TY - THES A1 - Leinders, Mathias T1 - microRNAs in chronic pain T1 - microRNAs bei chronischen Schmerzen N2 - Chronic pain is a common problem in clinical practice, not well understood clinically, and frequently tough to satisfactorily diagnose. Because the pathophysiology is so complex, finding effective treatments for people with chronic pain has been overall less than successful and typically reduced to an unsatisfactory trial-and-error process, all of which translates into a significant burden to society. Knowledge of the mechanisms underlying the development of chronic pain, and moreover why some patients experience pain and others not, may aid in developing specific treatment regimens. Although nerve injuries are major contributors to pain chronification, they cannot explain the entire phenomenon. Considerable research has underscored the importance of the immune system for the development and maintenance of chronic pain, albeit the exact factors regulating inflammatory reactions remain unclear. Understanding the putative molecular and cellular regulator switches of inflammatory reactions will open novel opportunities for immune modulatory analgesics with putatively higher specificity and less adverse effects. It has become clear that small, non- coding RNA molecules known as microRNAs are in fact potent regulators of many thousands of genes and possibly cross-communicate between cellular pathways in multiple systems acting as so-called “master-switches”. Aberrant expression of miRNAs is now implicated in numerous disorders, including nerve injuries as well as in inflammatory processes. Moreover, compelling evidence supports the idea that miRNAs also regulate pain, and in analogy to the oncology field aid in the differential diagnosis of disease subtypes. In fact, first reports describing characteristic miRNA expression profiles in blood or cerebrospinal fluid of patients with distinct pain conditions are starting to emerge, however evidence linking specific miRNA expression profiles to specific pain disorders is still insufficient. The present thesis aimed at first, identifying specific miRNA signatures in two distinct chronic pain conditions, namely peripheral neuropathies of different etiologies and fibromyalgia syndrome. Second, it aimed at identifying miRNA profiles to better understand potential factors that differentiate painful from painless neuropathies and third, study the mechanistic role of miRNAs in the pathophysiology of pain, to pave the way for new druggable targets. Three studies were conducted in order to identify miRNA expression signatures that are characteristic for the given chronic pain disorder. The first study measured expression of miR-21, miR-146a and miR-155 in white blood cells, skin and nerve biopsies of patients with peripheral neuropathies. It shows that peripheral neuropathies of different etiologies are associated with increased peripheral miR-21 and miR-146a, but decreased miR-155 expression. More importantly, it was shown that painful neuropathies have increased sural nerve miR-21 and miR-155 expression, but reduced miR-146a and miR-155 expression in distal skin of painful neuropathies. These results point towards the potential use of miRNAs profiles to stratify painful neuropathies. The seconds study extends these findings and first analyzed the role of miR-132-3p in patients and subsequently in an animal model of neuropathic pain. Interestingly, miR-132-3p was upregulated in white blood cells and sural nerve biopsies of patients with painful neuropathies and in animals after spared nerve injury. Pharmacologically modulating the expression of miR-132-3p dose-dependently reversed pain behavior and pain aversion, indicating the pro-nociceptive effect of miR-132-3p in chronic pain. This study thus demonstrates the potential analgesic impact by modulating miRNA expression. Fibromyalgia is associated with chronic widespread pain and, at least in a subgroup, impairment in small nerve fiber morphology and function. Interestingly, the disease probably comprises subgroups with different underlying pathomechanisms. In accordance with this notion, the third study shows that fibromyalgia is associated with both aberrant white blood cell and cutaneous miRNA expression. Being the first of its kind, this study identified miR-let-7d and its downstream target IGF-1R as potential culprit for impaired small nerve fiber homeostasis in a subset of patients with decreased intra-epidermal nerve fiber density. The work presented in this thesis is a substantial contribution towards the goal of better characterizing chronic pain based on miRNA expression signatures and thus pave the way for new druggable targets. N2 - Chronische Schmerzen sind in der klinischen Praxis ein häufiges Problem, die Ätiologie und Pathogenese jedoch oftmals unklar. Aufgrund der