Organization and plasticity of neural microcircuits in the superficial spinal dorsal horn in chronic inflammatory and neuropathic pain  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
72020
Type K
Principal investigator Antal, Miklós
Title in Hungarian A gerincvelő felületes hátsó szarvi neuronhálózatok szerveződése és plaszticitása krónikus gyulladásos és neuropátiás fájdalomban
Title in English Organization and plasticity of neural microcircuits in the superficial spinal dorsal horn in chronic inflammatory and neuropathic pain
Keywords in Hungarian gerincvelő, hátsó szarv, nociceptiv ingerület feldolgozás, fájdalom, szinaptikus transzmisszió, plaszticitás
Keywords in English spinal dorsal horn, nociceptive information processing, pain, synaptic transmission, plasticity
Discipline
Molecular and cellular neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences)100 %
Ortelius classification: Neurobiology
Panel Neurosciences
Department or equivalent Department of Anatomy, Histology and Embryology (University of Debrecen)
Participants Hegyi, Zoltán
Papp, Ildikó
Petkó, Mihály
Szabó, Zoltán
Szentesiné dr. Holló, Krisztina
Szűcs, Péter
Starting date 2008-04-01
Closing date 2012-04-30
Funding (in million HUF) 24.000
FTE (full time equivalent) 13.29
state closed project
Summary in Hungarian
A pályázat két fő célt kíván megvalósítani:
1) Nagy-felbontású neuroanatómiai, élettani-farmakológiai és molekuláris biológiai módszerek alkalmazásával vizsgálni kívánjuk a nociceptív szenzoros ingerületek elsődleges központi idegrendszeri feldolgozásáért felelős gerincvelő hátsó szarvi neuronhálózatok morfológiai, funkcionális és molekuláris tulajdonságait, szinaptikus kapcsolatait, és szerveződési alapelveit.
2) Perifériás ideg- és szövetsérülések olyan hosszan tartó reorganizációs folyamatokat indítanak el a gerincvelői nociceptív neuronhálózatokban, amelyek végül krónikus fájdalom kialakulásához vezetnek. Kísérletes munkánk másik fő célja ezeknek, a gerincvelői nociceptív neuronhálózatokban perifériás ideg sérülések és gyulladások hatására bekövetkező és krónikus fájdalom és hiperalgézia kialakulásához vezető reorganizációs folyamatoknak a lehető legpontosabb azonosítása.
A várható eredmények jelentős mértékben hozzájárulhatnak a gerincvelő hátsó szarvi neuronhálózatok szerveződési alapelveinek, illetve az ideg- és szövetsérülések által kiváltott idegi reorganizációs folyamatok pontosabb megértéséhez. Megfigyeléseink kiindulópontul szolgálhatnak új fájdalomcsillapító eljárások kidolgozásához.
A kísérletes munkát két “senior” kutatóból, két PhD fokozattal rendelkező fiatal kutatóból, három PhD és három egyetemi hallgatóból és négy laboratóriumi asszisztensből álló kutatócsoport fogja végezni. A vizsgálatok egy részét hazai és nemzetközi kollaborációban tervezzük megvalósítani.
Summary
The proposed research will be focused on two major aims:
1) To acquire an exhaustive understanding of fundamental aspects of the organization of neural microcircuits representing the first relay station of nociceptive sensory processing, we intend to study the structural, functional and molecular properties and synaptic relations of neurons in the superficial spinal dorsal horn by using a combination of high-resolution neuroanatomical, physiological-pharmacological and molecular biological techniques.
2) Long-lasting changes in nociceptive-processing circuits of the spinal dorsal horn evoked by tissue or nerve injury are thought to critically contribute to conditions of chronic pain and hyperalgesia. Thus, in addition to studying the nociceptive mechanisms under normal conditions, we also intend to elucidate how information processing in nociceptive neural networks of the spinal dorsal horn may change in inflammatory and neuropathic pain conditions.
With this integrative interdisciplinary research, we would like to provide new insights into the organization of pain processing spinal microcircuits, fundamental mechanisms of activity-evoked neural plasticity, and assist in developing effective therapeutic strategies for chronic pain syndromes.
