Recovery of whisking function after manual stimulation of denervated vibrissal muscles requires brain-derived neurotrophic factor (BDNF) [Elektronische Ressource] / Johannes Söhnchen

Friederike Linden

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Aus dem Zentrum Anatomie der Universität zu Köln Institut für Anatomie I Geschäftsführender Direktor: Prof. Dr. K. Addicks „Recovery of whisking function after manual stimulation of denervated vibrissal muscles requires brain(derived neurotrophic factor (BDNF)” Inaugural(Dissertation zur Erlangung der Doktorwürde der Hohen Medizinischen Fakultät der Universität zu Köln vorgelegt von Johannes Söhnchen aus Engelskirchen promoviert am 31.August 2011 Dekan: Universitätsprofessor Dr. med. Dr. h. c. Th. Krieg 1. Berichterstatter/in: Professor Dr. med. D. N. Angelov 2. Berichterstatter/in: Universitätsprofessor Dr. med. W. F. Haupt Erklärung: Ich erkläre hiermit, dass ich die vorliegende Dissertationsschrift ohne unzulässige Hilfe Dritter und ohne Benutzung anderer als der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe; die aus fremden Quellen direkt oder indirekt übernommenen Gedanken sind als solche kenntlich gemacht. Bei der Auswahl und Auswertung des Materials sowie bei der Herstellung des Manuskriptes habe ich Unterstützungsleistungen von folgenden Personen erhalten: Herr Prof. Dr. D. N. Angelov Weitere Personen waren an der geistigen Herstellung der vorliegenden Arbeit nicht beteiligt. Insbesondere habe ich nicht die Hilfe einer Promotionsberaterin/ eines Promotionsberaters in Anspruch genommen.

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• Publié le: 01 janvier 2011
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    Aus dem Zentrum Anatomie der Universität zu Köln Institut für Anatomie I Geschäftsführender Direktor: Prof. Dr. K. Addicks

    „Recovery of whisking function after manual stimulation of denervated vibrissal muscles requires brain(derived neurotrophic factor BDNF)”

    Inaugural(Dissertation   zur Erlangung der Doktorwürde der Hohen Medizinischen Fakultät der Universität zu Köln    

      vorgelegt von Johannes Söhnchen aus Engelskirchen   promoviert am 31.August 2011  

Dekan: Universitätsprofessor Dr. med. Dr. h. c. Th. Krieg   1. Berichterstatter/in: Professor Dr. med. D. N. Angelov 2. Berichterstatter/in: Universitätsprofessor Dr. med. W. F. Haupt        Ich erkläre hiermit, dass ich die vorliegende Dissertationsschrift ohne unzulässige Hilfe Dritter und ohne Benutzung anderer als der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe; die aus fremden Quellen direkt oder indirekt übernommenen Gedanken sind als solche kenntlich gemacht.   Bei der Auswahl und Auswertung des Materials sowie bei der Herstellung des Manuskriptes habe ich Unterstützungsleistungen von folgenden Personen erhalten:   Herr Prof. Dr. D. N. Angelov   Weitere Personen waren an der geistigen Herstellung der vorliegenden Arbeit nicht beteiligt. Insbesondere habe ich nicht die Hilfe einer Promotionsberaterin/ eines Promotionsberaters in Anspruch genommen. Dritte haben von mir weder unmittelbar noch mittelbar geldwerte Leistungen für Arbeiten erhalten, die im Zusammenhang mit dem Inhalt der vorgelegten Dissertationsschrift stehen.     Die Dissertationsschrift wurde von mir bisher weder im Inland noch im Ausland in gleicher oder ähnlicher Form einer anderen Prüfungsbehörde vorgelegt.         Köln, den 14.01.2011  

 

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• Ansetzen der benötigten Chemikalien und Pufferlösungen • der Bedienung von Axioskop 50 Epifluoreszenz Mikroskop; Zeiss Erlernen Oberkochen, Deutschland • der angefärbten motorischen Endplatten sowie Differenzierung in Auszählen mono oder polyinnervierte Endplatten unter Fluoreszenzmikroskopie        • Dr. Maria Grosheva bei den durchgeführten Operationen Frau • Srebrina K. Angelova bei der Digitalisierung und Analyse der Frau Vibrissenbewegung • D. Felder bei der Dünnschnitterstellung am Kryotom Frau • Prof. Dr. D. N. Angelov bei der Erstellung des englischsprachigen Herrn Manuskripts und der Muskelpräparation      

