TY - THES A1 - Reinhold, Ann-Kristin T1 - New players in neuropathic pain? microRNA expression in dorsal root ganglia and differential transcriptional profiling in primary sensory neurons T1 - Neue Ansätze bei neuropathischem Schmerz: microRNA-Expression in Spinalganglien und eine differenzierte Transkriptionsanalyse von primären sensorischen Neuronen N2 - Neuropathic pain, caused by neuronal damage, is a severely impairing mostly chronic condition. Its underlying molecular mechanisms have not yet been thoroughly understood in their variety. In this doctoral thesis, I investigated the role of microRNAs (miRNAs) in a murine model of peripheral neuropathic pain. MiRNAs are small, non-coding RNAs known to play a crucial role in post-transcriptional gene regulation, mainly in cell proliferation and differentiation. Initially, expression patterns in affected dorsal root ganglia (DRG) at different time points after setting a peripheral nerve lesion were studied. DRG showed an increasingly differential expression pattern over the course of one week. Interestingly, a similar effect, albeit to a smaller extent, was observed in corresponding contralateral ganglia. Five miRNA (miR-124, miR-137, miR-183, miR-27b, and miR-505) were further analysed. qPCR, in situ hybridization, and bioinformatical analysis point towards a role for miR-137 and -183 in neuropathic pain as both were downregulated. Furthermore, miR-137 is shown to be specific for non-peptidergic non-myelinated nociceptors (C fibres) in DRG. As the ganglia consist of highly heterocellular tissue, I also developed a neuron-specific approach. Primarily damaged neurons were separated from intact adjacent neurons using fluorescence-activated cell-sorting and their gene expression pattern was analysed using a microarray. Thereby, not only were information obtained about mRNA expression in both groups but, by bioinformatical tools, also inferences on miRNA involvement. The general expression pattern was consistent with previous findings. Still, several genes were found differentially expressed that had not been described in this context before. Among these are corticoliberin or cation-regulating proteins like Otopetrin1. Bioinformatical data conformed, in part, to results from whole DRG, e.g. they implied a down-regulation of miR-124, -137, and -183. However, these results were not significant. In summary, I found that a) miRNA expression in DRG is influenced by nerve lesions typical of neuropathic pain and that b) these changes develop simultaneously to over-expression of galanin, a marker for neuronal damage. Furthermore, several miRNAs (miR-183, -137) exhibit distinct expression patterns in whole-DRG as well as in neuron-specific approaches. Therefore, further investigation of their possible role in initiation and maintenance of neuropathic pain seems promising. Finally, the differential expression of genes like Corticoliberin or Otopetrin 1, previously not described in neuropathic pain, has already resulted in follow-up projects. N2 - Neuropathischer Schmerz, d.h. Schmerz durch neuronale Schäden, ist eine stark beeinträchtigendes, oft chronisches Leiden. Die hierfür verantwortlichen molekularen Geschehen sind in ihrer Breite bislang nur unzureichend verstanden. In meiner Promotion habe ich die Rolle von microRNAs (miRNAs) in einem Mäusemodell des peripheren neuropathischen Schmerzes untersucht. MiRNAs sind kleine, nicht kodierende RNAs, die für posttranskriptionelle Genregulation, besonders Zellproliferation und –differenzierung verantwortlich sind. Im Experiment wurde zunächst ihre Expression in den Dorsalganglien geschädigter Nerven analysiert. Hier zeigte sich im Verlauf einer Woche ein zunehmend differentielles Expressionsmuster. Bemerkenswert war ein ähnlicher, wenn auch geringerer Effekt in kontralateralen Ganglien. In einem weiteren Schritt wurden fünf ausgewählte miRNAs (miR-124, miR-137, miR-183, miR-27b und miR-505) weiter analysiert. qPCR, In-situ-Hybridisierung und bioinformatische Untersuchungen deuteten auf Minderexpression von miR-137 und -183 bei neuropathischem Schmerz hin. Weiterhin stellte sich miR-137 als spezifisch für nicht-peptiderge nicht-myelinisierte Nozizeptoren in Dorsalganglien heraus. Da Dorsalganglien aus äußerst heterozellulärem Gewebe bestehen, entwickelte ich im Folgenden einen neuronenspezifischen Ansatz: Primär geschädigte sowie intakte benachbarte Neuronen wurden durch fluoreszenz¬aktivierte Zellsortierung (FACS) selektiert und ihre Genexpression jeweils in einem Microarray analysiert. Hierdurch konnten nicht nur direkte Informationen über mRNA-Expression in beiden Gruppen gewonnen, sondern durch bioinformatische Techniken auch Rückschlüsse auf miRNA-Expression gezogen werden. Das generelle Expressionsmuster entsprach der einschlägigen Literatur, allerdings zeigten sich auch bislang nicht beschriebene Veränderungen. Hierzu gehören Corticoliberin sowie Otopetrin1. Die bioinformatische Analyse bestätigte