain, where multiple proteases are generated and released.

Morphine peripheral analgesia depends on activation of the PI3K gamma/AKT/nNOS/NO/K(ATP) signaling pathway

Morphine is one of the most prescribed and effective drugs used for the treatment of acute and chronic pain conditions. In addition to its central effects, morphine can also produce peripheral analgesia. However, the mechanisms underlying this peripheral action of morphine have not yet been fully elucidated. Here, we show that the peripheral antinociceptive effect of morphine is lost in neuronal nitric-oxide synthase null mice and that morphine induces the production of nitric oxide in primary nociceptive neurons. The activation of the nitric-oxide pathway by morphine was dependent on an initial stimulation of PI3K gamma/AKT protein kinase B (AKT) and culminated in increasedactivation of K(ATP) channels. In the latter, this intracellular signaling pathway might cause a hyperpolarization of nociceptive neurons, and it is fundamental for the direct blockade of inflammatory pain by morphine. This understanding offers new targets for analgesic drug development.

Efeitos comportamental, clínico e analgésico promovidos pela injeção epidural preventiva de morfina, xilazina ou clonidina, em equinos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The improvement of the anti-hyperalgesic effect of ketamine and of its isomers by the administration of ifenprodil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Injeção epidural preventiva de xilazina ou amitraz, em eqüinos: efeito antinociceptivo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Ausência de efeito antinociceptivo decorrente da administração intravenosa de crotalfina em comparação com morfina, U50-488H ou fenilbutazona em equinos submetidos à estimulação térmica da pele íntegra

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo das propriedades analgésicas da Achillea millefolium L. (Asteraceae)

This study was designed to separately evaluate the analgesic capacity of 15% tea from Achillea millefolium leaves and florid ends. Three different tests were performed. The animals were separated in 3 groups: group I (control) that received water, group II that received florid end tea, and group III that received leaf tea. The first test was the writhing test induced by intraperitoneal injection of acetic acid in male Swiss mice. The second test consisted of the measurement of tail flick reflex latency (TFRL) in male Wistar rats after receiving a painful thermal stimulus. The groups received the teas or water per os, prior to observation. In the third test, the Wistar rats were submitted to an approximately 1 cm long incision in their tails to test the effect of the teas on induced inflammatory pain. The results showed that the effect of the 15% leaf tea on the mice writhing and TFRL test were not statistically significant. The florid ends tea showed a significantly increase in number of writhes in mice and TFRL in rats after administration. With regard to the effect of the teas on inflammatory pain, ingestion of both preparations caused an increase in the force threshold necessary for the avoidance reflex, indicating antihyperalgesic action of both the leaf and florid ends 15% teas of Achillea millefolium.