Retinoic acid signalling after peripheral nerve injury

Zhelyaznik, Nina; Mey, Jörg

doi:HT013888173

Retinoic acid signalling after peripheral nerve injury

Zhelyaznik, Nina (Author)

2003

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Nina Zhelyaznik

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2003

Umfang86 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2003

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Mey, Jörg (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2003-12-05

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-7195
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/52909/files/Zhelyaznik_Nina.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Medizin (frei) ; retinoic acid (frei) ; regeneration (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
In dieser Arbeit wurden molekulare Mechanismen während der Nervenregeneration des peripheren Nervensystems (PNS) untersucht. Der transkriptionelle Aktivator Retinsäure (RA) reguliert verschiedene, an der Nervenregeneration beteiligte Signaltransduktionswege. Die Rolle der RA nach der Nervenverletzung ist allerdings nicht klar. Die Ergebnisse aus meiner Doktorarbeit deuten daraufhin, dass der Retinsäure-Signaltransduktionsweg während der PNS Regeneration aktiviert wird: Mit Hilfe von RT-PCR und Westernblotting konnten alle Komponenten des RA-Systems im Ischiasnerv der Ratte nachgewiesen werden. Dies sind die Retinsäure Rezeptoren (RARs) und Retinoid X Rezeptoren (RXRs), Enzyme des Retinoidmetabolismus (RALDH-I, II, III), zelluläre Retinsäure-bindende Proteine I und II (CRABP-I, II) und das zelluläre Retinol-bindende Protein I (CRBP-I). Nach der Nervenquetschung oder der Durchtrennung des Ischiasnervs war eine zehnfache Hochregulation des CRBP-I, welches die Umwandlung von Retinol zu Retinalaldehyd katalysiert, beobachtbar. Transkript und Protein des CRABP-II, welches Retinsäure zu den nuklearen Rezeptoren transportiert, wurden hochsignifikant, etwa fünfzehnfach erhöht. Die gesteigerte Expression von CRBP-I und CRABP-II nach der Nervdurchtrennung war noch 14 Tage nach der Verletzung beobachtbar. Dies deutet darauf hin, dass das RA-System möglicherweise an der ersten Phase der Regeneration - der Wallerschen Degeneration - eine Rolle spielt. Trotz einer unveränderten Genexpression für RALDHs, konnte eine Zunahme der Expression der Retinoid-Rezeptoren beobachtet werden. Sieben Tage nach Quetschung war die Proteinexpression von RARalpha, RXRalpha and RXRbeta signifikant erhöht (4-, 2- und 1.5-Fach). Auf dem Niveau der mRNA war eine Hochregulation von allen sechs Rezeptoren beobachtbar. Um mögliche biologische Effekte der RA näher zu untersuchen, wurde außerdem mit primären Schwannzellkulturen gearbeitet. Diese Zellen exprimierten alle Komponenten des RA-Signaltransduktionsweges, weshalb sie sowohl als Quelle, als auch als Ziel der RA in Frage kommen. In diesem Teil meiner Arbeit konnte ich eine Autoregulation von RARbeta und RARgamma nach RA Behandlung feststellen. Außerdem wurde eine Hochregulation des Neuregulin-Rezeptors erbB3 beobachtet, der an der Wallerschen Degeneration beteiligt ist. Dieser Befund bestätigt die Hypothese einer Beteiligung des Retinsäure-Systems an der Wallerschen Degeneration.

Although the problem of nerve regeneration has been studied since the beginning of the 20th century, the molecular mechanisms of this process are still largely unknown. Recently, the involvement of retinoic acid (RA) signalling was also proposed to regulate PNS regeneration based on its regulation of a variety of intercellular signals, which take part in the physiology of nerve regeneration. However, no experiments have so far been conducted to prove that functional retinoid signalling forms part of the traumatic reactions in PNS. The results of my thesis allow to confirm this hypothesis: With RT-PCR and immunoblotting all necessary components of the RA signalling pathway were detected in the sciatic nerve of adult rats. These are retinoic acid receptors, retinoid X receptors, the retinoic acid synthesising enzymes RALDH-1, RALDH-2 and RALDH-3, and the cellular retinoid binding proteins CRBP-I, CRABP-I and CRABP-II. Although the transcript levels of RALDHs were not significantly altered by a sciatic nerve injury, sciatic nerve crush and transection resulted in a more than 10-fold up-regulation of CRBP-I mRNA, a protein which is thought to facilitate the synthesis of RA. Transcript and protein levels of CRABP-II were elevated 15-fold. This is a possible mediator of RA transfer to its nuclear receptors. The expression of retinoid binding proteins remained elevated during and two weeks after nerve transection, thus the involvement of these proteins in the first phase of axonal regeneration - Wallerian degeneration - may be assumed. Other key molecules of RA regulation are its nuclear receptors, the expression and immunoreactivity of which was measured in the next part of my work. Seven days after crush, the protein levels of RARalpha, RXRalpha and RXRbeta were significantly up-regulated (4-, 2- and 1.5-fold respectively). On the mRNA level, all three RARs and RXRalpha were elevated as well. In order to investigate putative biological effects of RA, Schwann cell were investigated. These cells were found to express all components of the retinoic acid signalling cascade and thus can be the source of RA and the target of its functions. I discovered that retinoic acid autoregulates the gene expression of RARbeta and RARgamma in Schwann cells, as well as the expression of erbB3, an important signalling intermediate during Wallerian degeneration. These findings confirm our hypothesis of an involvement of RA in Wallerian degeneration. However, they rise a number of open questions about the cellular source of RA signalling, the trigger of its activation and the downstream mechanisms of RA action. The answers to these questions in the future will enable the better understanding of the molecular processes of PNS regeneration.

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