Une découverte révolutionnaire révèle comment le gène SLC45A4 a affiné le transport en polyamine dans les neurones sensoriels, remodelant notre compréhension de la douleur et ouvrant de nouvelles voies pour les thérapies ciblées.
Étude: SLC45A4 est un gène de douleur codant pour un transporteur de polyamine neuronal. Crédit d'image: Gorodenkoff / Shutterstock
Dans une étude récente publiée dans la revue Natureune équipe internationale de chercheurs a montré que Solute Carrier Family 45 Member 4 (SLC45A4) est un gène de douleur qui code pour un transporteur de polyamine neuronal.
La douleur chronique affecte un adulte sur cinq et a un effet négatif sur la qualité de vie. Malheureusement, les traitements disponibles sont souvent inadéquats, avec une mauvaise tolérabilité et une efficacité. Les polyamines, telles que la spermidine, la spermine et la putrescine, sont des métabolites régulatrices signalés comme contribuant à la douleur chronique. Ils jouent un rôle crucial dans la synthèse et la stabilité des acides nucléiques, la signalisation cellulaire et la croissance.
Les polyamines sont impliquées dans les troubles neurologiques, tels que l'AVC et l'épilepsie. Ils peuvent réguler l'excitabilité neuronale par les interactions des canaux ioniques et ont été liés à la douleur. Les polyamines présentent des niveaux modifiés dans les états de douleur chez l'homme et modulent le comportement de la douleur dans les modèles animaux. Néanmoins, les systèmes influençant le transport des polyamines dans le système nerveux restent flous.
L'étude et les résultats
Dans la présente étude, les chercheurs ont montré que SLC45A4 code génétiquement un transporteur de polyamine à membrane neuronale lié à la douleur chronique humaine. Tout d'abord, ils ont effectué une étude d'association à l'échelle du génome (GWAS) des données de questionnaire améliorée du phénotypage de la douleur de la Biobank du Royaume-Uni (UKB).
L'équipe a identifié 29 variantes de nucléotides (SNV) à un niveau de signification à l'échelle du génome associé à l'intensité de la douleur. Ceux-ci comprenaient deux loci indépendants avec des SNV de plomb: RS3905668 près du gène de la sous-unité complexe 2 (MSL2) MSL et RS10625280 (précédemment dérangé sous forme de rs1062580) qui mappe au gène SLC45A4. Cette association a été reproduite dans le Million Veteran Program (MVP) et les cohortes Finngen. Le RS10625280 était situé dans un intron SLC45A4, avec un sous-ensemble de SNV présentant un déséquilibre de liaison. L'un d'eux, une variante faux-sens, RS3739238, a montré des associations significatives avec l'intensité de la douleur et des traits de santé plus larges comme l'arthrose et le dysfonctionnement immunitaire dans les analyses à l'échelle du phénomène.
SLC45A4 a été proposé comme transporteur de saccharose couplé à protons basé sur l'homologie Arabidopsis thaliana transporteur de saccharose, mais des études récentes rapportent des fonctions contradictoires. En tant que tels, les chercheurs ont effectué une analyse de corrélation entre les ensembles de données d'expression et de métabolomique pour identifier les substrats possibles. L'expression de SLC45A4 dans plus de 1 000 lignées cellulaires était positivement corrélée avec les niveaux d'acide γ-aminobutyrique (GABA). L'analyse structurelle cryo-EM a révélé un « domaine de fiche » auto-inhibiteur unique essentiel pour la reconnaissance de la polyamine et la régulation du transport.
Ensuite, l'équipe a analysé les substrats impliqués dans la synthèse de GABA via la voie d'arginine-ornithine-putrésine. Ils ont trouvé une réduction marquée de la stabilité thermique de SLC45A4 en présence d'amines biogéniques, avec la spermidine et la spermine induisant la réponse la plus significative. Les tests basés sur les cellules ont confirmé que SLC45A4 est un transporteur de polyamine à large spécificité avec une affinité différentielle pour les substrats (le plus élevé pour la putrescine et la cadavérine). Ensuite, l'équipe a caractérisé l'expression de SLC45A4 dans les tissus neuronaux.
