@phdthesis{Hugo2023,
  author    = {Hugo, Julian},
  title     = {'Signal-close-to-noise' calcium activity reflects neuronal excitability},
  doi       = {10.25972/OPUS-29260},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-292605},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Chronic pain conditions are a major reason for the utilization of the health care system. Inflammatory pain states can persist facilitated by peripheral sensitization of nociceptors. The voltage-gated sodium channel 1.9 (NaV1.9) is an important regulator of neuronal excitability and is involved in inflammation-induced pain hypersensitivity. Recently, oxidized 1-palmitoyl-2-arachidonoyl-sn-glycerol-3-phosphatidylcholine (OxPAPC) was identified as a mediator of acute inflammatory pain and persistent hyperalgesia, suggesting an involvement in proalgesic cascades and peripheral sensitization. Peripheral sensitization implies an increase in neuronal excitability. This thesis aims to characterize spontaneous calcium activity in neuronal compartments as a proxy to investigate neuronal excitability, making use of the computational tool Neural Activity Cubic (NA3). NA3 allows automated calcium activity event detection of signal-close-to-noise calcium activity and evaluation of neuronal activity states. Additionally, the influence of OxPAPC and NaV1.9 on the excitability of murine dorsal root ganglion (DRG) neurons and the effect of OxPAPC on the response of DRG neurons towards other inflammatory mediators (prostaglandin E2, histamine, and bradykinin) is investigated. Using calcium imaging, the presence of spontaneous calcium activity in murine DRG neurons was established. NA3 was used to quantify this spontaneous calcium activity, which revealed decreased activity counts in axons and somata of NaV1.9 knockout (KO) neurons compared to wildtype (WT). Incubation of WT DRG neurons with OxPAPC before calcium imaging did not show altered activity counts compared to controls. OxPAPC incubation also did not modify the response of DRG neurons treated with inflammatory mediators. However, the variance ratio computed by NA3 conclusively allowed to determine neuronal activity states. In conclusion, my findings indicate an important function of NaV1.9 in determining the neuronal excitability of DRG neurons in resting states. OxPAPC exposition does not influence neuronal excitability nor sensitizes neurons for other inflammatory mediators. This evidence reduces the primary mechanism of OxPAPC-induced hyperalgesia to acute effects. Importantly, it was possible to establish an approach for unbiased excitability quantification of DRG neurons by calcium activity event detection and calcium trace variance analysis by NA3. It was possible to show that signal-close-to-noise calcium activity reflects neuronal excitability states.},
  subject      = {Entz{\"u}ndung},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Martin2018,
  author    = {Martin, Corinna},
  title     = {Oxidized phospholipids and their role in neuronal excitation of primary sensory neurons},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-160665},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Recently, our research group identified in a study novel proalgesic targets in acute and chronic inflammatory pain: oxidized phospholipids (OxPL). OxPL, endogenous chemical irritants, are generated in inflamed tissue and mediate their pain-inducing function by activating the transient receptor potential channels TRPA1 and TRPV1. Both channels are sensors for chemical stimuli on primary afferent nociceptors and are involved in nociception. Here, with the help of calcium imaging and whole cell patch clamp recording techniques, it was found that OxPL metabolites acutely activate TRPA1 and TRPV1 ion channels to excite DRG neurons. OxPL species act predominantly via TRPA1 ion channels and mediate long- lasting non-selective inward currents. Notably, one pure OxPL