Les syndromes douloureux chroniques, inflammatoires ou neuropathiques, se caractérisent par une hypersensiblitité douloureuse, sous forme de douleurs spontanées et d’allodynie et d’hyperalgésie. L’isoforme γ de la protein kinase C (PKCγ), concentrée dans un type spécifique d’interneurones de la couche II interne (IIi) de la corne dorsale de la moelle ou du sous-noyau caudal du trijumeau (Sp5C) est impliqué dans mécanismes centraux de l’allodynie mécanique, une condition dans laquelle le toucher provoque une douleur. Nous avons utilisé des techniques comportementales et immunohistochimiques dans le système trigéminal.Le rôle de la PKCγ dans le développement de l’allodynie mécanique est bien établi après lésion nerveuse périphérique. Par contre, il l’est beaucoup moins dans l’allodynie d’origine inflammatoire. Nous avons testé l’hypothèse que l’allodynie mécanique persistante à la suite d’une inflammation périphérique provoquée par l’adjuvent complet de Freund (‘complete Freund’s adjuvant’ ou CFA) est bien due à une activation de la PKCγ. L’injection sous-cutanée de CFA au niveau de la zone d’insertion des vibrisses induit une allodynie persistante spécifiquement statique. L’immunomarquage phopho-ERK1/2 montre que l’expression de cette allodynie s’accompagne d’une activation d’interneurones des couches I-IIe et IIi-IIIe, dont des interneurones PKCγ de la couche IIi. Cette allodynie statique est supprimée par l’application intracisternale de l’antagoniste PKCγ, KIG31-1, avant l’injection de CFA, mais pas 3 jours après l’injection de CFA. Ainsi, comme pour l’allodynie mécanique neuropathique, l’activation de la PKCγ est nécessaire au développement de l’allodynie mécanique inflammatoire.Nous avons aussi examiné si l’activation de la PKCγ est suffisante pour le développement de l’allodynie mécanique. L’injection intracisternale de phorbol ester, 12,13-dibutyrate (PDBu), un activateur de la PKCγ, induit simultanément une allodynie mécanique statique et dynamique de la face. L’immunoréactivité phospho-ERK1/2 révèle que l’expression de ces deux allodynies mécaniques s’accompagne de la même activation d’interneurones des couches I-IIe et IIi-IIIe, dont des interneurones PKCγ de la couche IIi . Les effets de l’application de PDBu sont bloqués par l’application simultanée de KIG31-1.L’activation de la PKCγ seule est suffisante pour que se développe une allodynie mécanique, à la fois statique et dynamique. On sait que les interneurones PKCγ de la couche IIi sont directement activés par des afférences myélinisées mécaniques non nociceptives. Le niveau d’activation de la PKCγ contrôlerait la transmission de cette information vers les neurones de projection de la couche I, et donc la transformation du toucher en douleur. / Inflammatory and neuropathic chronic pain syndromes are characterized by pain hypersensitivy, manifest as spontaneous pain, allodynia and hyperalgesia. The γ isoform of protein kinase C (PKCγ), which is concentrated in a specific class of interneurons within inner lamina II (IIi) of the spinal (SDH) and medullary (MDH) dorsal horns, has been implicated in the central mechanisms underlying mechanical allodynia, a condition wherein touch produces pain. We used behavioral and immunohistochemical techniques in the trigeminal system.Whereas there is clear evidence for the involvement of PKCγ in neuropathic mechanical allodynia, that for the involvement of PKCγ in inflammatory mechanical allodynia is still controversial. We investigated the involvement of PKCγ into the persistent mechanical allodynia induced by complete Freund’s adjuvant (CFA) inflammation. Subcutaneous injection of CFA into the vibrissa pad of rats induced a persistent selectively static mechanical allodynia. Monitoring neuronal activity within medullary dorsal horn (MDH) with phospho-ERK1/2 immunoreactivity showed that activation of both laminae I-IIo and IIi-IIIo neurons, including lamina IIi PKCγ-expressing interneurons, was associated with the expression of static mechanical allodynia. Intracisternal injection of the selective PKCγ antagonist, KIG31-1, prevented CFA-induced static mechanical allodynia only when it was injected before, but not 3 days after, CFA injection. These results show that, as for neuropathic mechanical allodynias, PKCγ activation is necessary for inflammatory mechanical allodynia.We also examined whether PKCγ activation in naïve animals is sufficient for the establishment of mechanical allodynia. Intracisternal injection of the phorbol ester, 12,13-dibutyrate (PDBu), concomitantly induced static and dynamic facial mechanical allodynias Monitoring neuronal activity within MDH with phospho-ERK1/2 immunoreactivity revealed that the same activation of both laminae I-IIo and IIi-IIIo neurons, including lamina IIi PKCγ-expressing interneurons, was associated with the manifestation of both mechanical allodynias. PDBu-induced mechanical allodynias and associated neuronal activations were all prevented by intracisternal KIG31-1.Our findings reveal that PKCγ activation is sufficient for the development of static and dynamic mechanical allodynias. Lamina IIi PKCγ interneurons have been shown to be directly activated by low-threshold mechanical inputs carried by myelinated afferents. The level of PKCγ activation might thus gate the transmission of innocuous mechanical inputs to lamina I, nociceptive output neurons, thus turning touch into pain.

