Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Canaux potassiques – Effets physiologiques“

Les antalgiques utilisés aujourd’hui sont des produits anciens et plusieurs d’entre eux datent du 19ème siècle. La morphine demeure l’antalgique de référence pour les douleurs dites par excès de nociception, mais elle est à l’origine d’effets indésirables gênants et graves. Il a été démontré que l’effet antalgique de la morphine passait par l’activation des canaux potassiques TREK-1. Les travaux de recherche ont donc comme objectif la recherche d’antalgiques originaux activateurs de TREK-1. Nous avons synthétisé des activateurs de TREK-1 décrits dans la littérature puis nous avons évalué leur activité antalgique in vivo (writhing test) ce qui nous a permis d’identifier le CDC comme molécule « lead ». Nous avons ensuite synthétisé 43 analogues du CDC que nous avons évalué pour leur effet antalgique ainsi que leur capacité à activer les canaux TREK-1 (électrophysiologie). Ces molécules ont été préparées en 3 à 12 étapes avec des rendements de 3 à 72 % en utilisant des réactions telles que : aldolisation, oléfination de Watsworth et Horner, Peterson, estérification …Des résultats très prometteurs ont émergé de cette étude de relation structure-activité avec 8 molécules qui se démarquent avec un très bon effet antalgique (>50% inhibition de la douleur) ainsi qu’une bonne activation des canaux TREK-1 (R>2). Enfin nous avons analysé les résultats de cette étude par modélisation moléculaire (QSAR) ce qui nous a permis d’identifier les caractéristiques structurales essentielles de ces molécules
Analgesics used today are old products and several of them date from the 19th century. Morphine remains the analgesics of reference for pains called by excess of nociception, but it is at the origin of awkward and serious side effects. It was shown that the analgesic effect of morphine passed by the activation of potassium channels TREK-1. The objective of this work is thus to develop original analgesics, activators of TREK-1. We synthesized activators of TREK-1 described in the literature and we evaluated their analgesic activity in vivo (writhing test) which enabled us to identify CDC as a lead molecule. We then synthesized 43 analogues of CDC which we evaluated for their analgesic effect and their ability to activate TREK-1 channels (electrophysiology). These molecules were prepared in 3 to 12 steps with yields ranging from 3 to 72 % by using reactions such as : aldol reaction, Watsworth and Horner’s olefination, Peterson’s olefination, esterification … Very promising results emerged from this structure-activity relationship study with 8 molecules which display a very good analgesic effect (>50% inhibition of pain) as well as a good activation of TREK-1 channels (R> 2). Finally we analyzed the results of this study by molecular modeling (QSAR) which enabled us to identify the essential structural characteristics of these molecules

Cette thèse analyse l'implication de plusieurs éléments de la synapse Fibres Moussues (FM) / CA3-hippocampique dans la formation de la mémoire contextuelle chez la souris. La région CA3 de l'hippocampe est un véritable réseau auto-associatif qui participe à la création de souvenirs complexes, de type épisodique. Les FM, principales projections des cellules granulaires du gyrus denté sur les neurones du CA3, sont essentielles aux processus d'apprentissages et de mémorisation. Elles sont capables de libérer, en plus du glutamate (leur neurotransmetteur principal), de nombreux neuromodulateurs. 