compound, PGPC, activated a TRPA1 mutant lacking the binding site for electrophilic agonists, suggesting that OxPL activate TRP ion channels by an indirect mechanical mechanism. Next, it was investigated how OxPL influence the excitability of primary sensory neurons. Acute stimulation and fast calcium imaging revealed that OxPL elicit repetitive, spike-like calcium transients in small- diameter DRG neurons, which were fully blocked by antagonists against TRPA1/V1 and N- type voltage-gated calcium channels. In search of a mechanism that drives repetitive spiking of DRG neurons, it was asked whether NaV1.9, a voltage-gated sodium channel involved in subthreshold excitability and nociception, is needed to trigger OxPL-induced calcium spikes and action potential firing. In electrophysiological recordings, both the combination of local application of OxPL and current injection were required to efficiently increase the action potential (AP) frequency of small-diameter sensory neurons. However, no difference was monitored in the resting membrane potential or OxPL-induced AP firing rate between wt and NaV1.9-deficient small diameter DRG neurons. To see whether NaV1.9 needs inflammatory conditions to be integrated in the OxPL-induced excitation cascade, sensory neurons were pretreated with a mixture of inflammatory mediators before OxPL application. Under inflammatory conditions both the AP and the calcium-spike frequency were drastically enhanced in response to an acute OxPL stimulus. Notably, this potentiation of OxPL stimuli was entirely lost in NaV1.9 deficient sensory neurons. Under inflammatory conditions, the resting membrane potential of NaV1.9-deficient neurons was more negative compared to wt neurons, suggesting that NaV1.9 shows resting activity only under inflammatory conditions. In conclusion, OxPL are endogenous irritants that induce excitability in small-diameter DRG neurons, a cellular model of nociceptors, via TRP activation. This effect is potentiated under inflammatory conditions. Under these conditions, NaV1.9 functions as essential mediator as it eases the initiation of excitability after OxPL stimulation. As mutants in the human NaV1.9 mediate an enhanced or painless perception, this study provides new insight into the mechanism on how NaV1.9 amplifies stimuli of endogenous irritants under inflammatory conditions.},
  subject      = {Entz{\"u}ndung},
  language  = {en}
}
@article{ReinholdBattiBilbaoetal.2015,
  author    = {Reinhold, A. K. and Batti, L. and Bilbao, D. and Buness, A. and Rittner, H. L. and Heppenstall, P. A.},
  title     = {Differential Transcriptional Profiling of Damaged and Intact Adjacent Dorsal Root Ganglia Neurons in Neuropathic Pain},
  series = {PLoS ONE},
  volume    = {10},
  journal   = {PLoS ONE},
  number    = {4},
  doi       = {10.1371/journal.pone.0123342},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-143290},
  pages     = {e0123342},
  year      = {2015},
  abstract  = {Neuropathic pain, caused by a lesion in the somatosensory system, is a severely impairing mostly chronic disease. While its underlying molecular mechanisms are not thoroughly understood, neuroimmune interactions as well as changes in the pain pathway such as sensitization of nociceptors have been implicated. It has been shown that not only are different cell types involved in generation and maintenance of neuropathic pain, like neurons, immune and glial cells, but, also, intact adjacent neurons are relevant to the process. Here, we describe an experimental approach to discriminate damaged from intact adjacent neurons in the same dorsal root ganglion (DRG) using differential fluorescent neuronal labelling and fluorescence-activated cell sorting (FACS). Two fluorescent tracers, Fluoroemerald (FE) and 1-dioctadecyl-3,3,3,3-tetramethylindocarbocyanine perchlorate (DiI), were used, whose properties allow us to distinguish between damaged and intact neurons. Subsequent sorting permitted