Komplexität des pathophysiologischen Ursprunges chronischer Schmerzen, ist bei einem Teil der Patienten Schmerzfreiheit oder Schmerzreduktion mit gängigen Analgetika nur insuffizient zu erreichen. Dies führt zu einer enormen sozio-ökonomischen Belastung für die Gesellschaft. Daher können Kenntnisse über die Mechanismen, die der Entwicklung von chronischen Schmerzen zugrunde liegen, und darüber hinaus, warum einige Patienten Schmerzen entwickeln und andere nicht, bei der Entwicklung spezifischer und individueller Behandlungsschemata helfen. Eine Vielzahl an Studien belegen die Bedeutung des Immunsystems für die Entwicklung und Aufrechterhaltung chronischer Schmerzen, wenngleich die genauen Faktoren, die entzündliche Reaktionen regulieren, noch unklar bleiben. Rezente Entdeckungen der hochkonservierten, nicht-kodierenden RNA-Moleküle, sogenannten microRNAs, lassen in der Tat darauf schließen, dass diese eine wichtige Rolle im Netzwerk der Genregulation spielen. microRNAs regulieren die hochspezifische „cross-communication“ mehrerer simultaner Signaltransduktionsvorgänge zellulärer Prozesse, und werden daher auch "master-switches" genannt. Interessanterweise, wurden aberrante Expressionen spezifischer miRNAs in zahlreichen Krankheiten, einschließlich Nervenverletzungen, sowie in entzündlichen Prozessen nachgewiesen. Darüber hinaus belegen stichhaltige Beweise nicht nur die Idee, dass miRNAs auch bei der Regulierung von Schmerzen eine wichtige Rolle spielen, sondern auch hilfreich bei der Differentialdiagnose von Krankheits- Subtypen sein können. Dies wurde bei rezenten onkologischen Studien deutlich. Tatsächlich weisen erste Berichte auf ein charakteristisches miRNA- Expressionsprofil in Blut oder Zerebrospinalflüssigkeit von Patienten mit verschiedenen Schmerztypen hin. Jedoch ist die Assoziation spezifischer miRNA-Expressionsprofile mit spezifischen Schmerzstörungen noch unzureichend. Die Zielvorgabe der vorliegenden Arbeit war daher zunächst, spezifische miRNA-Signaturen in zwei verschiedenen chronischen Schmerzzuständen zu identifizieren, nämlich peripheren Neuropathien verschiedener Ätiologien und dem Fibromyalgie-Syndrom. Zweitens wurden die erarbeiteten Ergebnisse dazu verwendet, bestimmte miRNA-Profile zu identifizieren, die schmerzhafte von schmerzlosen Neuropathien unterscheiden lassen und einen Hinweis auf die Pathologie der kleinkalibrigen Fasern bei der Fibromyalgie geben. Darüber hinaus wurde die mechanistische Rolle von miRNAs in der Pathophysiologie von Schmerzen Tierexperimentell untersucht, um künftig neuartige Therapien entwickeln zu können. Die erste Studie untersuchte die Expression von miR-21, miR-146a und miR-155 in weißen Blutkörperchen, Haut- und Nervenbiopsien bei Patienten mit peripheren Neuropathien. Sie zeigt, dass periphere Neuropathien verschiedener Ätiologien mit erhöhten peripheren miR-21 und miR-146a und verminderter miR- 155 Expression assoziiert sind. Wichtiger jedoch, dass Patienten mit schmerzhaften Neuropathien erhöhte miR-21 und miR-155-Expression im Suralis und verminderte miR-146a- und miR-155-Expression in distalen im Vergleich zu proximalen Hautbiopsien aufweisen. Diese Ergebnisse weisen auf die potenzielle Verwendung von miRNA-Profilen zur Stratifizierung schmerzhafter Neuropathien hin. Die zweite Studie baut dieses Ergebnis aus und untersuchte zunächst die Rolle von miR-132-3p im humanen und anschließend bei tierexperimentellen neuropathischen Schmerzen. Interessanterweise war miR-132-3p sowohl in weißen Blutkörperchen und Suralis-Nervenbiopsien von Patienten mit schmerzhaften Neuropathien als auch bei Tieren nach Läsion eines peripheren Nervens hochreguliert. Nach pharmakologischer Intervention gab es eine dosisabhängige Schmerzreduktion und Schmerzaversion, was somit auf den pro- nozizeptiven Effekt von miR-132-3p hinweist. Diese Studie zeigt somit die potenzielle analgetische Wirksamkeit microRNA-gerichteter pharmakologischer Interventionen. Das Fibromyalgie Syndrome ist eine chronische Erkrankung, die von einem multilokulären Schmerzbild und Beeinträchtigungen in kleinen Nervenfasern dominiert wird. Es wird angenommen, dass die Erkrankung wahrscheinlich aus Subgruppen mit unterschiedlichen zugrunde liegenden Pathomechanismen besteht. Die hierzu durchgeführte Studie zeigt, dass Fibromyalgie-Patienten veränderte microRNA Expression sowohl in weißen Blutkörperchen als auch in der Haut aufweisen. Erstmals identifiziert diese Studie miR-let-7d und ihr „downstream-target“ IGF-1R als potentiellen Schädigungsmechanismus kleiner Nervenfaserfunktionen, in einer Subgruppe von Patienten mit verminderter intra-epidermalen Nervenfaserdichte. Die Ergebnisse, die in dieser Arbeit vorgestellt werden, liefern einen wesentlichen Beitrag, die Pathophysiologie chronischer Schmerzen, aufgrund von miRNA-Expressions-Signaturen zu charakterisieren. KW - chronic pain KW - microRNA KW - miRNS KW - Chronischer Schmerz Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-144395 ER - TY - JOUR A1 - Pritchard, Rory A. A1 - Falk, Lovissa A1 - Larsson, Mathilda A1 - Leinders, Mathias A1 - Sorkin, Linda S. T1 - Different phosphoinositide 3-kinase isoforms mediate carrageenan nociception and inflammation JF - Pain N2 - Phosphoinositide 3-kinases (PI3Ks) participate in signal transduction cascades that can directly activate and sensitize nociceptors and enhance pain transmission. They also play essential roles in chemotaxis and immune cell infiltration leading to inflammation. We wished to determine which PI3K isoforms were involved in each of these processes. Lightly anesthetized rats (isoflurane) were injected subcutaneously with carrageenan in their hind paws. This was preceded by a local injection of 1% DMSO vehicle or an isoform-specific antagonist to PI3K-α (compound 15-e), -β (TGX221), -δ (Cal-101), or -γ (AS252424). We measured changes in the mechanical pain threshold and spinal c-Fos expression (4 hours after injection) as indices of nociception. Paw volume, plasma extravasation (Evans blue, 0.3 hours after injection), and neutrophil (myeloperoxidase; 1 hour after injection) and macrophage (CD11b+; 4 hour after injection) infiltration into paw tissue were the measured inflammation endpoints. Only PI3K-γ antagonist before treatment reduced the carrageenan-induced pain behavior and spinal expression of c-Fos (P ≤ 0.01). In contrast, pretreatment with PI3K-α, -δ, and-γ antagonists reduced early indices of inflammation. Plasma extravasation PI3K-α (P ≤ 0.05), -δ (P ≤ 0.05), and -γ (P ≤ 0.01), early (0-2 hour) edema -α (P ≤ 0.05), -δ (P ≤ 0.001), and -γ (P ≤ 0.05), and neutrophil infiltration (all P ≤ 0.001) were all reduced compared to vehicle pretreatment. Later (2-4 hour), edema and macrophage infiltration (P ≤ 0.05) were reduced by only the PI3K-δ and -γ isoform antagonists, with the PI3K-δ antagonist having a greater effect on edema. PI3K-β antagonism was ineffective in all paradigms. These data indicate that pain and clinical inflammation are pharmacologically separable and may help to explain clinical conditions in which inflammation naturally wanes or goes into remission, but pain continues unabated. KW - c-Fos KW - macrophage KW - neutrophil KW - plasma extravasation KW - pain KW - edema Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-150248 VL - 157 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Pritchard, Rory A. A1 - Falk, Lovissa A1 - Larsson, Mathilda A1 - Leinders, Mathias A1 - Sorkin, Linda S. T1 - Different phosphoinositide 3-kinase isoforms mediate carrageenan nociception and inflammation JF - Pain N2 - Phosphoinositide 3-kinases (PI3Ks) participate in signal transduction cascades that can directly activate and sensitize nociceptors and enhance pain transmission. They also play essential roles in chemotaxis and immune cell infiltration leading to inflammation. We wished to determine which PI3K isoforms were involved in each of these processes. Lightly anesthetized rats (isoflurane) were injected subcutaneously with carrageenan in their hind paws. This was preceded by a local injection of 1% DMSO vehicle or an isoform-specific antagonist to PI3K-α (compound 15-e), -β (TGX221), -δ (Cal-101), or -γ (AS252424). We measured changes in the mechanical pain threshold and spinal c-Fos expression (4 hours after injection) as indices of nociception. Paw volume, plasma extravasation (Evans blue, 0.3 hours after injection), and neutrophil (myeloperoxidase; 1 hour after injection) and macrophage (CD11b+; 4 hour after injection) infiltration into paw tissue were the measured inflammation endpoints. Only PI3K-γ antagonist before treatment reduced the carrageenan-induced pain behavior and spinal expression of c-Fos (P <= 0.01). In contrast, pretreatment with PI3K-α, -δ, and -γ antagonists reduced early indices of inflammation. Plasma extravasation PI3K-α (P <= 0.05), -δ (P <= 0.05), and -γ (P <= 0.01), early (0-2 hour) edema -α (P <= 0.05), -δ (P <= 0.001), and -γ (P <= 0.05), and neutrophil infiltration (all P <= 0.001) were all reduced compared to vehicle pretreatment. Later (2-4 hour), edema and macrophage infiltration (P <= 0.05) were reduced by only the PI3K-δ and -γ isoform antagonists, with the PI3K-δ antagonist having a greater effect on edema. PI3K-β antagonism was ineffective in all paradigms. These data indicate that pain and clinical inflammation are pharmacologically separable and may help to explain clinical conditions in which inflammation naturally wanes or goes into remission, but pain continues unabated. KW - c-Fos KW - Edema KW - Macrophage KW - Neutrophil KW - Plasma extravasation KW - Pain KW - PI3K isoforms Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-191312 VL - 157 IS - 1 ER -