This document is the Accepted Manuscript version of a Published Work that appeared in final form in the Journal of the American Chemical Society, copyright ©American Chemical Society after peer review and technical editing by the publisher. To access the final edited and published work see http://dx.doi.org/10.1021/jacs.5b10162. / 京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第19611号 / 医博第4118号 / 新制||医||1015(附属図書館) / 32647 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 齊藤 博英, 教授 渡邊 直樹, 教授 松原 和夫 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

(1) Background: Members of the TRPC3/TRPC6/TRPC7 subfamily of canonical transient receptor potential (TRP) channels share an amino acid similarity of more than 80% and can form heteromeric channel complexes. They are directly gated by diacylglycerols in a protein kinase C-independent manner. To assess TRPC3 channel functions without concomitant protein kinase C activation, direct activators are highly desirable. (2) Methods: By screening 2000 bioactive compounds in a Ca2+ influx assay, we identified artemisinin as a TRPC3 activator. Validation and characterization of the hit was performed by applying fluorometric Ca2+ influx assays and electrophysiological patch-clamp experiments in heterologously or endogenously TRPC3-expressing cells. (3) Results: Artemisinin elicited Ca2+ entry through TRPC3 or heteromeric TRPC3:TRPC6 channels, but did not or only weakly activated TRPC6 and TRPC7. Electrophysiological recordings confirmed the reversible and repeatable TRPC3 activation by artemisinin that was inhibited by established TRPC3 channel blockers. Rectification properties and reversal potentials were similar to those observed after stimulation with a diacylglycerol mimic, indicating that artemisinin induces a similar active state as the physiological activator. In rat pheochromocytoma PC12 cells that endogenously express TRPC3, artemisinin induced a Ca2+ influx and TRPC3-like currents. (4) Conclusions: Our findings identify artemisinin as a new biologically active entity to activate recombinant or native TRPC3-bearing channel complexes in a membrane-confined fashion.

La majorité des douleurs est d’origine nociceptive. En pharmacologie, le développement de stratégies pour évaluer et soulager de la douleur est au cœur du développement de plusieurs médicaments. Les vanilloïdes sont des ligands aux récepteurs TRPV1 des mammifères, récepteur ciblé pour le développement de nouvelles stratégies de prise en charge de la douleur. Nous avons utilisé Caenorhabditis elegans (C. elegans) du fait qu’il exprime des récepteurs orthologues au TRPV1 (OCR-2 et OSM-9) dont les mécanismes d’activation sont apparentés, sa simplicité structurale et le tier de ses cellules sont des cellules nerveuses. Les questions générales suscitées étaient : « Est-ce que C. elegans peut être utilisé comme organisme modèle afin de tester les effets antinociceptifs de ligands aux récepteurs vanilloïdes? » et « quels sont les cibles et mécanismes d’action des vanilloïdes? » Les objectifs étaient : 1) étudier les effets antinociceptifs de plusieurs vanilloïdes avec des caractéristiques chimiques distinctes ; 2) identifier leurs cibles moléculaires et ; 3) identifier les mécanismes moléculaires à l’aide de méthodes d’analyse protéomique et bioinformatique. Au cours de l’expérimentation, les nématodes traités à différentes concentrations de solution de vanilloïdes pendant 60 minutes sont exposés à la chaleur nocive (33˚C). Pour la première fois, nous avons démontré que les vanilloïdes ont un effet antinociceptif significatif et aucun effet rémanent chez C. elegans. Le phénotypage de mutants spécifiques aux récepteurs vanilloïdes nous a permis de déterminer que OCR-2 était la cible principale de la capsaicine; par contre, les résultats n’ont pas été concluants avec l’eugénol. En utilisant la technique du profilage thermique du protéome, une méthode plus raffinée, nous avons démontré qu’OCR-2 était la cible principale de la capsaicine et de l’eugénol. Nous avons exposé les nématodes à la chaleur nocive (33˚C), la capsaïcine (25 µM) et à l’eugénol (25 µM), des analyses protéomiques par HPLC-MS/MS à haute résolution ont été réalisé sur chaque extrait de protéome. La protéomique ascendante (bottom-up) a permis d’identifier, caractériser et quantifier plusieurs protéines différentiellement exprimées en fonction de chacun des traitements. Nos analyses bio-informatiques ont mis en évidence les processus biologiques significativement modulés entre les différentes conditions. Les analyses faites à partir de la base de données de REACTOME, laquelle a été réalisée à l’aide de l’interface Metascape en utilisant les protéines différentiellement exprimées (DEP), ont permis de mettre en évidence plusieurs processus importants en lien avec les effets antinociceptifs des vanilloïdes chez C. elegans. Ces résultats nous ont permis d’identifier que les voies de signalisation inflammatoires sont déclenchées par les effets agonistes de la capsaïcine et de l'eugénol sur les récepteurs vanilloïdes de C. elegans importants dans la réponse antinociceptive. Les voies de transduction du signal et d'initiation de la traduction sont intimement liées aux mécanismes de protection et de survie cellulaire. / Pain is a complex phenomenon with mostly nociceptive. In pharmacology, the development of strategies to assess and relieve pain is one of the central challenges of development of certain drugs. Vanilloids are ligands to the mammalian TRPV1 receptors, a targeted receptor for the development of new pain management strategies. We used Caenorhabditis elegans (C. elegans) because it expresses receptors orthologous to TRPV1 (OCR-2 and OSM-9) whose activation mechanisms are related, its structural simplicity and the third of its cells are nerve cells. In this study, the research questions addressed were: « Can C. elegans be used as a model organism to evaluate the antinociceptive effects of ligands targeting vanilloid receptors? » and « what are the targets and action mechanisms of vanilloids? » To study these questions, we setted the following objectives: 1) Investigate the antinociceptive effects of various vanilloids with chemical characteristics; 2) Identify the molecular targets of these vanilloids; and 3) Characterize their molecular mechanisms using proteomic and bioinformatics analysis methods. During the experiment, the nematodes treated with different concentrations of vanilloid solution for 60 min are exposed to harmful heat (33˚C). For the first time, we demonstrated that vanilloids have a significant antinociceptive effect and no residual effect in C. elegans. The present study yielded several significant findings. First, it demonstrated a substantial antinociceptive effect of vanilloids in C. elegans. Remarkably, this effect was observed without any residual effects. Moreover, we were able to identify OCR-2 as the primary target of capsaicin, a vanilloid compound. However, results for eugenol, another vanilloid, were inconclusive. To gain a more comprehensive understanding of the molecular mechanisms involved, we employed the thermal proteome profiling technique. This approach confirmed OCR-2 as the primary target for both capsaicin and eugenol. Proteomic analysis, conducted via high-resolution HPLC-MS/MS, allowed to identify, characterize, and quantify a range of proteins that were differentially expressed based on the treatment conditions. Bioinformatics were used to identify enriched biological processes and pathways. Using the REACTOME database and the Metascape interface, differentially expressed proteins (DEPs) were analyzed. This process revealed several vital processes significantly enriched in the context of the antinociceptive effects of vanilloids in C. elegans. These results allowed to shed light and identified that inflammatory signaling pathways are triggered by the agonist effects of capsaicin and eugenol are important in the antinociceptive response on C. elegans vanilloid receptors. Additionally, the signal transduction and translation initiation pathways appear to be closely linked to mechanisms of cell protection and survival.