Hämoxigenase-2 und -1 während der pränatalen Entwicklung in prä- und paravertebralen sympathischen Ganglien der Maus

Abstract

Einleitung: Mit der Entdeckung von NO als Prototyp einer neu entdeckten Klasse gasförmiger Transmitter wurde die Möglichkeit diskutiert, ob durch Hämoxigenasen (HO) generiertes CO ebenso wie NO ein weiterer gasförmiger Transmitter sein könnte, oder ob sich es lediglich um ein Abbauprodukt handelt. Vorkommen und Wirkung von HO-2 und HO-1 im zentralen und peripheren Nervensystem adulter Tiere wurden in der Literatur ausgiebig beschrieben. Sehr wenige Autoren haben Hämoxigenasen im zentralen Nervensystem während der embryonalen Entwicklung untersucht. Im peripheren Nervensystem existieren bislang keine Untersuchungen während der embryonalen Entwicklung. An Hand einer ontogenetischen Reihenuntersuchung sollte geklärt werden, ab wann Hämoxigenasen (insbesondere HO-2) in Neuronen sympathischer Ganglien nachgewiesen werden können und welcher Einfluss der Hämoxigenasen auf die neuronale Reifung, Wachstum der Nervenfasern sowie der Synaptogenese daraus abgeleitet werden könnte. Material und Methoden:HO-2 und HO-1 wurden in den paravertebralen sympathischen Ganglien SCG und SG und in den prävertebralen Ganglien CSMG und IMG der Entwicklungsstadien E14.5-E20.5, von neugeborenen und adulten Mäusen immunhistochemisch untersucht. Ergänzend wurden sensorische thorakale und lumbale Spinalganglien des E15.5 und E16.5 immunhistochemisch untersucht. Ergebnisse: Initial (E15.5) gelang der Nachweis von HO-2 nur in einzelnen Perikarien (0-1,4%) der untersuchten sympathischen Ganglien. Zwischen E18.5 und E19.5 konnte eine sigmoide Häufigkeitszunahme HO-2 positiver Perikarien von 35,5% auf 75,4% in allen Ganglien beobachtet werden. Unmittelbar vor Geburt (E20.5) waren bis zu 81,4%, unmittelbar nach der Geburt 92,8% und im adulten Stadium bis zu 95,1% HO-2 positiv. Zwischen den paravertebralen und den prävertebralen Ganglien gab es keine kraniokaudalen Entwicklungsunterschiede. Die HO-2 Immunreaktivität setzte nicht abrupt ein, sondern die Intensität nahm kontinuierlich zu. HO-2 konnte in den sensorischen Ganglien 2-3 Tage früher als in den sympathischen Ganglien nachgewiesen werden. Während am E15.5 max. in 1,4% der Perikarien der sympathischen Ganglien HO-2 nachgewiesen werden konnte, wurde in den sensorischen mit 17,9% 10mal häufiger HO-2 positive Neuronen nachgewiesen. Am E16.5 reagierten circa doppelt soviele (30,2% vs. 13,1%) und am E18.5 drei mal soviele (100% vs. 35,5%) sensorische wie sympathische Neuronen HO-2 positiv. Der Nachweis von HO-1 in neuronalen Perikarien gelang in keinem der untersuchten Entwicklungsstadien. Diskussion: HO-2 hat keinen Einfluss auf die Migration der Neuroblasten aus der Neuralleiste (E10), auf die Bildung eines sympathischen Ganglions (E13.5) sowie auf das Wachstum der Nervenfasern und der Synaptogenese (E13.5-E16.5), da es zu diesen Zeitpunkten in den Neuronen noch nicht nachgewiesen werden konnte. Für die neuronale Entwicklung sind vielmehr Faktoren wie FGF8, NGF, TrkA, GDNF und Artemin verantwortlich. HO-2 konnte in Axonen zu keinem der untersuchten Zeitpunkte nachgewiesen werden, weder während der Neurogenese noch im adulten Stadium. HO-2 erfüllt somit überwiegend metabolische Aufgaben. Da HO-2 unmittelbar nach dem Eintreffen sympathischer Axone in den Zielorganen nachgewiesen werden kann (ab E16.5), könnte HO-2 ein Marker neuronaler Reife darstellen. HO-2 konnte in sensorischen Ganglien 2-3 Tage früher nachgewiesen werden, dem Vorsprung von 2½ Tagen zur Bildung eines Ganglions nach der Migration von Neuroblasten aus der Neuralleiste entsprechend. Da HO-1 zu keinem der untersuchten Zeitpunkte in den sympathischen