Opioid medications are medicine's best weapon against severe intractable pain, but prolonged use of these medications can be complicated by side effects like tolerance and mental clouding which, themselves, can be disabling. The present study examined the independent and combined effects of inflammatory pain and opioid medication on spatial memory for a well learned task in Sprague-Dawley rats. The Hargreaves method was used to verify the pain state of the animals after complete Freund's adjuvant injection and morphine treatment. Whereas pain had little effect on spatial memory, morphine had profound detrimental effects that persisted beyond the analgesic effectiveness of the drug. However, morphine-induced cognitive deficits were absent when morphine was provided to animals in chronic pain. Also, analgesic tolerance was significantly attenuated in these animals. Taken together, these results suggest that chronic pain activates a neural mechanism that antagonizes the unwanted effects of opioids.

Les opiacés demeurent des molécules incontournables dans le traitement des douleurs moyennes à sévères. Si leur efficacité dans le traitement de la douleur aiguë est incontestable, leur utilisation chronique est responsable de nombreux effets indésirables comprenant une hypersensibilité à la douleur et une tolérance à leurs effets analgésiques. Une partie de ces effets secondaires résulteraient de l’activation de systèmes anti-opioïdes endogènes, comme les neuropeptides RF-amide, dont des études précédentes suggèrent une complémentarité de fonctionnement dans la modulation de la douleur. Le premier axe de travail de cette thèse fut de développer les outils moléculaires afin d’étudier la possibilité d’interactions fonctionnelles et d’hétérodimérisation de ces récepteurs, en particulier GPR103 et NPFF1R. Nous avons ainsi pu générer et caractériser des lignées cellulaires exprimant les différents récepteurs à peptide RF-amide avec un fluorophore fusionné à leur extrémité amino-terminale. En parallèle, nous avons pu développer au cours d’une collaboration fructueuse avec deux équipes de chimistes un ligand à dualité d’action, agoniste opioïdergique et antagoniste des récepteurs NPFF1R et NPFF2R. Chez la souris, nous avons montré que l’administration sous-cutanée de ce composé produit une analgésie longue durée, qui n’est pas atténuée par le développement de tolérance analgésique ou d’hyperalgésie après une semaine d’administration quotidienne. Le syndrome de sevrage, précipité par la naltrexone est plus faible après l’administration chronique de ce composé qu’avec l’agoniste opioïdergique de référence. De plus, grâce à ses caractéristiques d’agoniste biaisé sur le récepteur MOR, cette molécule induit une plus faible dépression respiratoire chez la souris. / Opioid analgesics continue to be the cornerstones for treating moderate to severe pain. However, upon chronic administration, their efficiency is limited because of prominent side effects, such as tolerance and dependence. One hypothesis for the occurrence of these side effects is that the chronic stimulation of the opioid system may trigger its endogenous counterparts, anti-opioid systems, producing hyperalgesia and analgesic tolerance. Previous data from our lab and others suggest that RF-amide peptide receptors can modulate pain signalling through cross-interactions. We developed cell lines expressing fluorescent RF-amide receptors for the study of functional crosstalk and heterodimerization between RF-amide peptide receptors, i.e. GPR103 and NPFF1R. Through a productive collaboration with two teams of chemists, we identified and characterized multitarget peptidomimetic compounds that combined G protein-biased agonism and NPFFR antagonism. In accordance with in vitro results, we observed that acute subcutaneous administration of this compound produced long-lasting antinociceptive effects with less respiratory depression in mice. No hypersensitivity nor analgesic tolerance developed after chronic administration. Altogether, this molecule showed potent antinociceptive effect with limited side effects upon acute and chronic administration.

No description available.

