La douleur est une expérience désagréable qui fait partie de notre vie. Quand elle ne dure pas longtemps, elle est un signal d’alarme pour notre organisme. Cependant malheureusement, dans certaines conditions pathologiques, elle se prolonge dans le temps, elle devient alors chronique, intolérable, et nécessite un traitement qui ne suffit pas toujours à soulager le patient, un traitement qui dispose une efficacité limitée avec des effets secondaires indésirables non négligeables. Il est crucial alors d’améliorer nos connaissances sur les mécanismes enclenchés dans la transmission douloureuse pour développer des nouveaux outils thérapeutiques. Dans ce contexte, des études menées ces dernières années dans notre laboratoire ont indiqué que les neurones de la corne dorsale de la moelle épinière présentent des propriétés intrinsèques d’amplification des messages afférents douloureux qui reposent notamment sur des courants calciques via les canaux calciques de type L. Pour cela, le rôle de ces canaux L et plus particulièrement le rôle exact de chaque canal : Cav1.2 et Cav1.3, les deux seuls iso-formes des canaux L exprimés dans la corne dorsale de la moelle épinière, dans la sensibilisation douloureuse a été étudié dans la première partie de ce présent travail. Nous avons étudié chez le rat, in vivo, et en utilisant une approche computationnelle pour simuler l’activité neuronale, l’impact de ces courants Cav1.2 et Cav1.3, à la fois sur le phénomène de Wind-up, une forme de sensibilisation à court terme, et sur un modèle de neuropathie périphérie (SNL) caractérisé par une forme de sensibilisation à long terme. Nous avons pu montrer que la présence de Cav1.3 (mais pas de Cav1.2) est crucial pour l’expression du Wind-up quel que soit le contexte physiopathologique (contrôle/neuropathie), alors que la suppression de Cav1.2 (mais pas de Cav1.3) diminue significativement l’expression du comportement douloureux dans le contexte de neuropathie. D’autre part, il a été montré également dans notre laboratoire que les récepteurs métabotropiques de groupe I (mGluRs I), récepteurs du Glutamate, principal neurotransmetteur excitateur dans la transmission nociceptive, interagissent avec ces canaux L en modulant leur activité. Dans des conditions pathologiques telles que les conditions des douleurs inflammatoires le rôle de ces canaux L est controversé, et si l’interaction entre les mGluRs I et les canaux L est toujours présente dans ces conditions inflammatoires est mal connue. Nous avons décidé alors d’étudier dans la deuxième partie de ce travail le rôle de ces canaux L, et leur interaction avec les mGluRs I dans les conditions des douleurs inflammatoires. En utilisant des approches : l’électrophysiologie extracellulaire in vivo, pharmacologie, comportement, les injections intrathécales, et biologie moléculaire, nous avons montré que l’activation pharmacologique des mGluRs I augmente la transmission nociceptive et que cet effet nécessite l’activation des canaux calciques de type L dans les conditions contrôles. D'une façon inattendue, dans le contexte d’inflammation, nos résultats ont montré que l’activation des mGluRs I induit un effet totalement opposé anti-nociceptif et que cet effet est indépendant des canaux L. En plus, nous confirmons que le blocage des canaux L est sans effet dans le cas d’inflammation. D’autre part, nous avons montré que l’effet contradictoire dû à l’activation des mGluRs I passe par un renforcement de la transmission inhibitrice. En conclusion, nos résultats montrent l’intérêt de cibler les canaux calciques de type L et plus précisément le canal Cav1.2 dans le cadre des douleurs chroniques neuropathiques. De plus, nous montrons aussi que les mGluRs I pourraient être des bons candidats thérapeutiques dans le contexte inflammatoire. / Pain is an unpleasant experience which is part of our lives. When it does not last long time, it is often a warning sign for our organism. However unfortunately, in some pathological cases, it can last a long time, and become chronic, intolerable, and requires a treatment that is not always enough to relieve the patient, a treatment that has limited efficacy with significant undesirable side effects. It is important now to ameliorate our knowledge about the mechanisms implicated in pain transmission to develop new therapeutic tools. In this context, many studies conducted in recent years in our laboratory have indicated that the neurons in the dorsal horn of the spinal cord express intrinsic amplification properties of afferents input rely on calcium currents via the L type calcium channels. For that, the role of L type calcium channels and especially the role exact of each canal: Cav1.2 and Cav1.3, the two only iso-forms of L channels expressed in the dorsal horn of the spinal cord, in the painful sensitization has been studied in the first part of this present work. We studied in rat, in vivo, and by using a computational approach to simulate neuronal activity, the impact of these currents Cav1.2 and Cav1.3, both on the phenomenon of Wind-up, a form of short term sensitization, and in the model of a peripheral neuropathy model (SNL) characterized by a form of long-term sensitization. We showed that the presence of Cav1.3 (but not the Cav1.2) is important