Ein Beitrag zum Toxnetz-Explorer: Erstellung eines Lernprogramms zum Thema Schmerz

Die Wahrnehmung schmerzhafter Stimuli und eine adäquate Reaktion auf diese ist für das Überleben essenziell. Während man akute Schmerzen vergleichsweise gut mit den klassischen Analgetika therapiert werden können, wirken jene Analgetika bei chronischen und neuropathischen Schmerzen nur unzureichend oder zeigen bei einer Langzeitanwendung therapielimitierende Nebenwirkungen. Chronische Schmerzen sind ein globales Problem, das die Lebensqualität von Millionen von Menschen weltweit beeinträchtigt und die Gesundheitsbehörden erheblich belastet. Die Intention der Erforschung verschiedener Toxine in der toxikologischen Schmerzforschung ist es, deren Mechanismen genau zu eruieren und besser verträgliche Therapiealternativen für Schmerzpatienten zu schaffen

Rab27a Contributes to the Processing of Inflammatory Pain in Mice

Tissue injury and inflammation may result in chronic pain, a severe debilitating disease that is associated with great impairment of quality of life. An increasing body of evidence indicates that members of the Rab family of small GTPases contribute to pain processing; however, their specific functions remain poorly understood. Here, we found using immunofluorescence staining and in situ hybridization that the small GTPase Rab27a is highly expressed in sensory neurons and in the superficial dorsal horn of the spinal cord of mice. Rab27a mutant mice, which carry a single-nucleotide missense mutation of Rab27a leading to the expression of a nonfunctional protein, show reduced mechanical hyperalgesia and spontaneous pain behavior in inflammatory pain models, while their responses to acute noxious mechanical and thermal stimuli is not affected. Our study uncovers a previously unrecognized function of Rab27a in the processing of persistent inflammatory pain in mice.publishersversionpublishe

Ein Beitrag zum Toxnetz-Explorer: Erstellung eines Lernprogramms zum Thema Schmerz

Die Wahrnehmung schmerzhafter Stimuli und eine adäquate Reaktion auf diese ist für das Überleben essenziell. Während man akute Schmerzen vergleichsweise gut mit den klassischen Analgetika therapiert werden können, wirken jene Analgetika bei chronischen und neuropathischen Schmerzen nur unzureichend oder zeigen bei einer Langzeitanwendung therapielimitierende Nebenwirkungen. Chronische Schmerzen sind ein globales Problem, das die Lebensqualität von Millionen von Menschen weltweit beeinträchtigt und die Gesundheitsbehörden erheblich belastet. Die Intention der Erforschung verschiedener Toxine in der toxikologischen Schmerzforschung ist es, deren Mechanismen genau zu eruieren und besser verträgliche Therapiealternativen für Schmerzpatienten zu schaffen

Ein Beitrag zum Toxnetz-Explorer: Erstellung eines Lernprogramms zum Thema Schmerz

Die Wahrnehmung schmerzhafter Stimuli und eine adäquate Reaktion auf diese ist für das Überleben essenziell. Während man akute Schmerzen vergleichsweise gut mit den klassischen Analgetika therapiert werden können, wirken jene Analgetika bei chronischen und neuropathischen Schmerzen nur unzureichend oder zeigen bei einer Langzeitanwendung therapielimitierende Nebenwirkungen. Chronische Schmerzen sind ein globales Problem, das die Lebensqualität von Millionen von Menschen weltweit beeinträchtigt und die Gesundheitsbehörden erheblich belastet. Die Intention der Erforschung verschiedener Toxine in der toxikologischen Schmerzforschung ist es, deren Mechanismen genau zu eruieren und besser verträgliche Therapiealternativen für Schmerzpatienten zu schaffen

