TY  - THES
A1  - Schulte, Annemarie
T1  - \(In\) \(vitro\) reprogramming of glial cells from adult dorsal root ganglia into nociceptor-like neurons
T1  - \(In\) \(vitro\) Reprogrammierung von Gliazellen aus adulten Spinalganglien in Nozizeptor-ähnliche Neurone
N2  - Plexus injury often occurs after motor vehicle accidents and results in lifelong disability with severe neuropathic pain. Surgical treatment can partially restore motor functions, but sensory loss and neuropathic pain persist. Regenerative medicine concepts, such as cell replacement therapies for restoring dorsal root ganglia (DRG) function, set high expectations. However, up to now, it is unclear which DRG cell types are affected by nerve injury and can be targeted in regenerative medicine approaches. 
This study followed the hypothesis that satellite glial cells (SGCs) might be a suitable endogenous cell source for regenerative medicine concepts in the DRG. SGCs originate from the same neural crest-derived cell lineage as sensory neurons, making them attractive for neural repair strategies in the peripheral nervous system. Our hypothesis was investigated on three levels of experimentation. First, we asked whether adult SGCs have the potential of sensory neuron precursors and can be reprogrammed into sensory neurons in vitro. We found that adult mouse DRG harbor SGC-like cells that can still dedifferentiate into progenitor-like cells. Surprisingly, expression of the early developmental transcription factors Neurog1 and Neurog2 was sufficient to induce neuronal and glial cell phenotypes. In the presence of nerve growth factor, induced neurons developed a nociceptor-like phenotype expressing functional nociceptor markers, such as the ion channels TrpA1, TrpV1 and NaV1.9. In a second set of experiments, we used a rat model for peripheral nerve injury to look for changes in the DRG cell composition. Using an unbiased deep learning-based approach for cell analysis, we found that cellular plasticity responses after nerve injury activate SGCs in the whole DRG. However, neither injury-induced neuronal death nor gliosis was observed. Finally, we asked whether a severe nerve injury changed the cell composition in the human DRG. For this, a cohort of 13 patients with brachial plexus injury was investigated. Surprisingly, in about half of all patients, the injury-affected DRG showed no characteristic DRG tissue. The complete entity of neurons, satellite cells, and axons was lost and fully replaced by mesodermal/connective tissue. In the other half of the patients, the basic cellular entity of the DRG was well preserved. Objective deep learning-based analysis of large-scale bioimages of the “intact” DRG showed no loss of neurons and no signs of gliosis. 
This study suggests that concepts for regenerative medicine for restoring DRG function need at least two translational research directions: reafferentation of existing DRG units or full replacement of the entire multicellular DRG structure. For DRG replacement, SGCs of the adult DRG are an attractive endogenous cell source, as the multicellular DRG units could possibly be rebuilt by transdifferentiating neural crest-derived sensory progenitor cells into peripheral sensory neurons and glial cells using Neurog1 and Neurog2.
N2  - Plexusläsionen treten häufig nach Verkehrsunfällen auf und führen zu lebenslangen Einschränkungen mit starken neuropathischen Schmerzen. Eine operative Behandlung kann die motorischen Funktionen teilweise wiederherstellen, dennoch bleiben Verlust der Sensorik und neuropathische Schmerzen bestehen. Ansätze der regenerativen Medizin, wie z. B. Zellersatztherapien zur Wiederherstellung der Funktion der Spinalganglien, wecken hohe Erwartungen. Bislang ist jedoch vollkommen unklar, welche Zelltypen der Spinalganglien von der Nervenverletzung betroffen sind und bei Ansätzen der regenerativen Medizin gezielt eingesetzt werden sollten. 
Hier war die Hypothese, dass Satellitengliazellen (SGCs) eine geeignete endogene Zellquelle für Ansätze der regenerativen Medizin in den Spinalganglien sein könnten. SGCs und sensorische Neurone stammen von denselben Stammzellen der Neuralleiste ab, was SGCs für neurale Reparaturstrategien im peripheren Nervensystem attraktiv macht. Unsere Hypothese wurde auf drei Ebenen experimentell untersucht. 