La douleur articulaire associée à l’arthrose est un problème clinique majeur, spécialement chez les personnes âgées. L’intensité de la douleur est souvent amplifiée lors de mouvement de l’articulation et principalement lors du soutien de la charge corporelle sur le membre lésé. Malheureusement, les traitements pharmacologiques proposés sont trop souvent associés à des effets secondaires néfastes et à une inefficacité pour le soulagement de la douleur à long terme. Divers modèles murins sont utilisés en laboratoire de recherche pour des études précliniques de molécules aux propriétés analgésiques. Une évaluation comparative de la réponse comportementale douloureuse des animaux d’un modèle d’instabilité articulaire induit par le sectionnement du ligament croisé antérieur accompagné d’une méniscectomie partielle (le modèle ACLT+pMMx) et d’un modèle de dégénérescence articulaire induite par le monoiodoacetate (le modèle MIA) a permis de sélectionner un modèle approprié pour la continuité du projet. Les deux modèles ont démontré des lésions tissulaires, mais le modèle MIA a démontré une réponse douloureuse plus prononcée que le modèle ACLT+pMMx. Par l’analyse de la démarche, le modèle MIA a démontré une boiterie claire dans le patron de la démarche des animaux qui est associée à une lésion unilatérale. Le modèle MIA a donc été choisi pour la suite du projet. La problématique principale dans la recherche sur la douleur associée à l’arthrose est une compréhension incomplète des mécanismes de douleur responsables de l’induction et du maintien de l’état de douleur. Il devient donc nécessaire d’améliorer nos connaissances de ces mécanismes en effectuant une caractérisation plus approfondie des modèles animaux employés pour l’évaluation de stratégies pharmacologiques analgésiantes. Afin de bien comprendre le modèle MIA, une caractérisation des événements moléculaires centraux lors de la progression du processus dégénératif des structures articulaires de ce modèle s’est effectuée aux jours 3, 7, 14, 21 et 28 post injection. Des mécanismes hétérogènes qui modulent l’information nociceptive en fonction de la progression temporelle de la pathologie ont été observés. Les changements du contenu i spinal des neuropeptides sélectionnés (substance P, CGRP, dynorphine A et Big dynorphine) ont débuté sept jours suivant l’injection de MIA. L’observation histologique a démontré que les dommages structuraux les plus importants surviennent entre les jours 14 et 21. C’est entre les jours 7 et 21 que les lésions démontrent le plus de similarités à la pathologie humaine. Cela suggère que lors d’une évaluation préclinique d’un traitement pharmacologique pour pallier la douleur articulaire utilisant le modèle MIA, l’étude doit tenir compte de ces événements afin de maximiser l’évaluation de son efficacité. Puisque les traitements pharmacologiques conventionnels proposés pour le soulagement de la douleur ne font pas l’unanimité en terme d’efficacité, d’effets non désirés et de coûts monétaires parfois onéreux, les molécules de dérivés de plante deviennent une alternative intéressante. L’eugénol, le principal constituant de l’huile de clou de girofle, a été administré oralement pour une période de 28 jours chez des rats ayant reçu l’injection intra-articulaire de MIA afin d’évaluer son efficacité pour le traitement de la douleur articulaire. L’eugénol à une dose de 40 mg/kg s’est révélé efficace pour l’amélioration du patron de la démarche des animaux ainsi que pour la diminution de l’allodynie mécanique secondaire. De plus, les concentrations spinales de neuropeptides pronocicepteurs ont diminué chez les animaux traités. Par une évaluation histopathologique, l’eugénol n’a démontré aucune évidence d’effets toxiques suite à une administration per os quotidienne pour une période prolongée. Ces résultats suggèrent le potentiel thérapeutique complémentaire de la molécule d’eugénol pour le traitement de la douleur articulaire. / Pain is the most predominant clinical symptom associated with osteoarthritis (OA), mostly among older people. Joint movement and weight bearing often increase the pain intensity. Unfortunately, the proposed pharmacological treatments are frequently associated with side effects and ineffective for pain alleviation for long time periods. Many murine models are used in laboratories for preclinical studies evaluating analgesic compounds. A comparative evaluation of the behavioral pain responses of animals with a joint instability model induced by the transection of the anterior cruciate ligament followed by a partial menisectomy (the ACLT+pMMx model) and of an articular degenerative model induced by an intra-articular injection of monoiodoacetate (the MIA model) was