Thèse Année : 2024

Cortical mechanisms of comorbidity between pain sensitization and attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) in a mouse model

Mécanismes corticaux des interactions entre sensibilisation douloureuse et trouble de l'attention avec ou sans hyperactivité (TDAH) dans un modèle murin

Résumé

Attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD) and chronic pain are two complex conditions of multifactorial origins. Clinical and preclinical studies support an association between these two syndromes. However, the mechanisms underlying their comorbidity are not well understood. Previous findings from our team demonstrated a hyperactivity of the neurons of the anterior cingulate cortex (ACC) and a deregulation of the ACC-posterior insula (PI) pathway in ADHD-like conditions. Growing evidence also suggests a role for neuroinflammation in this concomitance. Our hypothesis thus suggests that neuroinflammation triggers an enhanced neuronal activity in the ACC that sensitizes pathways involved in ADHD symptoms and pain perception. Therefore, this Ph.D. work aims to elucidate the inflammatory mechanisms that may underlie ADHD and its associated pain sensitization, with an interest in the role of the purinergic P2X4 receptor.To address this question, we generated an ADHD-like mouse model through the unilateral intracerebroventricular injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) at P5. Two-month-old wild-type male and female mice were sacrificed, their brains were extracted, and their ACC and PI were dissected. Fixed tissues were used to study microglial and astrocytic morphology while fresh tissues were utilized for transcriptomic, proteomic, and phosphoproteomic investigations. Moreover, mice with a total knock-out of the P2X4 receptor were tested for thermal and mechanical pain sensitization, in addition to hyperactivity. Fixed tissues of the ACC were used to study changes in microglial morphology while fresh tissues of the ACC and PI were utilized for transcriptomic analyses.Regarding the identification of inflammatory mechanisms in our ADHD-like mouse model, our results report (i) changes in microglial and astrocytic morphology, associated with cellular reactivity, in the ACC of 6-OHDA mice, (ii) the presence of a pro-inflammatory environment in the ACC and PI of 6-OHDA mice, (iii) modifications in protein expression and kinase (serine-threonine and tyrosine) activity in the ACC and PI of 6-OHDA mice, and correlated with impairments in axon guidance, apoptosis, cytoskeleton dynamics, signaling cascades, neurotrophins, and neurotransmitter systems, and (iv) alterations in protein interactions and, therefore, neuronal-astrocytic communication in the ACC of 6-OHDA mice. Finally, data integration identified four processes impaired in the ACC and PI of 6-OHDA males and females: apoptosis, axon guidance, synaptic plasticity (long-term potentiation), and growth of neuronal components. Interestingly, alterations in these processes were not only linked to ADHD and chronic pain conditions but also associated with Eph/ephrin bidirectional signaling cascades. Our findings also indicate a role for the P2X4 receptor in the worsening of ADHD hyperactivity symptom and the induction of morphological changes in microglial cells that correlate with cellular reactivity. However, it exerts a protective effect by limiting the expression of pro-inflammatory molecules, possibly from non-microglial cells.In conclusion, our work provides interesting insights into the inflammatory mechanisms that may underpin the comorbidity between ADHD and pain sensitization. A mild and sustained pro-inflammatory environment in the ACC and PI drives changes in synaptic-related (long-term potentiation, axon guidance, outgrowth of neuronal components) and apoptotic processes. These impairments alter cell-cell connectivity and neuronal activity, thus participating in ADHD and chronic pain pathogenesis.
