After peripheral nerve injury, erratic nerve influxes generated in sensory neurons sensitize secondary neurons located in the dorsal horn of the spinal cord. This abnormal signaling causes hyperalgesia and allodynia – hallmarks of neuropathic pain. Those injured neurons also release neuronal factors that activate microglia, the immune cells of the central nervous system. Microglia secrete many pro-inflammatory factors such as cytokines and chemokines, which will participate in the sensitization process. Microglia, although non-excitable cells, show important changes in their potassium currents dependent of activation state.
During this thesis, I investigated microglial potassium channels in the context of neuropathic pain using the spared nerve injury (SNI) model. This model imitates a nerve injury and the neuropathic pains that follows. The goal was to determine if potassium channels participate in microglial activation and what physiological function they could influence in these cells. First, I analyzed previous data from the laboratory, which I completed and presented in a manuscript describing the timecourse of microglial activation and lymphocyte T infiltration after SNI.
I investigated for Kv1.3, Kv1.5 and Kir2.1, the main potassium channels described in microglial activation. I could highlight their presence in spinal microglia after SNI.
Then I could demonstrate that potassium currents I identified as Kir2.1-dependent were increased in microglia 2 days following SNI. Besides, the microglial resting membrane potential was hyperpolarized after SNI and could be depolarized using the Kir2.x blocker ML133. I hypothesized that this hyperpolarized resting membrane potential was necessary for microglial proliferation. I then could demonstrate that ML133 strongly reduced proliferation of a BV2 microglial cell line. Following my hypothesis, we collaborated with a former colleague now in the USA, to validate that in vivo. Intrathecal injection of ML133 could reduce microglial proliferation and mechanical hypersensitivity after SNI.
Although there is still much work to do, these results give us a potential novel target for therapy against neuropathic pain based on modulation of the resting membrane potential of microglia.
--
Après une lésion nerveuse, des influx électriques erratiques sont générés dans les neurones sensoriels et sensibilisent les neurones de second ordre situés dans la corne dorsale de la moelle épinière. Ce signalement anormal génère de l’hyperalgésie et de l’allodynie – des caractéristiques typiques de la douleur neuropathique. De plus ces neurones endommagés vont libérer des facteurs neuronaux qui activent la microglie, les cellules immunitaires du système nerveux central. Dans cet état, la microglie sécrète de nombreux facteurs pro-inflammatoires tels que des cytokines et chimiokines, qui vont participer au processus de sensibilisation. Les cellules microgliales, bien que n’étant pas des cellules excitables présentent des changements importants dans leurs courants potassiques une fois activées.
Durant ma thèse, j’ai examiné les canaux potassiques de la microglie dans le modèle de douleur neuropathique d’épargne du nerf sural (SNI). Ce modèle induit une lésion nerveuse et la douleur neuropathique qui s’en suit. Le but était de déterminer si les canaux potassiques participaient à l’activation microgliale et quelles conditions physiologiques ils pouvaient influencer. Tout d’abord, j’ai analysé des données obtenues préalablement dans le laboratoire et rédigé un premier article dont le thème était la temporalité de l’activation microgliale et l’infiltration des lymphocytes T après SNI.
J’ai cherché Kv1.3, Kv1.5 et Kir2.1, les principaux canaux potassiques décrits dans l’activation de la microglie. J’ai pu démontrer leur présence dans la microglie de la moelle épinière après SNI. Puis j’ai pu démontrer que suite à l’activation de la microglie induite par le modèle SNI, les courants potassiques provenant de Kir2.1 augmentaient 2 jours après la lésion nerveuse. De plus le potentiel de repos de la membrane des cellules microgliales était hyperpolarisé après SNI et pouvait être dépolarisé en bloquant les canaux Kir2.x avec du ML133. J’ai émis l’hypothèse selon laquelle un potentiel de repos de la membrane hyperpolarisé était nécessaire à la prolifération de la microglie. Le bloqueur a pu fortement réduire la prolifération de lignées cellulaires microgliale (BV2) en culture. Suivant mon hypothèse, nos anciens collègues maintenant aux USA ont pu valider in vivo par injection intrathécale de ML133 la réduction de la prolifération microgliale ainsi que l’hypersensibilité mécanique après SNI.
Bien qu’il reste encore beaucoup de travail, ces résultats mettent en évidence une potentielle nouvelle cible pour la thérapie contre la douleur neuropathique, basée sur la modulation du potentiel de membrane au repos de la microglie.