Génétique et Douleur

L. GrieneLaboratoire d’Hormonologie

CPMC - Alger

5ème Congrès National de lutte contre la douleur Annaba 23-24 Avril 2009

Qu’est ce que la douleur ?L’Association internationale pourl’étude de la douleur définit ainsila douleur:C’est l’expression d’uneexpérience sensorielle etémotionnelle désagréable liée àune lésion tissulaire existante,potentielle ou décrite en termesd’une telle lésion.

Terminaisons nerveuses

Stimulus douloureux

Aires somesthésiques primaire et secondaire

Perception sensorielle

Cortex cingulaire antérieurInsula

Perception émotionnelle

Cortex préfrontal

Traitement cognitif

Sensation douloureuse

1

2

3

4

Les trois composantes de la douleur

Quels sont les évènements et les voies qui conduisent à la sensation de douleur ?

Les voies afférentes nociceptives

Douleur et Canaux Ioniques

Les canaux ioniques CCDV,

CNaDV et CKDV

Intérêts de la Génétique dans la douleur

-Apports à la compréhension desmécanismes de la perception douloureuse etdes voies empruntées par les signauxnociceptifs et identification de ciblespharmacologiques potentielles;

-Conception et Développement de moléculesthérapeutiques innovantes et spécifiques autraitement de la douleur.

Matériels et Méthodesd’étude en Génétique

- Patients qui présentent des troublesfamiliaux de perception de la douleur;

- Animaux mutants naturels (souris et rat);

- Création de modèles animaux depathologies génétiques humaines (KO et KI);

- Utilisation d’inhibiteurs transcriptionnels(oligosondes anti-sens …);- Etudes d’association phénotype-génotype.

DOULEUR ET CANAUX IONIQUES

Ces canaux ioniques (et leurs gènes)peuvent donc constituer :

- des facteurs étiologiques destroubles de la perception de la douleurfamiliaux ;

- des cibles pharmacologiques pourarrêter le signal nociceptif.

Les trois grandes familles de CCDVStructure moléculaire

Organisation membranaire présumée des CCDV etde leurs sous-unités régulatrices

Classification électrophysiologique, moléculaire, pharmacologique et distribution tissulaire des CCDV

Localisation chromosomique des dix gènes codant les sous-unités canalaires

Implication des CCDV de type N dans la douleur

Parmi les canaux CCDV, les canaux de type N sontles plus largement impliqués dans la nociception.

Preuve par l’approche génétique

- invalidation génique (KO) chez l’animal de lasous-unité α1B : obtention d’une analgésie.Implication des canaux N aussi bien dans lesdouleurs neuropathiques que nociceptives(thermique et inflammatoire, mais pas mécanique).

Représentation schématique des stratégies thérapeutiques visant à diminuer l’activité des CCDV de type N

Inhibition des CCDV par des toxines

peptidiques

Inhibition des CCDV par l’activation d’un RCPG via son ligand

extracellulaire

La caractérisation de nouveaux couplesRCPG/ligands capables de modulerl’activité des canaux N se révèle êtreune stratégie intéressante dans larecherche de nouvelles moléculesanalgésiques.

CCDV de type N, RCPG et Morphine

La morphine (extraite du pavot, Papaver somniferum; FriedrichSertüner, 1815), est l’analgésique le plus anciennement utilisé.

Mode d’action : agoniste spécifique des récepteurs µ-opioïdes, quiappartiennent à la classe des RCPG; elle active ces récepteurs auniveau présynaptique, avec libération et fixation du dimère Gβγ sur lescanaux calciques (de type N en particulier), ce qui provoque l’inhibitiondes courants calciques.

Au niveau post-synaptique, l’activation des récepteurs µ-opioïdesprovoque l’activation de canaux potassiques, provoquant unehyperpolarisation cellulaire, rendant la cellule réfractaire à toutestimulation.La morphine, en diminuant donc l’excitabilité cellulaire et la libérationde neuromédiateurs, agit comme un puissant inhibiteur de latransmission synaptique.