transcriptional analysis of both groups. Results and qPCR validation show a strong regulation in damaged neurons versus contralateral controls as well as a moderate regulation in adjacent neurons. Data for damaged neurons reveal an mRNA expression pattern consistent with established upregulated genes like galanin, which supports our approach. Moreover, novel genes were found strongly regulated such as corticotropinreleasing hormone (CRH), providing novel targets for further research. Differential fluorescent neuronal labelling and sorting allows for a clear distinction between primarily damaged neuropathic neurons and "bystanders," thereby facilitating a more detailed understanding of their respective roles in neuropathic processes in the DRG.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Sahlbach2016,
  author    = {Sahlbach, Henrike},
  title     = {Toll-like Rezeptoren regulieren die Freisetzung von Opioidpeptiden aus Monozyten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-150479},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Schmerz geh{\"o}rt zu den Kardinalsymptomen einer Entz{\"u}ndung. Im Wesentlichen kann die Entstehung von Schmerz am Ort des Entz{\"u}ndungsgeschehens auf das Einwandern (Diapedese) von Leukozyten aus dem peripheren Blut-strom in das Gewebe zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Dort findet sowohl die Produktion von Zytokinen und Chemokinen statt, welche weitere Entz{\"u}ndungszellen rekrutieren und die Entz{\"u}ndungsreaktion verst{\"a}rken, als auch die Freisetzung von Opioidpeptiden, die schmerzlindernd wirken. In Vorarbeiten der Arbeitsgruppe konnte eine Opioidfreisetzung aus neutrophilen Granulozyten nach Stimulation mit bakteriellen Antigenen oder Chemokinen \(in\) \(vitro\) nachgewiesen werden. Diese f{\"u}hren \(in\) \(vivo\) eine Antinozizeption herbei. F{\"u}r neutrophile Granulozyten wurden der Chemokinrezeptor CXCR1/2 sowie der Formylpep-tidrezeptor als Signal-transmittierende Rezeptoren identifiziert. {\"U}ber den klassischen Mechanismus der Exozytose gelangt das Beta-Endorphin somit in das Gewebe und interagiert mit Opioidrezeptoren auf prim{\"a}r sensorischen Nervenendigungen. \(in\) \(vivo\) {\"a}ußerte sich die Freisetzung des Opioidpeptids in einer Anhebung mechanischer Schmerzschwellen, die durch den Opioidrezeptorantagonisten Naloxon aufgehoben werden konnten. Die Bindung, vornehmlich an MOP, f{\"u}hrt zur Erniedrigung des cAMP-Spiegels, zur Hyperpolarisation der Nervenzelle und zur Verminderung von Schmerzschwellen. Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen Monozyten als f{\"u}hrende Zellpopulation der sp{\"a}ten Entz{\"u}ndungsphase. Es sollte untersucht werden, welche Rezeptoren eine Opioidfreisetzung aus Monozyten vermitteln sowie welche intrazellul{\"a}ren Signalwege involviert sind. Humane Monozyten wurden isoliert und \(in\) \(vitro\) mit dem bakteriellen Antigen Lipopolysaccharide (LPS) stimuliert. Dieses steht exemplarisch f{\"u}r mikrobielles Infektgeschehen und Entz{\"u}ndung. In den Zell{\"u}berst{\"a}nden wurde mittels ELISA die Beta-Endorphin-Konzentration ermittelt. Weiterhin wurden Opioidgehalt und -freisetzung in der nicht-klassischen CD14+CD16+ Monozytensubpopulation im Vergleich zu klassischen CD14+CD16- Monozyten analysiert. Zur weiteren Aufkl{\"a}rung des Rezeptors, welcher die Opioidfreisetzung vermittelt, wurde der niedermolekulare TLR4-Antagonist TAK-242 genutzt. Wir fanden eine Zunahme der Beta-Endorphin-Freisetzung nach Stimulation mit LPS im Vergleich zur unstimulierten Kontrolle. Eine Zugabe des TLR4-Inhibitors reduzierte die Beta-Endorphin-Freisetzung signifikant. TLR4 agiert somit als PRR f{\"u}r die Opioidfreisetzung aus Monozyten. CD14+CD16+ Monozyten enthalten einen geringeren Anteil an Beta-Endorphin und setzten dementsprechend weniger frei. Ihre Rolle als pro-inflammatorisch und ihre Beteiligung an der Genese inflammatorischer Krankheitsbilder wird dadurch gest{\"u}tzt. Die