Implication des canaux sodiques dans la transmission de l'influx nociceptif périphérique et leurs modulations pharmacologiques

Les canaux sodiques dépendant du voltage jouent différents rôles dans la transmission des signaux nociceptifs. Ils participent notamment à la genèse et à la transmission de la douleur. De plus, leur modulation serait impliquée dans les douleurs pathologiques. L’objectif général de ma thèse était d’étudier les impacts de la modulation des canaux Na+ afin de comprendre les effets sur l’activité des neurones sensitifs. Cette recherche s’est orientée sur 3 axes principaux. Premièrement, nous avons étudié la synergie entre les canaux Na+ qui mènent aux différents profils électrophysiologiques des neurones. Nous avons observé que les différents canaux Na+ exprimés dans les neurones de petits diamètres des DRG confèrent des propriétés uniques à chacun des neurones. Le remodelage des canaux Na+ qui survient dans différents états pathologiques pourrait être responsable de l’hyperexcitabilité de ces neurones. Deuxièmement, nous avons exploré les effets du butamben sur les canaux sodiques. Cette molécule soulage les douleurs pathologiques liées au cancer durant plusieurs semaines sans effet secondaire. Nous avons observé que cette molécule inhibe efficacement les canaux Na+ exprimés dans les neurones périphériques expliquant partiellement ses effets anesthésiques. De plus, son affinité est plus grande pour les canaux présents au sein des neurones sensitifs périphériques (Nav1.7 et Nav1.8) que pour celui présent dans neurones moteurs (Nav1.6). Cette propriété participerait à la sélectivité du butamben pour l’anesthésie tout en limitant les effets secondaires. Finalement, nous avons étudié les effets sur les canaux Na+ de trois inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine (SSRI) fréquemment utilisés pour traiter différentes douleurs pathologiques (fluoxétine, paroxétine et citalopram). Nous avons observé que les effets analgésiques de la paroxétine et de la fluoxétine pourraient en partie passer par l’inhibition des canaux Na+. C’est par ailleurs improbable pour le citalopram compte tenu de sa haute spécificité pour les transporteurs de la sérotonine. L’étude a permis une meilleure connaissance de l’impact des canaux Na+ sur l’excitabilité des neurones nociceptifs. Ces avancées permettent notamment de mieux appréhender les mécanismes soutenant l’effet anesthésique des molécules telles que les SSRI et le butamben. Finalement, ces connaissances apparaissent cruciales dans le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques.Voltage gated sodium channels (Na+ channel) play different roles in the transmission of nociceptive signals. They are partially responsible of the genesis and the transmission of the nociceptive action potentials. Moreover, their modulation could be involved in pathological pain. The aim of the study was to investigate the impact of the modulation of sodium channels to understand how it affects nociceptive peripheral neurons excitability. This research was conducted in three phase. First, we were interested in the synergy between the different Na+ channels leading to multiple electrophysiological profiles of neurons. We observed that the different Na+ channels expressed by the small dorsal root ganglion (DRG) neurons confer unique properties to these neurons. The remodeling which occurs in various pathological conditions may thus be responsible for the increased excitability of those neurons. Second, we explored the effects of butamben on sodium channels. This molecule relieves cancer pain for several weeks without side effects. We found that the drug effectively inhibits Na + channels expressed in peripheral neurons. This partially explains its anesthetic effects. Moreover, its affinity is greater for the channels present in peripheral sensory neurons (Nav1.7 and Nav1.8) than the one present in motor neurons (Nav1.6). This property contributes to the selectivity of butamben for analgesia and limits its secondary effects. Finally, we studied the effects on Na+ channels of three selective serotonin reuptake inhibitors (SSRI) commonly used in the treatment of various pathological pains (fluoxetine, paroxetine and citalopram). We observed that paroxetine and fluoxetine may partially contribute to the analgesia through the inhibition of Na+ channels. Citalopram is unlikely to provide anesthesia through this mechanism as it is very selective for serotonin transporter. The study provides a better understanding of the impact of Na+ channels on neuronal excitability of nociceptive neurons. These advances contribute to a better understanding of the mechanisms leading to anesthesia by drugs such as SSRIs and butamben. In conclusion, these findings bring fundamental knowledge in the development of new therapeutic strategies

Intégration d'un système vidéo de poursuite de cible à un simulateur "hardware in the loop" d'avion sans pilote et évaluation d'algorithmes de surveillance

