Differentielle Expression des Early Growth Response Gene Egr1 und frühe Aktivierung der Mikroglia nach ionisierender Bestrahlung im Zentralen Nervensystem der Ratte

Abstract

Zielsetzung: Es wurden die frühen Effekte von gamma-Bestrahlung auf die Expression, die subzelluläre Lokalisation und räumliche Verteilung des strahleninduzierbaren Transkriptionsfaktors Egr1 (Early Growth Response Gene 1) ebenso wie auf die Aktivierung der Mikroglia untersucht. Es wird angenommen, dass beide Faktoren, Egr1 als ein Immediate Early Gene und die Mikroglia als ein zellulärer Marker, frühe Effekte im ZNS-Gewebe in Antwort auf Bestrahlung maßgeblich bestimmen. Zu diesem Zweck wurde ihr zeitlicher Verlauf näher studiert.

Materialien & Methodik: Männliche sprague dawley Ratten (n = 21; 7 Wochen alt) wurden in 7 Gruppen entweder einer einzeitigen Ganzkörperbestrahlung von 10 Gray ausgesetzt oder als Kontrollen scheinbestrahlt und nach unterschiedlichen Zeitpunkten von 20 min, 2 h, 6 h, 1 Tag und 3 Tagen getötet. Gehirngewebe wurde mit Hilfe der Immunhistochemie, bzw. mit Western blot Analysen auf Proteinebene und mit PCR-Methoden auf molekularbiologischer Ebene untersucht.

Ergebnisse: Die Expression von Egr1 in Neuronen war nach Bestrahlung im Gegensatz zu glialen Zellen reduziert. Die Egr1-Expression im Zytoplasma von glialen Zellen war hingegen in den meisten Regionen 6 Stunden bis 1 Tag nach Bestrahlung signifikant höher im Vergleich zu den Kontrollen. Die nukleäre Expression von Egr1 in glialen Zellen war wiederum bereits nach 2 Stunden und teilweise auch nach 3 Tagen signifikant höher. Die Aktivierung der Mikroglia / Makrophagen, aufgezeigt durch den Marker CD68, geschah schon zu den Zeitpunkten 2 Stunden und 3 Tagen nach Bestrahlung.

In der Analyse von zellfraktionierten ZNS-Proben durch Western blot erschien in der zytoplasmatischen Fraktion eine 110 kDa schwere Variante und in der nukleären vorwiegend eine etwa 75 kDa und ebenfalls eine 55 kDa schwere Version des Egr1-Proteins.

Background: Little is known about the immediate effects of whole-brain gamma-irradiation. The author hypothesizes that Egr1 as an immediate early gene and microglia both participate in early reactions. Material and Methods: Both, expression of Egr1 and cellular distribution were studied in a temporal sequence in different brain regions of rats subjected to irradiation with 10 Gy. Brain tissue was examined using immunohistochemistry, real-time RT-PCR(reverse transcription-polymerase chain reaction), and Western blotting. Results: Astroglia and oligodendroglia showed increased Egr1 immunoreactivity within the first hours following irradiation. This was accompanied by a strong peak in CD68 immunoreactivity histologically attributable to activated microglia. A high constitutive expression of Egr1 protein in the nuclei of activated neurons was reduced following irradiation and RT-PCR demonstrated significantly reduced levels of egr1-lv as a neuronal activity-related mRNA variant. Conclusion: The induction of Egr1 in glial cells, as well as the activation of microglia take place earlier than histological changes reported so far. The authors revealed a temporal sequence of reactions that point toward the initiation of an immediate inflammatory response including reduced neuronal activity.