Direct regulation of HCN Ion channels by cannabinoids

Abstract

Les cannabinoïdes sont une large classe de molécules qui agissent principalement sur les neurones, affectant la sensation de douleur, l'appétit, l'humeur, l'apprentissage et la mémoire. Des récepteurs cannabinoïdes spécifiques (CBR) ont été identifiés dans les neurones et d'autres types de cellules. Cependant, l'activation des CBR ne peut pas modifier directement l'excitabilité électrique des neurones, car les CBR ne génèrent pas de signaux électriques par eux-mêmes. Au lieu de cela, le potentiel membranaire et la signalisation électrique dans toutes les cellules excitables, y compris les neurones, sont générés par des canaux ioniques intégrés dans la membrane cellulaire. Récemment, il a été démontré que le cannabinoïde synthétique WIN55,212-2 affecte la mémoire en activant les récepteurs CB1, entraînant des changements de signalisation qui affectent le courant Ih généré par les canaux cycliques (HCN) activés par l'hyperpolarisation. Cependant, il a également été démontré que les cannabinoïdes régulent directement la fonction de plusieurs canaux ioniques, indépendamment de l'activation du CBR. Nous examinons ici si les cannabinoïdes, le 9-tétrahydrocannabidiol (THC) et le cannabidiol (CBD), que l'on trouve dans le cannabis sativa, peuvent réguler directement les canaux HCN1. En utilisant une pince de tension à deux électrodes (TEVC), sur des ovocytes de Xenopus, qui n'expriment pas de CBR, nous surveillons les changements dans la relation courant-tension, la cinétique de déclenchement et la dépendance à la tension des courants HCN1 dans des concentrations croissantes de cannabinoïdes. Nos données suggèrent que le CBD et le THC modulent directement le courant de HCN1. Étant donné que les cannabinoïdes sont des molécules thérapeutiques prometteuses pour le traitement de plusieurs troubles neurologiques, comprendre quelles cibles ils affectent, le mécanisme de leur régulation et comment ils se lient à des cibles potentielles sont des étapes essentielles de leur utilisation en tant que thérapies efficaces et du développement de cibles plus puissantes et plus efficaces médicaments spécifiques.

Cannabinoids are a broad class of molecules that act primarily on neurons, affecting pain sensation, appetite, mood, learning and memory. Specific cannabinoid receptors (CBRs) have been identified in neurons, and other cell types. However, activating CBRs cannot directly alter electrical excitability in neurons, since CBRs do not generate electrical signals on their own. Instead, membrane potential and electrical signaling in all excitable cells, including neurons, are generated by ion channels embedded in the cell membrane. Recently, it has been shown that the synthetic cannabinoid WIN55,212-2 effects memory by activating CB1 receptors, leading to signaling changes that affect the Ih current generated by hyperpolarization-activated cyclic-nucleotide gated (HCN) channels. However, cannabinoids have also been shown to directly regulate the function of several ion channels, independently of CBR activation. Here we examine whether cannabinoids, 9-tetrahydrocannabidiol (THC) and cannabidiol (CBD), which are found in cannabis sativa, can directly regulate HCN1 channels. Using two-electrode voltage clamp (TEVC), on Xenopus oocytes, which do not express CBRs, we monitor changes in the current-voltage relationship, gating kinetics, and voltage-dependence of HCN1 currents in increasing concentrations of cannabinoids. Our data suggests CBD and THC directly modulate HCN1 current. Since cannabinoids are promising therapeutic molecules for the treatment of several neurological disorders, understanding what targets they affect, the mechanism of their regulation, and how they bind to potential targets are critical steps in their use as effective therapies and the development of more potent and target specific drugs.