conducted to select an appropriate model for the continuation of the project. Both models demonstrated articular lésions, however the MIA model demonstrated a clearer behavioral pain response over the ACLT+pMMx model. The gait pattern of the MIA model revealed a clear limping gait similar to that observed with unilateral OA in humans. The MIA model was chosen for the subsequent studies. An unresolved issue in pain OA research is the lack of understanding of the pain mechanisms responsible for the induction and maintenance of the pain. Therefore, there is an urgent clinical need to improve the characterization of animal models to effectively discover novel pain relief pharmacological treatment stratégies for OA patients. A characterization of the spinal pain molecular events during the progression of the joint degenerative process in the MIA model was performed on days 3, 7, 14, 21 and 28 post injection. Heterogeneous nociceptive central molecular events were observed in respect to the time course of the pathology’s progression. Changes in selected spinal neuropeptide content (substance P, CGRP, dynorphin A, Big dynorphin) began 7 days following the MIA injection. Most severe joint structural damage on histology occured between days 14 and 21 post injection. These results suggest that preclinical drug evaluation employing this model should be conducted between 7 and 21 days post injection when the lesions resemble most those of human OA. iii As current pharmacological therapy for the alleviation of joint pain does not achieve the unanimity in respect to efficacy, side effects and cost, plant derivate compounds are now interesting alternatives to improve the situation. Eugenol, the main constituent of clove oil, was evaluated for its efficacy for alleviation of joint pain in rats who previously received an intra-articular injection of mono-iodoacetate to induce the MIA model. Eugenol, administered orally for 28 consecutive days at a dose of 40 mg/kg, improved gait pattern and reduced secondary mechanical allodynia. Furthermore, spinal concentrations of pronociceptive neuropeptides were also decreased in the treated animals. No toxic effects of the compoud were identified on histopathological assessment of the various tissues. These results suggest that eugenol could be a potential therapeutic option for alleviating OA joint pain.

La douleur articulaire associée à l’arthrose est un problème clinique majeur, spécialement chez les personnes âgées. L’intensité de la douleur est souvent amplifiée lors de mouvement de l’articulation et principalement lors du soutien de la charge corporelle sur le membre lésé. Malheureusement, les traitements pharmacologiques proposés sont trop souvent associés à des effets secondaires néfastes et à une inefficacité pour le soulagement de la douleur à long terme. Divers modèles murins sont utilisés en laboratoire de recherche pour des études précliniques de molécules aux propriétés analgésiques. Une évaluation comparative de la réponse comportementale douloureuse des animaux d’un modèle d’instabilité articulaire induit par le sectionnement du ligament croisé antérieur accompagné d’une méniscectomie partielle (le modèle ACLT+pMMx) et d’un modèle de dégénérescence articulaire induite par le monoiodoacetate (le modèle MIA) a permis de sélectionner un modèle approprié pour la continuité du projet. Les deux modèles ont démontré des lésions tissulaires, mais le modèle MIA a démontré une réponse douloureuse plus prononcée que le modèle ACLT+pMMx. Par l’analyse de la démarche, le modèle MIA a démontré une boiterie claire dans le patron de la démarche des animaux qui est associée à une lésion unilatérale. Le modèle MIA a donc été choisi pour la suite du projet. La problématique principale dans la recherche sur la douleur associée à l’arthrose est une compréhension incomplète des mécanismes de douleur responsables de l’induction et du maintien de l’état de douleur. Il devient donc nécessaire d’améliorer nos connaissances de ces mécanismes en effectuant une caractérisation plus approfondie des modèles animaux employés pour l’évaluation de stratégies pharmacologiques analgésiantes. Afin de bien comprendre le modèle MIA, une caractérisation des événements moléculaires centraux lors de la progression du processus dégénératif des structures articulaires de ce modèle s’est effectuée aux jours 3, 7, 14, 21 et 28 post injection. Des mécanismes hétérogènes qui modulent l’information nociceptive en fonction de la progression temporelle de la pathologie ont été observés. Les changements du contenu i spinal des neuropeptides sélectionnés (substance P, CGRP, dynorphine A et Big dynorphine) ont débuté sept jours suivant l’injection de MIA. L’observation