Connectivité fonctionnelle des interneurones cholinergiques spinaux : clé de voûte de l'analgésie cholinergique – ACh-Spinal-Pain

Les neurones cholinergiques sont identifiés par l’expression d’une protéine fluorescente dans des souris transgéniques. Ils sont étudiés in vitro et in vivo. Les enregistrements électrophysiologiques permettent d’étudier les entrées synaptiques de ces neurones, ce qui nous informe sur leurs conditions de recrutement. L’analyse anatomique utilisant des outils transynaptiques permet d’identifier la place de ces neurones dans le circuit nociceptif spinal. Enfin l’optogénétique permet d’activer spécifiquement ces neurones afin d’étudier les conséquences de leur activation sur le réseau en aval.

Nous avons avancé sur le premier volet du projet, consistant en la caractérisation des entrées synaptiques des interneurones cholinergiques. Nos données suggèrent que ces neurones ont une place particulière dans le réseau car ils ne reçoivent pas les mêmes entrées que les neurones les environnant. Nos enregistrements nous donnent des pistes sur la possible localisation des neurones présynaptiques aux neurones cholinergiques. Nous allons maintenant explorer ces pistes.

Une meilleure compréhension des réseaux neuronaux impliqués dans l’intégration et le contrôle de l’information sensorielle au niveau spinal est essentielle pour le développement de thérapies alternatives pour le traitement de la douleur. Dans ce cadre, nous nous intéressons à un nouveau type de contrôle de cette information par une population rare et peu étudiée, mais aux effets comportementaux robustes. Il est envisageable que leur manipulation puisse mener à des outils thérapeutiques.

A ce stade, les résultats préliminaires ont été présentés lors de deux congrès internationaux.

De nouveaux traitements pour la prise en charge des douleurs chroniques sont nécessaires. En effet, les traitements existants, y compris les opiacés, ont une efficacité limitée (surtout à long terme) et de nombreux effets secondaires. Notre projet propose de caractériser les mécanismes cholinergiques modulant la transmission nociceptive, peu étudiés à ce jour, et pourrait ainsi aboutir à l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques.

L’acetylcholine (ACh) endogène est un modulateur important de la transmission sensorielle, également impliqué dans les effets analgésiques de la morphine et de la clonidine, en particulier au niveau spinal. Cette région est cruciale car c’est là que les stimuli nociceptifs (douloureux) entrent dans le système nerveux central et sont intégrés puis relayés vers le cerveau. Nous avons démontré que, chez la souris, l’ACh spinale provient d’une population éparse de neurones cholinergiques situés dans les cornes dorsales de la moelle (Mesnage et al., J of Comparative Neurology 2011).
Des données cliniques suggèrent que l’ACh spinale module également les réponses douloureuses chez l’humain. En effet, les inhibiteurs de l’acetylcholine estérase (AChE), tels que la neostigmine, sont analgésiques chez des patients en post-opératoire ou lors d’accouchements lorsqu’injectés en épidural. Nos derniers résultats, sous presse dans le Journal of Neuroscience, démontrent pour la première fois qu’une population de neurones cholinergiques existe dans la corne dorsale des singes macaques, avec une densité similaire à celle observée chez la souris, et est la source probable d’ACh impliquées dans les propriétés analgésiques des inhibiteurs d’AChE (Pawlowski et al., sous presse). Les similitudes entre l’organisation synaptique de cette population cholinergique chez le singe et le rat, de même que les propriétés analgésiques comparable des inhibiteurs de l’AChE chez le rongeur et l’humain, supportent l’idée que le système cholinergique des cornes dorsales a une function similaire chez le primate et le rongeur et valide notre modèle murin.
Elucider comment une population aussi éparse parvient à exercer un fort contrôle sur la transmission nociceptive est un challenge ambitieux que nous proposons de relever en utilisant une combinaison d’électrophysiologie in vivo et in vitro, d’optogenetique et de marquage transynaptique. Par analogie avec d’autres populations de neurones excessivement rares mais intensément connectés, et qui servent de hub ou de chefs d’orchestres pour de larges réseaux neuronaux, notre hypothèse de travail est que c’est leur position unique dans le réseau spinal qui fait des interneuroens cholinergiques une clé de voûte de la transmission sensorielle. En effet, nous avons démontré que ces neurones ont des territoires dendritiques et axonaux particulièrement étendus.
Nous allons maintenant élucider les interactions entre les interneurones cholinergiques et le réseau nociceptif spinal dans un projet qui peut être décliné selon trois objectifs spécifiques. L’Objectif 1 est d’identifier les stimuli que les neurones cholinergiques reçoivent et qui vont entraîner la libération d’ACh. L’Objectif 2 est d’identifier les neurones pré- et post-synaptiques aux interneurones cholinergiques. L’objectif 3 est d’identifier les conséquences de l’activation des interneurones cholinergiques sur le réseau nociceptif spinal.
Allant au de delà de l’amélioration de notre compréhension de l’analgésie cholinergique, notre projet va é lucider une partie de la microcircuiterie de la corne dorsale sensorielle, et apporter une nouvelle lumière sur le mode d’action d’analgésiques classiques. Notre projet devrait ainsi contribuer à l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques pour le traitement de la douleur chronique.