Role of relaxin-3/RXFP3 forebrain networks in the descending control of pain in the mouse.
Rôle du système relaxine-3/RXFP3 dans les contrôles descendants de la douleur chez la souris.
Résumé
Pain is a complex biological phenomenon that is beneficial and necessary for our survival, warning of changes and hazards in the environment that compromise optimal function. However, continuous activation of pain signalling systems results in maladaptive changes characterized by altered tissue and organ structure and activity. Pain lasting more than 3 months is termed chronic pain and it is under these conditions that it becomes a major burden for affected individuals. Chronic pain is also accompanied by serious social and economic burdens, making research in this field a high priority globally.The central nervous system (CNS) acts as a major control centre for nociceptive signal transmission, decoding pain for its sensory-discriminative and aversive components, i.e., deciphering the type of pain (pinch, burn, etc.), its location in the body, and its associated hedonic value, respectively. Once the information is decrypted, neural signals from the brain to the periphery act in accordance with the provided stimulus based on past and current experiences.The nociceptive signal is modulated at every step of this process by an abundance of neurochemical signals, including neuropeptides. The presence of neuropeptides and/or their receptors in areas linked to nociceptive processing and transmission suggests putative roles for these systems in the control of nociception.Relaxin-3 is a neuropeptide that is mainly synthesized in a hindbrain region known as the nucleus incertus (NI). Since its discovery, relaxin-3 has been linked to the control of a wide range of behaviours such as anxiety-like behaviours, arousal, and reward-seeking, through activation of the Gi/o-protein-coupled receptor, RXFP3. These putative roles of relaxin-3/RXFP3 signalling suggest a possible link between RXFP3 activation and modulation of pain sensitivity.Therefore, my initial studies assessed the effect of RXFP3 activation and inhibition on mechanical and thermal pain sensitivity in normal and persistent pain conditions. These studies demonstrated that central administration of the RXFP3 agonist peptide, RXFP3-A2, via intracerebroventricular (icv) injection, produced relief of mechanical, but not thermal, pain sensation. Moreover, icv injection of the RXFP3 antagonist peptide, R3(B1-22)R, augmented mechanical and thermal pain sensitivity. These data suggest that relaxin-3/RXFP3 signalling has a tonic action in maintaining mechanical and thermal pain thresholds, and the potential for activation of RXFP3 to produce pain relief.Additionally, I examined the possible involvement of different brain areas in these effects, by assessing the number of c-Fos-positive cell nuclei under different conditions. However, these studies revealed no difference in the number of c-Fos-positive cell nuclei or staining intensity in the vehicle- and RXFP3 agonist-treated mice.Further characterization of pain circuit-related brain areas using multiplex in situ hybridization revealed that RXFP3 mRNA is expressed within discrete populations of neurons in these areas. I also evaluated possible co-expression of RXFP3 mRNA with somatostatin and parvalbumin mRNA, and determined the relative proportion of RXFP3 mRNA expression in populations of neurons that express these transcripts.Finally, I examined the possible presence of comorbid anxiety in mice subjected to the persistent pain protocol. However, anxiety-like behaviour was not altered in mice with persistent hindpaw pain, suggesting this model does not display produce anxiety, and that effects of RXFP3 modulation observed specifically targeted nociceptive transmission.Overall, my findings implicate the relaxin-3/RXFP3 system in control of pain transmission, providing new opportunities for the development of therapeutic tools for pain management, by targeting a neuropeptide system that impacts several behaviours that are altered in chronic pain conditions.
La douleur est un processus biologique complexe qui alerte sur les changements potentiellement délétères de l’environnement et s’avère nécessaire à la survie de l’organisme. Toutefois, l’activation continue de ce système de signalisation peut provoquer des changements maladaptifs qui se caractérisent par des altérations anatomiques et fonctionnelles. La douleur est considérée comme chronique lorsque sa durée dépasse 3 mois. Les douleurs chroniques sont accompagnées de problèmes économiques et sociaux qui font de leur traitement une priorité de santé publique.Le cerveau décode les composantes sensori-discriminatives et affectives de la douleur. Il détermine ainsi le type de douleur (pincement, brûlure, etc.), et sa localisation dans l’organisme, et sa valeur aversive, respectivement. Le cerveau transmet ensuite à la périphérie des informations en accord avec les stimuli reçus, et qui tiennent aussi compte des expériences présentes et passées de l’individu.Le signal nociceptif est modulé à toutes les étapes de sa transmission par la mise en jeu de nombreux systèmes neurochimiques, et en particulier par des neuropeptides. La présence de neuropeptides et de leurs récepteurs dans des aires du système nerveux central (SNC) impliquées dans la transmission douloureuse suggère que les systèmes peptidergiques participent au contrôle de la nociception.La relaxine-3 est un neuropeptide principalement synthétisée dans une région du rhombencéphale appelée Nucleus Incertus (NI). Depuis sa découverte, la relaxine-3 a été impliquée, via l’activation de son récepteur RXFP3, dans le contrôle d’une large variété de comportements tels que l’anxiété, l’éveil, la recherche de récompense. Ces rôles de la signalisation relaxine-3/RXFP3 suggèrent que l’activation du récepteur RXFP3 pourrait contribuer à la modulation de la sensibilité douloureuse.Mes travaux visaient initialement à évaluer les effets de l’activation et de l’inhibition du récepteur RXFP3 sur la sensibilité thermique et mécanique dans des conditions normales et en situation de douleurs persistantes. Nos travaux ont démontré que l’administration centrale, par injection intracérébroventriculaire (icv), de l’agoniste peptidique A2 du récepteur RXFP3, provoquaient une diminution de la sensibilité mécanique mais pas thermique. De plus, l’injection icv de l’antagoniste peptidique R3(B1-22)R augmente la sensibilité mécanique et thermique. Ces données suggèrent que la signalisation relaxine-3/RXFP3 exerce un effet tonique inhibiteur sur la sensibilisation mécanique et thermique, et que la mise en jeu du récepteur RXFP3 pourrait avoir des propriétés antalgiques.De plus, j’ai étudié la mise en jeu de différentes aires cérébrales en comparant l’immunoréactivité c-Fos dans différentes régions après injection de l’agoniste A2. Toutefois, ces travaux n’ont pas révélé de différence dans le nombre des cellules marquées ni dans l’intensité du marquage.L’hybridation in situ de différentes aires cérébrales a permis d’identifier les populations exprimant les ARNm de RXFP3. J’ai analysé la coexpression des ARNm de marqueurs spécifiques, parvalbumine et somatostatine, et déterminé l’expression relative des ARNm de RXFP3 parmi ces populations.Enfin, j’ai examiné une possible anxiété comorbide chez des souris en conditions de douleur inflammatoire. De manière surprenante, le comportement anxieux n’était pas modifié chez ces souris suggérant que ce modèle ne développe pas d’anxiété et que l’activation du RXFP3 cible spécifiquement la transmission nociceptive.L’ensemble de mes résultats montre l’implication du système relaxine-3/RXFP3 dans le contrôle de la douleur, offrant de nouvelles possibilités pour le développement d’outils thérapeutiques en ciblant un système peptidergique susceptible d’impacter plusieurs comportements altérés en conditions de douleurs chroniques.
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Neurosciences
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