Wuppertal, Univ., Diss., 2004. / Computerdatei im Fernzugriff.

Universiẗat, Diss., 1999--Kaiserslautern.

Wuppertal, Universiẗat, Diss., 2004.

München, Techn. Univ., Diss., 2004.

Universiẗat, Diss., 2001--Kaiserslautern.

Universiẗat, Diss., 2005--Karlsruhe.

Recently, our research group identified in a study novel proalgesic targets in acute and chronic inflammatory pain: oxidized phospholipids (OxPL). OxPL, endogenous chemical irritants, are generated in inflamed tissue and mediate their pain-inducing function by activating the transient receptor potential channels TRPA1 and TRPV1. Both channels are sensors for chemical stimuli on primary afferent nociceptors and are involved in nociception. Here, with the help of calcium imaging and whole cell patch clamp recording techniques, it was found that OxPL metabolites acutely activate TRPA1 and TRPV1 ion channels to excite DRG neurons. OxPL species act predominantly via TRPA1 ion channels and mediate long- lasting non-selective inward currents. Notably, one pure OxPL compound, PGPC, activated a TRPA1 mutant lacking the binding site for electrophilic agonists, suggesting that OxPL activate TRP ion channels by an indirect mechanical mechanism. Next, it was investigated how OxPL influence the excitability of primary sensory neurons. Acute stimulation and fast calcium imaging revealed that OxPL elicit repetitive, spike-like calcium transients in small- diameter DRG neurons, which were fully blocked by antagonists against TRPA1/V1 and N- type voltage-gated calcium channels. In search of a mechanism that drives repetitive spiking of DRG neurons, it was asked whether NaV1.9, a voltage-gated sodium channel involved in subthreshold excitability and nociception, is needed to trigger OxPL-induced calcium spikes and action potential firing. In electrophysiological recordings, both the combination of local application of OxPL and current injection were required to efficiently increase the action potential (AP) frequency of small-diameter sensory neurons. However, no difference was monitored in the resting membrane potential or OxPL-induced AP firing rate between wt and NaV1.9-deficient small diameter DRG neurons. To see whether NaV1.9 needs inflammatory conditions to be integrated in the OxPL-induced excitation cascade, sensory neurons were pretreated with a mixture of inflammatory mediators before OxPL application. Under inflammatory conditions both the AP and the calcium-spike frequency were drastically enhanced in response to an acute OxPL stimulus. Notably, this potentiation of OxPL stimuli was entirely lost in NaV1.9 deficient sensory neurons. Under inflammatory conditions, the resting membrane potential of NaV1.9-deficient neurons was more negative compared to wt neurons, suggesting that NaV1.9 shows resting activity only under inflammatory conditions. In conclusion, OxPL are endogenous irritants that induce excitability in small-diameter DRG neurons, a cellular model of nociceptors, via TRP activation. This effect is potentiated under inflammatory conditions. Under these conditions, NaV1.9 functions as essential mediator as it eases the initiation of excitability after OxPL stimulation. As mutants in the human NaV1.9 mediate an enhanced or painless perception, this study provides new insight into the mechanism on how NaV1.9 amplifies stimuli of endogenous irritants under inflammatory conditions. / Im Zuge einer Studie über Entzündungsschmerz hat unsere Arbeitsgruppe oxidierte Phospholipide (OxPL) als neue endogene Entzündungsmediatoren entdeckt. Diese werden im entzündeten Gewebe produziert und vermitteln ihre schmerzinduzierende Funktion durch Aktivierung von sogenannten transienten Rezeptorpotentialkanälen TRPA1 und TRPV1. Beide Ionenkanäle werden von afferenten Nozizeptoren exprimiert und sind Sensoren für chemische Reize. In dieser Arbeit wurde mithilfe von Calcium Imaging und elektrophysiologischen Messungen gezeigt, dass oxidierte Phospholipide TRPA1 und TRPV1 aktivieren und eine erhöhte Erregbarkeit in sensorischen Neuronen der Hinterwurzelganglien (DRG Neuronen) auslösen. Hierbei aktivieren oxidierte Phospholipide TRPA1 stärker als TRPV1 und induzieren langanhaltende, nicht-selektive Einwärtsströme. Ein Bestandteil von OxPL, das Oxidationsprodukt PGPC, aktiviert zudem eine Mutante von TRPA1, die nicht die Bindungsstelle für elektrophile Agonisten trägt. Dies lässt vermuten, dass OxPL die TRP Kanäle über einen indirekten, mechanischen Mechanismus aktivieren. Als nächstes wurde der Einfluss von OxPL auf die Erregbarkeit von sensorischen Neuronen untersucht. Schnelles Calcium Imaging zeigte, dass eine akute Stimulation mit OxPL zu wiederholten spike-ähnlichen Signalen in DRG Neuronen führt. Diese waren nur in Neuronen mit kleinem Durchmessern zu finden und deren Aktivierung konnte sowohl durch Antagonisten gegen TRPA1/V1 als auch mit Inhibitoren spannungsgesteuerter N-Typ Kalziumkänale blockiert werden. Elektrophysiologische Untersuchungen zeigten, dass eine Strominjektion mit gleichzeitiger lokaler Applikation von OxPL zur Erhöhung der Aktionspotentialsrate in kleinen DRG Neuronen führt. Deshalb wurde untersucht, ob der spannungsgesteuerte Natriumkanal NaV1.9 für die durch OxPL induzierten Kalziumspikes und Aktionspotentiale verantwortlich ist, da er an der unterschwelligen Erregbarkeit von Neuronen beteiligt ist. Es konnte jedoch kein Unterschied beim Ruhemembranpotential oder der OxPL induzierten Aktionspotentialsrate zwischen den wt und NaV1.9-defizienten (NaV1.9 KO) Neuronen festgestellt werden. Um zu verstehen, ob NaV1.9 unter inflammatorischen Bedingungen in die OxPL induzierte Erregungskaskade integriert wird, wurden die sensorischen Neurone mit inflammatorischen Mediatoren vorbehandelt und anschließend mit OxPL stimuliert. Dies führte sowohl zu einer stark erhöhten Kalziumspike- als auch Aktionspotentialfrequenz im wt, während die NaV1.9 KO Neurone sich wie unter nicht inflammatorischen Bedingungen verhielten. Unter inflammatorischen Bedingungen konnte zudem eine Erniedrigung des Ruhemembranpotentials im Vergleich zwischen NaV1.9 KO und wt Neuronen beobachtet werden. Das lässt vermuten, dass NaV1.9 seine Ruheaktivität nur unter Entzündungsbedingungen zeigt. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass OxPL endogene Agonisten sind, die kleine DRG Neurone, ein zelluläres Model für Nozizeptoren, über TRPA1 und TRPV1 aktivieren. Dieser Effekt wird unter Entzündungsbedingungen verstärkt. Hierbei spielt der unterschwellig aktive Kanal NaV1.9 eine essentielle Vermittlerrolle, indem er die Auslösung von Aktionspotentialen nach einem OxPL Stimulus erleichtert. Da Mutationen im menschlichen Na1.9 Kanal zu einem erhöhten oder sogar fehlendem Schmerzempfinden führen können, gibt diese Studie einen neuen Einblick in den Mechanismus mit dem NaV1.9 Stimuli endogener, reizauslösender Substanzen unter Entzündungsbedingungen amplifiziert.

