Refine
Document Type
- Article (4)
- Doctoral Thesis (1)
Has Fulltext
- yes (5)
Is part of the Bibliography
- no (5)
Keywords
- nociception (5) (remove)
Institute
(1) AlphαSynuclein (αSyn) is a synaptic protein which is expressed in the nervous system and has been linked to neurodegenerative diseases, in particular Parkinson’s disease (PD). Symptoms of PD are mainly due to overexpression and aggregation of αSyn and include pain. However, the interconnection of αSyn and pain has not been clarified so far. (2) We investigated the potential effects of a αSyn knock-out on the nociceptive behaviour in mouse models of acute, inflammatory and neuropathic pain. Furthermore, we assessed the impact of αSyn deletion on pain-related cellular and molecular mechanisms in the spinal cord in these models. (3) Our results showed a reduction of acute cold nociception in αSyn knock-out mice while responses to acute heat and mechanical noxious stimulation were similar in wild type and knock-out mice. Inflammatory nociception was not affected by αSyn knock-out which is also mirrored by unaltered inflammatory gene expression. In contrast, in the SNI model of neuropathic pain, αSyn knock-out mice showed decreased mechanical allodynia as compared to wild type mice. This effect was associated with reduced proinflammatory mechanisms and suppressed activation of MAP kinase signalling in the spinal cord while endogenous antinociceptive mechanisms are not inhibited. (4) Our data indicate that αSyn plays a role in neuropathy and its inhibition might be useful to ameliorate pain symptoms after nerve injury.
Trehalose, a sugar from fungi, mimics starvation due to a block of glucose transport and induces Transcription Factor EB- mediated autophagy, likely supported by the upregulation of progranulin. The pro-autophagy effects help to remove pathological proteins and thereby prevent neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease. Enhancing autophagy also contributes to the resolution of neuropathic pain in mice. Therefore, we here assessed the effects of continuous trehalose administration via drinking water using the mouse Spared Nerve Injury model of neuropathic pain. Trehalose had no effect on drinking, feeding, voluntary wheel running, motor coordination, locomotion, and open field, elevated plus maze, and Barnes Maze behavior, showing that it was well tolerated. However, trehalose reduced nerve injury-evoked nociceptive mechanical and thermal hypersensitivity as compared to vehicle. Trehalose had no effect on calcium currents in primary somatosensory neurons, pointing to central mechanisms of the antinociceptive effects. In IntelliCages, trehalose-treated mice showed reduced activity, in particular, a low frequency of nosepokes, which was associated with a reduced proportion of correct trials and flat learning curves in place preference learning tasks. Mice failed to switch corner preferences and stuck to spontaneously preferred corners. The behavior in IntelliCages is suggestive of sedative effects as a 'side effect' of a continuous protracted trehalose treatment, leading to impairment of learning flexibility. Hence, trehalose diet supplements might reduce chronic pain but likely at the expense of alertness.
The processing of pain undergoes several changes in aging that affect sensory nociceptive fibers and the endogenous neuronal inhibitory systems. So far, it is not completely clear whether age-induced modifications are associated with an increase or decrease in pain perception. In this study, we assessed the impact of age on inflammatory nociception in mice and the role of the hormonal inhibitory systems in this context. We investigated the nociceptive behavior of 12-month-old versus 6–8-week-old mice in two behavioral models of inflammatory nociception. Levels of TRP channels, and cortisol as well as cortisol targets, were measured by qPCR, ELISA, and Western blot in the differently aged mice. We observed an age-related reduction in nociceptive behavior during inflammation as well as a higher level of cortisol in the spinal cord of aged mice compared to young mice, while TRP channels were not reduced. Among potential cortisol targets, the NF-κB inhibitor protein alpha (IκBα) was increased, which might contribute to inhibition of NF-κB and a decreased expression and activity of the inducible nitric oxide synthase (iNOS). In conclusion, our results reveal a reduced nociceptive response in aged mice, which might be at least partially mediated by an augmented inflammation-induced increase in the hormonal inhibitory system involving cortisol.
Inflammation or injury to the somatosensory nervous system may result in chronic pain conditions, which affect millions of people and often cause major health problems. Emerging lines of evidence indicate that reactive oxygen species (ROS), such as superoxide anion or hydrogen peroxide, are produced in the nociceptive system during chronic inflammatory and neuropathic pain and act as specific signaling molecules in pain processing. Among potential ROS sources in the somatosensory system are NADPH oxidases, a group of electron-transporting transmembrane enzymes whose sole function seems to be the generation of ROS. Interestingly, the expression and relevant function of the Nox family members Nox1, Nox2, and Nox4 in various cells of the nociceptive system have been demonstrated. Studies using knockout mice or specific knockdown of these isoforms indicate that Nox1, Nox2, and Nox4 specifically contribute to distinct signaling pathways in chronic inflammatory and/or neuropathic pain states. As selective Nox inhibitors are currently being developed and investigated in various physiological and pathophysiological settings, targeting Nox1, Nox2, and/or Nox4 could be a novel strategy for the treatment of chronic pain. Here, we summarize the distinct roles of Nox1, Nox2, and Nox4 in inflammatory and neuropathic processing and discuss the effectiveness of currently available Nox inhibitors in the treatment of chronic pain conditions.