for Wind-up’s expression regardless of the physio-pathological context (control / neuropathy), whereas the removal of Cav1.2 (but not Cav1.3) decreases significantly the expression of the pain behavior in the context of neuropathy. In another side, it has been shown in our laboratory that group I metabotropic glutamatergic receptors (mGluRs I), receptors of Glutamate, the main excitatory neurotransmitter in nociceptive transmission, interact with L channels by modulating their activity. In pathological condition such in the condition of inflammatory pain the role of these channels L is controversial, and if the interaction between mGluRs I and L channels is always present in these inflammatory conditions is poorly known. We decided then to study in the second part of this work the role of these channels, and their interaction with mGluRs I in the condition of inflammatory pain. By using electrophysiological extracellular recording, pharmacology, behavior, intrathecal injections, and molecular biology, we showed that pharmacological activation of mGluRs I increase the nociceptive transmission and that this effect requires the activation of L type calcium channels in control conditions. Unexpectedly, in the context of the inflammation, our results show that activation of mGluRs I induce an anti-nociceptive effect and this effect is independent of L channels. Moreover, we confirmed that the blockade of L calcium channels is without effect in case of the inflammation. Furthermore, we showed that the contradictory effect due to the activation of mGluRs I pass through a strengthening of inhibitory transmission. In conclusion, our results show the interest to target L type calcium channels and more specifically the Cav1.2 channel in case of neuropathic chronic pain. We also show that mGluRs I could be good therapeutic candidates in the inflammatory context.

Agelanthus dodoneifolius est une plante de la pharmacopée africaine utilisée en médecine traditionnelle pour le traitement de pathologies cardiovasculaires. Un fractionnement bioguidé a permis d'isoler une nouvelle dihydropyranone : baptisée Dodonéine (Ddn), elle possède des propriétés hypotensives et vasorelaxantes chez le rat.L'objectif de la thèse est de caractériser la ou les cible(s) moléculaire(s) de la Ddn dans le système cardiovasculaire et d'identifier un dérivé plus sélectif.Nos résultats montrent que la Ddn bloque le courant calcique de type L des cardiomyocytes ventriculaires de rat et des cellules musculaires lisses vasculaires, d'environ 30% avec une IC50 de l'ordre du µM. La Ddn apparaît comme un nouveau bloqueur des canaux calciques de type L avec des propriétés électrophysiologiques qui lui sont propres. Une étude biochimique a montré que l'anhydrase carbonique (CA) est également inhibée par la Ddn, et nous avons caractérisé l'expression de plusieurs isoformes au sein de muscle lisse vasculaire : CA II, III, XIII et XIV. Nos travaux précisent que leur inhibition augmente le pH intracellulaire, pouvant conduire à l'activation des canaux KCa. Ainsi, la Ddn induit un effet vasorelaxant en inhibant deux protéines: les canaux calciques et l'anhydrase carbonique. Nous avons ensuite démontré que les dérivés de la Ddn nouvellement synthétisés sont aussi vasorelaxants ; toutefois, le plus efficace, la Ddn-Bicyclique-OH, ne concurrence pas les bloqueurs calciques utilisés en clinique. Cependant, l'effet vasorelaxant de la Ddn et Ddn-Bc-OH caractérisé sur des artères systémiques humaines est en accord avec l'utilisation de la plante en médecine traditionnelle. / Agelanthus dodoneifolius is one of the medicinal plants used in African pharmacopeia and traditional medicine for the treatment of cardiovascular diseases. Bioguided fractionation has allowed isolating one of its main active principles named Dodoneine (Ddn). It is a new dihydropyranone which exerts hypotensive and vasorelaxant effects on rat.The aim of this work is to characterize the molecular(s) target(s) of Ddn on cardiovascular system and identify the most selective and effective Ddn's derivative.Electrophysiological studies revealed that Ddn blocks L-type calcium current density of about 30% with an IC50 value of about 2 µM on cardiac myocytes and on vascular smooth muscle cells. Ddn appears as a new natural calcium channel blocker which has its own electrophysiological properties. As it has been shown, by biochemical study, that carbonic anhydrase is a potential target for Ddn, we have demonstrated that isozymes II, III, XIII are present on vascular smooth muscle cells and inhibited by Ddn. This inhibition resulted in a rise in pHi of about 0.31, leading to KCa channel activation. Interestingly, Ddn induced vasorelaxation by targeting two proteins: calcium channel and carbonic anhydrase. Then, we demonstrated that Ddn's derivatives newly synthetized have also vasorelaxant properties via the inhibition of L-type calcium current. Among them, Ddn-Bicyclique-OH is the most effective but appears not to be a better pharmacological tool compared to the calcium channel blockers already use in clinical. However, in accordance to the use of the plant in traditional medicine, our results clearly show that Ddn and Ddn-Bc-OH induce a vasorelaxant effect on human systemic artery.

