Organization of extracellular matrix macromolecules in the vestibular nuclear complex of the rat and frog, and their possible role during compensation

Absztrakt
We described for the first time the molecular composition and distribution of extracellular matrix (ECM) in the vestibular nuclear complex. Observations were carried out on intact and unilaterally labyrinthectomized rats, and on intact common water frogs. Our main findings: • In the vestibular nuclei of the rat, ECM molecules are expressed in an area dependent manner. All forms of ECM are present in rat’s vestibular nuclei; diffusely in the neuropil, or in condensed forms as perineuronal net (PNN) or axonal coats, and accumulation in nodes of Ranvier. • Formation of perineuronal nets is in association with the neuronal size, suggesting that giant and large neurons are ensheated, while medium and small neurons are mostly not covered by perineuronal accumulation of ECM. • Considerable staining differences were seen, including both neuropil and perineuronal net patterns, between parts of the vestibular nuclei having different afferent and efferent connections. Thus, regional differences correlate with cytoarchitecture, hodological, and functional characters of each vestibular nucleus, and their subnuclei. • In the rat severe alterations in staining patterns of hyaluronan and chondroitin sulfate proteoglycans occur around neurons of lateral vestibular nucleus following unilateral labyrinthectomy. This finding proves the possible role of ECM molecules in the induction of postlesional disorders. • The temporal onset of functional and behavioral progress after unilateral labyrinthectomy corresponds with the time course of perineuronal net reestablishment, which suggests the role of matrix turnover in plastic changes of neuronal circuits and compensatory processes. • In the frog vestibular nuclear complex perineuronal nets are only accumulated around neurons of lateral and medial vestibular nucleus. They are built only by hyaluronan, and devoid of chondroitin sulfate proteoglycans and glycoproteins, enabling better plastic and regenerative properties. • Parallel with findings in rat, regional difference characterizes the expression of matrix molecules in frog’s vestibular nuclei, associating with functional and connection properties. Jelen munka az első morfológiai összefoglalás, amely az extracellularis matrix (ECM) molekuláris összetételének vizsgálatát és eloszlásának feltérképezést tűzte ki célul a vestibularis magkomplexumban. Vizsgálatainkat ép és labyrinthus irtott patkányokon, valamint ép kecskebékákon (Rana esculenta) végeztük. Eredményeink alapján a legfontosabb következtetéseink: • Patkány vestibularis magkomplexumában az ECM molekulák regionális megoszlást mutatnak. Az ECM valamennyi ismert megjelenési formáit leírtuk a patkány vestibularis magjaiban: diffúzan a neuropilben, és kondenzált formában, mint ’perineuronalis net’ (PNN) és ún. ’axonal coat’, ill. nodalis ECM a Ranvier féle befűződések körül. • A PNN kialakulása neuron mérettől függő, az óriás- és nagyméretű neuronokat erős PNN veszi körül, míg a közepes- és kisméretű neuronok körül nagyrészt nem alakul ki PNN. • Jelentős különbségek mutatkoztak a neuropil és PNN-ek jelölődési mintázatában a vestibularis magkomplexum különböző afferens és efferens kapcsolatokkal rendelkező régiói között. Megállapítottuk, hogy a regionális különbségek korrelálnak az adott mag cytoarchitektonikai, hodológiai, és funkcionális jellemzőivel. • Patkányban féloldali labyrinthusirtást követően a hyaluronsav és chondroitin sulfat proteoglycanok jelölődésének jelentős csökkenését tapasztaltuk a sérült oldali nucl. vestibularis lateralis neuronjait borító PNN-ben. A megfigyeltek alapján feltételezzük az ECM jelentős változását a vestibularis léziót követő tünetek kialakulása során. • Labyrinthus irtását követő tünetek rendeződésének időbeli lefolyása megfelel a perineuronalis hálók újbóli kiépülésének idejével, amiből következtethetünk az ECM turnover szerepére az idegrendszer plasztikus változásaiban, és a tünetek kompenzálódásában. • Béka vestibularis magkomplexumában kizárólag a lateralis és medialis magokban jellemző a PNN. Felépítésükben csak a hyaluronsav vesz részt, viszont chondroitin sulfat proteoglycanok nincsenek jelen. Ezen ECM összetétel alátámasztja a béka vestibularis rendszer nagyfokú plaszticitási és regenerációs képességeit/lehetőségeit. • Béka vestibularis magkomplexumában, patkányhoz hasonlóan, karakterisztikus regionális különbségek láthatók az ECM molekuláris összetételét és a jelölődés mintázatát tekintve, amely összefüggésbe hozható az területek funkcionális és kapcsolati jellemzőivel.
Leírás
Kulcsszavak
extracellular matrix, perineuronal, rat vestibular system, labyrinthectomy, frog vestibular system, vestibular compensation, neural plasticity, chondroitin sulfate proteoglycans, hyaluronan, tenascin-R, extracellularis matrix, perineuronalis net, patkány vestibularis rendszer, béka vestibularis rendszer, labyrinthus irtás, vestibularis compensatio, idegi plaszticitás, chondroitin sulfat proteoglycanok, hyaluronsav
Forrás