Signalkaskade, {\"u}ber die diese Freisetzung erfolgt, konnte durch den Einsatz von Rezeptorinhibitoren dahingehend entschl{\"u}sselt werden, dass eine Beteiligung des IP3-Rezeptors sowie von intrazellul{\"a}rem Calcium wichtig ist. Ferner wurde evident, dass auch eine basale Freisetzung existiert, die {\"u}ber denselben Weg verl{\"a}uft. Durch die Behandlung mit dem TLR4-Antagonisten TAK-242, der die Freisetzung von Beta-Endorphin \(in\) \(vitro\) unterdr{\"u}ckt, wird auch die analgetische Wirkung von LPS \(in\) \(vivo\) aufgehoben. TLR4 Agonisten sind daher potentielle alternative Analgetika, welche die endogene Schmerzkontrolle unterst{\"u}tzen k{\"o}nnten. Jedoch fließen viele Wechselwirkungen wie z.B. proalgetische Wirkungen von TLR4 in das komplexe Gef{\"u}ge der Immunzellantwort ein. Diese wurden nicht weiter untersucht. Vor einer klinischen Anwendung m{\"u}ssten solche Effekte n{\"a}her betrachtet werden.},
  subject      = {Monozyt},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Palm2008,
  author    = {Palm, Florian},
  title     = {{\"U}ber die Wirkung von Serotonin in einem chronisch entz{\"u}ndlichen Schmerzmodell mit komplettem Freund´schen Adjuvans an M{\"a}usen mit einer genetischen Defizienz f{\"u}r den Serotonintransporter.},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-30508},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {In der Behandlung neuropathischer und anderer chronischer Schmerzen werden trizyklische Antidepressiva bereits mit Erfolg eingesetzt, die nebenwirkungs{\"a}rmeren SSRI zeigen jedoch nur einen m{\"a}ßigen Erfolg. In dieser Studie gingen wir der Frage nach, inwieweit 5-HTT -/- M{\"a}use, die als Modell einer lebenslangen Behandlung mit SSRI gelten, in einem chronisch entz{\"u}ndlichen Schmerzmodell ein anderes Schmerzverhalten zeigen als Wild-typen und ob sich auf neuronaler Ebene durch das Ausschalten des 5-HT Transporters Ursachen f{\"u}r ein ge{\"a}ndertes Schmerzverhalten finden lassen. Von besonderem Interesse war dabei auch, welche Rolle 5-HT in der peripheren Schmerzvermittlung zukommt. Mit standardisierten Testverfahren wurden die 5-HTT -/- M{\"a}use und Wildtypm{\"a}use nach i.pl. Injektion von CFA auf zwei Schmerzqualit{\"a}ten hin untersucht. Die Schmerzschwelle f{\"u}r taktile Reize wurde mit von Frey Haaren bestimmt, zur Testung der Hitzehyperalgesie wurde eine Infrarotw{\"a}rmequelle benutzt. Anschließend wurden an dem Gewebe immunhistochemische Analysen durchgef{\"u}hrt und mittels HPLC der Gehalt an 5-HT in verschiedenen Gewebeproben bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass M{\"a}use mit dem Genotyp 5-HTT -/- gegen{\"u}ber dem Wildtyp von einer durch CFA-Injektion induzierten Hitzehyperalgesie weitgehend unbeeintr{\"a}chtigt bleiben. Gleichzeitig bestand bei den KO-M{\"a}usen im Vergleich zu den Wildtypen eine deutlichere Abnahme der Hautinnervation sowie eine st{\"a}rker ausgepr{\"a}gte Verletzung von DRG-Neuronen, entsprechend einer erh{\"o}hten neuronalen Vulnerabilit{\"a}t gegen{\"u}ber CFA. Im Gewebe der KO-M{\"a}use fand sich durchweg weniger 5-HT als bei Wildtypen, in DRG-Neuronen der KO-M{\"a}use war weiterhin weniger BDNF detektierbar. Wir postulieren, dass f{\"u}r die reduzierte Hitzehyperalgesie bei den KO-M{\"a}usen unter anderem der geringere Gewebespiegel von 5-HT und damit folglich in einer Art Ursachen-Wirkungskette auch die geringeren Gewebespiegel von BDNF und 5-HIAA mit ihren entsprechenden Auswirkungen verantwortlich sind. 5-HTT -/- M{\"a}use als Modell f{\"u}r eine lebenslange Behandlung mit SSRI sind also nicht nur wie k{\"u}rzlich beschrieben im neuropathischen Schmerzmodell, sondern auch in einem chronisch entz{\"u}ndlichen Schmerzmodell weitgehend vor einer Hitzehyperalgesie gesch{\"u}tzt. Unter der Ber{\"u}cksichtigung dieser Daten sollte daher der Einsatz von SSRI in der Behandlung chronischer Schmerzen erneut {\"u}berpr{\"u}ft werden.},
  subject      = {Serotonin},
  language  = {de}
}