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Spinal D-Serine Increases PKC-Dependent GluN1 Phosphorylation Contributing to the Sigma-1 Receptor-Induced Development of Mechanical Allodynia in a Mouse Model of Neuropathic Pain - 18/04/17

Doi : 10.1016/j.jpain.2016.12.002 
Sheu-Ran Choi , Ji-Young Moon , Dae-Hyun Roh , Seo-Yeon Yoon §, Soon-Gu Kwon , Hoon-Seong Choi , Suk-Yun Kang , Ho-Jae Han , Alvin J. Beitz , Jang-Hern Lee
 Department of Veterinary Physiology, BK21 PLUS Program for Creative Veterinary Science Research, Research Institute for Veterinary Science and College of Veterinary Medicine, Seoul, Republic of Korea 
§ Pain Cognitive Function Research Center, Department of Brain and Cognitive Sciences, College of Natural Sciences, Seoul National University, Seoul, Republic of Korea 
 KM Fundamental Research Division, Korea Institute of Oriental Medicine, Daejeon, Republic of Korea 
 Department of Maxillofacial Tissue Regeneration and Research Center for Tooth and Periodontal Tissue Regeneration, School of Dentistry, Kyung Hee University, Seoul, Republic of Korea 
 Department of Veterinary and Biomedical Sciences, College of Veterinary Medicine, University of Minnesota, St. Paul, Minnesota 

Address reprint requests to Jang-Hern Lee, DVM, PhD, Department of Veterinary Physiology, College of Veterinary Medicine, Seoul National University, Seoul 08826, Republic of Korea.Department of Veterinary PhysiologyCollege of Veterinary MedicineSeoul National UniversitySeoul08826Republic of Korea

Abstract

We have recently shown that spinal sigma-1 receptor (Sig-1R) activation facilitates nociception via an increase in phosphorylation of the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor GluN1 subunit (pGluN1). The present study was designed to examine whether the Sig-1R-induced facilitative effect on NMDA-induced nociception is mediated by D-serine, and whether D-serine modulates spinal pGluN1 expression and the development of neuropathic pain after chronic constriction injury (CCI) of the sciatic nerve. Intrathecal administration of the D-serine degrading enzyme, D-amino acid oxidase attenuated the facilitation of NMDA-induced nociception induced by the Sig-1R agonist, 2-(4-morpholinethyl)1-phenylcyclohexane carboxylate. Exogenous D-serine increased protein kinase C (PKC)-dependent (Ser896) pGluN1 expression and facilitated NMDA-induced nociception, which was attenuated by preteatment with the PKC inhibitor, chelerythrine. In CCI mice, administration of the serine racemase inhibitor, L-serine O-sulfate potassium salt or D-amino acid oxidase on postoperative days 0 to 3 suppressed CCI-induced mechanical allodynia (MA) and pGluN1 expression on day 3 after CCI surgery. Intrathecal administration of D-serine restored MA as well as the GluN1 phosphorylation on day 3 after surgery that was suppressed by the Sig-1R antagonist, N-[2-(3,4-dichlorophenyl)ethyl]-N-methyl-2-(dimethylamino)ethylamine dihydrobromide or the astrocyte inhibitor, fluorocitrate. In contrast, D-serine had no effect on CCI-induced thermal hyperalgesia or GluN1 expression. These results indicate that spinal D-serine: 1) mediates the facilitative effect of Sig-1R on NMDA-induced nociception, 2) modulates PKC-dependent pGluN1 expression, and 3) ultimately contributes to the induction of MA after peripheral nerve injury.

Perspective

This report shows that reducing D-serine suppresses central sensitization and significantly alleviates peripheral nerve injury-induced chronic neuropathic pain and that this process is modulated by spinal Sig-1Rs. This preclinical evidence provides a strong rationale for using D-serine antagonists to treat peripheral nerve injury-induced neuropathy.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Spinal N-methyl-D-aspartate receptors play a key role in the development of central sensitization.
D-serine modulated spinal protein kinase C-dependent (Ser896) phosphorylation of GluN1 subunit.
D-serine mediated the effects of spinal sigma-1 receptors on phosphorylated GluN1 and nociception.
D-serine contributed to the development of mechanical allodynia after peripheral nerve injury.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : D-serine, sigma-1 receptor, GluN1 phosphorylation, protein kinase C, neuropathic pain


Plan


 S.-R.C. and J.-Y.M. contributed equally to this work.
 This work was supported by the National Research Foundation of Korea grant funded by the Korean Government (grant 2014R1A2A2A01007695).
 The authors have no conflicts of interest to declare.


© 2017  Publié par Elsevier Masson SAS.
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Vol 18 - N° 4

P. 415-427 - avril 2017 Retour au numéro
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