Univ., Diss.--Freiburg/Br., 1999.

Les lipides cationiques sont des molécules amphiphiles chargées positivement et couramment utilisées comme vecteur de transfection tant in vitro qu'in vivo avec une bonne efficacité. Cependant, la transfection in vivo par voie intraveineuse à l'aide de complexes lipides cationiques/ADN (lipoplexes) induit une réponse inflammatoire, attribuée à la présence de séquences CpG dans les plasmides transportés, et qui limite l'efficacité de transfection des complexes. Il a été montré dans notre laboratoire que la pré-injection de liposomes de diC14-amidine, un lipide cationique mis au point dans notre laboratoire, avant l'injection des lipoplexes diC14-amidine/ADN permettait d'augmenter l'efficacité de transfection tout en diminuant la production de TNF-¦Á dans le sérum [Elouahabi et al., 2003b]. Ce résultat suggérait une nouvelle propriété anti-inflammatoire de la diC14-amidine dans le cas d'une inflammation causée par les lipoplexes de diC14-amidine/ADN. Dans le présent travail, nous d¨¦montrons que les macrophages de la rate sont les principales cellules productrices de TNF-¦Á suite à l'injection intraveineuse des lipoplexes à des souris. Ces mêmes cellules sont également la principale cible des liposomes de diC14-amidine après injection intraveineuse. Nous avons dès lors centré notre étude sur ce type cellulaire, en utilisant une lignée établie de macrophages murins. Nos résultats ont permis de confirmer la capacité des liposomes de diC14-amidine à inhiber la sécrétion des cytokines pro-inflammatoires induites par des séquences CpG, des lipopolysaccharides ou des poly(I :C). Fait intéressant, la présence de sérum est indispensable à la propriété anti-inflammatoire des liposomes de diC14-amidine. Par fractionnement successifs des composants du sérum, nous avons pu montrer que seuls les phospholipides des lipoprotéines pouvaient conférer cette propriété aux liposomes de diC14-amidine.

