TY - THES A1 - Böcker, Clemens-Alexander T1 - Intrazelluläre Signaltransduktionsprozesse bei der Öffnung des Perineuriums T1 - Intracellular signaling pathways in permeabilisation of the perineurial barrier N2 - Fragestellung: Experimentelle Ansätze zur selektiven Blockade von nozizeptiven Neuronen sind in vivo stark durch die Diffusionsbarriere des Perineuriums eingeschränkt, die das Vordringen von hydrophilen Substanzen zu ihrem Wirkort verhindert. Entscheidend für diese Barrierefunktion sind Tight Junctions zwischen Perineuralzellen, an deren Ausbildung das Transmembranprotein Claudin-1 beteiligt ist. In Vorarbeiten wurde gezeigt, dass die periphere Injektion einer 10 % NaCl-Lösung zur vorübergehenden Öffnung des Perineuriums führt. Dabei kommt es zur Freisetzung der Matrix-Metalloproteinase 9 (MMP9), die über Interaktion mit dem low density lipoprotein receptor-related protein 1 (LRP-1) Rezeptor eine Konzentrationsabnahme von Claudin-1 bewirkt. Durch perineurale Koinjektion von 10 % NaCl mit dem Opioidagonisten DAMGO ([D-Ala2, N-MePhe4, Gly-ol]-Enkephalin) bzw. Tetrodotoxin ist damit im Verhaltensexperiment ein analgetischer Effekt auszulösen. Beobachtungen an der Blut-Hirn-Schranke konnten eine Öffnung über Interaktion von tPA mit LRP-1 zeigen. In dieser Studie sollten die Barriereöffnung sowie intrazelluläre Signalprozesse, die an der Öffnung des Perineuriums beteiligt sind, unter verschiedenen Bedingungen (hypertone NaCl-Lösung, MMP9 und tPA) charakterisiert werden. Methodik: MMP9, 10 % NaCl-Lösung, tPA oder Erk Inhibitor (PD 98059) wurden mit Hilfe eines Nervenstimulators perineural an den N. ischiadicus von Wistar-Ratten injiziert. Danach wurden zu verschiedenen Zeitpunkten Nerven entnommen, um im Western Blot die Claudin-1 Expression in der Membranfraktion sowie die Phosphorylierung der intrazellulären Signalproteine Erk und Akt darzustellen. Nach perineuraler Injektion von tPA wurden in Schmerzverhaltenstests die Barriere öffnenden Wirkungen und immunhistochemisch und im Western Blot Auswirkungen auf die Konzentration von Claudin-1 und pErk untersucht. Ergebnisse: Nach peripherer Injektion der 10 % NaCl-Lösung war über einen Zeitraum von 5-120 min eine Reduktion von Claudin-1 in der Membranfraktion und eine verstärkte Phosphorylierung von Erk nicht aber von Akt zu beobachten. Die Konzentrationszunahme von pErk wurde dabei nur im Perineurium, nicht im Nerveninneren nachgewiesen. Ebenso führte die periphere Injektion von MMP9 zu reduziertem Claudin-1 und einer verstärkten Phosphorylierung von Erk In Verhaltensexperimenten konnte gezeigt werden, dass die Injektion des Erk-Inhibitors PD98059 dosisabhängig zur Aufhebung der Antinozizeption führte, die nach Gabe von DAMGO in 10 % NaCl zu beobachten war. PD98059 blockierte den Abbau von Claudin-1 nach Injektion von 10 % NaCl. Perineurale Koinjektion von aktivem tPA (als LRP-1 Ligand) und DAMGO ermöglicht ebenfalls antinozizeptive Effekte. Immunhistochemisch und im Western Blot zeigte sich bei verschiedenen Dosierungen von aktivem tPA eine Konzentrationsabnahme von Claudin-1, eine verstärkte Phosphorylierung von Erk war jedoch nicht nachzuweisen. Nach Injektion von enzymatisch inaktiviertem tPA konnte nach einer Stunde keine Claudin-1 Konzentrationsänderung beobachtet werden. Interpretation: Nach Injektion von 10 % NaCl kommt es zur verstärkten Phosphorylierung von Erk, die sich durch eine Interaktion der MMP9 Hemopexin- Domäne (MMP9-PEX) mit dem LRP-1 Rezeptor erklären lässt. Folge dieser Signalprozesse ist eine Konzentrationsabnahme von Claudin-1 und eine erhöhte Permeabilität des Perineuriums. Ähnlich zeigen erste Experimente auch nach Injektion von tPA eine Konzentrationsabnahme von Claudin. Damit bietet LRP-1 einen innovativen Angriffspunkt, um auch in vivo durch Öffnung des Perineuriums neue hydrophile Medikamente zur selektiven Blockade von Schmerzfasern zu nutzen. N2 - Introduction: Approaches for the selective