dc.contributor.author
Stürzebecher, Annika
dc.date.accessioned
2018-06-07T16:11:04Z
dc.date.available
2010-05-17T09:17:33.751Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/2172
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-6374
dc.description.abstract
Pain signaling is highly complex and involves a number of cellular and
molecular processes that lead to initiation and maintenance of different types
of pain. Elucidation of these mechanisms is key to the development of
treatments that specifically target underlying causes. Though it is widely
known that the detection of painful stimuli in the periphery strongly relies
on the activation of the voltage-gated sodium channels (VGSCs) Nav1.8, it has
been difficult to assign the function of individual VGSC subtypes. Nine VGSCs
are expressed in mammals displaying diverse physiological functions, and gene
deletion studies of single subunits lead to functional alterations in other
VGSCs whereas antisense treatment is not long-lasting and therefore lacks
clinical relevance. Other approaches using naturally occurring peptide toxins
derived from venomous animals have been successfully used to study the
function of individual ion channels but lack the cell autonomy. Thus, novel
therapeutical tools need to be developed. This thesis demonstrates that
permanent and cell-autonomous inactivation of only Nav1.8 channels is possible
by transgenic expression of a membrane-tethered conotoxin MrVIa (t-MrVIa).
Based on the genetic elements of the Nav1.8 BAC, t-MrVIa expression was
exclusively found in nociceptive neurons, whereas adjacent mechanoreceptors
were not affected. This expression resulted in a reduction of Nav1.8-mediated
currents in t-MrVIa transgenic mice which could be reversed by enzymatic
cleavage using PI-PLC, thus providing an additional level of regulation. In
contrast to gene deletion studies this block did not result in transcriptional
or functional upregulation of other VGSCs. Furthermore, t-MrVIa expression did
not alter the cell number of peripheral neurons, the central targeting pattern
or the chemical redistribution of nociceptor population. This therefore
provides a “clean” genetic method of addressing individual ion channels in
vivo. Behaviorally, t-MrVIa mice show decreased inflammatory hyperalgesia and
insensitivity to noxious cold, accompanied by a reduced firing rate of
cutaneous C-fibers at noxious cold temperatures. This study demonstrates that
inactivation of Nav1.8 alone is critical for the perception of pain. Thus
genetically encoded tethered toxins can be used to unambiguously assign
cellular functions to individual ionic currents in the mammalian nervous
system.
de
dc.description.abstract
Die molekularen Mechanismen, die der Schmerzwahrnehmung und -weiterleitung zu
Grunde liegen sind äußerst komplex. Die Aufklärung solcher Mechanismen ist von
fundamentaler Bedeutung, um die Funktionsweise von Molekülen und Ionenkanälen
aufzudecken, um spezielle Arten von Schmerzen klinisch gezielt behandeln zu
können. Obwohl es weithin bekannt ist, dass Schmerzreize im peripheren
Nervensystem zum großen Teil von dem spannungsabhängigen Ionenkanal Nav1.8
detektiert werden, hat es sich bisher als schwierig herausgestellt die
Funktion von einzelnen spannungsabhängigen Natriumkanälen zu analysieren. Neun
spannungsabhängigen Natriumkanälen mit unterschiedlichen physiologischen
Funktionen werden in Säugern exprimiert. Allerdings haben konventionelle null-
Mutationen von Nav1.8 zur kompensatorischen Desregulierung von verwandten
spannungsabhängigen Natriumkanälen geführt, während antisense-Versuche keine
langanhaltende Runterregulierung zeigte. Andere Studien verwendeten natürlich
vorkommende Neurotoxine, welche spezifisch mit Nav1.8 agierten, jedoch nicht
zellautonom wirkten. Daher ist es notwendig neue therapeutische Methoden zu
entwickeln, welche die Analyse von gezielt einem Ionenkanal ermöglichen. Diese
Doktorarbeit zeigt zum ersten Mal, dass die Expression eines membrangebundenen
Toxins MrVIa (t-MrVIa) in Mäusen eine permanente und zellautonome
Inaktivierung von Nav1.8 ermöglicht. Anhand der genetischen Elemente von dem
verwendeten Nav1.8 BAC wurde die t-MrVIa Expression gezielt auf die
Nozizeptoren gelenkt, während benachbarte Mechanorezeptoren das Toxin nicht
expremierten. Diese Expression führte zu einer Reduzierung des Nav1.8 Stroms
in t-MrVIa Mäusen, welche mittels Spaltung mit dem Enzym PI-PLC rückgängig
gemacht werden konnte und so eine zusätzliche Art der Regulierung darstellt.
Im Gegensatz zur Nullmutation von Nav1.8 erfolgte keine Desregulierung anderer
spannungsabhängiger Natriumkanäle auf RNA Ebene und keine funktionellen
Änderungen des Natriumstroms in t-MrVIa Mäusen. Weiterhin änderte die t-MrVIa
Expression weder die Anzahl peripherer Neurone, noch die zentrale Innervation
ins Rückenmark oder die neurochemische Zusammensetzung nozizeptorischer
Subpopulationen. T-MrVIa Mäuse zeigten eine Reduzierung der inflammatorischen
Hyperalgesie und waren nicht sensitiv zu noxischer Kälte, was auch durch eine
geringeres Auftreten von Aktionspotentialen belegt werden konnte. Diese
Ergebnisse demonstrieren, dass die Inaktivierung von Nav1.8 allein
entscheidend ist für die Schmerzwahrnehmung. Daher stellen genetisch
exprimierte membrangebundene Toxine eine einmalige Möglichkeit dar, um die
zellulär Funktion von einem Ionenkanal im Nervensystem aufzuklären.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
transgenic mouse
dc.subject
voltage-gated sodium channel
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Suppression of pain by nociceptor-specific expression of tethered toxins in
vivo
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. med. Gary Lewin
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. med. Christoph Stein
dc.date.accepted
2010-05-16
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000016455-3
dc.title.translated
Schmerzminderung mittels nozizeptor-spezifischer Expression membranverankerter
Toxine in vivo
de
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000016455
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000011734
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access