1- Les FM co-libèrent un peptide opioïde, la dynorphine, dont les récepteurs cibles, les récepteurs opioïdes Kappa (KOR), sont localisés sur les terminaisons présynaptiques des fibres. Par des injections pharmacologiques localisées dans la région CA3 d'agonistes et/ou d'antagonistes sélectifs, nous avons montré que l'activation pharmacologique des KOR immédiatement après un apprentissage dans le paradigme de peur conditionnée au contexte (CPC), supprimait la mémoire contextuelle chez la souris. Les KOR sont également une des nombreuses cibles modulées par le zinc vésiculaire, un neurotransmetteur atypique co-localisé avec le glutamate dans des vésicules spécifiques, et libéré par les FM. 2- Les travaux antérieurs de notre laboratoire ont montré que la chélation pharmacologique du zinc hippocampique perturbait l'acquisition et la consolidation de la mémoire contextuelle (Daumas et al. , 2004). Afin de répondre aux problèmes de spécificité posés par les chélateurs du zinc et de clarifier les rôles joués par cet ion, nous avons essayé d'invalider le gène codant le transporteur ZnT3, une protéine internalisant le zinc vésiculaire dans cette région. L'injection intra-tissulaire ou intracérébroventriculaire de siRNAs nus visant l'ARNm de ce transporteur n'a pas eu d'effets sur le comportement et les concentrations hippocampiques en zinc. Nous avons donc commencé à développer un protocole original d'administration des siRNAs: l'électropulsation in situ. 3- Finalement, nous avons étudié l'implication des canaux KATP Kir6. 2/SUR1 de la région CA3 dans la mémoire contextuelle. Ces canaux possèdent un site de liaison spécifique pour le zinc et ils participeraient au contrôle métabolique de la neurosécrétion des FM. .
This work analyses the putative involvement of several actors of the mossy fibers/CA3 synapse in the processing of contextual memory in mice. The CA3 of hippocampus forms a structured autoassociative network thought to process complex learning and episodic-like memories. Mossy fibers (MF), the main excitatory projections from dentate gyrus granule cells to the CA3, are essential for driving the storage of informations. MF terminals contain high amounts of vesicular zinc co-released with glutamate. Zn2+ has been shown to play the role of an atypical neurotransmitter in the hippocampus and might be required for the processing of memory at MF/CA3 synapses. 1- The hippocampus contains high amounts of Dynorphin, an opioid peptide co-released with glutamate from mossy fiber synapses. We performed transient pharmacological modulation of MF presynaptic Kappa opioid receptors (KOR) using bilateral microinjections in the CA3. Single injections of a selective agonist, antagonist or both, were performed immediately after conditioning C57BL/6J mice in a fear conditioning paradigm (FC). The agonist specifically decreased context-induced response suggesting that CA3-KOR are involved in the early consolidation of contextual memory processing. Importantly, among many other targets, KOR are sensitive to zinc modulation. 2- Previous works in our laboratory have shown the involvement of zinc released by MF in contextual memory (Daumas et al. , 2004). In order to improve our knowledge on the role played by MF-Zn2+ in memory, we injected specific naked siRNAs targeting the ZnT3 transporter, a protein internalizing zinc in MF synaptic vesicles. Repeated injections of different siRNAs either in the dentate gyrus or in the lateral ventricles were nearly without effects on mice behaviour in the FC and failed to alter hippocampal zinc levels. Meanwhile, we adapted the well known electropulsation technique in order to introduce nucleic acids in restricted brain areas of adult mice under brief anaesthesia. We will apply this technique for the delivery of anti-ZnT3 siRNAs in future experiments. 3- Finally, we evaluated the involvement of hippocampal ATP-sensitive potassium Kir6. 2/SUR1 channels (KATP) in learning and memory. .

