Modulation von Schmerz-assoziierten Ionenkanälen durch intrazelluläre Protein- Protein Interaktionen

Abstract

Der Ionenkanal TRPV1 ist an der Entstehung einer Vielzahl verschiedener Schmerzarten beteiligt. TRPV1 wird in kleinen DRG-Neuronen exprimiert, die ebenso an der Wahrnehmung akuter noxischer Stimuli beteiligt sind wie auch am komplexen Entstehungsmuster chronischer (neuropathischer) Schmerzen. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind vielfältig und werden unter anderem auf der Basis von Adaptorproteinen vermittelt. In dieser Arbeit wurde das multifunktionale Adaptorprotein ARMS als möglicher Interaktionspartner und Modulator der TRPV1-Kanal-Sensitivität und Funktion untersucht. Mittels immunhistochemischer Detektion wurden Ko-Expressionsmuster von TRPV1 und ARMS in DRG-Neuronen der Maus klassifiziert. Zur weiteren Differenzierung erfolgte die Detektion von Subpopulationen mit Hilfe molekularer Marker. Zur Untersuchung einer möglichem funktionellen Bedeutung der Ko-Expression von TRPV1 und ARMS wurde die Capsaicin-Antwort in kultivierten DRG-Neuronen subpopulations-spezifisch untersucht. Um die Bedeutung eines möglichen TRPV1 -ARMS-Signalkomplexes unter pathologischen Bedingungen zu evaluieren wurden die definierten TRPV1- und ARMS-Subpopulationen in einem neuropathischen Schmerzmodell der Maus, der chronic constriction injury (CCI) des N. ischiadicus, mittels immunhistochemischer Methoden betrachtet. Als Ergebnis dieser Studie konnte eine hohe Ko-Expressionsrate des Ionenkanals und des Adaptorproteins in DRG-Neuronen der Maus nachgewiesen werden. Mittels einer Kombination von Kalziumimaging und Immunzytochemie konnte für diese TRPV1 und ARMS ko-exprimierende Subpopulation eine erhöhte Sensitivität gegenüber Capsaicin gezeigt werden, was als erster Hinweis für eine Rolle des Adaptorproteins ARMS in Capsaicin-induzierte TRPV1-Sensitivierungsprozesse interpretiert werden kann. In einem Tiermodell für neuropathischen Schmerz wurden darüber hinaus veränderte Zusammensetzungen der klassifizierten TRPV1- und ARMS-spezifischen Subpopulationen beobachtet. Möglicherweise spielt die Interaktion beider Proteine eine wesentliche Rolle im Kontext der Nozizeptor- Sensitivierung und macht sie als potentielle Ziele für neue Analgetika interessant.

Transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) is an ion channel that contributes to the generation and transmission of pain. TRPV1 is mainly expressed in small diameter dorsal root ganglion (DRG) neurons, which are involved in the sensation of acute noxious stimuli and in the development of chronic (neuropathic) pain. In this thesis the intracellular multifunctional adapter protein ankyrin repeat-rich membrane spanning (ARMS) was analyzed as a potential interaction partner and modulator of TRPV1 sensitivity and function. Co-expression of TRPV1 and ARMS in DRG neurons of mice was detected and classified using immunohistochemistry. For further differentiation of subpopulations, molecular markers were used. Capsaicin responses in cultured DRG neurons were measured to investigate the functional relevance of TRPV1 and ARMS co-expression. Additionally, TRPV1/ARMS co-expression was evaluated under pathological conditions (chronic constriction injury model) to identify possible injury-related changes in the TRPV1/ARMS signaling complex. Results of immunohistochemistry showed high co-expression of TRPV1 and ARMS in healthy DRG neurons. Using a combination of calcium imaging and immunocytochemistry, increased capsaicin-induced activity of TRPV1 in neurons co-expressing TRPV1 and ARMS was detected. Furthermore, TRPV1- and ARMS-specific subpopulations were altered in an animal model of neuropathic pain. These data identify ARMS as an important component of the TRPV1 signaling complex. TRPV1/ARMS interaction might play a crucial role in the context of nociceptor sensitization. The modulation of the activity of both proteins may constitute a novel approach for future pain management.