The project will be executed by a team of two senior scientists, two postdoctoral fellows, three PhD and three undergraduate students and four technicians. Some experiments will be performed in collaboration with domestic and foreign partners.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A kutatási terv fő célkitűzéseinek megfelelően tanulmányoztuk a nociceptiv szenzoros ingerület feldolgozás elsődleges központjának, a gerincvelő felületes hátsó szarvi neuronhálózatnak a molekuláris és celluláris szerveződését. Azon túl, hogy vizsgáltuk a nociceptív ingerület feldolgozási mechanizmusokat kontroll körülmények között, adatokat gyűjtöttünk arra vonatkozólag is, hogyan változik a vizsgált gerincvelői neuronhálózat molekuláris és celluláris szerveződése krónikus fájdalom állapotokban. Neuroanatómiai, fiziológiai-farmakológiai és molekuláris biológiai módszerek alkalmazásával nyert vizsgálati eredményeinkkel jelentős, és merőben új adatokat szolgáltattunk, a glutamaterg szinapszisok posztszinaptikus membránjának NMDA és AMPA receptor architektúrájáról, a gerincvelő hátsó szarvi endocannabinoid szignalizációs rendszer molekuláris szerveződéséről, a G-protein-kapcsolt szignalizációs molekulák szerepéről az opioidok által közvetített ingerületáttevődési mechanizmusokban, a kation-klorid kotranszporter molekulák megoszlásáról a gerincvelő hátsó szarvi neuronokon, a fájdalom feldolgozó gerincvelői neuronhálózatok cellularis szerveződéséről és a krónikus fájdalom állapotok által kiváltott neuronalis plaszticitási folyamatokról. Legtöbb eredményünk hasznosítható lehet új és hatékony fájdalomcsillapítási eljárások kidolgozásában. Eredményeinket nemzetközi tudományos folyóiratokban publikáltuk, és bemutattuk hazai és nemzetközi tudományos rendezvényeken is.
Results in English
According to the major aims of the project we investigated the molecular and cellular organization of neural microcircuits in the superficial spinal dorsal horn representing the first relay station of nociceptive sensory processing. In addition to studying the nociceptive mechanisms under normal conditions, we also elucidated how information processing in nociceptive neural networks of the superficial spinal dorsal horn may change in chronic pain states. With an integrative interdisciplinary experimental approach in which high-resolution neuroanatomical, physiological-pharmacological and molecular biological techniques were used, we provided new insights into the NMDA and AMPA receptor architecture of postsynaptic membranes in glutamatergic synapses, molecular organization of the spinal endocannabinoid apparatus, the role of G protein-coupled signaling molecules in opioid-mediated synaptic transmission, the differential expression of cation-chloride co-transporter molecules in spinal neurons, cellular organization of pain processing spinal microcircuits, fundamental mechanisms of activity-evoked neural plasticity, chronic pain and hyperalgesia. With our findings, we assisted in developing effective therapeutic strategies for chronic pain syndromes. The results were published in peer reviewed international journals and presented at national and international scientific conferences.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=72020
Decision
Yes





 

List of publications

  
Pinto, V., Szűcs,P., Derkach, V.A., Safranov, B.V.: Monosynaptic convergence of C- and Adelta-afferent fibres from different segmental dorsal roots on to single substantia gelatinosa neurones in the rat spinal cord., J. Physiol., 586, 4165-4177, 2008
Antal, M., Fukazawa, Y., Eördögh, M., Muszil, D., Molnár, E., Itakura, M., Takahashi, M. and Shigemoto, R.: Numbers, densities and co-localization of AMPA- and NMDA-type glutamate receptors at individual synapses in the superficial spinal dorsal horn of rats., J. Neurosci. 28, 9692-9701, 2008
Szűcs, P., Pinto V., Safranov, B.V.: Advanced technique of infrared cells and intracellular structures in isolated spinal cord, brainstem, ganglia and cerebellum., J. Neurosci. Methods, 177, 369-380, 2009
Hegyi, Z., Kis, G., Holló, K., Ledent, C. and Antal, M.: Neuronal and glial localization of the cannabinoid-1 receptor in the superficial spinal dorsal horn of the rodent spinal cord., Eur. J. Neurosci., 30, 251-262, 2009
Antal, M. and László J.: Exposure to inhomogeneous static magnetic field ceases mechanical allodynia in neuropathic pain in mice., Bioelectromagnetics, 30, 438-445, 2009