Zuerst stellten wir die Frage, ob adulte SGCs das Potenzial haben, neuronale Vorläufermerkmale anzunehmen und in vitro in sensorische Neuronen reprogrammiert werden können. Hierbei zeigte sich, dass Spinalganglien der Maus adulte SGC-ähnliche Zellen beherbergen, die sich in vorläuferähnliche Zellen dedifferenzieren können. Überraschenderweise war die Expression der frühen entwicklungsrelevanten Transkriptions-faktoren Neurog1 und Neurog2 ausreichend, um neuronale und gliale Phänotypen zu induzieren. In Anwesenheit des Neurotrophins NGF (nerve growth factor) entwickelten die induzierten Neurone einen Nozizeptor-ähnlichen Phänotyp, der funktionelle Marker für Nozizeptoren wie die Ionenkanäle TrpA1, TrpV1 und NaV1.9 exprimierte. 
In einer zweiten Reihe von Experimenten haben wir in einem Rattenmodell für periphere Nervenverletzungen Veränderungen in der Zellzusammensetzung von Spinalganglien untersucht. Mithilfe eines objektiven Deep Learning basierten Ansatzes zur Bildanalyse fanden wir im gesamten DRG SGCs, die auf Nervenverletzungen mit einer hohen zellulären Plastizität reagierten. Es wurde jedoch weder ein verletzungsbedingter neuronaler Verlust noch eine Gliose beobachtet. 
Schließlich untersuchten wir, ob eine schwere Nervenverletzung die Zellzusammensetzung in menschlichen Spinalganglien verändert. Dazu wurde eine Kohorte von 13 Patienten mit einer Verletzung des Plexus brachialis untersucht. Überraschenderweise zeigte sich in verletzten Spinalganglien bei etwa der Hälfte aller Patienten kein Spinalgangliengewebe mehr. Die gesamte Einheit aus Neuronen, Satellitengliazellen und Axonen war verloren und vollständig durch mesodermales Bindegewebe ersetzt. Bei der anderen Hälfte der Patienten war die grundlegende zelluläre Einheit des Spinalganglions gut erhalten. Eine objektive, auf Deep Learning basierende Analyse von großflächigen Mikroskopiebildern des "intakten" Spinalganglions zeigte keinen Verlust von Neuronen und keine Anzeichen von Gliose. 
Diese Studie legt nahe, dass zur Wiederherstellung der Funktionen des Spinalganglions mindestens zwei translationale Forschungsrichtungen der regenerativen Medizin erforderlich sind: Reafferenzierung bestehender Spinalganglion-Einheiten oder vollständiger Ersatz der gesamten multizellulären Spinalganglion-Struktur. Für den Ersatz des Spinalganglions sind SGCs des adulten Spinalganglions eine plausible endogene Zellquelle. Die multizellulären Einheiten des Spinalganglions könnten möglicherweise durch eine Neurog1- und Neurog2- induzierte Transdifferenzierung von sensorischen Vorläuferzellen der Neuralleiste in periphere sensorische Neuronen und Gliazellen wiederaufgebaut werden.