Les ensembles de données de séquençage de l'ARN de souris publiés indiquent l'expression prédominante de l'ARNm SLC45A4 dans les neurones sensoriels des ganglions de la racine dorsale (DRG). Réaction en chaîne de polymérase de transcription inverse quantitative a confirmé l'expression enrichie de SLC45A4 dans le DRG à travers la neuraxie sensorielle. Les données humaines publiées indiquent également l'expression de SLC45A4 dans les neurones sensoriels. De plus, des souris SLC45A4 – / – KO (KO) ont été générées pour évaluer les liens entre la perception de la douleur et la fonction SLC45A4. Ces souris présentaient un défaut de couleur transitoire de «sel et poivre» lié à la différenciation perturbée du mélanoblastique et au rôle établi de la spermidine dans la production de mélanine, soutenant le rôle de la spermidine dans la production de mélanine.
Toutes les polyamines étaient abondantes dans la moelle épinière, le DRG et le cerveau de souris de type sauvage. Cependant, la perte de SLC45A4 a augmenté la putrescine DRG et réduit les niveaux de spermidine vertébrale. Alors que toutes les polyamines ont été détectées dans le plasma des souris de type sauvage et KO, les souris KO avaient des niveaux de SPD élevés. Ensuite, l'équipe a effectué des tests comportementaux à l'âge de 10 semaines lorsque la couleur du manteau s'était normalisée. Il n'y a eu aucun déficit dans les tests de comportement en plein champ de l'exploration et de la locomotion.
Cependant, dans la tâche Rotarod, les souris KO avaient une vitesse et une latence finales maximales plus élevées pour tomber du Rotarod que les souris de type sauvage, indiquant une endurance accrue du moteur qui peut être associée à une inhibition réduite de la corne ventrale gabaergique. De plus, les souris KO avaient une latence plus élevée pour réagir à être placée sur une plaque chauffante que les souris de type sauvage, ce qui suggère une hyposensibilité. Cependant, aucune différence n'a été observée dans la latence du retrait réflexe à la glace sèche. Étant donné que les polyamines sont impliquées dans la synthèse de GABA, l'équipe a étudié si les niveaux de GABA étaient modifiés chez les souris KO.
Alors que les niveaux de GABA cérébrale étaient normaux chez les souris KO, les niveaux de GABA vertébraux ont été significativement réduits. D'autres analyses ont montré que les niveaux de GABA n'étaient significativement plus faibles que dans la corne ventrale des souris KO. Une analyse patch-clamp des neurones sensorielles a été réalisée pour explorer les mécanismes de modulation de la douleur périphérique, en se concentrant sur les nocicepteurs qui se lient à l'isodique B4 (IB4) (principalement non peptidergic) et ceux qui ne se lient pas à IB4 (principalement peptidergic).
Alors que les nocicepteurs IB4 + étaient normaux chez les souris KO, l'excitabilité suprathreshold des nocicepteurs IB4⁻ et des nocicepteurs C-polymodaux en réponse aux injections de courant dynamique et statique a été sélectivement réduite chez les souris KO. De plus, les nocicepteurs C-Mechano-Heat, également appelés nocicepteurs C-polymodaux, chez les souris KO ont montré une hypoexcitabilité sélective et marquée en réponse à des stimuli mécaniques et thermiques suprathreshold. Les voies de douleur mécanique sont restées intactes, indiquant des effets spécifiques à la modalité.
Conclusions
Les résultats démontrent que SLC45A4 code pour un transporteur de polyamine à membrane neuronale avec des associations génétiques à la douleur humaine. Il est exprimé dans les neurones sensoriels, et son ablation modifie l'homéostasie en polyamine, la perception de la douleur et le codage thermique chez la souris. Les réponses de la douleur mécanique après SLC45A4 KO sont restées intactes, probablement en raison des fonctions conservées d'autres populations mécanorécepteurs. Dans l'ensemble, SLC45A4 peut être une cible moléculaire potentielle pour moduler la perception de la douleur thermique et chimique tout en préservant la sensibilité mécanique.
