Cytokines mediate glial - neuronal crosstalk - effects of IL-1ß on synaptic transmission

Autor: Hönigsperger, Christoph
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2010
Předmět:
DOI: 10.25365/thesis.10870
Popis: Pain is described as an unpleasant sensory and emotional experience which protects the body from damaging or potentially damaging situations, by activation of nociceptors. Nociceptors react in response to noxious mechanical, chemical, and physical stimuli. The nociceptive information is then transmitted from primary afferent Aδ- or C-fibers to the spinal dorsal horn. Already at the first synapse, between nociceptors and spinal dorsal horn neurons, nociceptive information can be modulated. Under pathological conditions like peripheral nerve injury and inflammation, nociceptive information can be modulated, and may be associated with an increased pain perception (hyperalgesia). A cellular model of hyperalgesia is long-term potentiation (LTP) between primary afferents and nociceptive- projection neurons in spinal dorsal horn. Neuronal plasticity was long thought to be entirely controlled by neurons. Over the last years, glia have emerged as important contributors to pathological and chronic pain conditions. Question arises, whether glia cells crucially influence synaptic plasticity in pain pathways. Transversal spinal cord slices with dorsal roots attached were dissected from rats. Dorsal roots were stimulated and excitatory postsynaptic currents (EPSCs) were recorded in spinal dorsal horn neurons. We showed that glia cells responded to a conditioning stimulus which also induced potentiation of EPSC- amplitudes in spinal dorsal horn neurons. We further demonsrated that the cytokine IL-1ß, secreted by glia cells, can increase synaptic strength. These findings suggest involvement of IL-1ß in induction and maintenance of synaptic plasticity between primary afferents and spinal dorsal horn neurons. Taken together, glia cells seem to be potential modulators of nociceptive transmission, and therefore key contributors to the development of pathological and chronic pain.
Schmerz ist eine lebenserhaltende biologische Funktion des Organismus, die den Körper sowohl vor potentiell gefährdenden, als auch vor bereits bestehenden Gewebeschäden warnt. Schmerz wird über die Aktivierung von Schmerzrezeptoren, sogenannten Nozizeptoren ausgelöst. Nozizeptoren sind spezialisierte Nervenendigungen, die auf starke mechanische, chemische und physikalische Reize reagieren. Die nozizeptive Information wird dann über schwach myelinisierte Aδ- und nicht myelinisierte C-Fasern in das Hinterhorn des Rückenmarks und in weiterer Folge in das Gehirn weitergeleitet, wo der Schmerz erstmals wahrgenommen wird. In den oberflächlichen Laminae I/II des Rückenmarks kann es an der ersten synaptischen Umschaltstelle zwischen afferenten Neuronen und verschiedenen nachgeschalteten Rückenmarksneuronen zur Modulation der nozizeptiven Information kommen. Unter pathologischen Bedingungen, wie peripheren Nervläsionen oder Entzündungen kann die nozizeptive Information moduliert werden. Hier kommt es zu einer veränderten Übertragung der nozizeptiven Information, die einer Verstärkung der Schmerzempfindlichkeit (Hyperalgesie) zugrunde liegen kann. Ein zelluläres Modell der Hyperalgesie ist die Langzeitpotenzierung (LTP) zwischen primär afferenten C-Fasern und nachgeschalteten Rückenmarksneuronen. Im Rückenmark nimmt sie eine Rolle als spinaler Schmerzverstärker ein, da es auf zellulärer Ebene zur längerfristigen Verstärkung der synaptischen Übertragung kommt. Im Zentrum der Beobachtungen standen zunächst lange Zeit neuronale Prozesse. Die Beteiligung nicht neuronaler Zellen an der synaptischen Plastizität wurde erst kürzlich untersucht. Neue Ergebnisse der letzten Jahre sprechen aber für die Bedeutung des am häufigst vorkommenden Zelltyps im zentralen Nervensystem: Gliazellen. Die Frage, die sich nun stellte, war, ob Gliazellen einen wesentlichen Einfluss auf die veränderte synaptische Übertragung bei einer spinalen LTP nehmen. 4 Transversalschnitte mit intakten dorsalen Wurzeln juveniler Ratten wurden angefertigt. Die dorsalen Wurzeln wurden mit einer Suction-Elektrode stimuliert und Ganzzellableitungen in Lamina I Neuronen des dorsalen Horns durchgeführt. Im Rahmen der Ganzzellableitungen wurden erregende postsynaptische Ströme (EPSCs) gemessen. Es wurde gezeigt, dass Gliazellen und das von Gliazellen sekretierte Zytokin IL-1ß die synaptische Übertragungsstärke beeinflussen können. Gliazellen scheinen, den aufkommenden Daten zufolge, eine wichtige Rolle in der synaptischen Plastizität zu spielen.
Databáze: OpenAIRE
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