L’infarctus du myocarde (IM) survenant après l’obstruction de l’artère coronaire est la cause principale des décès cardiovasculaires. Après l’IM, le coeur endommagé répond à l’augmentation du stress hémodynamique avec une cicatrice et une hypertrophie dans la région non-infarcie du myocarde. Dans la région infarcie, la cicatrice se forme grâce au dépôt du collagène. Pendant formation de la cicatrice, les cardiomyocytes ventriculaires résidant dans la région non-infarcie subissent une réponse hypertrophique après l’activation chronique due au système sympathique et à l’angiotensine II. La cicatrisation préserve l’intégrité structurale du coeur et l'hypertrophie des cardiomyocytes apporte un support ionotropique. Le canal CaV1.2 joue un rôle dans la réponse hypertrophique après l’IM. L’activation du CaV1.2 déclenche la signalisation dépendante de Ca2+ induisant l’hypertrophie. Cependant, il est rapporté que l’ouverture des canaux potassiques (KATP) ATP sensitifs joue un rôle sélectif dans l’expansion de la cicatrice après IM. Malgré leur expression dans les coeurs mâles, les KATP fournissent une cardioprotection sexe dépendante limitant l’expansion de la cicatrice chez les femelles. L’administration de rapamycine aux rates ayant subi un infarctus produit l’expansion de la cicatrice, soutenant la relation possible entre la cible de rapamycine, mTORC1 et les KATP dans la cardioprotection sexe spécifique. Effectivement, dans les cellules pancréatiques α, la signalisation mTORC1 était couplée à l'activation du KATP. Cependant, le lien entre mTORC1 et les canaux KATP dans le coeur reste inconnu. L'objectif de la thèse est d’examiner le rôle des canaux ioniques dans le remodelage cardiaque post-IM, surtout des canaux calciques dans l'hypertrophie et d'élucider la relation entre les KATP et mTORC1. L’hypothèse première teste que l’hypertrophie médiée par le système sympathique des cardiomyocytes ventriculaires des rats néonataux (NRCM) produit une augmentation de l’influx calcique après une augmentation des sous-unités du CaV1.2. Le traitement de norépinéphrine (NE) quadruple l’amplitude du courant calcique type L et double l’expression protéique des sous unités de CaVα2δ1 et CaVβ3. L’hypertrophie des NRCM au NE s’associe à une augmentation de la phosphorylation de la Kinase ERK 1/2. Le β1-bloqueur metoprolol et l’inhibiteur ii de ERK1/2 diminuent l’effet de NE sur CaVα2δ1. Cependant, l’augmentation de CaVβ3 et de la réponse hypertrophique persiste. Ainsi, le signal β1-adrenergique à travers ERK augmente les sous-unités CaVα2δ1 outre l’hypertrophie. L’autre hypothèse examine la spécificité du sexe sur l’expansion cicatricielle médiée par rapamycine et l’influence de mTOR sur l’expression de KATP. Rapamycin augmente la surface de la cicatrice et inhibe la phosphorylation de mTOR chez les coeurs de femelles. Dans les coeurs des deux sexes, la phosphorylation de mTOR et l’expression de KATP, Kir6.2 et SUR2A sont similaires. Cependant, une grande inactivation de la tubérine et une faible expression de raptor sont détectées chez les femelles. Le traitement à l’ester de phorbol des NRCM induit l’hypertrophie, augmente la phosphorylation de p70S6K et l’expression SUR2A. Le prétraitement par Rapamycine atténue chacune des réponses. Rapamycin démontre un patron d’expansion cicatriciel sexe spécifique et une régulation de phosphorylation de mTOR dans IM. Aussi, l’augmentation de SUR2A dans les NRCM traités par PDBu révèle une interaction entre mTOR et KATP. / Myocardial infarction (MI) secondary to the obstruction of the coronary artery is the main cause of