Buněčné a molekulární mechanizmy selektivní navigace aferentních a motorických axonů po traumatickém poškození periferního nervu

MUDr. Tomáš Kubek, Ph.D.

Doctoral thesis

Cellular and molecular mechanisms of selective navigation of afferent and motor axons after peripheral nerve injury

Abstract:

Přítomnost a množství chondroitin sulfátu proteoglykanu, fibronektinu, tenascinu-C, trombospondinu, lamininu-1, lamininu-2, integrinových řetězců α1, α2, α3, β1, β4 a neurotrofických faktorů BDNF, NGF a NT-3 v kořenech spinálních nervů a kožních a svalových větvích nervus femoralis potkana byla analyzována kvantitativní imunohistochemickou metodou. Množství lamininu-1 a integrinových řetězců bylo navíc stanoveno metodou Western blot. Kvantitativní imunohistochemickou detekcí byly zjištěny signifikantní rozdíly v expresi molekul ECM v intaktních kožních a svalových větvích nervus femoralis i v jejich distálních pahýlech po transekci. Exprese lamininu-1 a lamininu-2, vyjádřená intenzitou imunofluorescence, se statisticky významně lišila při srovnání intaktních dorzálních a ventrálních kořenů, a intaktních kožních a svalových větví nervus femoralis. V kořenech spinálních nervů a větvích nervus femoralis byl zjištěn postupný nárůst hodnot imunofluorescence lamininu-1 po 2, 4 a 8 týdnech po poškození nervu, přičemž srovnatelné hodnoty (bez statisticky významného rozdílu) byly zaznamenány v dorzálních a ventrálních kořenech po 8 týdnech a v kožních a svalových větvích nervus femoralis po 4 a 8 týdnech. Přítomnost a míra exprese integrinových řetězců α1, α2, α3, β1 a β4, analyzovaná metodou Western blot, korespondovala s rozdílnou expresí lamininu-1 v kořenech spinálních nervů a v kožní i svalové větvi nervus femoralis a potvrdila tak výsledky zjištěné kvantitativní analýzou imunohistochemické detekce. Zatímco v intaktních dorzálních a ventrálních kořenech spinálních nervů nebyly rozdíly v intenzitě imunofluorescence BDNF, NGF a NT-3 statisticky významné, po 2 a 4 týdnech po rhizotomii byly zjištěny signifikantní rozdíly. V intaktních kožních a svalových větvích byl rozdíl v expresi sledovaných neurotrofických faktorů signifikantní, ale v distálních pahýlech 2 a 4 týdny po jejich transekci se hodnoty intenzity imunofluorescence statisticky významně nelišily. Výsledky experimentů odhalily rozdílné podmínky pro růst regenerujících aferentních a motorických axonů vyjádřené expresí molekul endoneuriální ECM a neurotrofických faktorů v kořenech spinálních nervů a větvích nervus femoralis. Exprese molekul ECM a neurotrofických faktorů není závislá jen na modalitě axonů, ale liší se také na základě lokalizace v kořenech spinálních nervů nebo v distální části periferního nervu.

Abstract:

Presence and quantity of chondroitin sulfate proteoglycan, fibronectin, tenascin-C, thrombospondin, laminin-1, laminin-2, integrin chains α1, α2, α3, β1, β4 and neurotrophic factors BDNF, NGF and NT-3 in rat spinal nerve roots and cutaneous and muscle branches of femoral nerve was analyzed by quantitative immunohistochemical technique. Additionally, quantity of lamin-1 and integrin chains was determined by Western blot analysis. Quantitative immunohistochemical analysis revealed significant differences in expression of endoneurial extracellular matrix molecules in intact cutaneous and muscle branches of femoral nerve and in their distal stumps after transection. Differences of immunofluorescence intensity for laminin-1 and laminin-2 in intact dorsal and ventral roots as well as cutaneous and muscle branches of femoral nerve were statistically significant. Increased expression of laminin-1 in spinal nerve roots and femoral nerve branches was found 2, 4 and 8 weeks after nerve injury. Values of immunofluorescence intensity for laminin-1 were comparable (without statistically significant differences) in dorsal and ventral roots 8 weeks after rhizotomy and in cutaneous and muscle branches of femoral nerve 4 and 8 weeks after nerve transection. Expression of integrin chains α1, α2, α3, β1 and β4 was in accordance with laminin-1 expression in spinal nerve roots and femoral nerve branches. Western blot analysis of laminin-1 and integrin chains confirmed results obtained by quantitative immunohistochemistry. Differences in BDNF, NGF and NT-3 expression in intact dorsal and ventral roots were not significant, but they were significant 2 and 4 weeks after rhizotomy. Significant differences in examined neurotrophic expression were found in intact cutaneous and muscle branches, but not in distal stumps 2 and 4 weeks after transection. Results of experiments revealed different conditions for growth of regenerating afferent and motor axons in spinal nerve roots and femoral nerve branches expressed by quantity of endoneurial extracellular matrix molecules and neurotrophic factors. Expression of endoneurial extracellular matrix molecules and neurotrophic factors is not dependent on axon modality, but differs according to localization in proximal or distal parts of peripheral nerves.

Keywords

Endoneuriální extracelulární matrix, laminin, BDNF, NGF, NT-3, regenerace periferních nervů, navigace aferentních a motorických axonů

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 1. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 26. 3. 2014
• Supervisor: prof. RNDr. Petr Dubový, CSc.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Anatomy, Histology and Embryology (4-years) / Anatomy, Histology and Embryology