Ein optogenetischer Ansatz zur Untersuchung der zellulären und molekularen Mechanismen von A-Faser-Nozizeptor induziertem Akutschmerz und Entzündungsschmerzen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Lechner
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240043454

Mechanische Schmerzreize werden durch periphere sensorische Nervenzellen detektiert, welche in C-Faser Nozizeptoren und A-Faser Nozizeptoren unterteilt werden. Unsere Vorarbeiten die während der vergangenen Förderperiode durchgeführt wurden, haben eine zuvor unbekannte funktionelle Vielfalt unter A-Faser Nozizeptoren aufgezeigt. Wir konnten einen molekularen Marker, den Neuropeptid Y Rezeptor Typ 2 (Npy2r), für eine Subgruppe von A-Faser Nozizeptoren identifizieren und zeigen, dass diese Afferenzen essentiell für die Wahrnehmung von spitzen und potenziell gewebeschädigenden mechanischen Reizen sind. Weiters konnten wir zeigen, dass die Integration von nozizeptiven und taktilen Reizen eine wichtige Rolle bei der Schmerzentstehung spielt. Wir konnten zeigen, dass selektive optogenetische Aktivierung von Npy2r-positiven A-Fasern unnatürlich starke Schmerzen auslöst, welche durch gleichzeitige Aktivierung von Tastrezeptoren (LTMRs) gelindert werden. Darüberhinaus zeigen unsere Daten, dass ein einzelnes Aktionspotential in Npy2r-positiven Nozizeptoren ausreicht um einen Pfotenrückzugsreflex auszulösen, dass jedoch zusätzliche sensorische Information von LTMRs erforderlich ist um einen koordinierten Bewegungsablauf des Reflexes zu gewährleisten. Unsere Ergebnisse erstellen somit erstmals einen direkten kausalen Zusammenhang zwischen präzise definierter neuronaler Aktivität in genetisch eindeutig identifizierten sensorischen Neuronen und der Entstehung von Schmerz und nozizeptivem Abwehrverhalten. Zusätzlich zu diesen Experimenten haben wir einen RNASeq Screen durchgeführt und potentielle Kandidatengene für den nach wie vor unbekannten Mechanotransduktionskanal in Nozizeptoren identifiziert.Die folgenden Fragen blieben vorerst jedoch unbeantwortet und sollen nun im Rahmen des vorgeschlagenen Projektes bearbeitet werden:1.) Welche Rolle spielen Npy2r-positive Nozizeptoren bei chronischem Schmerz?2.) Wie wird nozizeptive Information von Npy2r-positiven Nozizeptoren und taktile Information von Tastrezeptoren im Rückenmark zusammengeführt?3.) Welcher Ionenkanal ist für Mechanotransduktion in Nozizeptoren verantwortlich?Npy2r-positve Nozizeptoren exprimieren TrkA, den Rezeptor für Nerve Growth Factor, welcher eine zentrale Rolle bei der Entstehung von Hyperalgesie bei Entzündungen spielt. Mittels elektrophysiologischer Messtechniken und des von uns entwickelten optogenetischen Schmerztests, werden wir die Mechanismen untersuchen die zur Sensibilisierung von A-Faser Nozizeptoren führen. Die neuronalen Schaltkreise im Rückenmark die nozizeptive und taktile Reize zusammenführen und verarbeiten, werden mit Hilfe einer neuen Mausmutante untersucht, die es uns erstmals ermöglicht die Aktivität von Nozizeptoren und Tastrezeptoren unabhängig voneinander zu kontrollieren. Außerdem planen wir mit Hilfe von Gene-Silencing und Patch-Clamp Messungen die Rolle der von uns identifizierten Ionenkanäle in der Mechanotransduktion in Nozizeptoren zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen