Hlavní oblasti výzkumu

1. Buněčné a molekulární mechanismy přenosu a modulace bolesti na míšní úrovni.

Stavy patologické bolesti, charakterizované bolestí vyvolanou nebolestivými podněty (alodynií), hyperalgezií a spontánní chronickou bolestí, mohou často přerůst v onemocnění odolávající známým léčebným postupům, protože zatím nejsou známy jejich buněčné a patofyziologické mechanismy. Cílem našich projektů je objasnit další mechanismy synaptické modulace nociceptivního přenosu na míšní úrovni, které jsou podkladem těchto patologických bolestivých stavů. Hlavní pozornost je upřena na studium úlohy vaniloidních receptorů (TRPV1) a cytokinů při přenosu a modulaci nociceptivní signalizace na míšní úrovni za kontrolních a patologických podmínek. Jsou využívány behaviorální, elektrofyziologické a immuhistochemické metody. Objasnění těchto mechanismů pomůže identifikovat nové potencionální cíle pro léčbu stavů chronické patologické bolesti.

Hlavní výsledky

The role of the TRPV1 endogenous agonist N-Oleoyldopamine in modulation of nociceptive signaling at the spinal cord level.

Transient receptor potential vanilloid (TRPV1) receptors are abundant in a subpopulation of primary sensory neurons that convey nociceptive information from the periphery to the spinal cord dorsal horn. The TRPV1 receptors are expressed on both the peripheral and central branches of these dorsal root ganglion (DRG) neurons and can be activated by capsaicin, heat, low pH, and also by recently described endogenous lipids. Using patch-clamp recordings from superficial dorsal horn (DH) neurons in acute spinal cord slices, the effect of application of the endogenous TRPV1 agonist N-oleoyldopamine (OLDA) on the frequency of miniature excitatory postsynaptic currents (mEPSCs) was evaluated. A high concentration OLDA (10 microM) solution was needed to increase the mEPSC frequency, whereas low concentration OLDA (0.2 microM) did not evoke any change under control conditions. The increase was blocked by the TRPV1 antagonists SB366791 or BCTC. Application of a low concentration of OLDA evoked an increase in mEPSC frequency after activation of protein kinase C by phorbol ester (PMA) and bradykinin or in slices from animals with peripheral inflammation. Increasing the bath temperature from 24 to 34 degrees C enhanced the basal mEPSC frequency, but the magnitude of changes in the mEPSC frequency induced by OLDA administration was similar at both temperatures. Our results suggest that presumed endogenous agonists of TRPV1 receptors, like OLDA, could have a considerable impact on synaptic transmission in the spinal cord, especially when TRPV1 receptors are sensitized. Spinal TRPV1 receptors could play a pivotal role in modulation of nociceptive signaling in inflammatory pain.

Spicarova D, Palecek J., J Neurophysiol. 2009 Jul;102(1):234-43. Epub 2009 Apr 15.

Modulation of AMPA excitatory postsynaptic currents in the spinal cord dorsal horn neurons by insulin.

Glutamate AMPA (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxasolepropionic acid) receptors are critical for sensory transmission at the spinal cord dorsal horn. Plasma membrane AMPA receptor endocytosis that can be induced by insulin may underlie long term modulation of synaptic transmission. Insulin receptors (IRs) are known to be expressed on spinal cord dorsal horn (DH) neurons, but their possible role in sensory transmission has not been studied. In this work the effect of insulin application on fast excitatory postsynaptic currents (EPSCs) mediated by AMPA receptors evoked in DH neurons was evaluated. Acute spinal cord slices from 6-10 day old mice were used to record EPSCs evoked in visually identified superficial DH neurons by dorsal root primary afferent stimulation. AMPA EPSCs could be evoked in all of the tested neurons. In 75% of the neurons the size of the AMPA EPSCs was reduced to 62.1% and to 68.9% of the control values when 0.5 µM or 10 µM insulin was applied. There was no significant change in the size of the AMPA EPSCs in the remaining 25% of DH neurons. The membrane permeable protein tyrosine kinase inhibitor, lavendustin A (10 µM), prevented the insulin induced AMPA EPSC depression. Our results suggest a possible role of the insulin pathway in modulation of sensory and nociceptive synaptic transmission in the spinal cord.

