Gene expression and immunohistochemical localization of distinct modulators of inflammation and pain

Abstract

Acute as well as chronic pain leads to suffering and impaired quality of life. This project examined three different ways of pain modulation. In the first study, distinct profiles of proversus anti-inflammatory mediators were characterized for patients with various joint diseases. The results showed that upregulated pro-inflammatory mediators mainly regulate the inflammatory process in joint trauma (JT) and rheumatoid arthritis (RA) synovium, whereas upregulated anti-inflammatory mediators regulate the inflammatory process in osteoarthritis (OA) synovium. In the second study mineralocorticoid receptors (MR) as potential pain regulators were identified on peptidergic nociceptive neurons in the spinal cord and dorsal root ganglia as well as in peripheral nerve terminals penetrating the skin of naïve rats. Intraplantar and intrathecal application of MR agonists immediately elicited decreased thresholds of mechanical painful sensation suggesting an enhanced nociceptive sensitization due to rapid non-genomic effects. Consistently, membrane-bound MR in nociceptive neurons could be characterized by radiolabeled ligand binding as putative pain regulators. In the third study pain relieving effects of opioids were impaired in painful diabetic neuropathy. The results demonstrate that enhanced accumulation of advanced glycation products leads to RAGEmediated PKC activation and subsequent mu-opioid receptor (MOR) phosphorylation and desensitization, thereby, impairing the analgesic efficacy of opioids. Blockade of AGE accumulation or RAGE gene silencing by use of siRNA prevented these diabetes-induced alterations and recovered opioid responsiveness. Taken together, this project identified and characterized three novel mechanisms of pain modulation that is important in human diseases such as arthritis or diabetic neuropathy.

Akute sowie chronische Schmerzen führen zu Leiden und Beeinträchtigung der Lebensqualität. Dieses Projekt untersuchte drei verschiedene Möglichkeiten der Schmerzmodulation. In der ersten Studie wurden für Patienten mit verschiedenen Gelenkerkrankungen unterschiedliche Profile von pro-versus entzündungshemmenden Mediatoren charakterisiert. Die Ergebnisse zeigten, dass hochregulierte pro-inflammatorische Mediatoren hauptsächlich den entzündlichen Prozess bei Gelenktrauma (JT) und rheumatoider Arthritis (RA) regulieren, während hochregulierte entzündungshemmende Mediatoren den entzündlichen Prozess bei Osteoarthritis (OA) regulieren. In der zweiten Studie wurden mineralocorticoide Rezeptoren (MR) als potentielle Schmerzregulatoren auf pepidergischen nozizeptiven Neuronen im Rückenmark und dorsalen Wurzelganglien sowie in peripheren Nervenendigungen, die die Haut naiver Ratten penetrieren, identifiziert. Intraplantare und intrathekale Applikation von MR-Agonisten führten sofort zu verminderten Schwellen mechanischer schmerzhafter Empfindungen, was auf eine verstärkte nozizeptive Sensibilisierung durch membrangebundene MR-vermittelte nicht-genomische Mechanismen schließen lässt. Konsequenterweise konnten membrangebundene MR in nozizeptiven Neuronen durch radiomarkierte Ligandenbindung als potentielle Schmerzregulatoren charakterisiert werden. In der dritten Studie wurde gezeigt, dass schmerzlindernde Wirkungen von Opioiden bei schmerzhafter diabetischer Neuropathie beeinträchtigt waren. Die Ergebnisse zeigen, dass eine erhöhte Akkumulation von fortgeschrittenen Glykations-Endprodukten zu RAGE- vermittelter PKC-Aktivierung und anschließender Mu-Opioidrezeptor (MOR)-Phosphorylierung und Desensibilisierung führt, wodurch die analgetische Wirksamkeit von Opioiden beeinträchtigt wird. Blockade von AGEAkkumulation oder RAGE-Gen-Silencing unter Verwendung von siRNA verhinderte diese Diabetes- induzierten Veränderungen und stellte die Opiod-Ansprechbarkeit wieder her. Zusammengenommen identifiziert und charakterisiert dieses Projekt drei neuartige Mechanismen der Schmerzmodulation, die bei menschlichen Erkrankungen wie Arthritis oder diabetischer Neuropathie eine wichtige Rolle spielen.