Soutenance de thèse de Manon BOHIC

Notre système nerveux somatosensoriel joue un rôle clé dans notre vie quotidienne, nos interactions avec notre environnement, les gens et les choses qui nous entourent. Ceci le rend indispensable à notre bien-être physique et mental. Les neurones somatosensoriels qui innervent notre peau permettent la détection de toutes sortes de stimuli, inoffensifs ou nocifs, et leur transmission à la moelle épinière. Celle-ci joue un rôle de filtre qui ne laisse passer que les informations les plus pertinentes en direction des structures supérieures telles que le cerveau. Cependant, une défaillance à n’importe quel niveau de cette chaîne peut entraîner l’établissement de douleurs chroniques, un mal qui perturbe la vie d’un cinquième de la population mondiale. Les neurones somatosensoriels présentent une vaste hétérogénéité à la hauteur de la variété des sensations qu’ils sont capables de transmettre. Ainsi, ils peuvent être subdivisés en populations distinctes en fonction de leur anatomie, leur physiologie, les modalités qu’ils détectent mais aussi leur profil moléculaire. Une bonne connaissance de ces différents profils moléculaires est capitale pour construire les outils génétiques nécessaires pour étudier chaque population et ainsi comprendre leurs spécificités. Une population toute particulière du nom de mécanorécepteurs à bas seuil à fibre C (C-Low Threshold MechanoReceptors C-LTMRs) est tout récemment arrivée sur le devant de la scène. Ces neurones innervant strictement la peau poilue sont restés très conservés au fil de l’évolution. Ils peuvent transmettre à la fois le toucher affectif, le refroidissement de la peau, mais aussi moduler la douleur chez l’homme et chez la souris. Cependant, à l’heure actuelle peu d’études permettent de construire des hypothèses quant aux mécanismes qui expliqueraient des fonctions aussi diverses. Etant donné les défis de santé publique actuels, à savoir l’augmentation des troubles mentaux et le manque de traitements efficaces des douleurs chroniques, une meilleure connaissance de neurones impliquée à la fois dans les interactions sociales et dans la modulation de la douleur paraît indispensable. Aussi, le but de ma thèse a été de développer des outils génétiques et de les utiliser pour mieux connaître les C-LTMRs. Pour ce faire, j’ai mis à profit les résultats d’une étude récente de notre équipe qui a grandement le répertoire moléculaire des C-LTMRs (Reynders et al., 2015). J’ai ainsi pu étudier le gène bhlha9 dont l’expression est particulièrement forte dans les C-LTMRs, au sein du système nerveux de la souris. Ce facteur de transcription apparaît dans les C-LTMRs peu après la naissance ce qui en fait un marqueur intéressant de cette population. Des animaux génétiquement modifiés pour ne plus l’exprimer montrent deux phénotypes intrigants. Le premier est en lien avec l’activation des C-LTMRs par le refroidissement de la peau puisque ces souris mutantes n’adaptent plus leur comportement à une variation de température du sol sur lequel elles marchent. Le deuxième phénotype évoque un autre aspect de la fonction des C-LTMRs : la modulation des douleurs induites par une lésion. En effet, les mutants bhlha9 montre une douleur exacerbée dans un modèle de douleur inflammatoire. Plus intriguant encore, cette douleur exacerbée est insensible à l’effet normalement analgésique d’un modulateur positif de la signalisation GABAergique ionotropique. Ceci suggère un rôle des C-LTMRs dans la modulation de la douleur inflammatoire via le système GABAergique ionotropique. Enfin, ces deux phénotypes sont associés à un dimorphisme sexuel qui ne concerne que les mâles. Ceci est un nouvel aspect de la recherche sur les C-LTMRs qui méritera d’être pris en compte dans des études futures. En conclusion, bhlha9 est un potentiel nouvel outil génétique pour l’étude des C-LTMRs. De plus, ce facteur de transcription est nécessaire pour une perception de la température et une modulation de la douleur inflammatoire appropriées.

Our somatosensory nervous system is key to our daily interactions with the outside world, to our mental wellbeing and to our survival. It allows us to feel changes in or applied to our body, be it a sprained ankle or the relaxing effect of a massage. The somatosensory neurons that innervate our skin are responsible for the detection of those stimuli and the transmission of the signal to the spinal cord, a gate that normally allows only relevant information to be sent to higher structures. However, a defect anywhere in this chain of information can lead to chronic pain, a life-disrupting condition that affects 20% of the population in the world. Somatosensory neurons are highly heterogeneous, to par with the wide array of sensations they allow us to detect. As such they can be subdivided into distinct populations according to their anatomy, physiology, the modalities they detect but also their molecular profile. A good knowledge of these molecular identities is the key to develop appropriate genetic tools to study each population and understand their specificities. Even though somatosensory neurons have been the subject of studies for decades now, one particular subpopulation of neurons called C-Low Threshold MechanoReceptors (C-LTMRs) has only recently been at the forefront of sensory and pain research. These hairy-skin innervating neurons are highly conserved across species (Seal et al., 2009; Vallbo et al., 1999; Zotterman, 1939). They mediate affective and affiliative touch (Loken et al., 2011) and modulate pain in mouse and in human (Delfini et al., 2013; Francois et al., 2015; Liljencrantz and Olausson, 2014; Nagi et al., 2011; Urien et al., 2017). Interestingly, they are also activated by cooling (Li et al., 2011). Few studies hint at the spinal cord networks that could explain C-LTMRs having such different functions: transduction of innocuous sensation and pain modulation (Kambrun et al., 2018). Considering the current health issues faced by our society, be it the chronic pain and related pain-killer abuse epidemic or the increase in mental health issues, a better understanding of a population of neurons necessary both for proper pain modulation and everyday social interactions seems hugely relevant. Thus, the aim of my thesis studies was to learn more about this particular population of neurons. I took advantage of the C-LTMR molecular repertoire recently generated in our laboratory (Reynders et al., 2015) to show that the transcription factor bhlha9 is highly enriched in this population compared to the rest of the nervous system. Its expression appearing only after birth makes it an interesting genetic tool to study C-LTMRs. Male mice lacking BHLHA9 show a wide-ranging thermotaxis defect compared to littermate controls. Moreover, the same male mice present an exacerbated inflammatory pain in the formalin test paradigm. Intriguingly, this exacerbated pain is insensitive to the normally analgesic effect of GABAA receptor positive modulation. Recording of lamina II inner neurons, the dorsal horn region receiving C-LTMR inputs, show an increased excitability in naive condition. In conclusion, I uncovered bhlha9 as a new molecule required for correct perception of temperature and for inflammatory pain processing, in a sexually dimorphic manner.