Spicarova D, Palecek J., Neuroscience (2009) in press

Post-operative pain behavior in rats is reduced after single high-concentration capsaicin application.

Surgical procedures associated with tissue injury are often followed by increased sensitivity to innocuous and noxious stimuli in the vicinity of the surgical wound. The aim of this study was to evaluate the role of transient receptor potential vanilloid 1 receptor (TRPV1) containing nociceptors in this process, by their functional inactivation using a high-concentration intradermal injection of capsaicin in a rat plantar incision model. Paw withdrawal responses to mechanical stimuli (von Frey filaments 10-367 mN) and to radiant heat applied on plantar skin were tested in animals treated with capsaicin or the vehicle 6 days and 24 h before or 2 h after the incision was made. In the vehicle-treated animals, mechanical and thermal sensitivity increased significantly 1-96 h following the incision. Capsaicin applied 24 h before the surgery was most effective and significantly diminished the development of post-incisional mechanical allodynia and hyperalgesia. Thermal hypoalgesia was present in the incised paw after the capsaicin treatment. Capsaicin application 6 days before the incision induced thermal hypoalgesia before the incision but did not prevent completely the thermal hyperalgesia after the incision, while there was also a reduction of mechanical hypersensitivity. Application of the capsaicin injection after the incision showed its first effect at 2 h after the injection and at 24 h the effect was comparable with the 6 days pretreatment. Our results show an important role of TRPV1-containing nociceptors in the development of post-surgical hypersensitivity and suggest that local, high-concentration capsaicin treatment could be used to reduce it.

Pospisilova E, Palecek J., Pain. 2006 Dec 5;125(3):233-43. Epub 2006 Jun 22.

2. Vliv exo- a endogeních faktorů na diferenciaci svalu, exprese mRNA a izoforem kontraktilních a Ca2+ transportních proteinů.

Tradiční oblastí je výzkum morfogenetických interakcí mezi primárními senzorickými axony a cílovou tkání. Analýza se soustřeďuje především na interakce probíhající během ontogenetického vývoje a v průběhu regenerace svalové tkáně potkanů. Studována je úloha nervových a nenervových složek na indukci fenotypu svalových mechanoreceptorů, a to prostřednictvím elektronmikroskopických, histochemických a imunocytochemických metod. V posledních letech je výzkum zaměřen na analýzu regulace genové exprese izoforem těžkých řetězců myosinu (MHC) ve svalových vláknech potkana. Studován je vliv genetických, nervových a hormonálních faktorů na formování fenotypu svalu, především na modelu tzv. heterochronní izotransplantace (Jirmanová a Soukup, Anat. Embryol. 192: 283-291, 1995).

Hlavní výsledky

A. Získané výsledky prokázaly, že senzorická inervace hraje klíčovou roli v indukci struktury svalových mechanoreceptorů. Zjistili jsme, že senzorická inervace má zásadní význam i pro expresi izoforem MHC, specifických pro intrafuzální vlákna. Prokázali jsme rovněž, že fuzimotorická inervace přispívá k rozdílům v expresi některých izoforem MHC podél intrafuzálních vláken. Na základě našich výsledků jsme vyslovili předpoklad, že existují nejméně dva typy satelitních buněk intrafuzálních vláken, které se liší svojí schopností diferenciace specifického fenotypu pod vlivem senzorické inervace. Tato část výzkumu byla průběžně shrnuta ve vyžádaném přehledu
(Soukup a spol. Microscop. Res. 30: 390-407, 1995).

B. S použitím modelu heterochronní izotransplantace svalů potkana jsme ukázali, že satelitní buňky intrafuzálních vláken si zachovávají, i přes svoji predeterminaci, značnou plasticitu, neboť po reinervaci motorickými axony se diferencují na vlákna s fenotypem extrafuzálních svalových vláken. Současné experimenty ukazují, že po transplantaci svalu je exprese genů pro MHC izoformy řízena především inervací a funkčním zatížením svalu. Výsledný poměr exprese genů pro 1, 2a, 2x/d a 2b MHC však lze ovlivnit změnami hladiny tyroidních hormonů.

Publikace