Les canaux potassiques (Kir) à rectification entrante sont des protéines transmembranaires impliquées dans des processus physiologiques fondamentaux. Des pathologies existantes sont directement liées à des mutations de ces canaux : des mutations au niveau de Kir2.1 et Kir6.2 provoquent le syndrome d'Andersen et l'hyperinsulinisme respectivement. Cette étude a quatre objectifs: i) comprendre le mécanisme moléculaire d’ouverture et de fermeture de KirBac3.1, ii) comprendre l'impact de la mutation W46R sur le canal, iii) comprendre l'impact de la mutation S129R, une mutation conçue pour stabiliser l’état ouvert du canal, iv) résoudre la structure de Kir2.1 humain par cryo-microscopie. Pour étudier le comportement de ce système, la dynamique moléculaire utilisant la méthode des modes normaux excités (MDeNM) a été employée. Les résultats ont été confrontés à la méthode de HDX-MS et à des expériences d’électrophysiologie pour validation. Pour déterminer la structure de Kir2.1 WT, nous avons utilisé la cryo-microscopie électronique combinée à l’analyse d’images. Des mouvements clés du mécanisme d’ouverture/fermeture du canal ont été détectés comme l'implication du domaine cytoplasmique, des hélices de glissement et transmembranaires. Concernant KirBac3.1 W46R, une modification des interactions entraîne la rupture des interactions entre le bas des deux hélices transmembranaires provoquant le soulèvement de l'hélice de glissement facilitant l’ouverture du canal. La mutation S129R repousse les points de constriction et maintient le canal ouvert avec un rôle surprenant de la mutation R129. L’étude de Kir2.1 par cryo-microscopie a donné une densité électronique de résolution de 7 Å
Inwardly-rectifying potassium (Kir) channels are transmembrane proteins involved in fundamental physiological processes. Pathologies are directly linked to a mutation of these channels: some mutations in Kir2.1 and Kir6.2 cause the Andersen’s syndrome and hyperinsulinism, respectively. This study has four objectives: i) to understand the gating mechanism of the KirBac3.1, ii) to understand the impact of the mutation W46R on the channel (W68R equivalent in Kir6.2 causing hyperinsulinsm), iii) to understand the impact of the mutation S129R on the channel, iv) to resolve the structure of Kir2.1 at an atomic level. To study the dynamical characteristics of this system, Molecular Dynamics using excited Normal Modes (MDeNM) method was used. The results were confronted to HDX-MS Spectrometry and electrophysiological experiments for validation. To determine the structure of the human Kir2.1 WT, we are using cryo-electron microscopy combined with image analysis. Key motions in the gating mechanism were determined like the involvement of the cytoplasmic domain, the slide-helix and the transmembrane helices during the opening of the channel. Concerning W46R, a modification in these interaction at the level of the residue 46 causes the loss of interactions between the bottoms of the two transmembrane helices that triggers the uprising of the slide-helix which opens the channel. The study of KirBac3.1 S129R mutant in the open state explains how the mutation pushes away the point of constriction and keeps the channel open with a surprising role of the mutation R129. We investigated the structure of Kir2.1 by cryo-EM and obtained an electronic density at 7 Å resolution

Notre travail expose en détail le modèle expérimental utilisé pour étudier in vivo la clairance de l'eau alvéolaire (CEA) qui est la capacité de résorption par l'épithélium alvéolaire de l'eau intra-alvéolaire, et rappelle les modèles ex vivo décrits dans la littérature. Après avoir présenté les différentes structures impliquées dans le transport trans-épithélial de l'eau et du sodium, nous avons analysé les données de la littérature sur la modulation de la CEA. Nos travaux personnels ont montré, pour la première fois, en utilisant la lidocaïne, que les canaux potassiques basolatéraux sont impliqués dans la CEA. En effet, une inhibition par la lidocaïne d'une partie de ces canaux diminuerait la CEA. Cette inhibition étant incomplète, la CEA peut être augmentée par stimulation β-adrénergique, le fonctionnement de NA,K-ATPase n'étant qu'indirectement inhibé. Dans une deuxème partie, nous avons étudié la CEA dans deux circonstances pathologiques : le choc hémorragique prolongé avec re-expansion volémique et l'inhalation de fumée. Dans ces deux situations, la CEA était diminuée par un mécanisme dépendant des neutrophiles avec, pour le choc hémorragique, une perte de réponse de l'épithélium alvéolaire à la stimulation β-adrénergique. Nous avons mis en évidence que la libération des catécholamines entrainaît une augmentation d'IL-1 par stimulation α-adrénergique responsable en partie de la perte de réponse de l'épithélium alvéolaire à la stimulation β-adrénergique. Dans le cas de l'inhalation de fumée, nous avons montré que l'IL-8 était impliquée dans le mécanisme de la diminution de la CEA. Ces deux études confirment l'impact des réactions inflammatoires et oxydatives sur cette fonction de l'épithélium alvéolaire