Papp, I., Holló, K. and Antal, M.: Plasticity of hyperpolarization-activated and cyclic nucleotide-gated cation channel subunit 2 expression in the spinal dorsal horn in inflammatory pain., Eur. J. Neurosci., 32, 1193-1201, 2010
Antal, Zs., Szűcs, P. and Antal, M.: Lamotrigine effectively blocks synaptic transmission between nociceptive primary afferents and secondary sensory neurons in the rat superficial spinal dorsal horn, Int. Med. Appl. Sci., 3, 22-26, 2011
Papachatzaki, M.M., Antal, Zs., Terzi, D., Szűcs, P., zachariou, V. and Antal, M.: RGS9-2 modulates nociceptive behaviour and opioid-mediated synaptic transmission in the superfial dorsal horn, Neurosci. Lett., 501, 31-34, 2011
Hegyi, Z., Holló, K., Kis, G., Mackie, K. and Antal, M.: Differential distribution of diacylglycerol lopase-alpha and N-acylphosphatidylethanolamine-specific phospholipase D immunoreactivity in the superficial spinal dorsal horn, Glia (in press), 2012
Antal, M., Muszil, D., Holló, K., Eördögh, M., Hegedűs, K., Kis, G., Kasugai, Y., Fukazawa, Y., Shigemoto, R.:: Differential expression pattern of K+/Cl- co-transporter (KCC2) in neurons within the superficial spinal dorsal horn of rats., FENS Abstr., 4, 189.2, 2008
Holló K., Bakk, E., HegedŰs K., Papp, I., Bardóczy, Zs., Nagy, L., Antal, M.: Screening of eltered mRNA expression in the Freund-adjuvant-induced pain model by the TaqMan low density array (TLDA) method., FENS Abstr., 4, 189.16, 2008
Hegyi, Z., Kis, G., Holló, K., Ledent, C., Antal, M.: Neuronal and glial localization of the cannabinoid-1 receptor in the superficial spinal dorsal horn of the rodent spinal cord., FENS Abstr., 4, 124.15, 2008
Papp, I., Holló, K., Hegedűs, K., Antal. M.: Freund’s adjuvant-induced inflammation increases the expression of HCN2 ion channels in the superficial spinal dorsal horn of rats., FENS Abstr., 4, 124.27, 2008
Hegyi, Z., Antal, M.: Reorganization of cannabinoid-1 receptor expression in the superficial spinal dorsal horn of rats in inflammatory pain, Frotiers in Systems Neuroscience. Conference Abstracts: 12th Meeting of the Hungarian Neuroscience Society. Doi: 10.3389/conf.neuro.01.2009.04.030, 2009
Holló, K., Bardoczi, Zs., Bakk, E., Hegedűs, K., Nagy, L., Antal, M: Gene expression analysis in a neuropathic pain model by the TaqMan low-density array, Frotiers in Systems Neuroscience. Conference Abstracts: 12th Meeting of the Hungarian Neuroscience Society. Doi: 10.3389/conf.neuro.01.2009.04.032, 2009
Papp, I., Holló, K., Hegedűs, K., Antal, M.: Over-expression of HCN2 ion channels in the superficial spinal dorsal horn of rats in freund’s adjuvant-induced inflammatory pain., Frotiers in Systems Neuroscience. Conference Abstracts: 12th Meeting of the Hungarian Neuroscience Society. Doi: 10.3389/conf.neuro.01.2009.04.037, 2009
László, J. and Antal, M.: Exposure to inhomogeneous static magnetic field ceases mechanical allodynia in neuropathic pain., Basic and Clinical Pharmacology and Toxicology. 105, Suppl. 1, 18, 2009
László, J. and Antal, M.: Exposure to inhomogeneous static magnetic field ceases mechanical allodynia in neuropathic pain., Bioelectromagnetics Newsletter, 211, 2-3, 2009
Antal, M., Hegyi, Z., Kis, G., Holló, K. and Ledent, C.: Localization and redistribution of cannabinoid-1 receptor in the superficial spinal dorsal horn of the rodent spinal cord in inflammatory pain., Soc. Neurosci. Abstr., 170.15, 2009
Hegyi Z., Holló K., Kis G., Mackie K. and Antal M.: Differential distribution of diacylglycerol lipase-alpha and N-acyl-phosphatigyl-ethanolamine-hydrolyzing phospholipase D immunoreactivity in the spinal dorsal horn., FENS Abstr., 5, 140.12, 2010
Holló K., Ducza L., Bakk E., Hegedüs K., Papp I. and Antal M.: Pain-related changes in the expression level of 31 genes in a mouse model of chronic inflammatory pain., FENS Abstr., 5, 140.13, 2010
Antal, Z., Pinho, R., Safronov, B., Antal, M. and Szűcs, P.: Mono- and polysynaptic propriospinal connections in the lateral part of the spinal dorsal horn: a correlative physiological and morphological study., Front. Neurosci. doi: 10.3389/conf.fnins.2011.84.00082, 2011
Antal, Zs., Pinho, O.R., Gaál, Zs., Safranov, B., Antal, M. and Szűcs, P.: Projection neurons with distinct axon-trajectories in the lateral spinal nucleus and lamina I of the lumbar spinal dorsal horn of rats., Acta Physiol., 202, Suppl. 684, 6, 2011
Ducza, L., Holló, k., Bakk, E., Hegyi, Z. and Antal, M.: Spinal expression of interleukin-1beta and its receptor in an animal model of chronic inflammatory pain., Clinical Neuroscie., 65, Suppl. 1, 17, 2012



Back »