histologique a démontré que les dommages structuraux les plus importants surviennent entre les jours 14 et 21. C’est entre les jours 7 et 21 que les lésions démontrent le plus de similarités à la pathologie humaine. Cela suggère que lors d’une évaluation préclinique d’un traitement pharmacologique pour pallier la douleur articulaire utilisant le modèle MIA, l’étude doit tenir compte de ces événements afin de maximiser l’évaluation de son efficacité. Puisque les traitements pharmacologiques conventionnels proposés pour le soulagement de la douleur ne font pas l’unanimité en terme d’efficacité, d’effets non désirés et de coûts monétaires parfois onéreux, les molécules de dérivés de plante deviennent une alternative intéressante. L’eugénol, le principal constituant de l’huile de clou de girofle, a été administré oralement pour une période de 28 jours chez des rats ayant reçu l’injection intra-articulaire de MIA afin d’évaluer son efficacité pour le traitement de la douleur articulaire. L’eugénol à une dose de 40 mg/kg s’est révélé efficace pour l’amélioration du patron de la démarche des animaux ainsi que pour la diminution de l’allodynie mécanique secondaire. De plus, les concentrations spinales de neuropeptides pronocicepteurs ont diminué chez les animaux traités. Par une évaluation histopathologique, l’eugénol n’a démontré aucune évidence d’effets toxiques suite à une administration per os quotidienne pour une période prolongée. Ces résultats suggèrent le potentiel thérapeutique complémentaire de la molécule d’eugénol pour le traitement de la douleur articulaire. / Pain is the most predominant clinical symptom associated with osteoarthritis (OA), mostly among older people. Joint movement and weight bearing often increase the pain intensity. Unfortunately, the proposed pharmacological treatments are frequently associated with side effects and ineffective for pain alleviation for long time periods. Many murine models are used in laboratories for preclinical studies evaluating analgesic compounds. A comparative evaluation of the behavioral pain responses of animals with a joint instability model induced by the transection of the anterior cruciate ligament followed by a partial menisectomy (the ACLT+pMMx model) and of an articular degenerative model induced by an intra-articular injection of monoiodoacetate (the MIA model) was conducted to select an appropriate model for the continuation of the project. Both models demonstrated articular lésions, however the MIA model demonstrated a clearer behavioral pain response over the ACLT+pMMx model. The gait pattern of the MIA model revealed a clear limping gait similar to that observed with unilateral OA in humans. The MIA model was chosen for the subsequent studies. An unresolved issue in pain OA research is the lack of understanding of the pain mechanisms responsible for the induction and maintenance of the pain. Therefore, there is an urgent clinical need to improve the characterization of animal models to effectively discover novel pain relief pharmacological treatment stratégies for OA patients. A characterization of the spinal pain molecular events during the progression of the joint degenerative process in the MIA model was performed on days 3, 7, 14, 21 and 28 post injection. Heterogeneous nociceptive central molecular events were observed in respect to the time course of the pathology’s progression. Changes in selected spinal neuropeptide content (substance P, CGRP, dynorphin A, Big dynorphin) began 7 days following the MIA injection. Most severe joint structural damage on histology occured between days 14 and 21 post injection. These results suggest that preclinical drug evaluation employing this model should be conducted between 7 and 21 days post injection when the lesions resemble most those of human OA. iii As current pharmacological therapy for the alleviation of joint pain does not achieve the unanimity in respect to efficacy, side effects and cost, plant derivate compounds are now interesting alternatives to improve the situation. Eugenol, the main constituent of clove oil, was evaluated for its efficacy for alleviation of joint pain in rats who previously received an intra-articular injection of mono-iodoacetate to induce the MIA model. Eugenol, administered orally for 28 consecutive days at a dose of 40 mg/kg, improved gait pattern and reduced secondary mechanical allodynia. Furthermore, spinal concentrations of pronociceptive neuropeptides were also decreased in the treated animals. No toxic effects of the compoud were identified on histopathological assessment of the various tissues. These results suggest that eugenol could be a potential therapeutic option for alleviating OA joint pain.