Résumé en anglais : Our work exposes in detail an in vivo model used to study the alveolar liquid clearance (ALC) which is the capacity of alveolar epithelium to remove intra-alveolar water, and describes the ex vivo models reported in the literature. After a description of the structures involved in water and sodium trans-epithelial transport, we analyze the data published on the modulation of ALC. Our personal works showed for the first time, using lidocaine, that basolateral potassium channels are involved in ALC. The inhibition of part of the basolateral potassium channels by lidocaine decreases ALC. Since this inhibition was incomplete, ALC could be increased by β-adrenergic stimulation, the NA,K-ATPase activity being only indirectely inhibited. To study the role of ALC in pathological circumstances, we explored prolonged haemorrhagic shock with fluid resuscitation and smoke inhalation. In these two situations, ALC was decreased by a neutrophil-dependent mechanism, with a blockade of the upregulation of ALC by β-adrenergic stimulation in prolonged haemorrhagic shock. We showed that the release of endogenous catecholamines increased IL-1 by an α-adrenergic mechanism, which was partially responsible for the blockade in the upregulation of ALC by β-adrenergic stimulation. In case of smoke inhalation, we showed that IL-8 was involved in the mechanism of ALC decrease. These two studies confirm the effects of inflammatory and oxidant responses on this alveolar epithelial function

Le CO chronique modifie la fonctionnalité du canal BKCa. Sa sensibilité au calcium augmente indiquant une probable activation du BKCa pour une concentration calcique de repos couplée à une augmentation de la conductance ce qui amplifie l'effet de l'activation de ce dernier sur le potentiel de membrane des myocytes d'artère pulmonaire (AP). Le CO prévient la diminution d'activité du BKCa due à l'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) mais induit en plus une augmentation de la conductance du canal amplifiant le courant potassique des myocytes d'AP. L'HTAP dépolarise les membranes des myocytes d'AP mais ceux exposés au CO sont hyperpolarisés ce qui leur confère un potentiel de membrane similaire ou plus négatif que celui des rats contrôle. Ceci compense en partie l'HTAP et les rats exposés au CO sont sensibilisés au CO aigu modifiant la réactivité de l'AP. Ces éléments ouvrent des voies de recherche thérapeutique contre l'HTAP par activation de la production endogène de CO.

L'objectif de ce travail a ete de determiner les effets de l'apamine sur la memoire chez le rat. Les effets de l'apamine ont d'abord ete etudies sur l'apprentissage et la memoire grace a plusieurs tests comportementaux. L'apamine a ameliore l'apprentissage dans les tests de reconnaissance d'objets, d'habituation mesuree par l'activite locomotrice et dans un protocole d'extinction en conditionnement operant. L'apamine n'a pas eu d'effet sur la consolidation et la restitution mnesique dans ces tests. De plus, l'apamine n'a pas eu d'effet sur l'apprentissage en evitement passif, en labyrinthe radial, en labyrinthe en y et dans un protocole de fr1 en conditionnement operant. L'etude des effets de l'apamine dans quatre tests (analgesie, catalepsie, prise alimentaire et temps de reaction) n'a pas montre de perturbation comportemental qui pourrait interferer avec ses effets mnesiques dans les tests de memoire utilises. Une etude des effets de l'apamine sur l'eeg du rat a permis de montrer que celle-ci augmente la duree de la phase l'eveil et reduit la duree de la phase de sommeil dans les trois heures suivant son injection. Par la suite, l'effet de la toxine injectee dans le septum ou l'hippocampe du rat anesthesie a ete etudie. Les resultats ont montre que l'apamine reduit la puissance du rythme theta hippocampique lorsqu'elle est injectee dans l'hippocampe mais non dans le septum. Enfin, une etude de microdialyse a mis en evidence que l'apamine ne modifie pas les taux hippocampiques d'aspartate, de glutamate, de glutamine et de glycine. L'ensemble de ces resultats suggere que l'apamine facilite l'apprentissage dans des tests comportementaux simples, non aversifs et non spatiaux tout en augmentant la duree de l'eveil. Cette facilitation pourrait etre due a une action de l'apamine au niveau de l'hippocampe. Neanmoins, elle ne passe pas par une modification des taux d'aspartate, de glutamate, de glutamine et de glycine au niveau de cette structure.

