dc.contributor.author
Nockemann, Dinah
dc.date.accessioned
2018-06-07T15:49:28Z
dc.date.available
2013-06-04T11:40:13.296Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/1654
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-5856
dc.description.abstract
The use of opioids for pain management is complicated by associated adverse
side effects. Nevertheless, opioids are the gold standard for the treatment of
pain. A better understanding of the mechanisms underlying opioid analgesia,
particularly in the peripheral nervous system (PNS), would help to develop
opioids acting specifically at sites of peripheral tissue injury to inhibit
pain without centrally mediated unwanted effects. Activation of opioid
receptors typically inhibits neuronal voltage-gated calcium (Ca2+)-channels
and activates G protein-coupled inwardly rectifying potassium (GIRK) channels
through the binding of G-protein Gβγ subunits in the central nervous system
(CNS). Both events reduce membrane excitability. However, studies on GIRK
channel expression and function in the PNS are scarce and have produced
conflicting results. Here we report for the first time that GIRK channels in
peripheral sensory (dorsal root ganglion; DRG) neurons are crucially involved
in the generation of opioid antinociception. We found strong mRNA expression
of different GIRK subunits in the cerebellum of mice and rats, whereas GIRK
mRNA was expressed only at very low levels in DRG of naïve mice. However,
expression of GIRK1 and -2 mRNA was prominent in DRG neurons of naïve rats. We
detected GIRK1 and -2 protein in mouse cerebellum but not in DRG, whereas both
proteins were present in rat DRG. By using the whole cell patch-clamp
technique we recorded GIRK currents after mu-opioid receptor activation in rat
but not in mouse DRG neurons. We generated transgenic mice expressing a Flag-
GIRK2 construct selectively in DRG neurons. The mu-opioid agonist DAMGO evoked
GIRK currents in DRG neurons isolated from these Nav1.8-GIRK2 mice but not
from wildtype littermates. This indicates a functional coupling of mu-opioid
receptors and GIRK channels in Nav1.8-GIRK2 mice. We assessed how expression
of GIRK2 affects nociceptive behavior by measuring hindpaw withdrawal in
response to noxious heat or mechanical stimuli using a model of inflammatory
pain. Nav1.8-GIRK2 mice exhibited normal baseline sensitivities as well as
normal thermal and mechanical hyperalgesia after induction of paw
inflammation. Local injection of DAMGO abolished the thermal and mechanical
hypersensitivity in Nav1.8-GIRK2 mice but not in wildtype littermates with
inflamed paws. In summary, these data show that expression of GIRK channels in
peripheral sensory neurons is crucial for the generation of peripheral opioid
antinociception and that there are important species-specific differences in
rodents. Potent DAMGO-induced antinociception was redeemed in transgenic mice
expressing sensory neuron-specific GIRK2. Our findings provide new insights
into molecular mechanisms underlying pain inhibition in different species and
they provoke interesting questions for future basic and clinical research.
de
dc.description.abstract
Opioide werden sehr häufig in der Schmerztherapie verwendet obwohl sie starke
Nebenwirkungen hervorrufen. Trotzdem sind Opioide bis heute die wirksamsten
Analgetika um starke Schmerzen zu lindern. Ein besseres Verständnis der
Mechanismen welche der Opioid-Analgesie insbesondere im peripheren
Nervensystem (PNS) zugrunde liegen, würde helfen um neue Opioide zu
entwickeln, die direkt in verletztem Gewebe wirken und somit den Schmerz dort
inhibieren wo er entsteht, ohne zentrale Nebenwirkungen hervorzurufen.
Aktivierung der G-Protein gekoppelten Opioidrezeptoren führt zur Inhibition
von spannungs-kontrollierten Kalziumkanälen und, im zentralen Nervensystem
(ZNS), zur Aktivierung von bestimmten Kaliumkanälen, den „G protein-coupled
indwardly rectifying potassium“ (GIRK) Kanälen. Beides geschieht durch Bindung
der Gβγ Untereinheit des Opioidrezeptors an die Ionenkanäle und führt zur
geringeren Erregbarkeit der Nervenzelle. Studien über die Expression der GIRK
Ionenkanäle im PNS zeigen widersprüchliche Ergebnisse. In dieser Dissertation
konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass GIRK Ionenkanäle eine entscheidende
Rolle in der peripheren Opioidanalgesie spielen. Starke mRNA Expression
verschiedener GIRK Untereinheiten konnte im Kleinhirn, nicht aber in den
Hinterwurzelganglien (DRGs) der peripheren sensorischen Neurone von Mäusen
nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu wurde eine deutliche mRNA Expression
der Untereinheiten GIRK1 und -2 in den Hinterwurzelganglien der Ratte gezeigt.
Mit Hilfe von Patch clamp Experimenten konnten GIRK Ströme nach Aktivierung
des mu-Opioidrezeptors in DRG Neuronen der Ratte nicht aber der Maus gemessen
werden. Es wurde eine transgene Mauslinie generiert, welche ein Flag-GIRK2
Konstrukt selektiv in peripheren sensorischen Neuronen exprimiert. Wir konnten
DAMGO-induzierte GIRK Ströme in peripheren sensorischen Neuronen der
transgenen Mäuse, nicht aber der wildtyp Geschwister messen. Dies deutet auf
eine funktionelle Kopplung von mu-Opioidrezeptoren und Flag-GIRK2 Ionenkanälen
in den transgenen Mäusen hin. Wir untersuchten, wie die Expression von Flag-
GIRK2 das Schmerzverhalten und die Opioidanalgesie in Verhaltensexperimenten
beeinflusst. Die basale Sensitivität für schmerzhafte Hitzestimuli und
Mechanische Reize war bei transgenen Mäusen unverändert gegenüber wildtyp
Geschwistern. Zwei Tage nach Induktion einer Pfotenentzündung entwickelten
auch beide eine thermale und mechanische Hyperalgesie. Injektion des mu-
Opioidagonisten DAMGO in die entzündete Pfote reduzierte jedoch Hitzeschmerz
sowie mechanische Hyperalgesie nur in den transgenen Mäusen. Zusammenfassend
konnte gezeigt werden, dass GIRK Ionenkanäle in peripheren sensorischen
Neuronen äußerst wichtig sind für die Manifestation von peripherer
Opioidanalgesie in Nagern. Wir konnten DAMGO-induzierte Analgesie in
transgenen Mäusen messen, welche den GIRK2 Ionenkanal in peripheren
sensorischen Neuronen exprimieren, nicht aber in wildtyp Mäusen die keine GIRK
Ionenkänale im PNS aufweisen. Übereinstimmend mit unseren Ergebnissen, haben
viele andere Studien periphere Opioidanalgesie in Ratten nachgewiesen, welche
GIRK Ionenkanäle normalerweise in ihren peripheren sensorischen Neuronen
exprimieren.
de
dc.format.extent
VII, 108 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::572 Biochemie
dc.title
Coupling between opioid receptors and potassium channels in pain reduction
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. med. Christoph Stein
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Petra Knaus
dc.date.accepted
2013-04-12
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000094349-2
dc.title.subtitle
relevance for species differences and efficacy
dc.title.translated
Interaktion von Opioidrezeptoren und Kaliumkanälen in der Schmerzreduktion
de
dc.title.translatedsubtitle
Relevanz für Speziesunterschiede und Wirksamkeit
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000094349
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000013477
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access