Bei inflammatorischen Schmerzen kann durch Hemmung der COX-2 im Rückenmark die zentrale Sensibilisierung reduziert werden. Da die Hemmung der gesamten COX-2 vermittelten Prostaglandinsynthese jedoch zahlreiche unerwünschte Nebenwirkungen verursacht, wird in jüngster Zeit diskutiert, ob eine selektive Hemmung der PGE2 Synthese auf Ebene der mPGES-1 für die Therapie passagerer Schmerzen sinnvoller ist. Um die funktionellen Rollen von COX-2 und mPGES-1 im Rückenmark zu charakterisieren, wurden in der vorliegenden Arbeit die Folgen einer COX-Inhibierung und mPGES-1-Deletion auf den spinalen Eicosanoidmetabolismus, die neuronale Erregbarkeit, die Synthese proinflammatorischer Zytokine und das nozizeptive Verhalten untersucht. Das proinflammatorische Zytokin TNFa induzierte in primären Rückenmarksneuronen eine COX-2- und mPGES-1-Expression und eine erhöhte PGE2 Synthese. Diese Induktion der PGE2 Synthese konnte durch den selektiven COX-2 Inhibitor Rofecoxib und den „selektiven COX-1 Inhibitor“ SC-560 gleichermaßen potent gehemmt werden. Da der Effekt von SC-560 unerwartet war, wurde sein Wirkmechanismus genauer untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass SC-560 in Rückenmarkskulturen weder die COX-2 und mPGES-1 Expression, die PLA2 Aktivität, die mPGES-1 Aktivität noch den PGE2 Transport hemmte. Durch Experimente mit Zellen aus COX-1-/- Mäusen konnte gezeigt werden, dass SC-560 in Rückenmarkskulturen die COX-2 unabhängig von COX-1 in nanomolaren Konzentrationen inhibiert. Da dieses Ergebnis den postulierten COX-1-selektiven Eigenschaften von SC-560 widersprach, wurde nach der Ursache für den Verlust der COX-1-Selektivität gesucht. Es zeigte sich, dass SC-560 in einer zellfreien in vitro Synthese und im Vollbluttest mit klarer Selektivität COX-1 hemmt. In kultivierten Rückenmarkszellen, RAW-Makrophagen und Blutzellen (Monozyten und Thrombozyten) inhibiert SC-560 allerdings d beide COX-Isoformen potent. Es wurde dadurch deutlich, dass die zelluläre Einbindung von COX-2 sowie ein niedriger Proteingehalt im extrazellulären Medium die halbmaximalen Konzentrationen (IC50) für die COX-2-Hemmung durch SC-560 stark reduzieren kann und hierdurch die COX-1-Selektivität der Substanz verloren geht. Neben einer COX-2 Hemmung verursachte auch eine mPGES-1-Deletion in Rückenmarkskulturen sowie im adulten Rückenmark eine Reduktion der PGE2 Synthese. Überrachenderweise bewirkte jedoch die mPGES-1-Defizienz im Gegensatz zur COX-2 Hemmung durch Etoricoxib im Zymosanmodell keine Reduktion der mechanischen Hyperalgesie. Um die Ursache für die unterschiedliche antihyperalgetische Wirkung der COX-2-Hemmung und mPGES-1-Deletion zu finden, wurden zunächst die Konsequenzen für die gesamte Prostaglandinsynthese untersucht. Die Analyse mittels LC-MS/MS zeigte, dass im Rückenmark mPGES-1-defizienter Mäuse verstärkt PGI2, PGF2a und PGD2 synthetisiert wird. Da für alle drei Prostaglandine bereits pronozizeptive Effekte beschrieben wurden, wurde die Expression von den entsprechenden Rezeptoren im Rückenmark und die Konsequenzen der Rezeptoraktivierung auf die neuronale Erregbarkeit untersucht. Mittels „calcium imaging“ wurde demonstriert, dass selektive IP Rezeptoragonisten in Rückenmarksneuronen eine PKA und PKC vermittelte Phosphorylierung der NMDA Rezeptoren verursachen und die Aktivierbarkeit der NMDA Rezeptoren sensibilisieren. Eine Verstärkung des NMDA induzierten Calciumeinstromes konnte nach Applikation der anderen Prostaglandine nicht beobachtet werden. Die Ergebnisse zeigen daher, dass in mPGES-1-defizienten Mäusen durch die Umleitung der Prostaglandinsynthese zu Prostacyclin die exzitatorischen NMDA Rezeptoren sensibilisiert und hierdurch die antihyperalgitische Wirkung von PGE2-Synthesehemmung kompensiert werden kann. Zusammenfassend lässt sich aus den Ergebnissen schlussfolgern, dass mPGES-1 als Zielmolekül für die Schmerztherapie eher nicht eignet ist. mPGES-1-defiziente Tiere zeigten in inflammatorischen Schmerzmodellen ein normales nozizeptives Verhalten. Dies kann dadurch erklärt werden, dass es nach einer mPGES-1 Deletion im Rückenmark zwar zur Reduktion der PGE2 Synthese aber auch gleichzeitig zur verstärkten Synthese anderer pronozizeptiv wirkender Prostaglandine kommt.