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Regulation of prostaglandin E2 release in cerebral ischemia

Barakat, Waleed M. Adel

German Title: Die Regulierung von prostaglandin E2 Entlassung nach ischemia

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Abstract

Arachidonsäure (AS) und ihre Stoffwechselprodukte sind an der Induktion und/oder Beseitigung von Entzündungen beteiligt. Prostaglandin E2 (PGE2) ist ein Stoffwechselprodukt von AS, das für seine neurotoxische Wirkung in verschiedenen pathophysiologischen Prozessen bekannt ist. PGE2 entsteht durch die Aktivität der zytosolischen Phospholipase A-2 (cPLA-2), der Cylcooxygenase-2 (COX-2) und der microsomale Prostaglandin E2 Synthetase (mPGES-1). In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die für die PGE2-Synthese verantwortlichen Gene infolge einer Ischämie sowohl in vivo nach Okklusion der Arteria cerebri media der Maus (middle cerebral artery occlusion, MCAO), als auch in vitro nach Sauerstoff-Glukose-Deprivation (oxygen glucose deprivation, OGD) primärer cortikaler Neuronen, hochreguliert werden. Außerdem wurden in vivo und in vitro Hinweise auf eine NF-κB-Abhängigkeit dieser Hochregulierung geliefert. In vivo zeigten Mäuse, die einen Inhibitor des NF-κBSignawegs exprimieren, eine reduzierte Hochregulierung der Gene der Prostaglandin-Synthese cPLA-2, COX-2 und mPGES-1 nach MCAO. In vitro konnte durch Reporterfusionsgene, in welchen die Promotorsequenz jeweils eines der drei AS-Kaskadengene in einen Promotor-losen Vektor eingefügt wurden, gezeigt werden, dass der NF-κB-Aktivator TNF, oder Überexpression der konstitutiv aktive IKK2 oder p65 die Transkription von mPGES-1, cPLA-2 und COX-2 in primären corticalen Neuronen stimulieren, was auf eine Beteiligung von NF-κB an der Regulation dieser Gene hinweist. Das High Mobility Group Box 1 Protein (HMGB1) ist ein nukleäres Protein, dessen Cytokin-ähnliche Aktivität in verschiedenen Entzündungsmodellen als später Entzündungsmediator mit Einfluss auf einen oder mehrere Rezeptoren wie Receptor for Advanced Glycation End Product (RAGE) und Toll-like Receptor (TL-2 und TL-4), kürzlich entdeckt wurde. Die vorliegende Studie zeigt, dass HMGB1 eine Rolle in der Vermittlung toxischer Effekte der OGD in primären corticalen Neuronen und in gemischten Kulturen aus Neuronen, Astrozyten und Mikroglia spielt. Neuronen setzten HMGB1 nach OGD frei, während eine Blockierung des HMGB1-Effekts unter Verwendung des löslicher Rezeptors sRAGE protektiv wirkte. Die Stimulation mit rekombinantem HMGB1 hatte nur eine toxische Wirkung auf gemischte Kulturen. Dieser Effekt wurde durch die Wirkung von RAGE auf Mikroglia vermittelt, die auf HMGB1 mit der Produktion von PGE2 reagierten, was die Neurotoxizität weiter verstärkte.

Translation of abstract (English)

Arachidonic acid (AA) and its metabolites are implicated in the induction and/or resolution of inflammation. Prostaglandin E2 (PGE2) is a metabolite of AA that is known to have neurotoxic effects in several pathophysiological conditions such as ischemia. PGE2 is produced as a result of the combined activities of several genes including, cytosolic phospholipase A-2 (cPLA-2), cyclooxygenase-2 (COX-2) and microsomal prostaglandin E2 synthase-1 (mPGES-1). We have shown that the genes responsible for PGE2 synthesis were upregulated following ischemia both in vivo in mice subjected to middle cerebral artery occlusion (MCAO) and in vitro in primary cortical neurons subjected to oxygen glucose deprivation (OGD). We also provided in vivo and in vitro evidence that this upregulation was dependant on NF-κB signaling. In vivo, mice expressing an inhibitor of the NF-κB pathway in neurons showed an abolished upregulation of the AA cascade genes cPLA-2, COX- 2 and mPGES-1 after MCAO. In vitro, reporter fusion genes in which the promoter sequence for each of the three AA cascade genes was inserted into a promoterless vector showed that the NF-κB activators TNF, constitutively active IKK2 or p65 stimulated the transcription of cPLA-2, COX-2 and mPGES-1 in primary neurons providing evidence for the involvement of NF-κB in the regulation of these genes. High mobility group box 1 protein (HMGB1), a nuclear protein, was recently shown to have a cytokine like activity acting as a late mediator of inflammation in several models of inflammation by acting on one or more receptors including receptor for advanced glycation end products (RAGE) and Toll like receptors (TLR-2 and -4). HMGB1 was shown in our study to have a role in mediating the toxic effect observed after OGD in primary cortical neurons and in mixed neural cultures containing neurons, astrocytes and microglia. Neurons released HMGB1 after OGD and blocking the effects of HMGB1 using the decoy receptor sRAGE was protective. However, stimulation with recombinant HMGB1 was only toxic to mixed neural cultures and this effect was mediated through RAGE on microglia which responded to HMGB1 by the production of PGE2 which further promotes neurotoxicity.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Hilgenfeldt, Urlich
Date of thesis defense: 12 January 2009
Date Deposited: 12 Jan 2009 15:22
Date: 2009
Faculties / Institutes: Service facilities > Pharmakologisches Institut
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Prostaglandin E2, Entlassung, Schlaganfall
Uncontrolled Keywords: Prostaglandin e2 , release , ischemia
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