Regeneration of Peripheral Nerves. The role of protein kinases, with emphasis on neurotrophic factor stimulation

Abstract

The purpose of this study was to investigate the role of protein kinases in peripheral nerve regeneration, with the use of dorsal root ganglia (DRG) and nodose ganglia explants from adult mice. The effects of neurotrophic factor stimulation and protein kinase inhibition were studied for long (days) and short term (minutes) effects. The protein kinase systems studied were protein kinase C (PKC), the cyclic nucleotide dependent protein kinases A and G (PKA, PKG) and the mitogen activated protein kinase (MAPK). When unstimulated regeneration was concerned, inhibition of either PKC or PKA and PKG showed minor or transient effects on both long- and short term axonal outgrowth. Simultaneous inhibition of PKC and PKA/PKG on both unstimulated and NGF stimulated DRG had much stronger effects, suggesting that complementary kinase systems work together during outgrowth. Inhibition of MAPK also lacked effects on unstimulated DRG or nodose ganglia. When neurotrophic factors were used on DRG, MAPK inhibition effectively inhibited both NGF and glial cell line-derived (GDNF) stimulated outgrowth. In contrast to this, neurotrophin-3 (NT-3) stimulated DRG outgrowth was further increased after inhibition of MAPK. Neurotrophin-4 (NT-4) activated MAPK and strongly stimulated axonal outgrowth from the nodose ganglion; yet MAPK inhibition was without effect on the NT-4 stimulated nodose outgrowth. The results thus show that the relative importance of MAPK varies between unstimulated and different types of stimulated growth in peripheral neurons, perhaps in a neuronal population specific way.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Regeneration av perifera nerver. Proteinkinasers betydelse, speciellt med avseende på ämnen som stimulerar nervtillväxt.



Perifera nerver är belägna utanför hjärnan eller ryggmärgen. De har kontakt med och styr organ i kroppen. Med regeneration av nerver menas återutväxten av nervecllens utlöpare, axonet, och återetablering av kontakten med målorganet. Substanser som stimulerar nervtillväxt kallas neurotrofiska faktorer. Proteinkinaser är proteiner som aktiverar andra proteiner genom att sätta på en eller flera fosfatgrupper. Syftet med studien var att undersöka proteinkinasers roll i perifer nervregeneration. En samling av nervcellkroppar kallas för ett ganglion. De perifera nervpreparaten som användes i studien var dorsalrotsganglier (DRG, lumbal 4 och 5) och <i>ganglion nodosum</i> (GN) från vuxna möss. Dorsalrotsganglierna är belägna strax utanför ryggmärgen, ungefär i midjehöjd och förmedlar sinnesintryck från ischiasnerven. Man har två <i>ganglion nodosum</i>, ett på vardera sidan av struphuvudet, och de är inblandade i bl. a. kontrollen av hjärta och lungor. Följderna av stimulering med neurotrofiska faktorer och hämning av proteinkinaser undersöktes med avseende på långtids (dagar) och korttids (minuter) effekter. Hämning av enskilda proteinkinaser på ostimulerad utväxt gav små eller övergående effekter. Samtidig hämning av tre proteinkinaser, på både ostimulerad och utväxt stimulerad med den neurotrofiska faktorn (NGF), gav mycket starkare effekter, vilket antyder att vissa proteinkinaser samarbetar under regenerationen. Djupare studium av ett proteinkinas, mitogenaktiverat proteinkinas (MAPK), i både DRG och GN visade att ett och samma proteinkinas kan ha olika roller i ostimulerad och stimulerad axonal utväxt i perifera neuron, kanske beroende på de i ganglierna ingående olika nervcellstyperna. För en mer detaljerad redovisning av de enskilda proteinkinassystemen och resultaten, se nedan.



De studerade proteinkinaserna var proteinkinas C (PKC), de cykliskt adenosinmonofosfat- (cAMP-) och cykliskt guanidinmonofosfat- (cGMP) beroende proteinkinaserna A och G (PKA och PKG) samt det mitogenaktiverade proteinkinaset (MAPK). Hämning av antingen PKC eller PKA och PKG gav små eller övergående effekter på ostimulerad axonal utväxt. Samtidig hämning av både PKC och PKA/PKG, på både ostimulerade och DRG stimulerade med nervtillväxtfaktor (NGF), gav mycket starkare effekter, vilket antyder att vissa proteinkinaser samarbetar under regenerationen.Hämning av MAPK saknade också effekter på ostimulerade DRG eller GN. I samband med neurotrofisk stimulering av DRG visade sig en hämning av MAPK effektivt reducera både NGF och glia cellinje-härledd neurotrofisk faktor (GDNF) stimulerad utväxt. I tydlig kontrast mot detta stimulerades neurotrofin-3 (NT-3) stimulerad utväxt ytterligare efter hämning av MAPK. Neurotrofin-4 (NT-4) stimulerade axonal utväxt från GN kraftigt och aktiverade MAPK. Trots detta hade MAPK hämning av NT-4 stimulerad GN-utväxt ingen effekt. Resultaten visar därmed att MAPKs betydelse varierar mellan ostimulerad och olika typer av stimulerad utväxt i perifera neuron, möjligen beroende av de i ganglierna ingående olika nervcellstyperna.

• author: Wiklund, Peter
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Doc Larsson, Christer, Malmö Allmänna Sjukhus, Molekylär Medicin, entrance 78, 3:rd floor
• organization: Department of Biology
• publishing date: 1999
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Zoology
• keywords: NT-4, NT-3, NGF, MAPK, PKG, PKA, PKC, nodose ganglion, DRG, conditioning effect, neurotrophic factors, protein kinases, peripheral, nerve regeneration, BDNF, GDNF, Neurology, neuropsychology, neurophysiology, Neurologi, neuropsykologi, neurofysiologi
• pages: 134 pages
• defense location: Lecture hall, Dept. Animal Physiology
• defense date: 1999-10-15 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUNBDS/(NBZF/1049)/1-54(1999)
• ISBN: 91-628-3769-9
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Animal Physiology (Closed 2011) (011011000)
• id: cd3e383e-5327-4b63-904c-b5ea5e93acc5 (old id 39894)
• date added to LUP: 2016-04-04 09:59:02
• date last changed: 2018-11-21 20:56:01