Ann-Kristin Reinhold

• 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 timeNeuropathic 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.…
• 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 wurdeNeuropathischer 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.…