Rolle von HCN1- und HCN2-Kanälen in nozizeptiven Neuronen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projektes war die Untersuchung der Rolle von Hyperpolarisations-aktivierten und zyklischen Nukleotid-gesteuerten Kationenkanälen (HCN) in noizieptiven Neuronen der Maus. Wir konnten zu Anfang durch verschiedene molekularbiologische Analysen zeigen, dass in kleinen nozizeptiven DRG- Neuronen die prädominant exprimierte HCN-Isoform eindeutig HCN2 ist und haben uns deshalb auf die Rolle dieses Subtyps konzentriert. Die mit Hilfe des Cre/loxP-Systems durchgeführte selektive Deletion von HCN2 in nozizeptiven Neuronen war erfolgreich, wie mit qRT-PCR, Western Blot und immunhistochemischen Untersuchungen gezeigt werden konnte. Die basale Schmerzreaktion der Mutanten war unverändert, hingegen waren die Schmerzantworten bei Neuropathie deutlich reduziert. In dem im Antrag vorgesehenen Zymosan-Entzündungsmodell waren keine Unterschiede zwischen Mutanten und Kontrollen festzustellen. Hingegen zeigte sich im dann eingesetzten CFA-Entzündungsmodell, dass die auftretende mechanische Hypersensitivität durch das Fehlen von HCN2 deutlich vermindert wurde. Bei Wildtypen war dieser Effekt durch die Verabreichung des unselektiven HCN-Blockers ZD7288 auslösbar, während bei Mutanten keine Wirkung der Substanz mehr festzustellen war. Dies belegt, dass der analgetische Effekt der Substanz auf der Blockade von HCN2 in nozizeptiven Neuronen beruht. Einzelfaser-Ableitungen von isolierten entzündeten Haut-Nerven-Präparaten ergaben eine signifikant verminderte Entladungsaktivität bei HCN2-Mutanten nach mechanischer Stimulation im Vergleich zum Wildtyp. Durch einen Regionen-spezifischen pharmakologischen Kanalblock konnten wir weiterhin feststellen, dass die HCN-vermittelte mechanische Sensibilisierung sich nicht nur in peripheren, sondern auch spinalen Terminalen des DRG-Neurons abspielt. Durch funktionelle kernspintomographische Untersuchungen konnten wir zeigen, dass die Mutanten tatsächlich weniger nozizeptiven Input zu diversen supraspinalen schmerzverarbeitenden Strukturen generieren. Bemerkenswerterweise blieb die bei Entzündung auftretende Hyperalgesie auf Hitzereize durch die Nozizeptor-spezifische Deletion von HCN2 unbeeinflusst. Daraufhin haben wir in einer neuen konditionellen Mausmutante HCN2 in Nozizeptoren und im ZNS ausgeschaltet. Diese Tiere zeigten nun eine verminderte Antwort sowohl auf mechanische als auch Hitzereize unter inflammatorischen Bedingungen. Die Daten lassen vermuten, dass die thermische Hyperalgesie bei Entzündung durch neuronale HCN2-Kanäle vermittelt wird, die nachgeschaltet zu Nozizeptoren exprimiert werden. Insgesamt konnten wir also zeigen, dass HCN2 eine wichtige Rolle sowohl bei der peripheren als auch zentralen Schmerzsensibilisierung spielt. Damit stellt dieser Ionenkanal ein interessantes neues Target in der Therapie von neuropathisch und entzündlich bedingten Schmerzen dar. Welche genauen molekularen Mechanismen der HCN2-vermittelten Sensibilisierung zugrunde liegen – erhöhte cAMP-Spiegel oder eine Hochregulation und potentielle Phosphorylierung – sollen zukünftige Untersuchungen zeigen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Fischer MJ, Leffler A, Niedermirtl F, Kistner K, Eberhardt M, Reeh PW, Nau C
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Bierhaus A, Fleming T, Stoyanov S, Leffler A, Babes A, Neacsu C, Sauer SK, Eberhardt M, Schnölzer M, Lasitschka F, Neuhuber WL, Kichko TI, Konrade I, Elvert R, Mier W, Pirags V, Lukic IK, Morcos M, Dehmer T, Rabbani N, Thornalley PJ, Edelstein D, Nau C, Forbes J, Humpert PM, Schwaninger M, Ziegler D, Stern DM, Cooper ME, Haberkorn U, Brownlee M, Reeh PW, Nawroth PP
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Filipovic MR, Eberhardt M, Prokopovic V, Mijuskovic A, Orescanin-Dusic Z, Reeh P, Ivanovic-Burmazovic I
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Eberhardt M, Dux M, Namer B, Miljkovic J, Cordasic N, Will C, Kichko TI, de la Roche J, Fischer M, Suárez SA, Bikiel D, Dorsch K, Leffler A, Babes A, Lampert A, Lennerz JK, Jacobi J, Martí MA, Doctorovich F, Högestätt ED, Zygmunt PM, Ivanovic-Burmazovic I, Messlinger K, Reeh P, Filipovic MR
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