L’hypertension artérielle pulmonaire est une pathologie rare caractérisée par l’augmentation progressive des résistances artérielles pulmonaires. Dans cette thèse, nous suggérons que l’acide arachidonique relaxe les artères pulmonaires humaines contractées en impliquant les canaux potassiques KATP, SKCa, BKCa, et KV. Nous montrons que la pravastatine, un inhibiteur des HMG-CoA réductase, réduit le développement de l’hypertension pulmonaire induite par la monocrotaline et améliore la relaxation artérielle pulmonaire endothéliale dépendante, grâce à une diminution de l’apoptose endothéliale pulmonaire et à une restauration de l’expression des NO synthases endothéliales. Nous suggérons également que ces effets protecteurs pourraient ne pas être un effet de classe. Ces résultats plaident en faveur du développement d’études portant sur le rôle des statines dans la prévention et le traitement de l’hypertension artérielle pulmonaire chez l’homme
Pulmonary arterial hypertension is a rare disease characterized by progressive increase in pulmonary arterial resistances. In this thesis, we suggest that arachidonic acid produced a relaxation of constricted human pulmonary arteries that is modulated by potassic channels KATP, SKCa, BKCa, and Kv. We show that pravastatine, an HMG-CoA reductase inhibitor, reduced the development of pulmonary hypertension induced by monocrotaline and improves endothelial-dependent relaxation of pulmonary artery, related to a reduction in endothelial pulmonary apoptosis and an increase in endothelial NO synthase. We also suggest that these protective effects could not be class effect. These results support the development of further human studies within the field of pulmonary hypertension and treatment

La vasoconstriction pulmonaire peut contribuer, dans certaines circonstances physiopathologiques, au développement d'une hypertension artérielle pulmonaire (HTAP). La prise en charge thérapeutique de patients souffrant d'HTAP reste insatisfaisante, malgré le développement récent de nouvelles approches pharmacologiques. Létude d'agents pharmacologiques capables de lever la vasoconstriction pulmonaire hypoxique et la recherche de leurs mécanismes d'action nous a donc semblé d'un grand intérêt. Dans une première partie, nous avons montré que le SR 59104A, agoniste Bêta3-adrénergique était capable de s'opposer à la vasoconstriction pulmonaire hypoxique du poumon isolé perfusé de rat et nous avons déterminé son profil pharmacologique vis à vis des canaux potassiques et du monoxyde d'azote. La deuxième partie du travail a permis de vérifier la puissance relaxante d'inhibiteurs de phosphodiestérases (IPDE) de type 3, 4 et 5 sur les vaisseaux pulmonaires contractés par l'hypoxie sur les modèles de poumon isolé perfusé et artères pulmonaires principales isolées de rat et de définir le rôle des canaux potassiques et du NO dans leurs effets relaxants. Enfin, nous avons montré que l'antagoniste ETa, le BQ-123, inhibe efficacement la vasoconstriction hypoxique aigue͏̈ du poumon isolé perfusé, et que ces effets relaxants impliquent l'ouverture des canaux Katp, Kv et Kca indépendamment des protéines kinases C inhibées par le BIM.