Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Les canaux Na dépendants du voltage sont responsables de la phase ascendante des potentiels d’action. Ils sont formés d’une sous-unité principale et d’une ou plusieurs sous-unités secondaire . La sous-unité seule est suffisante pour former un canal fonctionnel cependant, les sous-unités modulent la location, l’expression ainsi que les propriétés fonctionnelles de la sous-unité . Ma thèse ce concentre sur 3 canaux Na neuronaux (Nav1.6, Nav1.7 et Nav1.8) ainsi qu’un canal sodique du muscle squelettique (Nav1.4). Les canaux Na neuronaux sont importants pour la propagation de l’influx électrique tout au long de l’axone. Nav1.7 et Nav1.8 sont les principales sous-unités exprimées dans les ganglions dorsaux. L’altération de l’expression et de la modulation de ces canaux suite à une lésion ou à l’inflammation, joue un rôle important dans la nociception et dans les douleurs chroniques. Nav1.6 est fortement concentré aux nœuds da Ranvier, il y tient un rôle important dans la conduction saltatoire et dans la répétition des potentiels d’action à hautes fréquences. Des mutations sur le canal Nav1.4 provoquent des canalopathies du muscle squelettique. Voici les questions qui ont guidé notre étude : 1) De quel façon les sous-unités régulent les canaux Na neuronaux Nav1.7 et Nav1.8? 2) Quel anomalie biophysique est provoquée par la mutation M1476I, une mutation liée à l’effet fondateur sur le gène SCN4A qui provoque une myotonie douloureuse induite par le froid chez des Canadiens français? 3) Quels sont les propriétés biophysiques du courant persistant de Nav1.6? 4) Quel est le patron d’expression des sous-unités et comment celles-ci régulent Nav1.7 dans les neurones de ganglions dorsaux? Afin de répondre à ces questions, plusieurs techniques ont été utilisées, notamment la technique du patch-clamp en configuration cellule entière et l’enregistrement des canaux unitaire sur des systèmes d’expression hétérologue, de la RT-PCR sur les cellules uniques, immunohistochimie et l’immunoprécipitations dans les neurones de ganglions dorsaux. Premièrement, nous avons utilisé la RT-PCR sur les cellules uniques sur des neurones dissociés de ganglions dorsaux pour identifier l’expression des sous unités 1-4 dans les neurones sensitifs de petits diamètres. Nos résultats indiques que les neurones expriment largement Nav1.6 et Nav1.8 et les sous unités 1-3. Pour étudier la régulation par les sous-unités , nous avons co-exprimés les canaux Na avec les sous-unités . La sous-unités 1 provoque une augmentation de la densité de courant de Nav1.8 lorsque co-exprimée dans des cellules HEK293 mais elle n’affecte pas la densité de courant de Nav1.6. Le domaine C-terminale de la sous-unité 1 est fortement impliqué dans la modulation de Nav1.8. Ces résultats proviennent de l’étude de l’effet de chimère 1/2 conservant différentes régions de la sous-unité 1 et de la sous-unité 2. Deuxièmement, nous avons étudié les anomalies biophysiques provoquées par la mutation M1471I de Nav1.4 en utilisant la technique du patch-clamp en mode configuration cellule entière sur des cellules tsA-201. La mutation provoque des effets similaires à d’autres mutations qui provoquent une myotonie aggravé par le potassium, incluant une augmentation du courant persistant, un ralentissement de la décroissance du courant, une dépolarisation de l’inactivation et une accélération de la récupération de l’état inactivé. Un abaissement de la température ralentit les cinétiques pour les canaux mutants et les canaux sauvages, mais il empire le défaut de l’inactivation de la mutation M1476I en augmentant l’amplitude du courant persistant. La mexiletine aide à soulager la myotonie causée par cette mutation en supprimant l’augmentation du courant persistant. Cependant, la mexiletine à une efficacité réduite sur le bloque utilisation-dpendant des canaux mutés M1476I et elle est associée à une récupération plus rapide du bloque provoqué par la mexiletine sur les canaux mutants. Troisièmement, nous avons caractérisé les propriétés du courant persistant de Nav1.6 en mode cellule entière et en courant unitaire dans des cellules HEK293 exprimant ce canal. Nous avons noté que le courant persistant de Nav1.6 est sensible à la composition du milieu intracellulaire et que l’utilisation de CsF au lieu de CsCl rendait ce courant rarement détectable. En substituant le CsF par du CsCl, nous avons montré que l’amplitude du courant persistant de Nav1.6 en mode cellule entière est de 3 à 5% du courant transitoire. Cette amplitude est similaire au ratio observé entre le maximum de probabilité d’ouverture et la probabilité d’ouverture du courant persistant observé en enregistrement de courant unitaire. L’occurrence de la réouverture des canaux explique le courant sodique persistant typique de Nav1.6. Finalement, nous avons utilisé une combinaison des techniques de RT-PCR sur les cellules uniques, immunohistochimie et d’immunoprécipitation pour étudier l’expression des sous-unités dans différentes sous-population de neurones sensitifs. Les sous-unités sont différentiellement exprimés dans la population de neurones de petits diamètres des ganglions dorsaux (2, 3) et dans la population de neurones de grands diamètres des ganglions dorsaux (1, 2). L’ARNm de Nav1.7 était significativement co-exprimé avec les sous-unités 2 et 3 dans la même population de neurones de petits diamètres des ganglions dorsaux. Ils forment un complexe protéine-protéine stable et sont colocalisés dans la membrane plasmatique des neurones. Lorsque les sous-unités 3 et 1 sont coexprimés avec Nav1.7, on observe un déplacement de la courbe d’activation et de la