Matrix metalloproteinase 7 thúc đẩy sự di cư và myelin hóa của tế bào Schwann sau khi bị tổn thương dây thần kinh tọa ở chuột rat

Molecular Brain - Tập 12 - Trang 1-13 - 2019
Hongkui Wang1, Ping Zhang1, Jun Yu1, Fuchao Zhang1, Wenzhao Dai2, Sheng Yi1
1Key Laboratory of Neuroregeneration of Jiangsu and Ministry of Education, Co-Innovation Center of Neuroregeneration, Nantong University, Nantong, China
2Faculty of Brain Science, University College London, London, UK

Tóm tắt

Tế bào Schwann trải qua quá trình khử biệt hóa, tăng sinh, di chuyển, biệt hóa lại và myelin hóa, và tham gia vào việc sửa chữa và tái sinh các dây thần kinh ngoại biên bị tổn thương. Phân tích giải trình tự trước đây của chúng tôi gợi ý rằng mức độ biểu hiện gen của enzym phân hủy protein matrix metalloproteinase 7 (MMP7), một enzym do tế bào Schwann tiết ra, đã tăng mạnh ở các đoạn dây thần kinh tọa của chuột rat sau khi bị tổn thương. Tuy nhiên, các vai trò sinh học của MMP7 vẫn chưa được hiểu rõ. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã cho tế bào Schwann nuôi cấy nguyên thủy tiếp xúc với protein tái tổ hợp MMP7 và truyền siRNA chống lại MMP7 vào các tế bào Schwann để khảo sát tác động của MMP7 ngoại sinh và nội sinh. Đồng thời, cũng đã quan sát các tác động của MMP7 trong việc tái sinh dây thần kinh sau khi bị đè nén dây thần kinh tọa in vivo. Hơn nữa, phân tích RNA sequencing và phân tích thông tin sinh học về tế bào Schwann đã được thực hiện để chỉ ra cơ chế phân tử đứng sau hiện tượng. Các nghiên cứu trong ống nghiệm cho thấy MMP7 đã làm tăng đáng kể tỷ lệ di chuyển của tế bào Schwann nhưng không ảnh hưởng đến tỷ lệ tăng sinh của các tế bào này. Các nghiên cứu in vivo đã chứng minh rằng mức độ MMP7 gia tăng đã góp phần vào sự di chuyển của tế bào Schwann và sự hình thành các lớp myelin sau tổn thương dây thần kinh ngoại biên. Những thay đổi di truyền do MMP7 trung gian đã được tiết lộ thông qua phân tích giải trình tự và thông tin sinh học. Tổng thể, nghiên cứu hiện tại của chúng tôi đã chứng minh tác động thúc đẩy của MMP7 đối với sự di chuyển của tế bào Schwann và phục hồi dây thần kinh ngoại biên, điều này giúp hiểu rõ hơn về các cơ chế tế bào và phân tử dưới tổn thương dây thần kinh ngoại biên, do đó có thể tạo điều kiện cho việc điều trị tái sinh dây thần kinh ngoại biên trong lâm sàng.

Từ khóa

#MMP7 #tế bào Schwann #tổn thương dây thần kinh ngoại biên #di cư #myelin hóa #tái sinh.