Non-steroidal antiinflammatory drugs are most commonly used for inflammatory and postoperative pain. But they lack effectiveness and specificity, leading to severe side effects, like gastric ulcers, asthma and severe bleeding. Oxidized 1-palmitoyl-2-arachinidonoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (OxPAPC) plays an important role in inflammatory pain. PAPC is a common phosphatidylcholine of membranes, which can be oxidized by reactive oxygen species. In preliminary experiments, our group found that local injection of OxPAPC in rat paws induces hyperalgesia. In this study we examined the effect of OxPAPC on transient receptor potential A1 (TRPA1), an ion channel expressed in C-fiber neurons. Furthermore, we investigated if intracellular cysteine residues of TRPA1 were necessary for agonist-channel-interactions and if a subsequent TRPA1 activation could be prevented by OxPAPC scavengers. To answer these questions, we performed calcium imaging using HEK-293 cells stably expressing hTRPA1, or transiently expressing the triple mutant channel hTRPA1-3C and naïve DRG neurons. Cells were incubated with the ratiometric, fluorescent dye Fura-2/AM and stimulated with OxPAPC. The change of light emission after excitation with 340 and 380 nm wavelengths allowed conclusions regarding changes of intracellular calcium concentrations after TRPA1 activation. In our investigation we proved evidence that OxPAPC activates TRPA1, which caused a flow of calcium ions into the cytoplasm. The TRPA1-specific channel blocker HC-030031 eliminated this agonist-induced response. TRPA1-3C was not completely sensitive to OxPAPC. The peptide D-4F and the monoclonal antibody E06 neutralized OxPAPC-induced TRPA1 activation. In this work, the importance of OxPAPC as a key mediator of inflammatory pain and as a promising target for drug design is highlighted. Our results indicate that TRPA1 activation by OxPAPC involves cysteine-dependent mechanisms, but there are other, cysteine-independent activation mechanisms as well. Potential pharmaceuticals for the treatment of inflammatory pain are D-4F and E06, whose efficiency has recently been confirmed in the animal model by our research group. / Nichtsteroidale Antiphlogistika werden bei Entzündungs- und postoperativen Schmerzen eingesetzt. Ihre mangelnde Effektivität und Spezifität kann jedoch starke Nebenwirkungen wie Magen-Darmulzera, Analgetikaasthma und Blutungen hervorgerufen. Hyperalgesie kann in Entzündungsprozessen lokal durch das oxidierte Phospholipid 1-Palmitoyl-2-Arachinidonoyl-sn-Glycero-3- Phosphocholin (OxPAPC) induziert werden, welches durch Oxidation mit reaktiven Sauerstoffspezies entsteht. Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe zeigten, dass OxPAPC nach intraplantarer Injektion in Rattenpfoten Hyperalgesie hervorruft. In dieser Arbeit steht die Interaktion zwischen OxPAPC und dem „transient receptor potential A 1“ Kanal (TRPA1), einem Ionenkanal von C-Faser-Neuronen, im Fokus. Es wurde untersucht, ob intrazelluläre Cysteinreste zur Aktivierung durch oxidierte Phospholipide beitragen und ob diese durch einen OxPAPC-spezifischen Antagonismus verhindert werden kann. Zur Klärung der Fragestellung verwendeten wir HEK-293 Zellen, die entweder hTRPA1 stabil oder den an drei Positionen mutierten hTRPA1-C3 transient exprimierten und native DRG Neurone. Die Änderung der intrazellulären Kalziumionenkonzentration nach Kanalmodulation mit OxPAPC wurde mittels ratiometrischer Fura-2/AM-Experimente bestimmt. Wir zeigten, dass OxPAPC zur Aktivierung von TRPA1 führt, welche sich nach Zugabe des spezifischen Antagonisten HC-030031 als reversibel erwies. Sind drei Cysteine des intrazelllulären Aminoterminus von TRPA1 mutiert, wurde ein Anstieg der intrazellulären Kalziumkonzentration durch OxPAPC verringert. Das Peptid D-4F und der monoklonale Antikörper E06 neutralisierten die Wirkung von OxPAPC auf den Kanal. Das in Entzündungsprozessen gebildete OxPAPC ist ein endogener Agonist von TRPA1 Kanälen und stellt damit eine potentielle pharmakologische Zielsubstanz für die Entwicklung von Analgetika dar. Naheliegend ist, dass die Aktivierung von TRPA1 durch OxPAPC über Cysteinbindungsstellen erfolgen kann. Jedoch sind weitere, cysteinunabhängige Mechanismen ebenfalls wahrscheinlich. D-4F und E06 sind vielversprechende neuartige Substanzen für die Behandlung von Entzündungsschmerz. Ihre analgetische Wirkung wurde bereits im Tiermodell durch unsere Arbeitsgruppe bestätigt.