Vergleichende Untersuchungen zur Verteilung von Cholinacetyltransferase und Stickoxidsynthase in spinalen Systemen von Vögeln

Abstract

Die Expressionsmuster von Cholinacetyltransferase (ChAT) und Stickoxidsynthase (NOS) im Rückenmark von Säugetieren sind weitestgehend beschrieben. Die vorliegende Arbeit untersucht vergleichend die Verteilung von ChAT und NOS in spinalen Systemen von Vögeln, exemplarisch wurden Gewebe von Taube und Huhn analysiert. Um einen Überblick über die Entwicklung cholinerger und NO- bildender Neurone zu gewinnen, wurden auch embryonale Hühner verschiedener Altersstufen untersucht. Das Rückenmark der adulten Vögel wurde mit Spinalganglien präpariert und geschnitten. Die Lokalisation von NOS wurde mit immunhistochemischen Methoden und mit NADPH Diaphorase-Histochemie an Rückenmarksschnitten studiert, für die Untersuchung von ChAT wurden lediglich immunhistochemische Methoden angewandt. Kolokalisation der beiden Substanzen wurde analysiert, indem zunächst ChAT durch Immunfluoreszenz markiert wurde und anschließend eine NADPH Diaphorase-Färbung erfolgte. Das Verteilungsmuster von ChAT und NOS war in beiden Spezies ähnlich. Eine prominente ChAT-Aktivität war in den Motoneuronen des Vorderhornes erkennbar, des weiteren stellte sich eine Gruppe von ChAT-positiven Zellen dorsomedial des Zentralkanales dar – die präganglionären autonomen Neurone. Beim Huhn lässt sich die Gruppe als sympathische Columna Terni von Zervikalsegment 15 bis Sakralsegment 2 ausmachen, im unteren Sakralmark befindet sich die parasympathische Neuronengruppe. In der Taube erstrecken sich die beiden Säulen von Zervikalsegement 13 bis Lumbalsegment 2 und im unteren Sakralmark. Im Bereich der Hinterhörner waren einzelne kleine Neurone ChAT-immunoreaktiv, innerhalb der Substantia intermedia einige Interneurone. Besonders auffällig waren in mehreren Experimenten deutlich ChAT-markierte Faserzüge in Hinterhorn sowie Hinterwurzel, diese könnten möglicherweise dorsal austrende Axone zervikaler Motoneurone darstellen. Innerhalb der Spinalganglien war ChAT ubiquitär vorhanden. NOS-positive Neurone wurden in beiden Vogelarten vereinzelt über die graue Substanz verteilt gefunden, die meisten dieser Interneurone liegen nahe der Mittellinie und des Zentralkanales, gelegentlich innerhalb der Gruppe der Motoneurone. Der größte Anteil der NOS-Aktivität lässt sich in den oberflächlichen Schichten des Hinterhornes ausmachen – hier befinden sich kleine NOS-positive Neurone und ein dichter, intensiv angefärbter Faserplexus. In den Spinalganglien des Huhnes war eine auffällige NOS-Markierung der Satellitenzellen sowie eines Teils der Ganglienzellen erkennbar. Die Kolokalisationsexperimente konnten kaum Kolokalisation von ChAT und NOS darstellen, lediglich vereinzelte Neurone scheinen beide Substanzen zu exprimieren. Überraschend ist dieses Ergebnis insbesondere für die Gruppe der präganglionären autonomen Neurone, in der bei Säugetieren Ko-Expression der Neurotransmitter Stickoxid und Acetylcholin bekannt ist. Cholinerge und Stickoxid-enthaltende Transmissionsysteme scheinen bei Vögeln eventuell deutlich unabhängiger voneinander zu funktionieren. NO scheint keine wesentliche Rolle als Signalmolekül autonomer spinaler Neurone zu spielen, anzunehmen ist jedoch – wie auch bei anderen Spezies – eine Bedeutung in der somatosensorischen Transmission. Für ChAT ist bei Vögeln eine zentrale Rolle in der somatischen und autonomen Transmission zu postulieren.

The expression pattern of choline acetyltransferase (ChAT) and nitric oxide synthase (NOS) within the spinal cord of mammalian species are well-known. The present study determines the distribution of ChAT and NOS in spinal systems of birds. We examined tissue from pigeons and chicken. To gain insight into the development of cholinergic and NO synthesizing neurons we also studied chick embryos at different embryonic stages. The spinal cord of the adult birds was dissected and cut with the spinal ganglia attached. The localization of NOS was studied with immunohistochemistry and NADPH Diaphorase activity. ChAT was localized by immunohistochemistry alone. Experiments for colocalization were performed by immunofluorescence detection of ChAT followed by NADPH diaphorase staining. The distribution pattern of ChAT and NOS was similar in both species. Apart from prominent ChAT activity within motoneurons of the ventral horn there was a cluster of ChAT positive cells dorsomedial to the central canal corresponding with the preganglionic autonomic neurons. In the chicken the sympathetic Column of Terni extends from cervical segment 15 to synsacral segment 2, the parasympathetic column is found in the lower synsacral cord. In the pigeon the two columns are present from cervical 13 to lumbar 2 and the lower synsacral cord. The dorsal horn and the central grey substance showed few small ChAT reactive neurons. Of special interest were intensely ChAT stained processes in the dorsal horn and dorsal root of the cervical cord. These might correspond with axons of cervical motor neurones exiting via the dorsal horn. Within the chicken spinal ganglia we saw widespread ChAT reactivity. NOS positive neurons were found scattered within the central grey substance in both birds. Most of these interneurons are located around the central canal and occasionally between motoneurons. The majority of NOS activity was found in the superficial layers of the dorsal horn consisting of small NOS reactive neurons and a plexus of intensely stained processes. The spinal ganglia showed clear NOS reactivity of satellite cells and a fraction of ganglionic cells. Experiments failed to reveal substantial colocalization of ChAT and NOS. Only a small number of neurons seems to express both substances. Concerning the autonomic neurons this comes as a surprise since co-expression of the neurotransmitters nitric oxide and acetylcholine is a given fact in mammalian species. In birds cholinergic and nitrergic transmission may function more independently and NO does not seem to play a significant role as signal molecule of autonomic spinal neurons. However, a function in somatosensory transmission – as is known from other species – seems likely. A key role in somatic and autonomic spinal transmission has to be assumed for acetylcholine.