La douleur chronique est une maladie fréquente et grave qui, pour de nombreuses personnes, ne peut pas être entièrement traitée avec les choix thérapeutiques actuels. Des agonistes des récepteurs opioïdes delta (DORs) ont été proposés comme interventions thérapeutiques pour ces maladies. Des recherches précliniques ont montré que l'activation des DOR produit des effets anti-hyperalgiques et antidépresseurs avec moins d'effets secondaires associés aux analgésiques opioïdes disponibles sur le plan clinique. Cependant, de nombreux agonistes DOR induisent une tolérance analgésique, entravant ainsi leur développement en tant que médicaments. Les travaux de cette thèse visent à mieux comprendre les causes cellulaires et moléculaires de la tolérance ainsi que ce qui rend certains agonistes plus résistants à la tolérance que d'autres. Dans le premier projet, nous nous sommes concentrés sur la superactivation de l'adénylyl cyclase induite par un ligand, un modèle de réponse adaptative médiée par les isoformes de l'adénylyl cyclase (AC). La superactivation de l'adénylyl cyclase (SA) a été associée à l’hyperalgésie, la tolérance analgésique et à des symptômes de sevrage. Ainsi, nous étions curieux de voir si les profils de signalisation cellulaire créés pour la découverte de médicaments pouvaient nous fournir des informations sur la capacité d'un ligand à induire la SA. Pour répondre à cette question, nous avons généré des profils de signalisation complets pour six agonistes différents du DORs (Met-enképhaline, deltorphine II, DPDPE, SNC-80, ARM390 et TIPP) tout en surveillant 12 différents résultats de signalisation avec des biocapteurs à base de BRET. L'analyse des profils de signalisation a montré une sélectivité fonctionnelle remarquable parmi les ligands étudiés. Ensuite, nous avons pu classer les agonistes DOR en fonction de la similarité de leurs profils en utilisant l'approche que nous avons adaptée de notre laboratoire. Nous avons par la suite démontré que, à l'exception de TIPP, dont la réponse SA était Ca2+-indépendante, les catégories de médicaments résultant du regroupement sont corrélées avec la capacité du ligand à provoquer une SA. Une investigation plus approfondie des mécanismes a révélé que Gαi/o était essentiel tant pour la SA déclenchée par TIPP que par Met-Enkepkaline, mais les mécanismes en aval étaient assez distincts pour ces ligands. Ensemble, nos résultats indiquent que les mécanismes sous-jacents à la tolérance cellulaire induite par les agonistes DOR sont spécifiques au ligand. Dans le deuxième projet, nous nous sommes principalement intéressés aux mécanismes de tolérance aux agonistes DOR qui peuvent être en partie expliqués par la désensibilisation et la régulation négative des récepteurs. Il a été établi que, les ligands qui induisent le recyclage du récepteur après l'internalisation ont été trouvés pour fournir une analgésie de longue durée. Par conséquent, les expériences menées dans cette étude ont été menées pour révéler davantage les déterminants moléculaires sous-jacents au recyclage du récepteur et sur la manière dont l'interaction agoniste-récepteur pourrait produire des modèles distincts de régulation des récepteurs. Nous avons évalué l'activation de l'agoniste et la désensibilisation du signal DOR-Gαi1. Nos données ont rapporté que le DPDPE était pratiquement sans effet sur la désensibilisation de l'activation de Gαi1, tandis que la désensibilisation par la deltorphine II était plus importante que celle induite par le DPDPE mais moins que celle induite par l'ARM390 et le SNC-80. Ensuite, nous avons établi que les DORs stimulés par le DPDPE se recyclaient de manière plus efficace que ceux activés par la deltorphine II. De plus, nous fournissons des preuves phénoménologiques que des interventions similaires ont des effets distincts sur le recyclage évoqué par chaque ligand. En particulier, la truncation du DOR ou la surexpression de βarr2 avaient des effets différentiels sur le recyclage par le DPDPE et la deltorphine II. Il est admis que les mécanismes sous-jacents à ces différences restent à être pleinement décrits, mais la phénoménologie de nos observations soutient l'idée que le DPDPE et la deltorphine II mettent en œuvre des processus de recyclage distincts. / Chronic pain is a common and severe disease that, for many people, cannot be fully treated with current therapeutic choices. Agonists of the delta opioid receptor (DOR) have been proposed as therapeutic interventions for this illness. Preclinical research has shown that DORs produce antihyperalgesic and antidepressant-like effects with fewer side effects than the ones associated with clinically available opioid analgesics. However, numerous DOR agonists induce analgesic tolerance, hampering their development as medications. Thus, further investigations are needed to understand the mechanisms underlying the tolerance associated with chronic opioid use. This thesis aimed to further understand the cellular and molecular mechanisms that causes tolerance as well as what makes some agonists more resistant to tolerance than others. In the first project, we focused on ligand-induced cyclase superactivation (SA), a pattern of adaptive response mediated by adenylyl cyclase (AC) isoforms. Cyclase SA has been associated with hyperalgesia, analgesic tolerance, and withdrawal symptoms. Therefore, we were curious to assess weather cell-based signalling profiles created for drug discovery could provide us with information on the ability of a ligand to induce cyclase SA. To address this question, we generated comprehensive signalling profiles for six different DOR agonists (Met-enkephalin, deltorphin II, DPDPE, SNC-80 and ARM390) while monitoring 12 different signalling outcomes with BRET-based biosensors. Analysis of the signalling profiles showed remarkable functional selectivity among the investigated ligands. Next, we were able to classify DOR agonists based on the similarity of their profiles using the approach we adapted from our lab. We subsequently demonstrated that except for TIPP, whose SA response was Ca2+-independent, the drug categories resulting from clustering are correlated with ligand capacity to cause SA. Further investigation of the mechanisms revealed that Gαi/o was essential for both TIPP and Met-Enkepkalin-driven cyclase SA. However, downstream mechanisms were quite distinct for these two ligands. Altogether, our findings indicate that mechanisms underlying cellular tolerance induced by DOR agonists are ligand-specific. In the second project, we were primarily concerned with the mechanisms of tolerance to DOR agonists that may be, in part, explained the receptor desensitization and downregulation. Obviously, ligands that induce receptor recycling after internalization have been found to provide long-lasting analgesia. Therefore, the objectives of the experiments in this project were to assess the molecular determinants affecting receptor recycling and how agonist-receptor interaction can result in different patterns of receptor regulation. We assessed agonist inducing activation and desensitization of DOR-Gαi1 signal. Our data showed that DPDPE was efficient in activating the receptor without noticeable desensitization effect. On the other hand, deltorphin II exerted a significant desensitization effect. However, this effect was low when compared to ARM390 and SNC-80. Then, we established that DORs stimulated by DPDPE recycle more efficiently than those activated by deltorphin II. We also provided phenomenological evidence on receptor recycling elicited by each ligand. In particular, DOR truncation or the overexpression of βarr2 had differential effects on receptor recycling by DPDPE and deltorphin II. While our data shed light on the mechanism underlying these differences, further investigation is needed for the mechanism to be fully elucidated. Admittedly, our observations support the notion that DPDPE and deltorphin II engage distinct recycling processes.