KW  - Spinalganglion
KW  - Reprogrammming
KW  - Satellite glial cell
KW  - Nociceptor
KW  - Dorsal root ganglion
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-303110
ER  - 
TY  - THES
A1  - Geis, Christian
T1  - Charakterisierung von Spinalganglienneuronen intakter und lädierter Afferenzen
T1  - Characteristics of injured and spared dorsal root ganglia neurons
N2  - Am Tiermodell einer experimentellen Mononeuropathie (chronic constriction injury, CCI) wurde bei Ratten die Expression von Zytokinen (TNF-α, IL-10), Vanilloidrezeptor 1 (VR1) und Neuropeptiden in Spinalganglienneuronen immunhistochemisch analy-siert. Durch retrograde Anfärbung mit den Tracern Fluorogold (FG) und Fluoruby (FR) konnten intakte von geschädigten Neuronen unterschieden und Muskel- und Hautaffe-renzen getrennt untersucht werden. Nach CCI fand sich ein selektiver Anstieg der TNF-α Immunreaktivität in mittelgroßen und großen Spinalganglienneuronen, welche durch Vergleich mit anderen neuronalen Markern als A-Faser Neurone identifiziert werden konnten. Nicht nur geschädigte, sondern auch intakte Spinalganglienneurone wiesen eine erhöhte TNF-α Immunreaktivität auf und sowohl Muskel- als auch Hautafferenzen trugen zur vermehrten TNF-α Expression bei. IL-10, VR1 und IB4 Immunreaktivität fand sich vor allem in kleinen Neuronen und war nach CCI deutlich reduziert, während die Expression von CGRP in kleinen und mittel-großen Spinalganglienneuronen nachzuweisen war und keine Veränderung zeigte. Die Ergebnisse zeigen, dass intakt gebliebene A-Faser Neurone pathophysiologische Veränderungen im Sinne einer vermehrten Expression des pro-inflammatorischen Zyto-kins TNF-α erfahren. Dieser phänotypische Switch ist möglicherweise mit einer neuen Funktion dieser Neurone im nozizeptiven System verbunden. Die verminderte Expression des anti-inflammatorischen Zytokins IL-10 vier Tage nach CCI korrespondiert mit der frühen Schmerzentstehung nach peripherer Nervenläsion und der noch fehlenden Suppression der pro-inflammatorischen Zytokine zu diesem Zeitpunkt. Dagegen ist der Rückgang der VR1 und IB4 Konzentrationen im Spinal-ganglion am ehesten durch einen läsionsbedingten Mangel an neurotrophen Faktoren zu erklären. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse unterstützen die These, dass pro-inflammatorischen Zytokinen, insbesondere TNF-α, eine besondere Bedeutung bei der Entstehung neuropathischer Schmerzen zukommt. Dies könnte ein Ansatzpunkt für wei-tere Studien sein, die Wirksamkeit TNF-α hemmender Medikamente bei neuropathi-schen Schmerzmodellen im Tierversuch und eventuell später klinisch zu untersuchen.
N2  - Chronic constriction of the sciatic nerve leading to a hyperalgesic state results in a partial lesion wherein some axons are injured and others remain intact. Here we sought to characterize reactive changes which occur in DRG cell bodies of injured and uninjured axons projecting to skin and muscle. Using immunohistochemistry combined with flurorogold and fluororuby retrograde labelling to define DRG cell bodies associated with injured and uninjured axons, we analyzed the DRG immunoreactivity (IR) for tumor necrosis factor-alpha (TNF), interleukin-10 (IL-10), the sensory neuron-specific channel vanilloid receptor 1 (VR1), isolectin B4 (IB4) and calcitonin-gene-related peptide (CGRP) 4 days after a unilateral chronic constriction (CCI) of the rat sciatic nerve. TNF IR was predominantly localized in neuronal DRG cells. In DRG with an intact nerve, TNF IR was present in 45 %, IL-10 IR in 46 %, VR1 IR in 44 %, IB4 IR in 51 % and CGRP IR in 40 % of all neuronal profiles. Four days after CCI, TNF IR was increased in medium-sized neurons, whereas IR for IL-10, VR1 and IB4, predominantly present in small neurons, was reduced. Importantly, not only injured, but also adjacent spared neurons contributed markedly to increased TNF IR. Neurons projecting to both muscle and skin displayed upregulated TNF IR after CCI. TNF in medium-sized neurons colocalized with neurofilament and trkB, but not with IB4, trkA and RET, suggesting a selective phenotypic switch in presumably low-threshold myelinated primary afferents. Spared myelinated fibers with intact sensory functions but upregulated TNF expression may contribute to behavioral changes observed after nerve injury.
KW  - TNF alpha
KW  - Spinalganglion
KW  - Schmerz
KW  - Zytokine
KW  - retrograde Marker
KW  - TNF alpha
KW  - Dorsal root ganglion
KW  - Pain
KW  - Cytokines
KW  - retrograde tracers
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-13926
ER  -