teilweise die Ergebnisse aus der ersten, ganglienweiten Untersuchung: Sie wiesen auf eine Minderexpression von miR-124, -137 und -183 hin, allerdings waren diese Ergebnisse nicht signifikant. Zusammengefasst zeigte sich, dass sich a) die Expression von miRNA in Dorsalganglien nach neuropathischen Läsionen ändert, und b) diese Veränderungen parallel zum neuropathischen Phänotyp entwickeln. Weiterhin wiesen mehrere miRNAs markante Expressionsmuster sowohl in ganglienweiten wie in neuronenspezifischen Untersuchugen auf. Daher scheint die weitere Untersuchung ihrer Rolle in Entwicklung und Aufrechterhaltung von neuropathischem Schmerz vielversprechend. Schließlich hat die Entdeckung von Expressionsveränderungen bei Genen wie Corticoliberin und Otopetrin1, bislang nicht im Zusammenhang mit neuropathischem Schmerz beschrieben, bereits zu Nachfolgeprojekten geführt. KW - Schmerzforschung KW - miRNS KW - Neuralgie KW - Neuropathic pain KW - microRNA KW - Neuropathischer Schmerz KW - Axonschaden KW - axonal damage KW - neuronal tracing Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-140314 ER - TY - THES A1 - Ben-Kraiem, Adel T1 - Temporal characterization of the blood nerve barrier and specialized pro resolving mediators as therapeutic targets in neuropathy T1 - Zeitliche Charakterisierung der Funktion der Blut-Nerven-Schranke und der entzündungsauflösenden Lipide als Targets bei Neuropathie N2 - Abstract Neuropathic pain affects 6.9 to 10% of the general population, arises from lesion or disease of the somatosensory nervous system and is still challenging to treat. Indeed, current treatments efficacy are relatively low and present strong side effects. To that extent, identifying new targets and developing new treatment strategies constitute a priority. The blood nerve barrier consists of the endoneurial micro-blood vessels and the perineurium sealed by tight junctions constituted of tight junction proteins such claudin-5 and claudin-1. As the functional blood nerve barrier allows nerve tissue protection from external elements and maintains homeostasis, a destabilization or a disruption leads to infiltration of immunocytes promoting neuroinflammation and increased inflammatory mediators that can sensitize nociceptors and enhance pain. Thus resealing the blood nerve barrier in case of neuropathic pain could be a possible treatment strategy. Specialised proresolving mediators such lipoxin A4 and resolvin D1 are small lipids that bind to receptors such the formylpeptide recptor 2 (FPR2) and resolve inflammation. Specially resolvin D1 as anti-inflammatory and analgesic properties. Thus using resolvin D1 or eventually other specialized proresolving mediators in neuropathic pain could reseal the blood nerve barrier and resolve neuropathic pain. The present work aimed to characterize the blood nerve barrier in a preclinical model of diabetic polyneuropathy and nerve injury (chronic constriction injury) and to identify specialized proresolving mediators that seal the blood nerve barrier and thereby alleviate neuropathic pain. In diabetic polyneuropathy, the blood nerve barrier is permeable only to small molecules, which is due to the loss of claudin-1 in the perineurium and a reduced number of blood vessel- associated macrophages. Interestingly, blood nerve barrier permeability did not occur until four to eight weeks after diabetes induction, whereas mechanical hyperalgesia was measurable as early as two weeks. This suggests a pain-maintaining rather than a pain-triggering role of the blood nerve barrier. In case of chronic constriction injury, a resolution process of both mechanical and thermal hyperalgesia occurs between three to six weeks after injury. Here, the blood nerve barrier is permeable to both small and large molecules from the beginning. The pain recovery process occurs primarily in parallel with the sealing of the endoneurial barrier to large molecules such as fibrinogen from the plasma and its degradation. Perineurium is still permeable nine weeks after injury. Metabolomic analyses show that especially precursors of Resolvin D1 as well as its receptor FPR2, are upregulated at the beginning of pain resolution. Application of resolvin D1 loaded nanoparticles or agonists of FPR2 at the injury site before the onset of pain resolution accelerates the process and fibrinogen is no longer detectable in the endoneurium. Depending on the nerve damage, the blood nerve barrier is affected to varying degrees. Direct mechanical trauma and the accompanying inflammation lead to a more pronounced and long-lasting permeability - independent hyperalgesia. Possibly permeability, at least for small molecules, is important for prolonged reparative processes. In the nerve, permeability of capillaries in particular depends not only on tight junctions but also on other cells: in addition to macrophages, pericytes could also have a sealing effect. Endoneurial fibrinogen triggers pain; the exact