Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Tierexperimentelle Untersuchungen an Mausmutanten zur Funktion der endogenen Polysialinsäure bei der peripheren Nervenregeneration

Brämer, Christian Hubertus

Polysialic acid (PolysSia) is a dynamically regulated, post-translational modification of the neural cell adhesion molecule (NCAM). During ontogenesis, polySia is bound to NCAM. In the postnatal development of the organism, the amount of polySia decreases significantly. PolySia is synthesized by two polysialyltransferases (ST8SiaII and ST8SiaIV) in the golgi apparatus. While SiaII shows high activity during the embryonic stage, this changes during postnatal development in favor of SiaIV, which is mainly found in the brain at this time point. It has already been shown that the synthesis of polySia is amplified after nerve lesion. However, up to now, it is not known how a reduction of polySia affects early peripheral nerve regeneration. Furthermore, it has not been evaluated which function is fulfilled by each of the polysialyl transferases during peripheral nerve regeneration in the adult mammal. To answer this question, this study used two genetically transformed mouse mutants. In each of them, one of the sialyltransferases was inactivated completely while the other one showed a decreased activity. Wildtype animals served as controls. At the age of 8 weeks, an axonotmesis of the left sciatic nerve was performed in all animals. Seven days post surgery, all animals were sacrificed and the nerves were harvested and morphologically evaluated. The results showed, that the regeneration rate of myelinated axons was significantly increased in ST8SiaIV inactivated mice compared to wildtype mice. In addition the regeneration rate was significantly decreased in mice lacking ST8SiaII. Regarding the size of the axons, it turned out, that the axons of animals missing ST8SiaII were significantly smaller compared to animals missing ST8SiaIV and compared to wildtype animals. The size of the myelin sheath, on the contrary, did not differ between the three groups. Summing up, these results proofed that inactivity of one of the polysialyltransferases and the associated decrease of polySia during early nerve regeneration affects the elongation and size but not the myelinisation of axons.

Polysialinsäure (PolySia) ist eine dynamisch regulierte, posttranslationale Modifikation des neuralen Zelladhäsonsmoleküls (NCAM). Während der Ontogenese befindet sich polySia in gebundener Form an NCAM. In der postnatalen Entwicklung reduziert sich der Gehalt an polySia deutlich. PolySia wird im Organismus von zwei Polysialyltransferasen (ST8SiaII und ST8SiaIV) im Golgi-Apparat synthetisiert. Während SiaII in der embryonalen Phase eine starke Aktivität zeigt, ändert sich dies in der postnatalen Entwicklung zugunsten von SiaIV, welche sich zu diesem Zeitpunkt hauptsächlich im Gehirn findet. In Studien konnte bereits gezeigt werden, dass polySia in Folge einer Nervenläsion verstärkt synthetisiert wird. Bisher ist jedoch nicht klar, wie sich ein reduzierter polySia-Gehalt auf die frühe Phase der peripheren Nervenregeneration auswirkt. Darüber hinaus standen Untersuchungen, in denen die Funktion der beiden Polysialyltransferasen SiaII und SiaIV während der Regeneration eines peripheren Nervs an adulten Vertebraten untersucht wird, bislang aus. Zur Klärung dieser Frage wurden genetisch veränderte Mausmutanten verwendet, bei denen jeweils eine Sialyltransferase komplett und die zweite teilweise deletiert wurde. Als Kontrollgruppe wurden Tiere des Wildtypes verwendet. Im Alter von 8 Wochen wurde bei allen Tieren eine Axonotmesis des linken N. ischiadicus durchgeführt. Am siebten Tag post OP wurden die Tiere getötet, die Nerven entnommen und morphometrisch ausgewertet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Regenerationsrate der myelinisierten Axone bei Tieren, die ST8SiaIV deletiert waren, im Vergleich zu den Wildtyptieren signifikant zunahm. Im Gegensatz dazu wurden bei den ST8SiaII deletierten Tieren signifikant weniger myelinisierte regenerierte Axone nachgewiesen. Bei der Auswertung der Axongröße stellte sich heraus, dass die Axone bei Tieren, denen ST8SiaII fehlt, signifikant kleiner waren als die Axone der SiaIV deletierten Tiere und der Wildtypen. Hingegen war die Größe der Myelinscheiden bei beiden Mausmutanten unverändert. Zusammenfassend konnte durch die Untersuchungen bewiesen werden, dass das Fehlen einer Sialyltransferase und der damit verbundene reduzierte Gehalt an polySia, während der frühen Nervenregeneration einen Einfluss auf das Längen- und Dickenwachstum von Axonen, aber nicht auf deren Myelinisierungsgrad hat.

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Brämer, Christian Hubertus: Tierexperimentelle Untersuchungen an Mausmutanten zur Funktion der endogenen Polysialinsäure bei der peripheren Nervenregeneration. Hannover 2009. Tierärztliche Hochschule.

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