Az extracelluláris makromolekulák szerepe a központi idegrendszer fejlődésében

Absztrakt

Az extracelluláris mátrix (ECM) egyik fő komponenese a hialuronsav (HA), mely hatással van a mátrixalkotók organizációjában és a sejt-ECM kapcsolat regulációjában. Munkánk első részében a HA és a HA-hoz kötődő kondroiti-szulfát proteoglikánok (CSPG) expressziós mintázatát térképeztük fel csireembriók gerincvelő telepeiben, annak érdekében, hogy újabb adatokat gyűjtsünk ezen ECM alkotók lehetséges szerepéről a neuronok differenciációja és axonjaik növekedése során. A HA specifikus hisztokémiai reakciókat kombinálva különböző neuron populációkat jelző immunofluoreszcens jelöléssel szövettani metszetekben kimutattuk, hogy a HA elsősorban postmitotikus állapot előtti osztódó sejtek körül akkumulálódik. A HA valószínűleg a neuronok kezdeti differenciációját segíti. A HA által közvetített pontos jelátviteli útvonal nem ismert, azonban gerincvelő izolátumokbó RT-PCR-rel kimutattuk, hogy a HA akkumulációért a hialuronsav-szintáz (HAS) 2 és HAS 3 a felelős. A HAS2 és HAS3 enzimek valószínűleg egyben az egyetlen HA kötő sejtfelszíni molekulák is ezekben a sejtekben, mivel a hisztokémiai módszerekkel nem tudtunk sem CD44-et sem pedig RHAMM-ot kimutatni a korai stádiumokban. Ehhez kapcsolódóan A HA kötő CSPG-k (lektikánok) eloszlását vizsgáltuk RT-PCR és hisztotechnikai módszerek segítségével ugyanezen csirkeembriók gerincvelő telepeiben. A lektikánok expressziós mintázata nagy átfedést mutatott a HA reakcióval, így feltételezhetően funkcionális kapcsolat van ezen molekulák között. A lektikánok közül a neurokán exressziója volt jellemző a fiatalabb stádiumokban, míg idősebb korban az erősen glikozilált aggrekán expressziója dominált. A CSPG-k központi fehérje megváltozása mellett a kondroitin-szulfát ilyen módon való növekedése a gerincvelő fejlődése során valószínűleg szerepet játszik a neuronalis differenciációban. Más CSPG, a phosphacan exrpesszióját is kimutattuk az embrionális gerincvelóben, proliferáló sejtek körül és perifériás idegekben, azok belépési zónájában valamint a fehérállományban. A szürkeállományban futó axonok körül viszont érdekes módon nem találtunk phosphacant. Munkánk második részében a HA változását figyeltük meg a nervus vestibulochochlearis átvágását követő regenerációban békákon. A regeneráció idején a HA jelentősen csökkent a primer afferenseket fogadó vestibularis magokban, amely a HA eloszlás struktúrájában is megmutatkozott; az idegsejtek körüli perineuronalis hálóban levő HA jelölődés csökkent le. Ennek alapján a HA non-permisszív hatását feltételezhetjük a központi idegrendszerben az axonregenerációban. A periférás idegekben azonban a HA permisszív hatással bírhat, mivel a primer afferensekben emelkedett a HA mennyisége a regeneráció során.

One major component of the extracellular matrix (ECM) is hyaluronan (HA) that is important for organization of other ECM molecules and in the regulation of cell-matrix communication. We investigated the expression pattern of HA and HA-binding chondroitin-sulphate proteoglycans (CSPG) in spinal cord of chicken embryos in order that providing new data about the possible roles of these molecules in differentiating neurons and axon guidance and sprouting. Using biotynilated HA specific binding complex (bHABC) combined with immunofluorescent labelling of differentiating neurons in histological sections of spinal cords, HA was found around neuroprogenitor cells before their postmitotic stage. These finding suggested the permissive role of HA in neuroprogenitor cell differentiation. The exact signaling pathway was not evaluated but we showed the expression of two hyaluronan synthases HAS2 and 3 in the developing spinal cord indicating that these molecules might also functioning as HA binding molecule to the cell surface. The HAS2 and 3 might be the exlusive cell adhesion molecule with the ligand of HA in our system since we could not detect the CD44 and RHAMM, the major receptors of HA. By using RT-PCR and histotechniqe, we also found a set of HA-binding CSPGs (lecticans) expressed by embryonic spinal cord. The expression pattern of these lecticans were largely overlapped with the HA reaction suggesting a functional realtionship between the lecticans and HA to form HA-lectican complexes. Among lecticans, the neurocan was expressed in earlier stage of development while the highly glycosylated lectican (aggrecan) was expressed by older embryos. Increasing of the relative amount of chondroitin-sulphate during differentiation of the spinal cord suggested that both chondroitin-sulphate and core protein had functional role in embryonic development. Another CSPG, phosphacan was also expressed by developing spinal cord. We found that phosphacan was accumulating around proliferating neurons, in the peripheral nerves and in their entry zone as well as in the white matter. Interestingly, phosphacan was not detect around the axons in the gray matter. In the second part of our work we found changes in distribution of HA after transsection of the vestibulocochlear nerve in frogs. During regeneration the expression of HA decreased in the vestibular nuclei indicating structural changes in the perineuronal net. These findings suggest a non-permissive role of HA to the axon sprouting in the central nervous system while the HA might be permissive in the peripheral nerves which was indicated increased relative amount of HA during regeneration.

Leírás
Kulcsszavak
extracelluláris mátrix, Extracellular matrix, neuronális fejlődés, Neuronal development, képanalízis, Image analysis, ideg regeneráció, Neural regeneration
Forrás