Caractéristiques analgésiques et situation clinique de différents bloqueurs des CCDV

Implication des CCDV de type N dans la douleur

De nouvelles molécules, comme les dérivés de L-cystéine ou de 4-aminopipéridine, visant à bloquersélectivement les canaux N, administrées par voieorale chez l’animal, semblent posséder despropriétés analgésiques intéressantes tout enrestant dénuées de tout effet secondaire.

Polymorphisme des CCDV de type N

La mise en évidence récente d’une isoforme descanaux de type N (variant d’épissage), présenteexclusivement au niveau des neurones sensitifs desganglions spinaux, indique qu’elle puisse être une ciblepharmacologique particulièrement intéressante.

La sélection d’inhibiteurs spécifiques de cetteisoforme serait susceptible de produire, à terme, desmolécules analgésiques tout aussi performantes etpotentiellement administrables par voie orale enraison d’une plus grande spécificité d’action.

CCDV et sous-unité auxiliaire β

Régulateur majeur de l’influx calcique:Augmente le nombre de canaux à la membraneet leur sensibilité au potentiel, module leurscinétiques d’ouverture ou de fermeture, leursrégulations par les voies de signalisationintracellulaire, et même leur pharmacologie.Réduit la sensibilité des canaux CCDV àl’inhibition par les sous-unités βγ des protéinesG trimériques.

CCDV et sous-unité auxiliaire βL’invalidation génique de la sous-unité β3 chez l’animal confère à ces animaux unseuil de sensibilité accru à la douleur inflammatoire.

La sous-unité β3 est donc impliquée dans les mécanismes de nociception via lescanaux auxquels elle est associée : elle participe à la mise en place de la sous-unité α1 dans la membrane plasmique.

L’utilisation d’un dominant négatif, visant à diminuer la disponibilité des sous-unités β, met en évidence une diminution de l’expression des canaux HSA à lamembrane plasmique.

Cette diminution d’expression est vraisemblablement à l’origine d’une diminutionde l’excitabilité cellulaire, conduisant à des effets analgésiques.

En l’absence d’inhibiteurs pharmacologiques spécifiques des sous-unités β,l’utilisation d’un dominant négatif, administré localement, représente sansaucun doute une stratégie thérapeutique pertinente pour l’avenir.

CCDV et sous-unité auxiliaire β

La surexpression d’une protéinechimère vis-à-vis de la sous-unité α1entraîne la séquestration des sous-unités β au niveau de la membraneplasmique.Les sous-unités α1 ne sont alors plusciblées correctement et restentdans la membrane du réticulumendoplasmique où elles ne sont pasfonctionnelles.

CCDV et sous-unité auxiliaire α2δL’injection intrathécale d’oligonucléotides antisens, visant à diminuer leniveau d’expression des sous-unités α2δ1, confère aux animaux un effetanti-allodynie.

L’injection intrathécale de gabapentine (un anticonvulsif etantiépileptique), capable d’interagir in vitro avec les sous-unités α2δ,diminue également les douleurs allodyniques sur ces modèles animaux.

Ces données suggèrent que les sous-unités α2δ sont impliquées dans ledéveloppement des douleurs allodyniques indépendamment de leurfonction de régulation des CCDV.

Lyrica® : antiépileptique ; prégabaline = analogue de l’acide gammaaminobutyrique (S)-3-aminométhyl-5-acide méthylhexanoïque ; se lie àla sous-unité auxiliaire α2δ des CCDV dans le SNC.

CCDV de type T (BSA)L’implication des canaux T dans les mécanismes denociception a été précisée par l’injection intrathécaled’oligonucléotides antisens visant à diminuerl’expression de ces canaux au niveau périphérique.Cette étude a révélé le rôle majeur de la sous-unitéα1H, témoignant de l’implication sélective de cescanaux.