Le trouble du déficit de l'attention avec ou sans hyperactivité (TDAH) et la douleur chronique sont deux syndromes complexes d’origine multifactorielle. Des études confirment une comorbidité entre ces deux pathologies. Cependant, les mécanismes ne sont toujours pas élucidés. Une hyperactivité des neurones de l’ACC et une dérégulation de la voie ACC-insula postérieure (PI) ont été démontrées dans un modèle de souris TDAH. La neuroinflammation serait impliquée dans cette concomitance. Notre hypothèse suggère que la neuroinflammation déclencherait une amplification de l’activité neuronale dans l’ACC, sensibilisant ainsi les voies impliquées dans les symptômes du TDAH et la perception douloureuse. Ce travail de thèse vise donc à identifier les mécanismes inflammatoires à l’origine du TDAH et de la sensibilisation douloureuse qui lui est associée, avec un intérêt porté sur le rôle du récepteur purinergique P2X4 dans cette comorbidité.Afin de répondre à cette question, nous avons généré un modèle de souris TDAH par injection unilatérale et intracérébroventriculaire de 6-hydroxydopamine (6-OHDA), à P5. D’une part, des souris sauvages mâles et femelles âgées de deux mois ont été sacrifiées, leurs cerveaux ont été extraits et leurs ACC et PI ont été disséqués. Des tissus fixés ont été utilisés pour des études morphologiques tandis que des tissus frais ont été utilisés pour des études transcriptomique, protéomique et phosphoprotéomique. D’autre part, des souris avec un knock-out total du récepteur P2X4 ont été soumises à des tests de sensibilisation à la douleur (thermique et mécanique) et d'hyperactivité. Les tissus provenant d’ACC fixés ont été utilisés afin d’étudier les changements morphologiques microgliaux tandis que des tissus provenant d’ACC et de PI fraîchement extraits ont été utilisés pour des analyses transcriptomiques.En ce qui concerne les marqueurs identifiés chez les souris modèles de TDAH, nos résultats démontrent (i) des changements dans la morphologie des cellules microgliale et astrocytaire, associés à une réactivité cellulaire, dans l'ACC des souris 6-OHDA, (ii) la présence d’un environnement pro-inflammatoire dans l'ACC et la PI des souris 6-OHDA, (iii) des modifications dans l'expression de multiples protéines et l’activité de plusieurs kinases (sérine-thréonine et tyrosine) dans l'ACC et la PI des souris 6-OHDA, associées à des altérations du guidage axonal, de l’apoptose, de la dynamique du cytosquelette, de cascades de signalisation, de neurotrophines et de neurotransmetteurs, et (iv) des variations des interactions neurones-glie, et en particulier de la communication entre les neurones et les astrocytes dans l'ACC des souris 6-OHDA. L'intégration des données a permis d'identifier quatre processus altérés dans l'ACC et la PI des souris mâles et femelles 6-OHDA : l'apoptose, le guidage axonal, la plasticité synaptique (potentialisation à long terme) et la croissance des prolongements neuronaux ; des processus précédemment associés au TDAH et aux douleurs chroniques. De plus, nos résultats suggèrent un effet délétère du récepteur P2X4 sur l’activité locomotrice des souris et la réactivité microgliale. Il exercerait néanmoins un effet protecteur en limitant l'expression de molécules pro-inflammatoires, probablement sécrétées par des cellules non-microgliales.En conclusion, nos travaux fournissent des pistes sur les mécanismes inflammatoires qui sous-tendent la comorbidité entre le TDAH et la sensibilisation à la douleur. Ces pistes devront ultérieurement être validées individuellement. Le maintien d’un environnement pro-inflammatoire dans l'ACC et la PI entraîne des changements dans certains processus synaptiques (potentialisation à long-terme, guidage axonal, croissance des composants neuronaux) et apoptotiques. Ces altérations modifieraient la connectivité cellulaire et l'activité neuronale, participant ainsi à la pathogenèse du TDAH et de la douleur chronique.
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Dates et versions

tel-04903803 , version 1 (21-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04903803 , version 1

Citer

Sarah Bou Sader Nehme. Cortical mechanisms of comorbidity between pain sensitization and attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) in a mouse model. Neuroscience. Université de Bordeaux; Université Saint-Esprit (Kaslik, Liban), 2024. English. ⟨NNT : 2024BORD0488⟩. ⟨tel-04903803⟩
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