An investigation into the involvement of cell adhesion molecules and perineurial cells in endogenous tissue repair following experimental spinal cord injury in the rat

Hermanns, Thomas; Nacimiento, Wilhelm

doi:706

An investigation into the involvement of cell adhesion molecules and perineurial cells in endogenous tissue repair following experimental spinal cord injury in the rat

Hermanns, Thomas (Author)

2003

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Thomas Hermanns

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2003

Umfang95 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2003

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Nacimiento, Wilhelm (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2003-09-19

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-7060
DOI: 10.18154/RWTH-CONV-121049
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/59244/files/59244.pdf

Einrichtungen

Medizinische Fakultät (510000-1)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Medizin (frei) ; spinal cord injury (frei) ; cell adhesion molecules (frei) ; NCAM (frei) ; L1 (frei) ; perineurial cells (frei) ; epithelial membrane antigen (frei) ; CNS regeneration (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Seit Anfang des letzten Jahrhunderts ist bekannt, dass das sehr häufig nach einem Rückenmarkstrauma auftretende Querschnittsyndrom seine Ursache im Ausbleiben der Regeneration verletzter ZNS-Axone hat. Vor allem in den letzten 20 Jahren wurde eine große Anzahl zellulärer und molekularer Faktoren identifiziert, die die posttraumatische axonale Regeneration im ZNS verhindern. Bis heute ist jedoch relativ wenig über die endogenen axonalen und glialen Reparationsversuche, die in den ersten Wochen nach einem Rückenmarkstrauma ablaufen, bekannt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war, neue Aspekte der zellulären und molekularen Interaktionen, die im Rahmen der endogenen Regenerationsversuche nach experimenteller Rückenmarksverletzung der Ratte ablaufen, zu untersuchen.Der erste Teil der Arbeit zeigt, dass die Invasion von nicht neuronalen Zellen in die Läsion nach dorsaler Hemisektion vom Rückenmark der Ratte mit einer ausgeprägten und langandauernden Expression der Zelladhäsionsmoleküle L1 und N-CAM vergesellschaftet war. Schon wenige Tage nach Durchtrennung des Rückenmarks formten diese nicht-neuonralen Zellen ein weitestgehend longitudinal orientiertes zelluläres Netzwerk in der Läsion. Regenerierende und ebenfalls longitudinal orientierte Nervenfasern, die kurz darauf in die Läsion einwuchsen verknüpften sich mit diesem zellulären Netzwerk. Doppel-Immunfluoreszenz Färbungen zeigten, dass sowohl Schwann'sche als auch leptomeningeale Zellen an der Expression der Zelladhäsionsmoleküle in der Läsion beteiligt waren. Die regenerierenden Nervenfasern, die sowohl von kranial als auch von kaudal her in die Läsion einwuchsen, passierten am Rand der Läsion eine Region aus dicht gepackten longitudinal orientierten astrozytären Fortsätzen, Schwann'schen sowie leptomeningealen Zellen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde mittels Immunhistochemie mit Antikörpern gegen epitheliales Membranantigen (EMA) versucht, Perineuralzellen in der Läsion nach Kompressionsverletzung des Rückenmarks der Ratte nachzuweisen. Ebenso wie Schwann'sche Zellen spielen Perineuralzellen eine wichtige Rolle während der Regeneration verletzter peripherer Nerven. Aufgrund dieser Tatsache wurde angenommen, dass Perineuralzellen bzw. Perineurium-ähnliche Zellen der spinalen Nervenwurzeln auch an den endogenen Reparationsversuchen des verletzten Rückenmarks beteiligt sind. EMA-Immunoreaktivität zeigte sich sowohl in unverletzten als auch verletzten spinalen Nervenwurzeln, jedoch nicht im intakten Rückenmark. Im verletzten Rückenmark waren EMA positive Zellen erstmals nach 14 Tagen nachweisbar. Überraschenderweise sprachen weder die Verteilung noch die Morphologie der angefärbten Zellen in den Nervenwurzeln und in der Rückenmarksläsion für einen Nachweis von Perineuralzellen durch die EMA Immunohistochemie. Daher wurden zur genaueren Differenzierung Doppelimmunfluoreszenzfärbungen mit einer Reihe von Antikörpern durchgeführt. Diese führten zu der Schlussfolgerung, dass unter den vorliegenden experimentellen Bedingungen nicht Perineuralzellen sondern myelinisierende Schwann'sche Zellen EMA-immunoreaktiv waren.

Since the beginning of the last century, it is widely accepted that the devastating consequences of spinal cord injury are due to the failure of lesioned CNS axons to regenerate. In the past 20 years, considerable progress has been made in understanding the cellular and molecular mechanisms that contribute to the lack of successful regeneration of lesioned CNS axons. To date, however, relatively little is known about endogenous tissue repair processes which occur during the first weeks after spinal cord injury. The aim of the present study was to investigate novel aspects of the cellular and molecular interactions that take place during attempted endogenous tissue repair following experimental spinal cord injury in the rat.The first part of the investigation demonstrates, for the first time, the expression of the cell adhesion molecules L1 and N-CAM during extensive cellular invasion into the lesion site following dorsal hemisection of the rat spinal cord. This thesis will show that the invasion of the lesion site by non-neuronal cells and the distinct directionality, displayed by many of the cellular and axonal components within the lesion site are associated with a strong and long-lasting expression of the cell adhesion molecules L1 and N-CAM. The non-neuronal cells within the lesion site rapidly formed a framework with an overall longitudinal orientation which subsequently became associated with in-growing nerve fibres. Using double immunofluorescence, it was possible to identify Schwann cells and leptomeningeal cells contributing to the pattern of cell adhesion molecule expression within the lesion. Many of the regenerating nerve fibres entered the lesion site from both the rostral and caudal intact spinal cord. At the lesion interface, these axons passed through regions of intimately intermingled and longitudinally orientated processes of reactive astrocytes and Schwann cells/leptomeningeal cells. In the second part of the investigation, immunohistochemistry for the detection of epithelial membrane antigen (EMA) was performed in an attempt to identify perineurial cells in the lesion site after compression injury of the rat spinal cord. Similar to Schwann cells, perineurial cells are components of peripheral nerves and known to play an important role during peripheral nerve regeneration. This behaviour led to the notion that perineurial cells or perineurial-like cells of the spinal nerve roots might also participate in the re-organisational events taking place after spinal cord injury. In the present investigation EMA-immunoreactivity was detectable in unlesioned and lesioned spinal nerve roots but not in the unlesioned spinal cord. In the lesioned spinal cord, EMA-positive cells were detectable as early as 14 days p.o. Surprisingly, neither the distribution of the stained profiles in the nerve roots, nor the morphology of the immunoreactive cells in the roots and in the lesion site resembled that of perineurial cells. Therefore, additional investigations, including double immunofluorescence with a range of antibodies, were performed. These studies led to the conclusion that, under the present experiment conditions, the anti-EMA antibody was identifying myelin-forming Schwann cells rather than perineurial cells.

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