Ainsi, les canaux T représentent une classe émergentede cibles analgésiques dont la sélection d’inhibiteursspécifiques de la sous-unité α1H est certainement unepiste thérapeutique de première importance àexploiter.

CCDV de type R (HSA)

L’invalidation génique des canaux Rsemble potentialiser les effetsanalgésiques de la morphine, tout endiminuant l’instauration de la tolérancequi lui est associée.

Ces canaux R pourraient être impliquésdans les douleurs somatiques.

CCDV de type P/Qlmplication des canaux P/Q dans différentesformes de migraines hémiplégiques familiales (MHF)et d’ataxie de type 2;Caractérisation chez ces patients, de différentesmutations ponctuelles faux sens dans le gène,présent sur le chromosome 19p13, codant pour lasous-unité α1A d’un CCDV de type P/Q (Cav2.1 /CACNA1A).Hyperactivité neuronale des structures cérébralesimpliquées dans la physiopathologie de la migraine(cortex cérébral, ganglions trijumeaux, tronccérébral).

Topologie membranaire présumée de la sous-unité Cav2.1 des canaux P/Q et de ses mutations MHF-1 associées

CCDV de type P/Qles canaux P/Q représentent donc des ciblespotentielles pour le traitement des MHF.Cependant, en raison du faible nombre de moléculesdisponibles pour ces canaux, ils ne sont pas les cibles dela pharmacopée actuelle.

Toutefois, avec une prévalence supérieure à 20 % chezles femmes et 10 % chez les hommes, la migraine resteune affection courante, handicapante et difficilementtraitable.Dans ce contexte, les canaux P/Q représentent sansaucun doute une cible pharmacologique d’intérêt àexploiter.

CCDV de type L

Les canaux L pourraient également participeraux mécanismes de nociception : l’injectionintrapéritonéale de vérapamil, bloqueur descanaux L, procure un effet analgésique,principalement sur les douleurs d’originethermique et mécanique.

Insensibilité congénitale à la douleur et CNaDV

Est de deux types :

1- Insensibilité congénitale à la douleur avecatteinte du système nerveux autonome(neuropathie de type 5 ou HSAN5 /Hereditary Sensory and AutonomicNeuropathy 5);

2- Indifférence congénitale à la douleur ouanalgésie congénitale autosomique récessive(sans neuropathie associée).

Analgésie congénitale autosomique récessiveImplication des CNaDV

6 malades appartenant à 3 famillesconsanguines, qui appartiennent au mêmegroupe ethnique, originaire du nord duPakistan.

- Lésions multiples (lésions cutanées,morsures, fractures diagnostiquées trèstardivement);

- Système nerveux intact;- Intelligence normale.

Analgésie congénitale autosomique récessiveImplication des CNaDV

Par clonage positionnel, mise en évidence d’unerégion homozygote commune à tous les malades en2q24.Dans cette région se trouve un gène candidat, legène SCN9A, qui code pour la sous unité α d’uncanal Na+ dépendant du voltage (Nav1.7).Ce canal est fortement exprimé dans les neuronessensoriels périphériques, en particulier dans ceuxdes ganglions spinaux dorsaux.Ce canal intervient dans l’initiation des potentielsd’action.

Analgésie congénitale autosomique récessiveImplication des CNaDV

Identification de 3 mutations non-sens dugène SCN9A qui provoquent sa perte defonction.

L’étude fonctionnelle du gène muté (dansdes cellules rénales embryonnaireshumaines / HEK 283) montre une absencetotale de flux sodique.

Rôle essentiel de SCN9A dans laperception de la douleur.

Analgésie congénitale autosomique récessiveImplication des CNaDV

Existe-t-il une relation entre les variationsindividuelles du seuil de sensibilité à la douleur et unéventuel polymorphisme du gène SCN9A ?

