Die Rolle des Granulozyten-Kolonie-stimulierenden Wachstumsfaktors (G-CSF) bei der postischämischen Rezeptor Regulation ‒ Untersuchungen am Schlaganfallmodell G-CSF-defizienter Mäuse

Abstract

Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss des endogenen G-CSF-Systems auf neuronale Rezeptorbindungsdichten und insbesondere die Auswirkungen der Abwesenheit von G-CSF im zentralen Nervensystem 24 Stunden nach fokaler Ischämie. Dazu wurden Infarktvolumina sowie die Ligandenbindungsdichten an exzitatorischen NMDA- und AMPA-Rezeptoren und den inhibitorischen GABAA- und 5-HT1A-Rezeptoren in Kortexarealen im Infarktkern, im peri-ischämischem und kontralateralen Kortex sowie in Hippocampus-Arealen untersucht. Dazu wurde bei 40 Mäusen über 45 Minuten die Arteria cerebri media okkludiert, 24 Stunden später wurden die Gehirne entnommen und koronare Schnitte angefertigt. Schnitte im Abstand von 1 mm wurden silbergefärbt und Infarktvolumina volumetrisch bestimmt. Schnitte auf Höhe des Striatums und Hippocampus wurden mit [3H]AMPA, [3H]MK801, [3H]Muscimol und [3H]8-OH-DPAT Rezeptor-autoradiographisch untersucht. Die Tiere waren in drei Gruppen aufgeteilt: Wildtyp-Tiere, G-CSF-defiziente Mäuse und G-CSF-defiziente Mäuse, welchen G-CSF substituiert wurde. Es zeigte sich, dass im frühen post-ischämischen Zeitraum 24 Stunden nach Reperfusion die Infarktvolumina zwischen G-CSF-defizienten Mäusen und Wildtyptieren noch nicht statistisch signifikant unterschiedlich waren. Dies war ein überraschendes Ergebnis, da sich in einer vorausgehenden Arbeit 48 Stunden nach Ischämie bei G-SCF-defizienten Tieren größere Infarkte zeigten als bei Wildtyp-Tieren. Für diesen Befund bietet sich die Erklärungsmöglichkeit, dass in den Arealen um den Infarkt sowie in kontralateralen Kortexarealen die Ligandenbindungsdichte an AMPA-Rezeptoren in G-CSF-defizienten Tieren erhöht war. Dieser Effekt scheint spezifisch auf die Abwesenheit von G-CSF zurückzuführen zu sein, da die Ligandenbindungsdichten der Tiere, denen G-CSF substituiert wurde, weitgehend denen der Wildtyp-Tiere entsprachen. Somit scheint die Prävention post-ischämischer AMPA-Rezeptor-Hochregulation, neben den bereits bekannten, ein weiterer, bisher in der Literatur noch nicht beschriebener neuroprotektiver Mechanismus von G-CSF zu sein. Weiterhin untermauern die im sehr frühen Zeitraum nach Ischämie noch nicht signifikant unterschiedlichen Infarktvolumina die Erkenntnis, dass es problematisch ist, Infarktvolumina nur zu einem Zeitpunkt zu bestimmen – vorzuziehen wäre, die Bestimmung von Infarktvolumina zu mehreren Zeitpunkten.

Purpose: G-CSF has previously been found to be neuroprotective following murine experimental stroke. This study explores the influence of endogenous G-CSF in the central nervous system 24 hours after focal transient ischemia by comparing infarct volumes and ligand binding densities of NMDA, AMPA, GABAA and 5-HT1A receptors in cortical regions in the infarct core, peri-infarct areas as well as in corresponding contralateral areas in G-CSF deficient mice, G-CSF deficient mice substituted with G-CSF and wildtype mice. Methods:17 G-CSF deficient mice, 12 G-CSF deficient mice substituted with G-CSF and 23 wildtype mice were subjected to 45 minutes of medial cerebral artery occlusion. 24 hours after ischemia, infarct volumes were determined using silver staining and quantitative in vitro receptor autoradiography was performed using [3H]MK-801, [3H]AMPA, [3H]muscimol and [3H]8-OH-DPAT for labeling of NMDA, AMPA, GABAA and 5-HT1A receptors, respectively. Results: Infarct volumes did not differ between the three groups which was surprising since in a prior study G-CSF deficient mice had larger infarcts than wildtype mice. Ligand binding densities of NMDA, GABAA and 5-HT1A receptors were largely in the same range in the three groups. Binding to AMPA receptors however was significantly increased in G-CSF deficient mice and G-CSF substitution in G-CSF deficient mice largely extinguished this effect. Conclusions: Even though infarct volumes did not differ 24 hours after focal ischemia in this study, the upregulation of excitotoxic AMPA receptors in G-CSF deficient mice may be responsible for larger infarcts that were observed at later time points after ischemia in murine stroke models. G-CSF appears to prevent upregulation of excitotoxic AMPA receptors in mice. Furthermore, this study underlines the need to assess infarct volumes at different time points after ischemia in stroke models.