Charakterisierung potentieller Redoxtargets im nozizeptiven System

Während hohe Spiegel von reaktiven Sauerstoffspezies (reactive oxygen species, ROS) in Form von oxidativem Stress schädliche Auswirkungen auf den Körper haben können, zeigen aktuelle Forschungsarbeiten, dass Redox-Modifikationen an Thiolresten von Proteinen reversible Signalprozesse steuern können. Dieses Prinzip der posttranslationalen Proteinmodifikation durch Redox-Signale scheint auch bei der Verarbeitung und Chronifizierung von Schmerzen von Bedeutung zu sein. Über die potenziellen Redox-modulierten Zielstrukturen im nozizeptiven System ist jedoch bisher nur wenig bekannt. Ein potentielles Redoxtarget im nozizeptiven System ist das kleine EF-Hand Ca2+-bindende Protein S100A4. Wie die anderen Familienmitglieder der S100-Proteinfamilie enthält S100A4 Cysteinreste, die in der Lage sind, redoxabhängig modifiziert zu werden. Studien an menschlichen Biopsien nach Gehirnverletzungen und an Mäusen in Verletzungsmodellen konnten zeigen, dass S100A4 neuroprotektiv wirkt. Darüber hinaus kann S100A4 sezerniert werden und vermittelt extrazellulär insbesondere regulatorische Funktionen innerhalb der Angiogenese, bei der Zellmigration sowie bei zellulären Differenzierungsprozessen. Die Funktionen von S100A4 im nozizeptiven System sind jedoch weitgehend unbekannt. In Vorarbeiten zu diesem Projekt wurde in einem Proteom-Screen beobachtet, dass S100A4 nach einer peripheren Nervenverletzung redoxabhängig im verletzten Nervengewebe hochreguliert wird. Darauf basierend wurde im Rahmen dieser Arbeit die Lokalisation von S100A4 innerhalb des nozizeptiven Systems sowie die funktionelle Bedeutung nach peripherer Nervenverletzung genauer untersucht. Anhand von Immunfluoreszenzaufnahmen konnte gezeigt werden, dass S100A4 basal in Subpopulationen Peripherin- und NF200-positiver sensorischer Neurone lokalisiert ist. Interessanterweise führt eine Nervenverletzung nicht nur zu einer deutlichen Steigerung der S100A4-Expression im Bereich der Verletzungsstelle, sondern auch zu einer Änderung des neuronalen Verteilungsmusters. Die funktionelle Bedeutung von S100A4 für die Verarbeitung von Schmerzen wurde anhand von Verhaltenstests an Mäusen näher charakterisiert. Dafür wurden gewebsspezifische S100A4 Knockout Mäuse (Adv-S100A4-/-) und globale S100A4 Knockout Mäuse (S100A4-/-) generiert. In Modellen der akuten Nozizeption zeigten sowohl Adv-S100A4-/- als auch S100A4-/- Mäuse eine normale Reaktion auf thermische und mechanische Stimuli. Im „Spared Nerve Injury“ (SNI) Modell für periphere Neuropathien zeigten die S100A4-/- Mäuse eine im Vergleich zu wildtypischen (WT) Mäusen signifikant reduzierte mechanische Hyperalgesie, während bei den gewebsspezifischen Adv-S100A4-/- Mäusen kein verändertes Schmerzverhalten beobachtet werden konnte. Im „Crush Injury“ Modell für periphere Neuropathien war die mechanische Hyperalgesie der S100A4-/- Mäuse im Vergleich zu WT Tieren jedoch nicht verändert. Zusätzlich zur mechanischen Hyperalgesie wurden auch weitere Methoden der Quantifizierung des Schmerzverhaltens (Sciatic Functional Index, Brush Test und Wühlverhalten) etabliert. Allerdings war auch hier das Verhalten der S100A4-/- Mäuse mit dem der WT Mäuse vergleichbar. Darüber hinaus war das durch Applikation eines ROS-Donors induzierte nozizeptive Verhalten von S100A4-/- und WT Mäusen ähnlich. Man kann daher schlussfolgern, dass nach einer peripheren Nervenverletzung die S100A4-Expression insbesondere im Bereich der Verletzungsstelle hochreguliert wird. Dem gegenüber scheint S100A4 jedoch für die Schmerzverarbeitung funktionell nur von untergeordneter Bedeutung zu sein. Ein weiteres potentielles Redoxtarget im nozizeptiven System ist die lösliche Epoxidhydrolase (soluble epoxide hydrolase, sEH). Die funktionelle Bedeutung von sEH für die Schmerzverarbeitung wurde bereits in früheren Studien belegt, da eine Behandlung mit sEH-Inhibitoren bei Ratten zu einer reduzierten Hypersensitivität in inflammatorischen und neuropathischen Schmerzmodellen führte. Während die analgetische Wirkung von sEH-Inhibitoren bereits gut bekannt ist, wurde eine redoxabhängige Modulation der sEH-Aktivität im nozizeptiven System in bisherigen Forschungsarbeiten kaum untersucht. Bestimmte Elektrophile können die sEH inhibieren, indem sie an das redoxaktive Cystein an Position 521 der sEH binden. Forschungsarbeiten konnten in diesem Zusammenhang bereits zeigen, dass die Cys521-vermittelte Inhibition von sEH durch das Prostaglandin 15d-PGJ2 oder 9-/10-Nitrooleonsäure (NO2-OA) im kardiovaskulären System zu einer Dilatation der Koronargefäße und einer Reduktion des Blutdrucks führt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, ob es durch eine redoxabhängige Hemmung der sEH-Funktion auch innerhalb des nozizeptiven Systems zu einer veränderten Schmerzreaktion bei Mäusen kommt. Um diese Fragestellung beantworten zu können, wurden sEH-Knockin (sEH-KI) Mäuse verwendet, deren redox-sensitives Cystein 521 durch ein Serin ersetzt wurde. Bei diesen Knockin-Mäusen können Elektrophile wie 15d-PGJ2 oder 9-/10-NO2-OA keine Enzyminhibition erzeugen. Die Charakterisierung der sEH-KI Mäuse zeigte sowohl in akuten als auch inflammatorischen Schmerzmodellen (Formalin Test und Zymosan-Pfotenentzündungsmodell) keinen Zusammenhang der Redoxmodifikation mit dem Schmerzverhalten der Mäuse. Auch in neuropathischen und viszeralen Schmerzmodellen (SNI-Modell und Modell der Zymosan-induzierten Peritonitis) konnte kein verändertes Schmerzverhalten der sEH-KI-Mäuse im Vergleich zu Kontrolltieren beobachtet werden. Darüber hinaus war das nozizpetive Verhalten nach Applikation von 15d-PGJ2 bei sEH-KI und WT Mäusen vergleichbar. Die redoxabhängige Modulation der sEH an Cystein 521 scheint demnach, im Gegensatz zum kardiovaskulären System, im nozizeptiven System keine Rolle zu spielen

