Retinoic acid signaling after nerve injury

Schrage, Kirsten; Mey, Jörg

doi:HT014610344

Retinoic acid signaling after nerve injury = Retinsäure Signaltransduktion nach Nervenverletzung

Schrage, Kirsten

2005 & 2006

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Kirsten Schrage

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

Umfang78 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Prüfungsjahr: 2005. - Publikationsjahr: 2006

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Mey, Jörg (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-12-01

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-13256
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/60528/files/Schrage_Kirsten.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Medizin (frei) ; Regeneration (frei) ; Retinoidrezeptoren (frei) ; Ratte (frei) ; Gliazellen (frei) ; subzelluläre Lokalisation (frei) ; retinoid receptors (frei) ; rat (frei) ; subcellular localization (frei) ; glia (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Tierexperimente am Ischiasnerven und am Rückenmark adulter Ratten haben gezeigt, dass Retinsäure (RA) bei Verletzungsreaktionen im PNS und ZNS eine Rolle spielt. Die biologische Funktion von RA und ihren Zielzellen ist dabei jedoch noch unklar. Zweck dieser Doktorarbeit war es, die zellulären Ziele der verletzungsinduzierten RA-Signale im peripheren und zentralen Nervensystem zu identifizieren und die funktionelle Bedeutung von RA in diesem Zusammenhang zu untersuchen.Ich konnte zeigen, dass in Schwannzell-Primärkulturen alle wesentlichen Komponenten der RA-Signaltransduktionskaskade (Retinsäure-Rezeptoren, Retinoid-X-Rezeptoren, RALDH2, Cyp26A1, CRABP-II) exprimiert werden. Nach RA-Behandlung änderte sich die räumliche Verteilung der RXRs und von CRABP-II von überwiegend cytosolisch zu eher nucleär, und CRABP-II wurde durch RA herunterreguliert. Als mögliche Zielgene von RA wurde die Expression von NGF, BDNF, GDNF, CNTF, TGFb1, TGFb2, TGFb3, IFNb, IFNg und MIF in Schwannzellen gemessen. Diese Zytokine und ihre intrazellulären Signalkaskaden scheinen in Schwannzellen durch RA nicht beeinflusst zu werden.Zur Identifizierung möglicher Zielzellen des RA-Systems im Kontext zentraler Verletzungen habe ich Rückenmarkskontusionen an adulten Ratten durchgeführt. Dabei wurden die zelluäre Verteilung und der Proteingehalt der Retinoid-Rezeptoren 4, 7, 14 und 21 Tage nach Verletzung untersucht. Es konnten RARa, RXRa, RXRb und RXRg detektiert werden. Im unverletzten Rückenmark wurde Immunreaktivität von RARa, RXRa und RXRg im Cytosol von Neuronen, von RXRa und RXRb in Astrozyten und von RARa, RXRa und RXRg in Oligodendrozyten lokalisiert. Nach Verletzung zeigte sich eine transiente nukleäre Translokation von RARa und allen RXRs in reaktiven Mikroglia/Makrophagen, die ihr Maximum nach 7 bzw. 14 Tagen erreichte. Eine ähnliche verletzungsinduzierte Veränderung der intazellulären Rezeptorverteilung wurde für RARa, RXRa und RXRb in Neuronen beobachtet, mit dem größten Effekt für RARa.Die Identifizierung zellulärer Ziele der RA-Signaltransduktion bestätigt die Hypothese, dass RA in Verletzungsreaktionen involviert ist. Dabei bleibt die Frage nach der funktionellen Bedeutung von RA in Schwannzellen offen. Im ZNS scheint es wahrscheinlich, dass RA neuroprotektiv wirkt und dazu beiträgt, die Inflammation zu beenden. Die vollständige Aufklärung dieser Prozesse könnte bei der Entwicklung von Strategien zur Heilung neurodegenerativer Erkrankungen und traumatischer Verletzungen behilflich sein.

Experiments with sciatic nerve lesions and spinal cord contusions have demonstrated that retinoic acid is involved in the physiological reactions after PNS and CNS injuries. The aim of this thesis was to identify the cellular targets of injury-related RA signals in the peripheral and central nervous system and to investigate the functional significance of RA in this context.I discovered that crucial components of the RA signal transduction cascade (retinoic acid receptors, retinoid X receptors, RALDH2, Cyp26A1, CRABP-II) were present in Schwann cell primary cultures isolated from newborn rats. After RA treatment the spatial distribution of RXRs and CRABP-II but not from RARs changed from a cytosolic to a nuclear localization, and CRABP-II was downregulated via RA. In the search for possible genetic targets of RA signaling I detected that NGF, BDNF, GDNF, CNTF, TGFb1, TGFb2, TGFb3, IFNb, IFNg and MIF were expressed in Schwann cells. No differential regulation via RA or activation of intracellular signaling cascades of neuropoietic cytokines or neurotrophins was seen.Spinal cord contusion injuries were performed to identify possible cellular targets of RA after damage of the CNS. Cellular distribution and protein levels of all retinoid receptors in the rat spinal cord were investigated 4, 7, 14 and 21 days after injury. I detected immunoreactivity of RARa, RXRa, RXRb and RXRg. In the non-lesioned spinal cord, immunoreactivity of RARa, RXRa, RXRb and RXRg was localized in the cytosol of neurons, of RXRa and RXRb in astrocytes, and of RARa, RXRa and RXRg in some oligodendrocytes. After contusion injury a transient nuclear shift of RARa and of all RXR was visible in reactive microglia/macrophages. This nuclear staining, already seen at 4 days, was most prominent at 7 and 14 days after injury. A similar change in intracellular distribution was also observed for the RARa, RXRa and RXRb staining in neurons situated around the border of the contusion. The injury-induced subcellular translocation was strongest for RARa, while the intracellular distribution of RXRg did not change.While the identification of the cellular targets of RA signaling confirm the hypothesis of an involvement of RA in nerve injury-related processes, the functional significance of RA signaling in Schwann cells remains to be elucidated. In the CNS it seems likely that RA fulfills neuroprotective functions and contributes to the termination of the inflammatory response. A complete understanding of these processes might help to develop strategies to heal neurodegenerative diseases and traumatic injuries.

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