Zusammenfassung Nach Traumata im zentralen Nervensystem (ZNS) kommt es in Regionen fernab des ursprünglichen Läsionsortes zu einem sekundären Zelltod, dessen Ausmaß den Primärschaden deutlich übertreffen kann. Die Prävention sekundärer Degeneration ist daher ein wichtiges Ziel neuropharmakologischer Intervention. Bislang sind die Mechanismen einer sekundäre Schädigung allerdings weitgehend unbekannt. Insbesondere existiert Unklarheit darüber, warum bestimmte Regionen von sekundärer Degeneration betroffen werden, andere dagegen nicht. Anhand des Modells der entorhinalen Cortexläsion, das seit über 30 Jahren zur Untersuchung axonaler Sprossung und reaktiver Synaptogenese in Regionen axonaler Degeneration eingesetzt wird, kann hier nachgewiesen werden, daß die Zielneurone axotomierter Fasersysteme von sekundärer Degeneration betroffen sein können. Dieser akute, transsynaptische Zelltod ist apoptotisch und durch eine Aktivierung der Caspase 3 gekennzeichnet. Zwischen 24 und 48 Stunden nach stereotaktischer Durchtrennung des Tractus perforans, der den entorhinalen Cortex mit dem Hippocampus verbindet, fanden wir eine Aktivierung von Caspase 3 in den denervierten Zellen im Gyrus dentatus. Innerhalb dieser Zellen konnte licht- sowie elektronenmikroskopisch Kernfragmentierung und das Auftreten geschwollener Mitochondrien nachgewiesen werden. Wie von uns auch für die Morphogenese des Hippocampus gezeigt, ist diese Apoptose unabhängig vom Todesligand-Todesrezeptorsystem CD95/CD95L (Fas/FasL), kann aber durch Blockade der Glutamattransmission am NMDA-Rezeptor inhibiert werden. Als proof of principle zeigen diese Befunde erstmals, daß die Schädigung von Fasersystemen im ZNS nicht nur eine retrograde Degeneration von Ursprungszellen der durchtrennten Axone induziert, sondern auch einen akuten transsynaptischen Verlust von Nervenzellen in deren Zielregionen auslösen kann. Da eine pharmakologische Prävention durch Inhibitoren von Glutamattoxizität prinzipiell möglich erscheint, wird das Auftreten transsynaptischer Apoptose nun in klinisch relevanten Modellen von Neurotrauma und Rückenmarksläsion zu prüfen sein.
Entorhinal cortex lesion (ECL) is a well described model of anterograde axonal degeneration, subsequent sprouting and reactive synaptogenesis in the hippocampus. Here, we show that such lesions induce transsynaptic degeneration of the target cells of the lesions pathway in the dentate gyrus. Peaking between 24 and 36 hours post-lesion, dying neurons were labeled with DeOlmos silver-staining and antisera against activated caspase 3 (CCP32), a downstream inductor of programmed cell death. Within caspase 3-positive neurons, fragmented nuclei were co-localized using Hoechst 33342 staining. Chromatin condensation and nuclear fragmentation were also evident in semithin sections and at the ultrastructural level, where virtually all caspase 3-positive neurons showed these hallmarks of apoptosis. There is a well-described upregulation of the apoptosis-inducing CD95/L system within the CNS after trauma, yet a comparison of caspase 3-staining patterns between CD95 (Ipr)- and CD95L (gld)-deficient with non-deficient mice (C57/bl6) provided no evidence for CD95L-mediated neuronal cell death in this setting. However, inhibition of NMDA receptors with MK-801 completely suppressed caspase 3 activation, pointing to glutamate neurotoxicity as the upstream inducer of the observed cell death. Thus, these data show that axonal injury in the CNS does not only damage the axotomized neurons themselves, but can also lethally affect their target cells, apparently by activating glutamate-mediated intracellular pathways of programmed cell death.
