La première "carte protéique" des neurones à l'origine de la douleur révèle de nouvelles cibles pour les médicaments

Pour élucider ces processus moléculaires, Lewin - qui étudie la douleur depuis quarante ans et a récemment découvert un canal ionique jusqu'alors inconnu impliqué dans la perception de la douleur - travaille en étroite collaboration avec le Dr Fabian Coscia, biologiste des systèmes et chef de groupe du laboratoire de protéomique spatiale du même centre. Coscia a co-développé une méthode appelée Deep Visual Proteomics qui permet de déterminer le protéome - l'ensemble des protéines - de cellules spécifiques et de créer des cartes détaillant les emplacements spatiaux des protéines individuelles.

Les chercheurs ont combiné cette technologie avec les méthodes électrophysiologiques du groupe de Lewin. Cela leur a permis d'identifier des sous-types spécifiques de neurones douloureux sur la base de leur fonction, puis d'analyser leur profil protéique. Le résultat est une carte moléculaire à haute résolution de ces cellules nerveuses, qui a été publiée dans "Nature Communications". L'équipe a également démontré comment la technologie peut identifier de nouvelles cibles médicamenteuses potentielles pour traiter la douleur chronique.

Sampurna Chakrabarti est le premier auteur de l'étude et un ancien chercheur postdoctoral du laboratoire Lewin qui dirige maintenant le groupe Pathways in Infection and Nociception au Centre Helmholtz de recherche sur les infections à Braunschweig. La nociception fait référence à la façon dont nos nerfs réagissent aux stimuli qui déclenchent la douleur. Les nerfs de la peau et d'autres tissus périphériques - tels que les muscles et les articulations - qui détectent des stimuli dommageables sont appelés nocicepteurs ; ils transmettent des signaux au cerveau pour déclencher la douleur.

Des voies de signalisation inconnues

Tous les nocicepteurs sont différents. Jusqu'à présent, on ne connaissait que le transcriptome, c'est-à-dire l'information au niveau de l'ARN des différents sous-ensembles de nocicepteurs", explique Chakrabarti. Cependant, les composants fonctionnels réels de toutes les cellules sont les protéines formées à partir de ces transcrits, et nous les avons examinés plus en détail pour la première fois dans deux sous-types de nocicepteurs. En utilisant une méthode électrophysiologique connue sous le nom de technique de patch-clamp, l'équipe a d'abord identifié et caractérisé deux sous-types de nocicepteurs - peptidergiques et non peptidergiques - dans les ganglions rachidiens de souris. Chacun de ces sous-types réagit différemment à des stimuli similaires et peut déclencher une douleur de qualité et de durée différentes.

Les chercheurs ont utilisé une cinquantaine de neurones de chaque sous-type pour générer une carte protéique spécifique à chacun des deux types de cellules. La protéomique visuelle profonde combine la spectrométrie de masse avec la microscopie, l'intelligence artificielle et la robotique. Jusqu'à présent, Coscia et son équipe ont principalement utilisé cette méthodologie pour analyser le protéome des cellules cancéreuses. Nous venons de montrer pour la première fois qu'elle peut également s'appliquer aux cellules nerveuses", explique-t-il.

L'équipe a mesuré plus de 6 000 protéines dans ces 50 neurones. Une comparaison avec les données existantes sur l'ARN a révélé que le transcriptome et le protéome des cellules différaient de manière significative dans certains cas, ce qui indique que des processus fonctionnels clés ne deviennent visibles qu'au niveau des protéines. Nous fournissons une carte moléculaire unique des neurones déclenchant la douleur", déclare Coscia. Elle permet d'identifier des voies de signalisation dans ces cellules qui sont restées cachées jusqu'à présent.

Dans une étape supplémentaire, Chakrabarti et ses collègues ont voulu comprendre quelles protéines sensibilisent les cellules nerveuses, contribuant ainsi à la douleur chronique. Ils ont isolé les deux types de nocicepteurs des ganglions de la racine dorsale de souris et les ont exposés à une molécule appelée Nerve Growth Factor (NGF), connue pour déclencher des douleurs chroniques chez l'animal et chez l'homme, comme dans le cas de l'arthrite. Grâce à la protéomique visuelle profonde, les chercheurs ont pu identifier avec précision les protéines produites après l'exposition des cellules au NGF.

Sensibilité réduite aux signaux de la douleur

Lewin et son équipe avaient déjà découvert que le NGF joue un rôle important dans la douleur inflammatoire chronique il y a plus de 30 ans. Chez les chiens et les chats, la douleur peut maintenant être soulagée de manière très efficace à l'aide d'anticorps qui inhibent le NGF", explique Lewin. Chez l'homme, des effets secondaires rares ont malheureusement empêché leur utilisation", ajoute-t-il. Mais nous avons peut-être trouvé une autre approche : cibler une protéine en aval responsable de l'effet sensibilisateur du NGF.

"Nous avons identifié plusieurs protéines qui étaient présentes à des niveaux plus élevés dans un sous-ensemble de nocicepteurs après un traitement au NGF. Les niveaux plus élevés de ces protéines pourraient être liés à la douleur à long terme associée à l'inflammation", explique Chakrabarti. L'une des protéines, une enzyme appelée B3GNT2, s'est particulièrement distinguée. Lorsque nous avons éliminé le gène correspondant dans les cellules, l'hyperactivité des nocicepteurs induite par l'inflammation a été réduite. Moins de cellules répondaient à un stimulus mécanique", explique-t-elle. En d'autres termes, les neurones étaient devenus moins sensibles et provoquaient beaucoup moins de douleur.

À l'avenir, les chercheurs prévoient de valider leurs résultats sur des souris et des humains. Plus de 90 % de tous les médicaments approuvés ciblent aujourd'hui les protéines", déclare Coscia. Cela montre à quel point il est important de mieux comprendre ces molécules afin d'identifier de nouvelles cibles pour des traitements plus efficaces de la douleur et d'autres maladies neurologiques."