 

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   Danken möchte ich vor allem meinen Eltern und meinem Bruder, die in jeder Lebenslage und an jedem Ort der Welt immer ganz nah bei mir sind.   Außerdem danke ich insbesondere meinem Doktorvater Prof. Dr. D. N. Angelov, der mir schon seit dem Anatomiekurs im dritten Semester und besonders beim Verfassen dieser Arbeit mit Rat und Tat zur Seite stand. Unsere Zusammenarbeit war mir stets eine große Freude. Ich hoffe wir bleiben auch in Zukunft in gutem Kontakt.   Des Weiteren danke ich meinen Doktorandenkollegen dafür, dass wir die anstrengenden und die schönen Seiten unserer Promotionsarbeit so gut zusammen gemeistert haben.   Zu besonderem Dank verpflichtet bin ich Friederike. Du gibst mir die Kraft und das nötige Durchhaltevermögen um auch die schreibintensiven Phasen meines Daseins durchzustehen, damit wir uns so bald wie möglich wieder den „Steinen“ des Lebens zuwenden können.       Vielen Dank!

 

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Im Anschluss an eine Verletzung peripherer Nerven folgt selten deren funktionelle Wiederherstellung Lundborg, 2003; Tang et al., 2004; Xin et al., 2008; Hadlock et al., 2010). Vielmehr entwickelt sich eine Vielfalt an Zuständen, wobei eine Verschlechterung, einschließlich Paresen, Synkinesien und Dysreflexien mit post( paralytischen Syndromen zur Norm gehört Kerrebijn and Freeman, 1998).   Die zelluläre Antwort auf die Verletzung peripherer Nerven wurde ausführlich dokumentiert. Dabei wird vermutet, dass die fehlerhafte Reinnervation vermutlich der Hauptgrund der anschließend abnormalen Funktion ist Sumner, 1990; Ito and Kudo, 1994; Dai et al., 2000; Moran and Graeber, 2004; English, 2005; Maegele et al., 2005; Robinson and Madison, 2009). Die Axone selbst unterliegen hierbei ausgeprägter Verästelung, wobei jedes durchtrennte Axon bis zu 25 kollaterale Äste innerhalb des Nervs ausbilden kann Shawe, 1955; Morris et al., 1972; Mackinnon et al., 1991). Als Folge dieses exzessiven Sprießens, werden die sich regenerierenden Axone teilweise fehlgeleitet und verfehlen ihre ursprünglichen Faszikel Anonsen et al., 1986; Baker et al., 1994). Wenn die sich regenerierenden Axone ihre Zielmuskeln erreichen, kann die hohe Anzahl kollateraler Äste dazu führen, dass ein Muskel von mehr als einem Motoneuron reinnerviert wird polyneuronale Innervation). Dies führt oft zu sich antagonisierenden Aktionen Vleggeert(Lankamp et al., 2005). Erreichen die sich regenerierenden Axone letztlich den paralysierten Muskel, so unterliegen sie dort zusätzlich terminalem, axonalem Versprießen und reinnervieren gleichzeitig mehrere motorische Endplatten Grimby et al., 1989; Trojan et al., 1991; Son et al., 1996). Des Weiteren vollführen Schwannzellen nach einer Nervenverletzung zahlreiche Prozesse, die eine Brückenbildung innerhalb des Zielmuskels terminalen Schwannzellen) zur Folge haben. Sie fungieren auch als Substrat, damit die terminalen Sprossen der Axone multiple benachbarte anstatt nur einer) motorische Endplatten erreichen Kang et al., 2003; Magill et al., 2007; Griffin and Thompson, 2008; Madison et al., 2009).   Es wurden zahlreiche Faktoren identifiziert, welche die Genauigkeit der Reinnervation von motorischen Endplatten sowohl auf Höhe der axonalen Regeneration als auch an den terminalen Schwannzellen verbessern. Die Stimulation von Muskeln, z.B. mit elektrischer Stimulation oder Bewegungsübungen,     