cardiovascular death. Following MI, the damaged heart adapts to the increased hemodynamic stress via formation of a scar and a hypertrophic response of ventricular cardiomyocytes in the non-infarcted myocardium. In the infarcted region, a scar is formed via the rapid deposition of collagen. With ongoing scar formation, ventricular cardiomyocytes in the non-infarcted myocardium undergo a hypertrophic response secondary to the chronic activation by the sympathetic system and angiotensin II. Collectively, scar formation and cardiomyocyte hypertrophy preserve the structural integrity of the heart and provide inotropic support, respectively. CaV1.2 channels play a significant role in the hypertrophic response post-MI. Notably, the activation of CaV1.2 channel triggers Ca2+-dependent signaling that induces hypertrophy. By contrast, the opening of ATP-sensitive potassium (KATP) channels was shown to partake in selective scar expansion following MI. Notwithstanding its expression in male hearts, KATP channels endow a sex-dependent cardioprotection limiting scar expansion selectively in females. Moreover, administration of the macrolide rapamycin to the infarcted female rat heart led to scar expansion, supporting the possible relationship between the target of rapamycin, mTORC1 and KATP channels in providing sex-specific cardioprotection. Indeed, in pancreatic-α cells, mTORC1 signaling was coupled to KATP channel activation. However, whether mTORC1 targets KATP channels in the heart remains unknown. Thus, the AIM of the thesis was to explore the role of ion channels in cardiac remodeling post-MI by specifically addressing the role of Ca channels in cardiomyocyte hypertrophy and elucidate the potential relationship between KATP channels and mTORC1 signaling. The first study tested the hypothesis that hypertrophied neonatal rat ventricular cardiomyocytes (NRVMs) following sympathetic stimulation translated to an increase in calcium influx secondary to the augmentation of CaV1.2 channel subunits. NE treatment led to a 4-fold increase of L-type Ca2+ peak current associated with a 2-fold upregulation of CaVα2δ1 and CaVβ3 protein subunits in hypertrophied NRVMs. The hypertrophic response of NNVMs to NE was associated with the increased phosphorylation of extracellular regulated kinase (ERK1/2). The β1-blocker metoprolol and the ERK1/2 inhibitor suppressed NE-mediated protein upregulation of CaVα2δ1 whereas CaVβ3 upregulation and the hypertrophic response persisted. Therefore, sympathetic mediated β1-adrenergic signaling via ERK selectively upregulated the CaVα2δ1 subunit independent of NRVM hypertrophy. The second study tested the hypothesis that rapamycin-mediated scar expansion was sexspecific and mTOR influenced KATP channel subunit expression. Rapamycin administration translated to scar expansion and inhibited mTOR phosphorylation exclusively in females. In normal adult male and female rat hearts, mTOR phosphorylation and protein levels of KATP channel subunits Kir6.2 and SUR2A were similar. However, greater tuberin inactivation and reduced raptor protein levels were detected in females. NRVMs treated with a phorbol ester induced hypertrophy, increased p70S6K phosphorylation and SUR2A protein levels and rapamycin pretreatment attenuated each response. Thus, rapamycin administration to MI rats unmasked a sex-specific pattern of scar expansion and highlighted the disparate regulation of mTOR phosphorylation. Moreover, rapamycin-dependent upregulation of SUR2A in PDButreated NRVMs revealed a novel interaction between mTOR and KATP channel subunit expression