Lack of efficacy of a partial adenosine A1 receptor agonist in neuropathic pain models in mice

Previous studies suggest that adenosine A1 receptors (A1R) modulate the processing of pain. The aim of this study was to characterize the distribution of A1R in nociceptive tissues and to evaluate whether targeting A1R with the partial agonist capadenoson may reduce neuropathic pain in mice. The cellular distribution of A1R in dorsal root ganglia (DRG) and the spinal cord was analyzed using fluorescent in situ hybridization. In behavioral experiments, neuropathic pain was induced by spared nerve injury or intraperitoneal injection of paclitaxel, and tactile hypersensitivities were determined using a dynamic plantar aesthesiometer. Whole-cell patch-clamp recordings were performed to assess electrophysiological properties of dissociated DRG neurons. We found A1R to be expressed in populations of DRG neurons and dorsal horn neurons involved in the processing of pain. However, administration of capadenoson at established in vivo doses (0.03–1.0 mg/kg) did not alter mechanical hypersensitivity in the spared nerve injury and paclitaxel models of neuropathic pain, whereas the standard analgesic pregabalin significantly inhibited the pain behavior. Moreover, capadenoson failed to affect potassium currents in DRG neurons, in contrast to a full A1R agonist. Despite expression of A1R in nociceptive neurons, our data do not support the hypothesis that pharmacological intervention with partial A1R agonists might be a valuable approach for the treatment of neuropathic pain

Rab27a contributes to the processing of inflammatory pain in mice

Tissue injury and inflammation may result in chronic pain, a severe debilitating disease that is associated with great impairment of quality of life. An increasing body of evidence indicates that members of the Rab family of small GTPases contribute to pain processing; however, their specific functions remain poorly understood. Here, we found using immunofluorescence staining and in situ hybridization that the small GTPase Rab27a is highly expressed in sensory neurons and in the superficial dorsal horn of the spinal cord of mice. Rab27a mutant mice, which carry a single-nucleotide missense mutation of Rab27a leading to the expression of a nonfunctional protein, show reduced mechanical hyperalgesia and spontaneous pain behavior in inflammatory pain models, while their responses to acute noxious mechanical and thermal stimuli is not affected. Our study uncovers a previously unrecognized function of Rab27a in the processing of persistent inflammatory pain in mice

Neuropathic and cAMP-induced pain behavior is ameliorated in mice lacking CNGB1

Cyclic nucleotide-gated (CNG) channels, which are directly activated by cAMP and cGMP, have long been known to play a key role in retinal and olfactory signal transduction. Emerging evidence indicates that CNG channels are also involved in signaling pathways important for pain processing. Here, we found that the expression of the channel subunits CNGA2, CNGA3, CNGA4 and CNGB1 in dorsal root ganglia, and of CNGA2 in the spinal cord, is transiently altered after peripheral nerve injury in mice. Specifically, we show using in situ hybridization and quantitative real-time RT-PCR that CNG channels containing the CNGB1b subunit are localized to populations of sensory neurons and predominantly excitatory interneurons in the spinal dorsal horn. In CNGB1 knockout (CNGB1$^{-/-}$) mice, neuropathic pain behavior is considerably attenuated whereas inflammatory pain behavior is normal. Finally, we provide evidence to support CNGB1 as a downstream mediator of cAMP signaling in pain pathways. Altogether, our data suggest that CNGB1-positive CNG channels specifically contribute to neuropathic pain processing after peripheral nerve injury