Récepteurs nicotiniques neuronaux d'insectes et insecticides : Caractérisation de facteurs intracellulaires impliqués dans la modulation de l'efficacité des néonicotinoides (Thèse de Doctorat d'Université)

L\u27utilisation des produitq phytosanitaires est indispensable pour augmenter la qualité des productions agricoles. Cependant les directives européennes et nationales préconisent une réduction de 50% de leur utilisation pour préserver l\u27environnement et limiter les effets secondaires sur les organismes non-cibles. Dans cette optique, et pour optimiser l\u27efficacité de ces produits tout en diminuant leur dose d\u27utilisation, il est nécessaire de caractériser les facteurs cellulaires et moléculaires impliqués dans la modulation de l\u27effet insecticide de ces composés sur leurs cibles membranaires. Parmi les insecticides les plus utilisés en agriculture, les néonicotinoïdes occupent une place importante sur le marché. Ils ont pour cible les récepteurs à l’acétylcholine de type nicotinique (nAChRs) du système nerveux central des insectes. Chez la blatte Periplaneta americana, des cellules neurosecrétrices identifiées, les neurones DUM, expriment deux sous-types de nAChRs, (nAChR1 et nAChR2). Alors que nAChR1 est sensible à l’imidaclopride (IMI), néonicotinoïde de première génération, cet insecticide ne présente aucun effet sur nAChR2. Afin d’obtenir une meilleure compréhension du mode d’action de ces insecticides sur des nAChRs insensibles, l’objectif de ce travail de recherche a été de caractériser du point de vue électro-pharmacologique les facteurs cellulaires et moléculaires qui influencent l’efficacité d’un insecticide néonicotinoïde de seconde génération, l’acétamipride (ACT) qui présente des caractéristiques chimiques différentes de l’IMI. Grâce à la technique électrophysiologique du patch-clamp, dans des conditions de potentiel imposé, il a été possible de démontrer que l’effet de l’ACT sur nAChR2 dépend du potentiel de membrane. Une dépolarisation de la membrane augmente légèrement la sensibilité de nAChR2 pour l’ACT alors qu’une hyper polarisation produit un effet inverse significatif. Dans les deux cas, l’implication du calcium intracellulaire a été démontrée. Pour des potentiels plus positifs que le potentiel de membrane (i.e., -50 mV), l’inhibition de l’influx calcique via l’activation des canaux calci ques à haut seuil d’activation (High Voltage-Activated) par le chlorure de cadmium et l’ω-conotoxine GVIA augmente la sensibilité de nAChR2 pour l’ACT. Des effets similaires sont obtenus pour des potentiels de membrane plus hyperpolarisés lorsque la perméabilité calcique est inhibée par le LOE 908, un inhibiteur des canaux TRPγ. Dans ce dernier cas, l’utilisation d’o utils pharmacologiques spécifiques (e.g., forskoline, W7) a permis de révéler que la voie de signalisation intracellulaire AMPcyclique/adenylate cyclase est impliquée dans la modulation de l’efficacité de l’ACT sur nAChR2. Enfin, des mesures de la résistance membran aire, réalisées en parallèle dans des conditions de courant imposé, indiquent que l’état conformationnel des nAChR2 joue également un rôle important dans la modulation de l’efficacité de l’ACT. L’ensemble de ces résultats qui ont permis d’identifier de nouveaux facteurs cellulaires et moléculaires impliqués dans la modulation de l’efficacité d’un néonicotinoide, l’ACT ouvrent des perspectives très intéressantes pour optimiser l’efficacité d’un traitement insecticide

A fluorinated quinuclidine benzamide named LMA 10203 acts as an agonist of insect nicotinic acetylcholine receptors

In the present study, we take advantage of the fact that cockroach dorsal unpaired median neurons express different nicotinic acetylcholine receptor subtypes to demonstrate that simple quinuclidine benzamides such as the 2-fluorinated benzamide LMA 10203, could act as an agonist of cockroach alpha-bungarotoxin-insensitive nicotinic acetylcholine receptor subtype, called nAChR2. Indeed, 1 mM LMA 10203 induced ionic currents which were partially blocked by 0.5 muM alpha-bungarotoxin and methyllycaconitine and completely blocked by 5 muM mecamylamine. Moreover, the current-voltage curve revealed that the ionic current induced by LMA 10203 increased from -30 mV to +20 mV confirming that it acted as an agonist of alpha-bungarotoxin-insensitive nAChR2. In addition, 1 mM LMA 10203 induced a depolarization of the sixth abdominal ganglion and this neuroexcitatory activity was completely blocked by 5 muM mecamylamine. These data suggest that nAChR2 was also expressed at the postsynaptic level on the synapse between the cercal afferent nerve and the giant interneurons. Interestingly, despite LMA 10203 being an agonist of cockroach nicotinic receptors, it had a poor insecticidal activity. We conclude that LMA 10203 could be used as an interesting compound to identify specific insect nAChR subtypes

Transmembrane potential polarization, calcium influx, and receptor conformational state modulate the sensitivity of the imidacloprid-insensitive neuronal insect nicotinic acetylcholine receptor to neonicotinoid insecticides

Neonicotinoid insecticides act selectively on insect nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs). Recent studies revealed that their efficiency was altered by the phosphorylation/dephosphorylation process and the intracellular signaling pathway involved in the regulation of nAChRs. Using whole-cell patch-clamp electrophysiology adapted for dissociated cockroach dorsal unpaired median (DUM) neurons, we demonstrated that intracellular factors involved in the regulation of nAChR function modulated neonicotinoid sensitivity. DUM neurons were known to express two alpha-bungarotoxin-insensitive nAChR subtypes: nAChR1 and nAChR2. Whereas nAChR1 was sensitive to imidacloprid, nAChR2 was insensitive to this insecticide. Here, we demonstrated that, like nicotine, acetamiprid and clothianidin, other types of neonicotinoid insecticides, acted as agonists on the nAChR2 subtype. Using acetamiprid, we revealed that both steady-state depolarization and hyperpolarization affected nAChR2 sensitivity. The measurement of the input membrane resistance indicated that change in the acetamiprid-induced agonist activity was related to the receptor conformational state. Using cadmium chloride, omega-conotoxin GVIA, and (R,S)-(3,4-dihydro-6,7-dimethoxy-isoquinoline-1-yl)-2-phenyl-N,N-di-acetamide (LOE 908), we found that inhibition of calcium influx through high voltage-activated calcium channels and transient receptor potential gamma (TRPgamma) activated by both depolarization and hyperpolarization increased nAChR2 sensitivity to acetamiprid. Finally, using N-(6-aminohexyl)-5-chloro-1-naphthalenesulfonamide hydrochloride (W7), forskolin, and cAMP, we demonstrated that adenylyl cyclase sensitive to the calcium/calmodulin complex regulated internal cAMP concentration, which in turn modulated TRPgamma function and nAChR2 sensitivity to acetamiprid. Similar TRPgamma-induced modulatory effects were also obtained when clothianidin was tested. These findings bring insights into the signaling pathway modulating neonicotinoid efficiency and open novel strategies for optimizing insect pest control