mechanism remains to be investigated. Resolvin-containing nanoparticles were particularly effective and could be used locally as they contain endogenous substances in non- toxic particles. N2 - Neuropathische Schmerzen betreffen 6,9 bis 10 % der Allgemeinbevölkerung. Sie entstehen durch eine Verletzung oder Erkrankung des somatosensorischen Nervensystems und deren Behandlung ist eine Herausforderung. Die derzeitigen Behandlungen sind relativ unwirksam und haben starke Nebenwirkungen. Insofern sind die Identifizierung neuer Angriffspunkte und die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien besonders wichtig. Die Blut-Nerven-Schranke besteht aus den endoneuralen Kapillaren und dem Perineurium, die beide durch Tight Junctions versiegelt werden. Letztere werden aus Tight Junction-Proteinen wie Claudin-5 und -1 gebildet. Da die Blut-Nerven-Schranke das Nervengewebe vor äußeren Einflüssen schützt und die Homöostase aufrechterhält, führt eine Öffnung zur Diffusion von potential algetischen Mediatoren und Infiltration von Immunzellen. Dieser Prozess fördert Neuroinflammation und sensibilisiert Nozizeptoren und verstärkt letztendlich die Schmerzen. Daher könnte die Abdichtung der Blut-Nerven-Schranke bei neuropathischen Schmerzen eine mögliche Behandlung darstellen. „Specialised proresolving mediators“, wie Lipoxin A4 und Resolvin D1, sind kleine Lipide, die an Rezeptoren wie der Formlypeptid 2 Rezeptor (FPR2) binden und Entzündungsprozesse auflösen. Insbesondere Resolvin D1 hat nicht nur entzündungshemmende und schmerzlindernde Eigenschaften, sondern wirkt auch barriereabdichtend in Lungenepithelzellen. Der Einsatz von Resolvin D1 oder möglicherweise anderer „specialised proresolving mediators“ bei neuropathischen Schmerzen könnte also die Blut-Nerven-Schranke wieder abdichten und neuropathische Schmerzen lindern. In der vorliegenden Arbeit sollte die Blut-Nerven-Schranke in einem präklinischen Modell der diabetischen Polyneuropathie und einer Nervenverletzung („chronic constriction injury“) charakterisiert und „specialised proresolving mediators“ identifiziert werden, die die Blut-Nerven-Schranke abdichten und damit neuropathische Schmerzen lindern. Bei der diabetischen Polyneuropathie ist die Blut-Nerven-Schranke nur für kleine Moleküle durchlässig, was auf den Verlust von Claudin-1 im Perineurium und eine geringere Anzahl von gefäßassoziierten Makrophagen zurückzuführen ist. Interessanterweise tritt die Durchlässigkeit der Blut-Nerven-Schranke erst vier bis acht Wochen nach der Diabetesinduktion auf, während die mechanische Hyperalgesie bereits nach zwei Wochen messbar ist. Dies spricht eher für eine schmerzunterhaltende als für eine schmerzauslösende Rolle der Blut-Nerven-Schranke. Bei chronic constriction injury bilden sich die mechanische und thermische Hyperalgesie im Zeitraum von drei bis sechs Wochen nach der Verletzung zurück. Hier ist der Blut-Nerven-Schranke von Anfang an sowohl für kleine als auch für große Moleküle durchlässig. Der Schmerzrückbildungsprozess findet vor allem parallel zur Abdichtung der endoneurialen Barriere für große Moleküle wie Fibrinogen aus dem Plasma und dessen Abbau statt. Das Perineurium ist neun Wochen nach der Verletzung noch durchlässig. Metabolomanalysen zeigen, dass insbesondere Vorläufer von Resolvin D1 sowie die entsprechenden Rezeptoren wie FPR2, zu Beginn der Schmerzrückbildung hochreguliert sind. Applikation von Resolvin D1 Nanopartikeln bzw. Agonisten des FPR2 an der Verletzungsstelle vor dem Beginn der Schmerzauflösung beschleunigt sich den Prozess und Fibrinogen ist nicht mehr endoneurial nachweisbar. Zusammenfassend ist je nach Art der Nervenschädigung die Blut-Nervenschranke unterschiedlich stark betroffen. Ein direktes mechanisches Trauma und die begleitende Inflammation führen im Gegensatz zur metabolisch-toxischen Schädigung zu einer ausgeprägteren und langanhaltenden Durchlässigkeit. Gerade bei einer Nervenläsion sind verschiedene Bereiche (Ort der Nervendurchtrennung und distale Regenerationsbereiche) unterschiedlich betroffen von der Schädigung und der Reparatur. Insofern ist Hyperalgesie nur teilweise davon beeinflusst. Möglicherweise ist die Durchlässigkeit zumindest für kleine Moleküle für längerdauernde Reparaturvorgänge wichtig. Die Permeabilität der Kapillaren ist im Nerven nicht nur von den Tight Junctions sondern auch von anderen Zellen abhängig: neben gefäßassoziierten Makrophagen könnten auch Perizyten abdichtend wirken. Endoneuriales Fibrinogen löst Schmerzen aus, der genaue Mechanismus muss noch untersucht werden. Resolvinhaltige Nanopartikeln waren besonders effektiv und könnten lokal gut eingesetzt werden, da sie körpereigene Substanzen in nichttoxischen Partikeln enthalten. KW - Neuropathic pain KW - neuropaticher Schmerz KW - Specialized pro resolving mediators KW - Diabetic painful neuropathy KW - Traumatic neuropathy KW - Blood nerve barrier Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-320797 ER -