Stickstoffmonoxid (NO)- und Kohlenmonoxid (CO)- vermittelte Signaltransduktion in einem Kokulturmodell aus Gliazellen und Modellneuronen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Neuroregenerative Strategien nach einer traumatischen Rückenmarksverletzung beinhalten eine Wanderung von regenerationsfördernden Zellen zur Wunde, eine Beseitigung von Zelltrümmern und eine Förderung des axonalen Wachstums. Neuronale und gliale Zellen produzieren als Folge des Traumas in einem inflammatorischen Prozess den Botenstoff NO, der unter anderem über eine Stimulation der löslichen Guanylylzyklase zu einer Erhöhung des cGMP-Spiegels führt. Im Projekt wurde ein Kokultursystem aus humanen NT2-Neuronen und unterschiedlichen glialen Zelltypen für die Simulation von NO/cGMP-vermittelten Regenerationsprozessen entwickelt. Die NO/cGMP-Signaltransduktion ist ein positiver Regulator der Wanderung von NT2-Vorläuferzellen aus differenzierenden Zellsphären. Dieses Ergebnis wurde an fetalen humanen neuronalen Progenitorzellen bestätigt. Die NO/cGMP-Signaltransduktion ist auch ein positiver Regulator der mikroglialen Einwanderung in die Kratzwunde eines Zellrasens, die eine Verletzung in vitro simuliert. Somit könnten neuronale Vorläuferzellen und Mikroglia durch eine NO-Quelle im Gewebe mobilisiert werden. Das Neuritenwachstum der NT2-Neuronen wird nicht durch NO/cGMP, aber über die cAMP-Signalbahn stimuliert. Kanine Hüllgliazellen und Schwann-Zellen wandern mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in die Kratzwunde, wobei die Hüllglia aus dem Bulbus olfactorius am schnellsten ist. Dieser Typus von Hüllglia fördert in Kokulturen auch am besten das Neuritenwachstum der NT2-Neuronen. Überraschenderweise exprimieren kanine Hüllgliazellen in unseren Assays keine NO-Synthasen. Dieser Befund steht im Gegensatz zu Literaturberichten aus anderen Spezies. NO fördert, unabhängig von cGMP, die Phagozytose von Apoptose-induzierten NT2-Neuronen durch eine murine Mikroglialinie. Die Aktivierung der Mikroglia führt über die NO-Produktion zu einer Hemmung des Neuritenwachstums von NT2-Neuronen. Eine Aktivierung der Mikroglia induziert zudem die Hämoxigenase-1 (HO-1), ein biosynthetisches Enzyms des Signalstoffs CO. Das HO-1/CO System wirkt antagonistisch zur NO-Signaltransduktion. Es reguliert die gliale NO-Produktion, Zellwanderung und Phagozytose herunter und hebt die Hemmung des Neuritenwachstums auf. Die Untersuchungen unterstützen ein therapeutisches Potenzial für CO-freisetzende Substanzen. Die Manipulation der RhoA/ROCK-Signalbahn stellt eine andere Möglichkeit dar, das Auswachsen der NT2-Neuriten zu beinflussen. Das Neuritenwachstum lässt sich durch Inhibitoren des RhoA/ROCK-Signalweges fördern, die auf die Organisation des Zytoskeletts im Wachstumskegel einwirken. Zu diesen Wirkstoffen gehören das Analgetikum Ibuprofen, der ROCK-Inhibitor Y-27632 und der in Japan zugelassene Vasodilator Fasudil. Das biokompatible Material der Nephila-Spinnenseide erweist sich als ein geeignetes Substrat, um die Regeneration von Axonen der humanen NT2-Neuronen entlang einer Leitschiene zu fördern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Nitric oxide and cGMP signal transduction positively regulates the migration of human neuronal precursor (NT2) cells. Journal of Neurochemistry, 110:1828- 1841, 2009
Tegenge MA und G Bicker
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2009.06279.x) - Nitric oxide and cyclic nucleotide signal transduction modulates synaptic vesicle turnover in human model neurons. Journal of Neurochemistry, 111:1434-1446, 2009
Tegenge MA, Stern M und G Bicker
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2009.06421.x) - Integration of human model neurons (NT2) into embryonic chick nervous system. Developmental Dynamics, 239: 496-504, 2010
Podrygajlo G, Wiegreffe C, Scaal M und G Bicker
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/dvdy.22193) - Synaptic currents and transmitter responses in human NT2 neurons differentiated in aggregate culture. Neuroscience Letters, 468:207-210, 2010
Podrygajlo G, Song Y, Schlesinger F, Krampfl K und G Bicker
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.neulet.2009.10.092) - Nitric oxide stimulates human neural progenitor cell migration via cGMP mediated signal transduction. Cellular and Molecular Life Sciences, 68:2089-2099, 2011
Tegenge MA, Rockel TD, Fritsche E und G Bicker
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00018-010-0554-9) - Rapid differentiation of human embryonal carcinoma stem cells (NT2) into neurons for neurite outgrowth analysis. Cellular and Molecular Neurobiology, 31:635-643, 2011
Tegenge MA, Roloff F und G Bicker
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s10571-011-9659-4) - Schwann cell-free adult canine olfactory ensheathing cell preparations from olfactory bulb and mucosa display differential migratory and neurite growth-promoting properties in vitro. BMC Neuroscience, 14:141, 2013
Roloff F, Ziege S, Baumgärtner W, Wewetzer K and G Bicker
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/1471-2202-14-141) - Nitric oxide / cyclic GMP signaling regulates motility of a microglial cell line an primary microglia in vitro. Brain Research, 1564:9-21, 2014
Scheiblich H, Roloff F, Singh V, Stangel M, Stern M und G Bicker
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.brainres.2014.03.048) - Spider silk as guiding biomaterial for human model neurons. BioMed Research International, 2014:906819, 2014
Roloff F, Strauß S, Vogt PM, Bicker G, and Radtke C
(Siehe online unter https://doi.org/10.1155/2014/906819) - Enhanced Neurite Outgrowth of Human Model (NT2) Neurons by Small-Molecule Inhibitors of Rho/ROCK Signaling. PLoS One. 10:e0118536, 2015
Roloff F, Scheiblich H, Dewitz C, Dempewolf S, Stern M und G Bicker
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0118536) - Nitric oxide regulates antagonistically phagocytic and neurite outgrowth inhibiting capacities of microglia. Developmental Neurobiology, 76:566-584. 2015
Scheiblich H und G Bicker
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/dneu.22333) - Regulation of microglial migration, phagocytosis, and neurite outgrowth by HO-1/CO signaling. Developmental Neurobiology, 75:854-876, 2015
Scheiblich H und G Bicker
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/dneu.22253)