courbe d’inactivation ainsi qu’une augmentation marqués du courant de fenêtre. Nos données indiques une expression préférentielle des sous-unités dans les neurones de petit et de grands diamètres ainsi qu’une régulation spécifique de Nav1.7 dans ces sous populations de neurones sensitifs. / Voltage-gated Na channels are responsible for the rising phase of action potentials, and consist of a pore-forming α subunit and one or more auxiliary β subunits. The α subunit alone is sufficient for the functional expression of Na channels, however, β subunits modulate the location, expression and functional properties of α subunits. My thesis will focus on three neuronal Na channels (Nav1.6, Nav1.7 and Nav1.8) and one skeletal muscle Na channel (Nav1.4). Neuronal Na channel are key players in the impulse propagation along axon. Nav1.7 and Nav1.8 are the main Na channels expressed in DRG neurons, and their altered expression and modulation following injury and inflammation play a major role in nociception and chronic pain. Nav1.6 is highly concentrated at nodes of Ranvier, and has a critical role not only in saltatory conduction but also in high-frequency repetitive firing. Skeletal muscle Na channel Nav1.4 is the initiator of muscle contraction. Mutations in Nav1.4 cause skeletal muscle channelopathies. Guiding questions for our investigations were: 1) How do auxiliary β subunits regulate peripheral nerve Na channel Nav1.6 and Nav1.8? 2) What is the underlying biophysical defect of M1476I, a novel founder SCN4A mutation associated with painful cold-induced myotonia in French Canadians? 3) What is the biophysical characterization of the Nav1.6 persistent current? 4) What is the expression pattern of auxiliary subunits, and how do β subunits regulate Nav1.7 in DRG neurons? We addressed these questions by multiple approaches including patch clamp techniques for whole-cell and single-channel recordings in heterologous expression systems; immunohistochemistry, single-cell RT-PCR and immunoprecipitation in DRG neurons. Firstly, we employed single-cell RT-PCR of acutely dissociated DRG neurons to identify the expression of β1-4 subunits in small-diameter sensory neurons. Our results indicated that small-diameter DRG neurons widely expressed Nav1.6 and Nav1.8 channels and β1-β3 subunits. Co-expression studies were used to assess the regulation of Nav1.6 and Nav1.8 by β subunits. The β1 subunit induced a significant increase in the current density of Nav1.8 when co-expressed in HEK293 cells, but had no effect on that of Nav1.6. In addition, the C-terminal domain of β1 was involved in the modulation of Nav1.8 channel based on the results of experiments with β1/β2 chimeras harboring various regions of the strongly regulating β1 together with the weakly regulating β2 subunit. Secondly, we investigated the biophysical defects of M1476I mutation in Nav1.4 channels using whole-cell patch-clamp technique in tsA201 cells. M1476I mutant channel exhibited similar biophysical defects compared with other PAM-causing mutations, including an increased persistent current of Nav1.4, a slower current decay, a positive shift of fast inactivation, and an accelerated recovery from fast inactivation. Lowering the temperature slowed the kinetics for both wide-type and mutant channels, and worsened the defective fast inactivation of M1476I channels by further increasing the amplitude of the persistent current. Mexiletine helps relieve myotonia in M1476I carriers by effectively suppressing the increased persistent current, except for the use-dependent block. However, mexiletine had a reduced effectiveness on the use-dependent block of M1476I channels, and that was associated with a faster recovery from mexiletine block of mutant channels. Thirdly, we characterized the whole-cell and single-channel properties of Nav1.6 persistent currents expressed in HEK293 cells. We noted that Nav1.6 persistent current was highly sensitive to the composition of the internal solution, and persistent current was rarely detectable when CsF instead of CsCl was used. By substituting CsF for CsCl in the intracellular solution, we showed that Nav1.6 persistent current in the whole-cell configuration was 3–5% of the peak transient current. This amplitude of persistent current was similar to the ratio between peak and persistent open probability observed in the single-channel recording, indicating that the occurrence of late channel reopenings accounts for the persistent macroscopic Na current typical of Nav1.6. Finally, we employed a combination of single-cell RT-PCR, immunocytochemistry and immunoprecipitation to investigate subunit expression in subpopulations of sensory neurons. subunits were differentially expressed in small (2, 3) and large (1, 2) DRG neurons. Nav1.7 mRNA was significantly co-expressed with the 2 and 3 subunits in the same population of small-diameter DRG neurons. They formed stable protein-protein interactions and co-localized within the plasma membranes of neurons.When co-expressed in HEK293 cells, 3 and 1 subunits shifted activation and inactivation curves respectively and induced a marked increase in Nav1.7 window current. Our data indicated a preferential expression of subunits in small and large DRG neurons and a subunit-specific Nav1.7 regulation in these subpopulations of sensory neurons.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/23495 |
| Date | 18 April 2018 |
| Creators | Zhao, Juan |
| Contributors | Chahine, Mohamed |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 263 p., application/pdf, application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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