< Terug naar vorige pagina

Project

De rol van MMP-3 in functioneel herstel van de hersenen in antwoord op letsels.

Onze hersenen zijn in staat om zichzelf functioneel en structureel aan te
passen aan omgevingsveranderingen en dit fenomeen wordt hersenplasticiteit
genoemd. De visuele cortex of het deel van de hersenen dat visuele informatie ontvangt, is ongetwijfeld de meest bestudeerde hersenregio met betrekking
tot hersenplasticiteit en hersenontwikkeling. De moleculaire mechanismen
die hersenplasticiteit reguleren zijn echter nog steeds grotendeels ongekend.
Matrix metalloproteïnases (MMPs) zijn Zn2+-afhankelijke endopeptidases die
een essentïele functie hebben in normale hersenontwikkeling en neuroplasticiteit,
ondermeer door het moduleren van extracellulaire matrix proteïnen, receptoren,
adhesiemoleculen, groeifactoren en cytoskeletale proteïnen. Recent onderzoek
heeft aangetoond dat MMP-3 betrokken is bij synaptische plasticiteit,
hippocampaal-afhankelijk leren, en neuronale ontwikkeling en migratie in
het cerebellum. De functie van dit enzyme in de neocortex is echter weinig
onderzocht. Daarom hebben we een fenotypische karakterisatie ondernomen van
de neuronale architectuur en de capaciteit voor ervaringsafhankelijke corticale
plasticiteit in devisuele cortex van volwassen MMP-3-deficiënte (MMP-3-/-)
muizen. Golgi-Cox kleuringen toonden een significante reductie in de lengte
van apicale dendrieten, dendritische spines en een verhoogd aantal apicale
vertakkingen in laag V pyramidale neuronen in de visuele cortex van volwassen
MMP-3-/- muizen in vergelijking met wildtype (WT) dieren. Om het effect van
MMP-3 deficïentie op corticale plasticiteit na te gaan werden volwassen MMP-3-/-
muizen monoculair geënucleëerd (ME) en de reactivatie van de contralaterale
visuele cortex werd geanalyseerd zeven weken na ME. In tegenstelling tot
resultaten in volwassen C57Bl/6J muizen bleef de neurale activiteit beperkt tot de binoculaire zone en breidde niet uit tot de monoculaire zones, wat een
verstoorde open-oog potentiatie doet vermoeden. Permanente hypoactiviteit
in de monoculaire cortex lateraal en mediaal van V1 suggereerde eveneens een
gebrek aan crossmodale plasticiteit. Deze observaties tonen aan dat genetische
inactivatie van MMP-3 grote gevolgen heeft voor de structurele integriteit
en de plasticiteitsrespons van de visuele cortex in volwassen muizen. Om de
moleculaire veranderingen achter dit MMP-3-/- fenotype verder te achterhalen
werd een Western analyse uitgevoerd op verschillende neurofilament proteïne
(NF) subeenheden alsook op collapsine respons mediator proteïnes (CRMP).
NF zijn merkers voor een gezond cytoskelet en bepalen de vorm en architectuur
van neuronen terwijl CRMPs vooral betrokken zijn bij neuriet uitgroei door het
moduleren van microtubule polymerisatie. Een significante stijging van zowel
de gefosforyleerde en niet-gefosforyleerde vorm van NF-high, gefosforyleerd
NF-medium, NF-low en α-internexine werd geobserveerd in de visuele cortex
van MMP-3-/- muizen in vergelijking met WT. Deze resultaten suggereren dat
een verandering in stoichiometrie van NF subeenheden gerelateerd is aan de
afwijkende neuronale architectuur dewelke MMP-3-/- muizen karakteriseert.
Daarbovenop werd een significant verhoogde CRMP-5 expressie vastgesteld in
MMP-3-/- stalen in tegenstelling tot de onveranderdeexpressie van CRMP-1,
-2, -3 en -4. Recente publicaties tonen aan dat een overexpressie van CRMP-5
de uitgroei van dendrieten negatief reguleert door het aantal mitochondriën
in een neuron te verminderen door processen zoals autofagie en mitofagie.
Om een mogelijke bijdrage van deze processen in kaart te brengen werd
de expressie van deautofagiemerker microtubule-associated protein 1 light
chain 3 (LC3-II) nagegaan en we vonden een significante overexpressie van dit
molecule in MMP-3-/- muizen. De expressie van het mitochondriaal fusieproteïne
mitofusin-2 (Mfn-2) en dynamin-related proteïne 1(Drp1), verantwoordelijk voor
mitochondriale fissie, vertoonde geen verschillen in expressie en dit suggereert
dat de mitochondriale fusie en fissie balans ongewijzigd is in de visuele cortex
van MMP-3-/- muizen. Algemeen kunnen we besluiten dat een veranderde NF
compositie, overexpressie van CRMP-5 en een mogelijke verhoging in autofagie
aan de basis ligt van het structurele fenotype in de visuele cortex van MMP-3-/-
muizen.

Om de acute rol van MMPs in ME-geïnduceerde visuele cortex plasitciteit na te
gaan werd een Western analyse uitgevoerd voor MMP-3 om de fluctuaties
in MMP-3 expressie na te gaan die geassocieerd zijn met verschillende
overlevingstijden na ME in P45 en P120 oude muizen. Dit experiment toonde
significante verschillen aan in proMMP-3 expressie in P45 muizen zowel in
de mediaal monoculaire als de binoculaire zone terwijl bij P120 muizen de
proMMP-3 expressie na enucleatie niet significant wijzigde. Dit suggereert
dat MMP-3 potentiëel noodzakelijk is om, zoals het geval is in P45muizen,
crossmodale plasticiteit te verhinderen. Desalniettemin werdgeen actieve
vorm van MMP-3 gedetecteerd via Western analyse en daarom probeerden
we een fluorescente activiteitsassay te optimaliseren om de proteolytische
activiteit van MMP-3 op te meten in de visuele cortex. Echter, wanneer
uitgevoerd op MMP-3-/- stalen, toonde dezeassay een fluorescent signaal met
gelijkaardige sterkte als in P45 en P120 C57Bl/6J stalen waardoor deze techniek
onbetrouwbaar werd verklaard. Om de analyse van ME-geïnduceerde corticale
plasticiteituit te breiden naar andere MMPs werd vervolgens aandacht besteed
aande gelatinases (MMP-2 en MMP-9) aangezien hun functie in synaptische
plasticiteit welgekend is. Gebruikmakend van een combinatie van Western
analyse en gelatine zymografie werden geen significante verschillen in MMP-2
expressie gevonden in alle geteste condities. Voor MMP-9 wasgeen geschikt
antilichaam beschikbaar en gelatine zymografie toonde geen detecteerbare
proteolytische activiteit van MMP-9 wat mogelijks te verklaren valt door
problemen met staalvoorbereiding. Algemeen kunnen we besluiten dat meer
onderzoek nodig is omtrent de evaluatie vanMMP activiteit in de visuele cortex
van de muis. Een duidelijke meting van specifieke MMP activiteit zal de basis
leggen voor nieuwe farmacologische experimenten met oog op het aantonen
van een causaal verband tussen MMP functie en ME-geïnduceerde corticale
plasticiteit.
Datum:1 okt 2010 →  31 dec 2014
Trefwoorden:Matrix metalloproteinases, Visual cortex, Mouse, Brain, Plasticity
Disciplines:Neurowetenschappen, Biologische en fysiologische psychologie, Cognitieve wetenschappen en intelligente systemen, Ontwikkelingspsychologie en veroudering
Project type:PhD project