Les douleurs chroniques, inflammatoire ou neuropathique, se traduisent par un état d'hypersensilité douloureuse. Cet état se manifeste par des douleurs spontanées et des douleurs provoquées, soit par une stimulation normalement non douloureuse (allodynie), soit par une stimulation douloureuse provoquant une sensation exagérée (hyperalgésie). Les traitements actuels ne sont souvent que partiellement efficaces et peuvent s'accompagner d'effets secondaires importants. Quel sont les mécanismes de ces symptômes douloureux et donc les cibles thérapeutiques potentielles pour de nouveaux médicaments ? Utilisant des approches comportementales, pharmacologiques, électrophysiologiques, anatomo-fonctionnelles, moléculaires et microscopiques, nous avons caractérisé les mécanismes segmentaires de la douleur spontanée et l'allodynie mécanique statique (douleur provoquée par une légère pression cutanée). En utilisant le modèle de douleur provoquée par l'injection sous-cutanée (s.c.) de capsaïcine dans la face chez le rat, nous avons évalué (1) le rôle de l'inhibition GABAAergique et des dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) (2) l'implication d'interneurones spécifiques exprimant l'isoforme γ de la protéine kinase C (PKCγ) localisés dans les couche II interne (IIi) et III externe (IIIe), et (3) les propriétés de ces interneurones, dans le sous-noyau caudal du trijumeau. L'immunohistochimie anti-phospho-ERK1/2 révèle que deux circuits neuronaux différents sont mis en jeu lors de la douleur spontanée et de l'allodynie mécanique statique après injection s.c. de capsaïcine. Le premier implique des neurones uniquement dans les couches superficielles (I et II externe (IIe)) et le second, des neurones dans les couches I, IIe, IIi et IIIe, dont les interneurones PKCγ. Comme après injection s.c. de capsaïcine, l'injection intracisternale (i.c.) d'un donneur de ROS ou d'un inhibiteur des récepteurs GABAA induit une allodynie mécanique statique et l'activation neuronale associée impliquant les interneurones PKCγ. Ces deux phénomènes sont supprimés par l'inhibition pharmacologique de ROS ou de la PKCγ, avant injection s.c. de capsaïcine, alors que la douleur spontanée subsiste. Les microscopies optique et électronique montrent que ces interneurones PKCγ (1) expriment les récepteurs GABAA et glycine et (2) ne reçoivent de projections directes que de fibres afférentes de type A. La PKCγ est majoritairement localisée au niveau de la membrane cytoplasmique, où elle forme souvent des clusters perisynaptique. Nos résultats suggèrent qu'une allodynie mécanique statique se manifeste lorsque des circuits polysynaptiques locaux spécifiques, incluant les interneurones PKCγ, sont désinhibés par réduction de l'inhibition GABAAergique, vraisemblablement provoquée par une libération de ROS suite à une stimulation intense des fibres afférentes nociceptives. Des mécanismes spécifiques semblent donc exister pour chaque symptôme douloureux, représentant autant de cibles pour un traitement particulier de chacun d'eux. / Inflammatory or neuropathic chronic pain is characterized by persistent pain hypersensitivity. This includes spontaneous pain (pain experienced in the absence of any obvious peripheral stimulus), hyperalgesia (an increased responsiveness to noxious stimuli) and allodynia (pain in response to normally innocuous stimuli). Much of the currently available clinical treatment is only partially effective and may be accompanied by distressing side effects. What are the mechanisms underlying these pain symptoms and therefore the putative targets for new drugs? Using behavoural, pharmacological, electrophysiological, anatomo-functional, molecular and microscopic techniques, we have characterized the segmental mechanisms of spontaneous pain and static mechanical allodynia (pain produce by a light pressure). Using the facial capsaicin pain model in rats, we evaluated (1) the role of GABAAergique inhibition and reactive oxygen species (ROS), (2) the involvement of specific interneurons which express the γ isoform of protein kinase C (PKCγ) and are localized in the inner part of laminae II (IIi) and the outer part of lamina III (IIIe), and (3) the properties of these PKCγ interneurons in the medullary dorsal horn (MDH). Phospho-ERK1/2 immunochemsitry reveals that two different neuronal circuits are involved in the manifestation of spontaneous pain and static méchanical allodynia after subcutaneous (s.c.) injection of capsaicin. The first includes neurons exclusively located in the most superficial laminae (I and outer part of lamina II (IIe)) and the second, neurons in laminae I, IIe, IIi and IIIe, including PKCγ interneurons. As after s.c. capsaicin, intracisternal (i.c.)injection of a ROS donor or a GABAA receptor inhibitor induces static mechanical allodynia and associated activation of the local circuit. Conversely, these two phenomenons, but not spontaneous pain, are suppressed following i.c. injection of ROS scavenger and PKCγ inhibitors before s.c. capsaicin. Light and electron microscopies show that PKCγ interneurons (1) express both GABAA and glycine receptors, and (2) only receive direct inputs from A-fiber primary afferents. PKCγ is mostly localized on cytoplasmic membranes where it often clusters close to synaptic clefts. Our results suggest that static mechanical allodynia is expressed when specific local polysynaptic circuits, including PKCγ interneurons, are unmasked by disrupted GABAAergic inhibition, likely produced by ROS release following a strong activation of C-fiber nociceptive primary afferents. Specific mechanisms appear to be involved in these different pain symptoms, each of them being a possible target for new drugs aimed specifically at these symptoms.

Les premières semaines postnatales sont essentielles pour le développement de la sensibilité à la douleur et sont associées à une réorganisation structurelle et fonctionnelle des systèmes sensoriels. Les interneurones localisés dans la couche II interne (IIi) du sous noyau caudal du trijumeau (Sp5C), premier relais de l’information tactile et nociceptive orofaciale, sont des éléments clés des circuits responsables de l’allodynie mécanique orofaciale. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le développement postnatal, à la fois morphologique (en utilisant l’immunohistochimie et l’analyse morphologique tridimensionnelle) et fonctionnel (enregistrements en patch-clamp sur tranches de Sp5C), de ces interneurones. Nous nous sommes d’abord intéressés à une population très particulière d’interneurones de la couche IIi, qui expriment l’isoforme gamma de la protéine kinase C (PKCγ). Au stade le plus précoce de notre étude (3 jours postnataux, P3), les interneurones PKCγ sont présents dans toutes les couches superficielles sauf, précisément, la couche IIi. Ce n’est qu’à P6 que les premiers interneurones PKCγ peuvent être observés dans cette couche. Leur nombre y croît ensuite progressivement jusqu’à P11-15. A cet âge, leur nombre dans la couche IIi est quasiment identique à celui observé aux âges plus tardifs. De plus, nous montrons que cette augmentation du nombre d’interneurones PKCγ dans la couche IIi n’est liée ni à une prolifération cellulaire ni à l’arrivée progressive des fibres afférentes nociceptives dans le Sp5C. Nous avons également étudié le développement des interneurones de la couche IIi dans leur ensemble. Ces neurones sont l’objet d’un grand nombre de changements morphologiques, aussi bien au niveau de leur soma (augmentation du volume) que de leurs neurites (augmentation de leur longueur combinée à une diminution de leur nombre et de leurs ramifications). Sur le plan fonctionnel, les neurones de la couche IIi, à la naissance, sont plus dépolarisés, ont une rhéobase plus basse – ils seraient donc plus excitables – et montrent plus fréquemment un profil de décharge avec un seul potentiel d’action, comparés aux mêmes interneurones chez l’adulte.Toutes ces modifications structurelles et fonctionnelles des interneurones de la couche IIi du Sp5C pourraient contribuer au développement de la sensibilité orofaciale. / The first postnatal weeks are pivotal for the development of pain sensitivity and are associated with structural and functional reorganization of sensory systems. Interneurons located in the inner part of lamina II(IIi) of the caudal trigeminal subnucleus (Sp5C), the first central node in orofacial tactile and nociceptive pathways, are key elements in circuits underlying the orofacial mechanical allodynia. The aim of this thesis is to study the morphological (by using immunohistochemistry and tridimensional morphological analysis) and functional (by using whole-cell patch-clamp recordings) postnatal development of these interneurons. First, we looked at a very specific population of lamina IIi interneurons expressing the gamma isoform of the protein kinase C (PKCγ). At the earliest stage of our study (3 postnatal days, P3), PKCγ interneurons are present in all superficial layers but PKCγ interneurons can be observed in lamina IIi only at P6. The number of PKCγ interneurons within this lamina then increases gradually up to P11-15. At this age, the number of PKCγ interneurons in lamina IIi is almost the same as that at later ages. Interestingly, we show that neither cell proliferation nor the gradual projection of nociceptive fibers within the Sp5C accounts for such increase. We also studied the development of the whole population of lamina IIi interneurons. These interneurons undergo a large number of morphological changes, in their soma (increased volume) as well as neurites (concomitant increase in length and decrease in number and branching). Furthermore, according to electrophysiological properties, lamina IIi interneurons, at birth, are more depolarized, have a lower rheobase – suggesting that they are more excitable – and exhibit more frequently a single action potential discharge profile compared with mature ones. All these structural and functional changes of lamina IIi interneurons might contribute to the development of orofacial sensitivity.