L'allodynie mécanique est un symptôme cardinal des douleurs persistantes. Elle est due à l’activation de circuits, habituellement bloqués, des couches superficielles de la corne dorsale spinale ou du sous-noyau caudal du trijumeau (Sp5C), par lesquels les afférences mécaniques à bas seuil peuvent accéder aux neurones nociceptifs de projection de la couche I. Un élément déterminant de ces circuits est une classe d’interneurones excitateurs de la couche II interne (IIi) exprimant l'isoforme gamma de la protéine kinase C (PKCγ), et recevant des afférences des mécanorecepteurs à bas seuil. La modulation de l’inhibition tonique de ces interneurones PKCγ contribue à l’apparition de l’allodynie mécanique. Cependant la morphologie, les propriétés électrophysiologiques et les caractéristiques des afférences excitatrices et inhibitrices de ces interneurones PKCγ ne sont toujours pas connues. Utilisant des techniques d’électrophysiologie (enregistrements patch-clamp) et d'immunohistochimie sur tranches de Sp5C, nous avons caractérisé les propriétés des interneurones PKCγ de la couche IIi du Sp5C chez le rat adulte et comparé ces propriétés avec celles d’interneurones voisins n’exprimant pas la PKCγ.Cette étude révèle que l’arborisation neuritique des interneurones PKCγ s’étend largement au sein de la couche IIi, et peut se prolonger du coté dorsal jusqu’à la couche II externe, sans jamais atteindre la couche I. En outre, en fonction de cette extension neuritique, au moins deux sous-populations d'interneurones PKCγ peuvent être dissociées – centrales et radiales – qui s’avèrent être aussi fonctionnellement différentes. Comparés aux autres neurones non-PKCγ de la conche IIi, les interneurones PKCγ, dans leur ensemble, présentent un seuil de déclenchement des potentiels d’action plus bas et, souvent associée, plus fréquemment une réponse tonique à un courant dépolarisant, indiquant ainsi qu’ils sont plus facilement excitables. Cependant, ils reçoivent inversement une excitation synaptique plus faible. Quant aux afférences inhibitrices, la plupart des interneurones PKCγ expriment des synapses mixtes associant récepteurs GABAAergiques (GABAAR) et récepteurs glycinergiques (GlyR). Seul un petit nombre d’entre eux exprime des synapses uniquement GABAAR ou GlyR. Pourtant, tous les interneurones PKCγ reçoivent non seulement des mIPSCs mixtes GABAAR-GlyR, mais aussi des mIPSCs uniquement GABAAR ou uniquement GlyR. / Mechanical allodynia, a cardinal symptom of persistent pain, is associated with the unmasking of usually blocked local circuits within the superficial spinal or medullary dorsal horn (MDH), through which low-threshold mechanical inputs can gain access to the lamina I nociceptive output neurons. Key determinants of these circuits are lamina II (IIi) excitatory interneurons that selectively concentrate the gamma isoform of protein kinase C (PKCγ) and receive low-threshold mechanical receptor (LTMR) inputs. Tonic inhibition of PKCγ interneurons is thought to gate circuits underlying mechanical allodynia. However, the morphology, electrophysiological properties and excitatory and inhibitory synaptic inputs on these PKCγ interneurons are still unknown. Using whole-cell patch-clamp recordings and immunohistochemical techniques in slices of adult rat MDH, we characterized these lamina IIi PKCγ interneurons and compared them with neighboring non-PKCγ interneurons. Our results reveal that the neurites of PKCγ interneurons arborize extensively within lamina IIi, can spread dorsally into lamina IIo, but never reach lamina I. In addition, according to cell bodies and the orientation and extent of dendritic arbors, at least two morphologically different classes of PKCγ interneurons can be identified – central and radial – which appear to be also functionally different. Compared with neighboring lamina IIi non-PKCγ interneurons, PKCγ interneurons exhibit a lower threshold for action potentials, consistent with a more frequent tonic spike discharge to depolarizing step current, indicating that they are more excitable than other lamina IIi neurons. On the other hand, they receive a weaker excitatory synaptic drive. According to inhibitory inputs, most PKCγ interneurons display mixed-GABAA (GABAAR) and glycine (GlyR) receptor synapses with only very few of them displaying also GABAAR-alone or GlyR-alone synapses. Interestingly, all PKCγ interneurons exhibit mixed GABAAR–GlyR as well as GABAAR-only and GlyR-only mIPSCs. Altogether, this study indicates that PKCγ interneurons within lamina IIi of MDH are different from other lamina IIi neighboring neurons according to morphology, electrophysiological properties and synaptic inputs. This is consistent with their specific role in the gating of dorsally directed circuits within the MDH underlying mechanical allodynia. Moreover, we have identified two morphological and functional subclasses of PKCγ interneurons which might thus differently contribute to this gating.