Ce canal sodique : cible pharmacologique de 1er choixdans le traitement de la douleur par le développementd’inhibiteurs de ce canal Na+, qui seraient desanalgésiques plus sûrs et plus efficaces que ceuxactuellement utilisés (les patients avec perte defonction de SCN9A ne présentent pas d’autreanomalie phénotypique).

Analgésie congénitale autosomique récessiveImplication des CNaDV

Ce gène a déjà été impliqué dans l’érythermalgieprimaire, affection génétique AR, caractérisée parune sensation de brûlure intense des extrémitéssous l’effet de la chaleur ou d’un exercicephysique modéré.

Cette affection est liée à des mutationsactivatrices du gène SCN9A, ce qui provoque uneexcitabilité des neurones nociceptifs parmodification du seuil d’activation du canal Nav1.7.

Polymorphisme Génétique et Douleur

Ce polymorphisme peut intervenir à deux niveaux:- au niveau de la variabilité interindividuelle

de la sensibilité à la douleur (rôle dupolymorphisme des gènes de susceptibilité à ladouleur);

- au niveau de la variabilité interindividuellede l’efficacité des drogues antinociceptives (rôledu polymporphisme des CytP450 dans lemétabolisme des médicaments).

Gènes de susceptibilité à la douleur

Des gènes, autres que ceux directementimpliqués dans les mécanismes de laperception de la douleur, interviennent pourinfluencer la sensibilité individuelle à cetteperception.Ces gènes de susceptibilité à la douleurprésentent un polymorphisme qui contribueà la variabilité de cette perceptiondouloureuse (COMT, Mcr1, IL-1,).

PharmacogénétiqueGènes des CytP450

- Améliorer l’efficacité thérapeutique;-Réduire la toxicité médicamenteuse.

CYP2D6: - hautement polymorphe;- Métabolise la codéine en morphine.

Cette transformation est faible chez les sujetsfaiblement métaboliseurs (polymorphisme particulier).

Amplification de P4502D6: jusqu’à 13 copies arrangéesen tandem : métabolisme ultrarapide de la codéine, aveceffet thérapeutique rapide.

Conclusions et PerspectivesLe traitement de la douleur, quel que soit son type, représente une despriorités de la thérapeutique moderne.

Les canaux calciques de type N, en raison de leur implication directedans la transmission synaptique, ont depuis longtemps été considéréscomme des cibles à fort potentiel analgésique. Ils sont ainsi la cibleprincipale de la morphine qui reste, malgré ses effets indésirables,l’analgésique le plus utilisé pour le traitement des douleursneuropathiques.Ces dernières années, le développement de la pharmacologie descanaux N, avec la découverte de nouveaux inhibiteurs spécifiques(toxines peptidiques, petites molécules organiques), a permisd’envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques.Un certain nombre d’essais cliniques ont ainsi pu mettre en évidencedes effets analgésiques de certaines molécules dans des situations oùla morphine s’était révélée inefficace.

Conclusions et PerspectivesDe plus, l’émergence très récente des canaux Tdans les mécanismes moléculaires de la nociceptionouvre de nouvelles pistes thérapeutiques.Même si la pharmacologie de ces canaux resteencore trop largement fragmentaire, nul douteque les canaux T représentent de réelles ciblespharmacologiques pour le traitement de la douleur.

Ainsi, l’analgésie future repose peut-être surl’utilisation combinée de différentes moléculesagissant en synergie sur les CCDV de types N etT.

Conclusions et Perspectives

Les conductances calciques sous-tendues par les sous-unités αdes CCDV, sont modulées par leurs sous-unités régulatrices, quiont également leur importance dans les mécanismes moléculairesde la nociception.Une caractérisation plus fine de leur implication moléculairemérite d’être poursuivie.

Une meilleure compréhension de l’implication de canaux CCDVdans la physiologie de la nociception, ainsi que le développementd’une pharmacologie spécifique des différentes isoformes,représentent très certainement les bases actuelles quimèneront au développement de nouvelles molécules analgésiques.