L'emploi de véhicules aériens sans pilote pour surveiller l'environnement entourant les navires militaires est une avenue intéressante pour contrecarrer des menaces potentielles. Cet ouvrage présente le banc d'essais développé pour l'évaluation et l'analyse comparative d'algorithmes de surveillance de cible. Un système vidéo commercial de poursuite de cible a été intégré à un système "hardware in the loop" (HIL) d'avion sans pilote afin de retrouver la position d'une cible dans un environnement virtuel 3D. La démarche pour l'évaluation de la position de la cible est présentée. Le système HIL utilisé, les modifications matérielles et logicielles apportées ainsi que la performance du système sont décrits. Des algorithmes de surveillance allant des plus simples comme la navigation circulaire aux plus complexes basés sur la commande prédictive sont présentés, simulés sur le système HIL et comparés. Les résultats de cette analyse permettent d'établir les lignes directrices d'une stratégie de guidage efficace

Biophysical and Molecular Characterization of Calcium Permeable Honeybee DSC1 (AmCaV4) Channel Expressed in Mammalian Cells

International audienceWhile Na V α-subunits in mammals are encoded by nine genes, two genes have been described in insects. The para gene (e.g., Drosophila melanogaster) and a second gene, called DSC1 for Drosophila Sodium Channel 1. DSC1 shares moderate sequence homology with the para gene and encodes a cation channel permeable to Ca 2+. Furthermore, no proteins with structures similar to the Na V regulatory subunits Na Vβ have been found in insects. However, TipE and four TipE homologs (TEH1-4) cloned from D. melanogaster have been shown to increase channel expression and modulate the voltage-dependence gating and inactivation kinetics of Na V, just like functional mammalian Na Vβ subunits. Many insecticides directly target the insect's ion channel activity. It is therefore essential to understand the molecular and biophysical properties of these channels. We have reported the cloning, functional expression, and biophysical and pharmacological characterization of the honeybee ( Apis mellifera) DSC1 homologue in Xenopus oocytes, which we have named AmCa V4, based on the properties uncovered and the current ion channels nomenclature (Gosselin-Badaroudine et al 2016). We report here the characterization of the honeybee ( Apis mellifera) DSC1 orthologue overexpressed in tsA201 cells using the patch-clamp technique. We show that the channel exhibits slow activation and inactivation kinetics, low-sensitivity to intracellular Ca 2+, assessed using different calcium chelating agents. Moreover, unlike other Ca V channels, Ba 2+ substitution exhibit faster kinetics than Ca 2+ currents suggesting an ion permeation modulation different from voltage-gated calcium channels. Our study supports the claims by Gosselin-Badaroudine et al. that due to the D-E-E-A selectivity filter, the insensitivity to tetrodotoxin, and block by Cd 2+ and Zn 2+, DSC1 homologues should be classified as Ca V4 rather than Na V2

Honeybee CaV4 channel : a new type of Ca2+ channel

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Biophysical and molecular characterization of calcium permeable honeybee DSC1 (AmCaV4) channel expressed in mammalian cells.

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Biophysical, Molecular, and Pharmacological Characterization of Voltage-Dependent Sodium Channels From Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes

The ability to differentiate patient-specific human induced pluripotent stem cells in cardiac myocytes (hiPSC-CM) offers novel perspectives for cardiovascular research. A number of studies, that reported mainly on current-voltage curves used hiPSC-CM to model voltage-gated Na(+) channel (Nav) dysfunction. However, the expression patterns and precise biophysical and pharmacological properties of Nav channels from hiPSC-CM remain unknown. Our objective was to study the characteristics of Nav channels from hiPSC-CM and assess the appropriateness of this novel cell model.; We generated hiPSC-CM using the recently described monolayer-based differentiation protocol.; hiPSC-CM expressed cardiac-specific markers, exhibited spontaneous electrical and contractile activities, and expressed distinct Nav channels subtypes. Electrophysiological, pharmacological, and molecular characterizations revealed that, in addition to the main Nav1.5 channel, the neuronal tetrodotoxin (TTX)-sensitive Nav1.7 channel was also significantly expressed in hiPSC-CM. Most of the Na(+) currents were resistant to TTX block. Therapeutic concentrations of lidocaine, a class I antiarrhythmic drug, also inhibited Na(+) currents in a use-dependent manner. Nav1.5 and Nav1.7 expression and maturation patterns of hiPSC-CM and native human cardiac tissues appeared to be similar. The 4 Navβ regulatory subunits were expressed in hiPSC-CM, with β3 being the preponderant subtype.; The findings indicated that hiPSC-CM robustly express Nav1.5 channels, which exhibited molecular and pharmacological properties similar to those in native cardiac tissues. Interestingly, neuronal Nav1.7 channels were also expressed in hiPSC-CM and are likely to be responsible for the TTX-sensitive Nav current