Differential mechanism of TRPV1 sensitization in peptidergic and nonpeptidergic nociceptors

Abstract

El canal TRPV1 es un receptor polimodal, no selectivo a cationes, el cual actúa como principal integrador del estímulo doloroso en nociceptores. Durante la inflamación, los mediadores inflamatorios liberados actúan sobre TRPV1 provocando una excitabilidad aumentada del nociceptor y una hiperalgesia térmica. La sensibilización inflamatoria aguda de TRPV1 conlleva tanto la modificación de las propiedades de apertura del canal (“gating”) por fosforilación como al reclutamiento de nuevos canales a la membrana neuronal. La movilización del canal TRPV1 a la membrana plasmática provocada por algunos mediadores pro-inflamatorios tiene lugar a través de exocitosis dependiente de SNARE, aunque el mecanismo exacto no ha sido todavía esclarecido. Con el fin de elucidar dicho mecanismo de exocitosis, nos planteamos la hipótesis de que el reclutamiento inflamatorio del canal TRPV1 ocurría únicamente en la subpoblación neuronal que contiene los neuropéptidos sustancia P (SP) y el péptido relacionado con el gen calcitonina (CGRP), también denominada nociceptores peptidérgicos. Así pues, se ha investigado la sensibilización inflamatoria del canal TRPV1 inducida por los agentes pro-inflamatorios Trifosfato de adenosina (ATP) y Bradiquinina (BK) en cultivos de nociceptores tanto peptidérgicos como no peptidérgicos. Para ello, se ha llevado a cabo el análisis funcional del canal TRPV1 empleando técnicas de electrofisiología patch clamp y MEA (matriz de microelectrodos). Nuestros resultados muestran que la inhibición de la exocitosis neuronal por parte del péptido DD04107 provoca una disminución en la sensibilización de TRPV1 inducida por los agentes pro- inflamatorios ATP y BK únicamente en la subpoblación peptidérgica. Además, la eliminación de la expresión de αCGRP también conduce a la reducción de la sensibilización inflamatoria de TRPV1. Así pues, este estudio revela que tanto ATP como BK inducen la exocitosis regulada de TRPV1 en nociceptores peptidérgicos donde αCGRP juega un papel significativo. Además, nuestros resultados validan el potencial terapéutico del péptido DD04107 en la disminución del dolor inflamatorio a través de la modulación de la exocitosis regulada de TRPV1.

TRPV1 is a polymodal, non selective cation channel which acts as a major integrator of painful stimuli in nociceptors. During inflammation, the release of inflammatory mediators act on TRPV1 leading to enhanced nociceptor excitability and thermal hyperalgesia. Acute inflammatory sensitization of TRPV1 involves both the modification of channel gating properties by phosphorylation and recruitment of new channels to the neuronal surface. Mobilization of TRPV1 channel to the plasma membrane by some pro- inflammatory mediators occurs through SNARE-dependent exocytosis, but the exact mechanism involved remains to be elucidated. We hypothesize that the inflammatory recruitment of channels occurs in the neuronal subpopulation which contains neuropeptides substance P (SP) and calcitonin gene related peptide (CGRP), also called peptidergic nociceptors. Therefore, we have investigated the underlying mechanism of pro- inflammatory mediators Adenosine triphosphate (ATP) and Bradykinin (BK) induced inflammatory sensitization of TRPV1 in cultured nociceptors containing both peptidergic and nonpeptidergic subpopulations. We have performed functional analysis using patch clamp electrophysiology and micro electrode array (MEA) technique. We found that the inhibition of neuronal exocytosis results in decreased inflammatory sensitization of TRPV1 induced by both ATP and Bradykinin in peptidergic nociceptors where membrane recruitment of the channel is essential. In addition, knocking out of αCGRP leads to the reduction of inflammatory sensitization of TRPV1. Hence, this study reveals that both ATP and Bradykinin induces regulated exocytosis of TRPV1 in peptidergic nociceptors where αCGRP plays a significant role. Furthermore, our result validates the therapeutic potential of DD04107 on lessening inflammatory pain through modulation of regulated exocytosis of TRPV1.