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Título: Spinal opioid-adrenergic analgesic interactions: mechanistic insights on the role of the delta opioid and the alpha2A adrenergic receptors
Autores: Chabot-Doré, Anne-Julie
Fecha: 2014
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Biology - Neuroscience
Descripción: Opioid and α2-adrenergic receptor (α2AR) ligands are both analgesic when administered spinally and show a clinically beneficial synergistic interaction in the treatment of pain when co-administered. The µ- and δ-opioid receptors (MOR and DOR respectively) and the α2AARs have been shown to be capable of mediating opioid-adrenergic synergistic interactions. The development of new therapeutic approaches that exploit the combination of opioids and α2AR agonists is currently hindered by limited mechanistic knowledge on how these drugs interact at the spinal level. It is generally accepted that MOR mediates morphine antinociception. However, since morphine-related interactions between MOR and DOR have been reported at the spinal level, the role of DOR in spinal morphine antinociception requires further evaluation. Therefore, the First Aim of this thesis was to investigate the role of DOR in the antinociceptive effect of morphine and other opioids at the spinal level. Using the hot water tail flick assay, we observed that morphine was equally potent, but less effective in DOR-knockout (KO) mice compared to wild type (WT) mice. On the other hand, the efficacy of the DOR-selective agonists DeltII and SNC80 was maintained in DOR-KO mice. This study therefore suggests that 1) DOR is necessary to obtain full spinal morphine antinociceptive efficacy and 2) that DOR agonists are not selective in the tail flick assay. These observations from Aim 1 raised two important questions: 1) Is DOR necessary to produce a morphine synergistic interaction with an α2AR agonist? 2) Is DOR activation by DOR agonists sufficient to obtain a synergistic interaction with an α2AR agonist? Thus, the Second Aim of this thesis was to determine whether DOR activation is sufficient and necessary to mediate opioid-adrenergic synergistic interactions in the spinal cord. The absence of DeltII antinociception in DOR-KO mice confirmed its selectivity in the substance P behavioral assay, therefore validating the choice of this assay. Opioid-adrenergic drug interactions were evaluated following spinal co-administration of the α2AR agonist clonidine with DeltII, morphine or DAMGO in WT and DOR-KO mice. Our results showed that DeltII+clonidine synergy is DOR-dependent, morphine+clonidine synergy is not DOR-dependent and DAMGO+clonidine do not interact synergistically. These findings confirm that DOR activation is sufficient but not necessary for synergy with α2AR agonists.The Third Aim of this thesis was to investigate the role of α2AAR in spinal opioid-adrenergic synergy and opioid antinociception. We first confirmed that the α2AAR mediates the synergistic interaction between clonidine and either morphine or DeltII. We also observed a potentiation of spinal morphine and spinal DeltII-mediated antinociception in α2AAR-KO mice compared to WT mice; this potentiation could not be attributed to changes in the expression of opioid receptors, to alterations in opioid ligand binding properties or to enhanced noradrenergic tone in the spinal cord. Together, these findings led us to propose a model whereby the α2AAR allosterically modulates spinal opioid receptors in an activation state-dependent manner. These studies improve our understanding of the interaction between α2-adrenergic and opioid drugs at the spinal level, which could lead to new the development of better pharmacological treatments for pain management.
Les ligands des récepteurs opiacés et α2 adrénergiques (α2AR) ont tous deux une action analgésique lorsque administrés par la voie spinale et peuvent démontrer une interaction synergétique cliniquement bénéfique lorsqu'ils sont co-administrés. Il a été démontré que les récepteurs opiacés µ et δ (MOR et DOR, respectivement) et le récepteur α2AAR sont capables de générer des intéractions opiacés-adrénergiques synergétiques. Le développement de nouvelles approches thérapeutiques exploitant ces combinaisons est ralenti par une connaissance limitée des mécanismes régissant les interactions entre ces médicaments. Il est généralement bien accepté que MOR effectue l'antinociception causée par la morphine. Cependant, puisque des interactions entre MOR et DOR médiées par la morphine ont été rapportées dans la moelle épinière, le rôle de DOR dans l'antinociception produite par la morphine requiert une évaluation plus approfondie. Donc, le premier objectif de cette thèse était d'investiguer le rôle que joue DOR dans l'effet antinociceptif de la morphine et d'autres opiacés au niveau spinal. Avec le test d'immersion de la queue en eau chaude, nous avons observé que la morphine était aussi puissante, mais moins efficace chez les souris DOR-knockout (KO) que chez les souris de type sauvage (TS). D'autre part, l'efficacité des agonistes sélectifs au DOR SNC80 et DeltII était maintenue chez les souris DOR-KO. Cette étude suggère donc que 1) DOR est nécessaire pour obtenir la pleine efficacité antinociceptive de la morphine et 2) que les agonistes du DOR ne sont pas sélectifs dans le test d'immersion de la queue en eau chaude. Les observations faites à l'objectif 1 soulèvent deux questions importantes : 1) DOR est-il nécessaire pour produire une interaction synergétique entre la morphine et un agoniste α2AR? 2) L'activation de DOR par des agonistes sélectifs à celui-ci est-elle suffisante pour obtenir une interaction synergétique avec un agoniste α2AR? Le deuxième objectif de cette thèse était donc de déterminer si l'activation de DOR est suffisante et nécessaire pour entraîner la synergie entre les opiacés et les α2AR au niveau spinal. L'absence d'effet antinociceptif de DeltII chez la souris DOR-KO a confirmé la sélectivité de cet agoniste avec le test comportemental à la substance P et a donc validé le choix de cet essai. Les interactions opiacés-adrénergiques ont été évaluées suivant la co-administration par voie spiale de la clonidine, un agoniste α2AR, avec la DeltII, la morphine ou le DAMGO chez les souris TS et DOR-KO. Nos résultats démontrent que la synergie entre DeltII+clonidine dépend du DOR, que la synergie entre morphine+clonidine n'est pas dépendante du DOR et que DAMGO+clonidine n'interagissent pas de façon synergétique. Ces découvertes confirment que l'activation du DOR est suffisante, mais pas nécessaire à la synergie avec les agonistes α2AR. Le troisième objectif de cette thèse était d'investiguer le rôle du récepteur α2AAR dans la synergie opiacée-adrénergique spinale et l'effet antinociceptif des opiacés. Nous avons premièrement confirmé que le α2AAR médie l'interaction synergétique entre la clonidine et la morphine ou la DeltII. Nous avons observé une potentiation de l'antinociception produite par la morphine ou la DeltII administrée par voie spinale chez la souris α2AAR-KO comparativement à la souris TS; cette potentiation n'a pas pu être attribuée à des changements du niveau d'expression des récepteurs opiacés, à l'altération des propriétés de liaison des ligands ou à l'augmentation du tonus adrénergique spinal. Ensemble, ces découvertes ont mené à la proposition d'un modèle dans lequel le α2AAR module de façon allostérique les récepteurs opiacés selon leur état d'activation. Ces études améliorent notre compréhension de l'interaction entre les médicaments α2 adrénergiques et les opiacés au niveau spinal, ce qui pourrait mener au développement de meilleurs traitements pharmacologiques pour la gestion de la douleur.
Idioma: en