blockade of nociceptive neurons are limited in-vivo by the perineurial barrier, which prevents delivery of hydrophilic drugs to the peripheral nerve. The perineurium is composed of a basal membrane with a layer of perineurial cells and tight junctions limiting paracellular permeability. The tight junction protein claudin-1 is expressed in the perineurium and associated with permeability changes. Perineurial injection of hypertonic saline (HTS) has been used to increase perineurial permeability. Injection of HTS leads to a release of the matrix metalloproteinase 9 (MMP9), which induces down-regulation of claudin-1 by binding to the low density lipoprotein receptor-related protein1 (LRP-1). Perisciatic injection of HTS together with the opioid-receptor agonist DAMGO ([D-Ala2, N-MePhe4, Gly-ol]-Enkephalin) results in a dose-dependent antinociceptive effect. Studies of the blood-brain-barrier suggest a barrier-opening effect of tPA by binding to LRP-1. In this study, we characterize intracellular signaling pathways, which are involved in opening the perineurial barrier after application of different agents (HTS, MMP9 and tPA). Methods: MMP9, HTS, tPA or Erk-Inhibitor PD98059 were injected perisciatically in Wistar rats. Sciatic nerves were harvested after indicated time points and used for Western Blotting or Immunofluorescence experiments. Results: Perisciatic injection of HTS transiently enhanced Erk phosphorylation in the sciatic nerve beginning 5 min after application. Erk protein expression remained unchanged. The increase of Erk phosphorylation was confined to the perineurium. Application of recombinant MMP9 perisciatically also resulted in phosphorylation of ERK within the first 30 min. Perisciatic injection of the Erk inhibitor PD98059 dose-dependently and almost completely blocked the ability of HTS to facilitate DAMGO-induced increases in mechanical nociceptive thresholds and blocked the reduction in claudin-1 content after HTS injection at the sciatic nerve. In contrast, neither perineurial treatment with HTS nor MMP9 changed the phosphorylation of the Akt kinase in the perineurium. Perisciatic injection of tPA (as a LRP-1 ligand) and DAMGO also resulted in an increase of mechanical nociceptive thresholds. Immunofluorescence and Western Blots revealed a down-regulation of claudin-1 after injection of different concentrations of tPA. However, injection of tPA did not result in an enhanced Erk phosphorylation. No change in claudin-1 concentration was observed after perisciatic injection of enzymatic inactive tPA. Discussion: Perisciatic injection of HTS results in an increased phosphorylation of Erk. This seems to be mediated by a release of MMP9 and binding of its hemopexin domain to LRP-1. Activation of the Erk signaling pathway leads to a down-regulation of claudin-1 and an increased permeability of the perineurial barrier. Similarly, injection of tPA (a known LRP-1 agonist) also results in a decreased claudin-1 concentration. Our findings reveal LRP-1 as a unique molecular target to allow for specific antinociception by controlled opening of the perineurial barrier. KW - peripherer Nerv KW - Schmerz KW - Perineurium KW - Erk KW - Claudin-1 KW - LRP1 KW - rtPA KW - perineurium KW - Erk KW - claudin-1 KW - LRP1 Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-132949 ER - TY - THES A1 - Schmidt, Enrico T1 - Ein neuer und ungewöhnlicher Signalweg erlaubt physiologischen Konzentrationen von Erythropoetin mitogene Kinasen in primären erythroiden Vorläuferzellen zu aktivieren T1 - A novel and unusual pathway allows physiological concentrations of erythropoietin to activate mitogenic kinases in primary erythroid progenitor cells N2 - Die Stimulation primärer erythroider Vorläuferzellen (PEPs) mit Erythropoetin (Epo) führt zur Aktivierung der mitogenen Kinasen („extracellular signal-regulated kinases“ (Erks) und „mitogen-activated protein kinase/Erk-activating kinases“ (MEKs)). Der Mechanismus der Aktivierung war bisher unklar. Mehrere wissenschaftliche Gruppen haben zudem unerwartet herausgefunden, dass eine Verkürzung und Mutation des zytoplasmatischen Endes des Epo-Rezeptors (EpoR), welche zum Verlust der Bindungsmöglichkeiten für verschiedene Signalproteine führt, anscheinend nur einen geringen Effekt auf das EpoR-Signalsystem hat. Diese Ergebnisse werden durch Viabilität und normaler Erythrozytenzahl von mutierten Mäusen unterstützt. Ein neuer Signalweg, der in biochemischen Studien mit aus menschlichem Nabelschnurblut gewonnenen PEPs gefunden wurde, könnte diese überraschenden Ergebnisse erklären. Wir zeigen zum ersten mal, dass Ras und das Klasse 1b Enzym der Familie der Phosphatidylinositol-3-Kinasen (PI3K), PI3Kg, nach Stimulation mit einer physiologischen Konzentration von Epo aktiviert werden. Überraschenderweise kann in PEPs die Epo-induzierte Ras-, MEK- und Erk-Aktivierung durch drei strukturell unterschiedliche PI3K-Inhibitoren blockiert werden. Überdies ist die Erk-Aktivierung in PEPs unempfindlich gegenüber Inhibierung der Raf-Kinasen, wird aber durch Proteinkinase C (PKC)-Inhibitoren unterdrückt. Im Gegensatz dazu ist die durch Stammzellfaktor („stem cell factor“ (SCF)) induzierte Erk-Aktivierung empfindlich gegenüber Raf-Inhibierung, jedoch unempfindlich gegenüber PI3K- und PKC-Inhibitoren. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Aktivierung von MEKs und Erks in PEPs durch geringe Konzentrationen an Epo nicht durch die klassische Signalkaskade „Src homology 2 domain-containing transforming protein C“ (Shc), „growth factor receptor bound protein 2“ (Grb2), „son of sevenless“ (Sos), Ras, Raf, MEK und Erk erfolgt, sondern durch einen PI3K-abhängigen und Raf-unabhängigen Signalweg, welcher PKC-Aktivität benötigt, reguliert wird. N2 - Stimulation of primary erythroid progenitors (PEPs) with erythropoietin (Epo) leads to the activation of the mitogenic kinases (extracellular signal-regulated kinases (Erks) and mitogen-activated protein kinase/Erk-activating kinases (MEKs)). So far, it has been unclear how this is mechanistically accomplished. Moreover, several research groups unexpectedly found that truncation and mutation of the cytoplasmic tail of the Epo receptor (EpoR), which prevents binding of numerous signal-transducing proteins, had apparently little effect on EpoR signalling. These results are supported by viability and normal erythrocyte counts of mutant mice. A novel pathway, now unraveled by biochemical studies in human cord blood-derived PEPs, might explain these puzzling findings. We show, for the first time, that Ras and the class Ib enzyme of the phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K) family, PI3Kg, are activated in response to physiological Epo concentrations. Surprisingly, Ras, MEK and Erk activation by Epo in PEPs can be blocked by three structurally different PI3K inhibitors. Furthermore, Erk activation in PEPs is insensitive to the inhibition of Raf kinase but suppressed upon protein kinase C (PKC) inhibition. In contrast, Erk activation induced by stem cell factor (SCF), which activates c-Kit in the same cells, is sensitive to Raf inhibitors and insensitive to PI3K and PKC inhibitors. These results indicate that the activation of MEKs and Erks by minimal concentrations of Epo in PEPs does not occur through the classical cascade Src homology 2 domain-containing transforming protein C (Shc), growth factor receptor bound protein 2 (Grb2), son of sevenless (Sos), Ras, Raf, MEK and Erk. Instead, MEKs and Erks are activated via PI3K, through a Raf-independent signalling pathway which requires PKC activity. KW - Erythropoietin KW - Signaltransduktion KW - Protoonkogen KW - Erythropoetin KW - Epo KW - erythroide Vorläufer KW - PI3-K KW - Erk KW - erythropoietin KW - Epo KW - erythroid progenitors KW - PI3-K KW - Erk Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10429 ER -