verhindert intramuskuläres axonales Sprießen und vermindert die Polyinnervation motorischer Endplatten Brown and Ironton, 1977; Brown and Holland, 1979). Gleichfalls haben wir gezeigt, dass manuelle Stimulation MS) von denervierten Barthaarbündeln nach einer Verletzung des N. facialis die Polyinnervation reduziert. Dies geht mit einer verbesserten Barthaarbewegungen und verbesserten Lidschlussreflexen einher Angelov et al., 2007; Bischoff et al., 2009). Des Weiteren limitieren Laufübungen und elektrische Stimulation die Bildung terminaler Schwannzellbrücken und verbessern dadurch die Genauigkeit der Reinnervation Love et al., 2003; Tam and Gordon, 2003b).   Die oben erwähnten strukturellen Merkmale wurden von verschiedenen trophischen Faktoren unterstützt. Unter anderem zeigte sich, dass der „brain(derived neurotrophic factor“ BDNF) direkt auf die Motoneurone Oppenheim et al., 1992; Sendtner et al., 1992; Yan et al., 1992) einschließlich der fazialen Motoneurone von Ratten wirkt Kobayashi et al., 1996) und dadurch eine wichtige Rolle spielt Sendtner, 1998). Des Weiteren bilden Schwannzellen in chronisch denervierten Muskeln BDNF, was ein möglicher Hinweis auf die Beteiligung an Reparaturprozessen unter entsprechenden Bedingungen ist Dedkov et al., 2002). Vorangegangene Arbeiten haben darüber hinaus gezeigt, dass die beschleunigte motorische Reinnervation von Zielmuskeln nach kurzer elektrischer Stimulation mit einer beschleunigten und vermehrten Hochregulation von neurotrophischem BDNF sowie seinem verwandten Rezeptor TrkB in Motoneuronen einhergeht Al(Majed et al., 2000b; Al(Majed et al., 2004).   Obwohl die übungsinduzierte Hochregulation von BDNF nachweislich die Wiederherstellung der Bewegungsfähigkeit nach einer Verletzung des Rückenmarks fördert Gomez(Pinilla et al., 2002; Gomez(Pinilla et al., 2004; Ying et al., 2005), weiß man nicht, ob dieser neurotrophische Faktor oder sein Rezeptor an stimulations( induzierten Veränderungen in peripheren Nerven beteiligt sind. An dieser Stelle haben wir als Erstes die Bildung von BDNF in denervierten Muskeln von Wildtyp( Mäusen nach der Verletzung des N. facialis geprüft und eine signifikante Hochregulation festgestellt. Um zu evaluieren, ob dieser Wachstumsfaktor und sein Rezeptor benötigt werden, um die positiven Effekte der MS zu vermitteln, haben wir unser manuelles Stimulations(Protokoll auf heterozygote Mäuse mit BDNF (Mangel     

BDNF+/() und einem Mangel an dessen Rezeptor TrkB TrkB+/() angewandt. Die

daraus gewonnenen Daten wurden mit heterozygoten Wurfgeschwistern Mäusen

desselben Wurfes) von beiderlei Genotyp, welche nur dem sogenannten “handling”

unterworfen waren, und mit intakten Mäusen vom Wildtyp verglichen.

 

 

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  Söhnchen J 1 *, Grosheva M 2 *, Kiryakova S 1 , Hübbers CU 3 , Sinis N 4 , Skouras E 5 , Ankerne J 1 , Kaidoglou K 6 , Fries JWU 7 , Irintchev A 8 , Dunlop SA 9 , Angelov DN 1      1 Department of Anatomy I, University of Cologne; 2 Department of Oto(Rhino(Laryngology, University Hospital of Cologne; 3 Jean(Uhrmacher Institut for clinical ENT(Research, University Hospital of Cologne; 4 Plastic Surgery Clinic, Martin(Luther(Hospital, 14193 Grunewald, Berlin 5 of Orthopedics and Trauma Surgery, University Hospital of Cologne;Department 6 Laboratory of Histology and Embryology, Medical School, Aristotle University of Thessaloniki, Greece, 7 Department of Pathology, University Hospital of Cologne; 8 Department of Oto(Rhino(Laryngology, University of Jena, Germany; 9 Experimental and Regenerative Neurosciences, School of Animal Biology The University of Western Australia   * Contributed equally and share first authorship   %+  Prof. Dr. Doychin N. Angelov, M.D., Ph.D., Institut für Anatomie der Universität zu Köln, Joseph(Stelzmann(Strasse 9, D(50924 Köln, Germany; Telephone: +49(221( 478(5654; Fax: +49(221(478(87893; email:angelov.anatomie@uni(koeln.de      % - 0  Dr. E.C. Hirsch, Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale, Unite Mixte de Recherche S679, Paris, France

 

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