Ganglien nachgewiesen werden konnte, hat HO-1 somit keinen Einfluss auf die Migration der Neuroblasten aus der Neuralleiste, auf die Bildung eines sympathischen Ganglions, die neuronale Differenzierung und das axonale Wachstum. Introduction: Since the implementation of nitric oxide as a neurotransmitter the role of carbon monoxide is still controversially discussed. In the literature the points of view vary from primary metabolic function to a further putative transmitter. Distribution and effects of heme oxygenases have been examined systematically in the central and peripheral nervous systems of adult animals. The role of heme oxygenases (HO) in embryonic development is poorly understood. The present study was aimed to determine the time point of occurrence of HO in sympathetic ganglia during development to obtain clues as to the role of HO in neuronal maturation, axonal growth and synaptogenesis. Methods and Materials: HO-2 and HO-1 were examined immunhistochemically in the paravertebral sympathetic superior cervical ganglia and stellate ganglia, in the prevertebral sympathetic celiac superior mesenteric ganglia and in the inferior mesenteric ganglia at the embryonic days E14.5-E20.5, postnatal and adult. In addition, sensory thoracic und lumbar dorsal root ganglia were examined immunhistochemically at E15.5 and E16.5. Results: Initially (E15.5), HO-2 immunoreactivity was observed only in few sympathetic neurons (0-1.4%). Between E18.5 and E19.5, the frequency of neuronal HO-2 positive perikarya sigmoidally increased from 35.5% up to 75.4% in all examined sympathetic ganglia. Prenatally (E20.5), HO-2 immunoreactivity was observed in 81.4%, after birth in 92.8% and in adults in 95.1% of the neurons. No significant developmental differences between prevertebral and paravertebral ganglia were seen. Intensity of HO-2 immunoreactivity did not occur in an on/off mechanism, in fact the intensity increased continuously. In sensory ganglia, HO-2 immunoreactivity was observed 2-3 days earlier than in the sympathetic ganglia. In sympathetic ganglia, HO-2 immunoreactivity was observed in 1.4% of the neurons at E15.5, while in sensory ganglia HO-2 immunoreactivity was found in 17.9% of the neurons (ten times more). At E16.5, we found two times more (30.2% vs. 13.1%) and at E18.5 three times more (100% vs. 35.5%) HO-2 positive neurons in sensory ganglia than in sympathetic ganglia. HO-1 was neither observed in adult nor in embryonic sympathetic ganglia. Discussion: HO-2 has no evident influence on migration of neuroblasts from the neuronal crest (E10), development of sympathetic ganglia (E13.5), axonal growth and synaptogenesis (E13.5-E16.5), because HO-2 immunoreactivity was not found in neurons at the respecitive time points during development. Instead, known factors such as FGF8, NGF, TrkA, GDNF and Artemin may govern these events. In general, HO-2 was observed only in cell bodies but not in axons. Therefore, HO-2 is likely to fulfil predominantly metabolic functions. HO-2 might be a considered as a marker of neuronal maturation because the onset of neuronal HO-2 immunoreactivity coincides with the time point when sympathetic axons have reached their target organs (E16.5). In sensory ganglia, HO-2 immunoreactivity was observed 2-3 days earlier than in the sympathetic ganglia corresponding to the earlier development of sensory ganglia (2-3 days) after migration of neuroblasts from the neuronal crest.HO-1 has no evident influence neither on migration of neuroblasts from the neuronal crest, development of a sympathetic ganglion, neuronal differentiation nor on growth of axons and synaptogenesis, because HO-1 immunoreactivity was not found at these points of time.