Tài liệu tham khảo

Gu X, Ding F, Yang Y, Liu J. Construction of tissue engineered nerve grafts and their application in peripheral nerve regeneration. Prog Neurobiol. 2011;93(2):204–30. https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2010.11.002. Gu X, Ding F, Williams DF. Neural tissue engineering options for peripheral nerve regeneration. Biomaterials. 2014;35(24):6143–56. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2014.04.064. Li R, Liu Z, Pan Y, Chen L, Zhang Z, Lu L. Peripheral nerve injuries treatment: a systematic review. Cell Biochem Biophys. 2014;68(3):449–54. https://doi.org/10.1007/s12013-013-9742-1. Yi S, Xu L, Gu X. Scaffolds for peripheral nerve repair and reconstruction. Exp Neurol. 2018. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2018.05.016. Lee SK, Wolfe SW. Peripheral nerve injury and repair. J Am Acad Orthop Surg. 2000;8(4):243–52. Wong KM, Babetto E, Beirowski B. Axon degeneration: make the Schwann cell great again. Neural Regen Res. 2017;12(4):518–24. https://doi.org/10.4103/1673-5374.205000. Chen ZL, Yu WM, Strickland S. Peripheral regeneration. Annu Rev Neurosci. 2007;30:209–33. https://doi.org/10.1146/annurev.neuro.30.051606.094337. Dubovy P. Schwann cells and endoneurial extracellular matrix molecules as potential cues for sorting of regenerated axons: a review. Anat Sci Int. 2004;79(4):198–208. https://doi.org/10.1111/j.1447-073x.2004.00090.x. Hill R. Extracellular matrix remodelling in human diabetic neuropathy. J Anat. 2009;214(2):219–25. https://doi.org/10.1111/j.1469-7580.2008.01026.x. Lamarca A, Gella A, Martianez T, Segura M, Figueiro-Silva J, Grijota-Martinez C, Trullas R, Casals N. Uridine 5′-triphosphate promotes in vitro Schwannoma cell migration through matrix metalloproteinase-2 activation. PLoS One. 2014;9(6):e98998. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0098998. Page-McCaw A, Ewald AJ, Werb Z. Matrix metalloproteinases and the regulation of tissue remodelling. Nat Rev Mol Cell Biol. 2007;8(3):221–33. https://doi.org/10.1038/nrm2125. Verma RP, Hansch C. Matrix metalloproteinases (MMPs): chemical-biological functions and (Q)SARs. Bioorg Med Chem. 2007;15(6):2223–68. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2007.01.011. Nagase H, Visse R, Murphy G. Structure and function of matrix metalloproteinases and TIMPs. Cardiovasc Res. 2006;69(3):562–73. https://doi.org/10.1016/j.cardiores.2005.12.002. Sternlicht MD, Werb Z. How matrix metalloproteinases regulate cell behavior. Annu Rev Cell Dev Biol. 2001;17:463–516. https://doi.org/10.1146/annurev.cellbio.17.1.463. Krekoski CA, Neubauer D, Graham JB, Muir D. Metalloproteinase-dependent predegeneration in vitro enhances axonal regeneration within acellular peripheral nerve grafts. J Neurosci. 2002;22(23):10408–15. Remacle AG, Hullugundi SK, Dolkas J, Angert M, Chernov AV, Strongin AY, Shubayev VI. Acute- and late-phase matrix metalloproteinase (MMP)-9 activity is comparable in female and male rats after peripheral nerve injury. J Neuroinflammation. 2018;15(1):89. https://doi.org/10.1186/s12974-018-1123-7. La Fleur M, Underwood JL, Rappolee DA, Werb Z. Basement membrane and repair of injury to peripheral nerve: defining a potential role for macrophages, matrix metalloproteinases, and tissue inhibitor of metalloproteinases-1. J Exp Med. 1996;184(6):2311–26. Ferguson TA, Muir D. MMP-2 and MMP-9 increase the neurite-promoting potential of schwann cell basal laminae and are upregulated in degenerated nerve. Mol Cell Neurosci. 2000;16(2):157–67. https://doi.org/10.1006/mcne.2000.0859. Kobayashi H, Chattopadhyay S, Kato K, Dolkas J, Kikuchi S, Myers RR, Shubayev VI. MMPs initiate Schwann cell-mediated MBP degradation and mechanical nociception after nerve damage. Mol Cell Neurosci. 2008;39(4):619–27. https://doi.org/10.1016/j.mcn.2008.08.008. Mantuano E, Inoue G, Li X, Takahashi K, Gaultier A, Gonias SL, Campana WM. The hemopexin domain of matrix metalloproteinase-9 activates cell signaling and promotes migration of schwann cells by binding to low-density lipoprotein receptor-related protein. J Neurosci. 2008;28(45):11571–82. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3053-08.2008. Qin J, Zha GB, Yu J, Zhang HH, Yi S. Differential temporal expression of matrix metalloproteinases following sciatic nerve crush. Neural Regen Res. 2016;11(7):1165–71. https://doi.org/10.4103/1673-5374.187059. Yi S, Yuan Y, Chen Q, Wang X, Gong L, Liu J, Gu X, Li S. Regulation of Schwann cell proliferation and migration by miR-1 targeting brain-derived neurotrophic factor after peripheral nerve injury. Sci Rep. 2016;6:29121. https://doi.org/10.1038/srep29121. Kim D, Pertea G, Trapnell C, Pimentel H, Kelley R, Salzberg SL. TopHat2: accurate alignment of transcriptomes in the presence of insertions, deletions and gene fusions. Genome Biol. 2013;14(4):R36. https://doi.org/10.1186/gb-2013-14-4-r36. Li B, Dewey CN. RSEM: accurate transcript quantification from RNA-Seq data with or without a reference genome. BMC Bioinformatics. 2011;12:323. https://doi.org/10.1186/1471-2105-12-323. Yong VW. Metalloproteinases: mediators of pathology and regeneration in the CNS. Nat Rev Neurosci. 2005;6(12):931–44. https://doi.org/10.1038/nrn1807. Yong VW, Power C, Forsyth P, Edwards DR. Metalloproteinases in biology and pathology of the nervous system. Nat Rev Neurosci. 2001;2(7):502–11. https://doi.org/10.1038/35081571. Nishihara T, Remacle AG, Angert M, Shubayev I, Shiryaev SA, Liu H, Dolkas J, Chernov AV, Strongin AY, Shubayev VI. Matrix metalloproteinase-14 both sheds cell surface neuronal glial antigen 2 (NG2) proteoglycan on macrophages and governs the response to peripheral nerve injury. J Biol Chem. 2015;290(6):3693–707. https://doi.org/10.1074/jbc.M114.603431. Hsu JY, McKeon R, Goussev S, Werb Z, Lee JU, Trivedi A, Noble-Haeusslein LJ. Matrix metalloproteinase-2 facilitates wound healing events that promote functional recovery after spinal cord injury. J Neurosci. 2006;26(39):9841–50. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1993-06.2006. Shubayev VI, Myers RR. Matrix metalloproteinase-9 promotes nerve growth factor-induced neurite elongation but not new sprout formation in vitro. J Neurosci Res. 2004;77(2):229–39. https://doi.org/10.1002/jnr.20160. Larsen PH, Wells JE, Stallcup WB, Opdenakker G, Yong VW. Matrix metalloproteinase-9 facilitates remyelination in part by processing the inhibitory NG2 proteoglycan. J Neurosci. 2003;23(35):11127–35. Liu H, Kim Y, Chattopadhyay S, Shubayev I, Dolkas J, Shubayev VI. Matrix metalloproteinase inhibition enhances the rate of nerve regeneration in vivo by promoting dedifferentiation and mitosis of supporting schwann cells. J Neuropathol Exp Neurol. 2010;69(4):386–95. https://doi.org/10.1097/NEN.0b013e3181d68d12. Spinale FG. Myocardial matrix remodeling and the matrix metalloproteinases: influence on cardiac form and function. Physiol Rev. 2007;87(4):1285–342. https://doi.org/10.1152/physrev.00012.2007. Kessenbrock K, Plaks V, Werb Z. Matrix metalloproteinases: regulators of the tumor microenvironment. Cell. 2010;141(1):52–67. https://doi.org/10.1016/j.cell.2010.03.015.
Thông tin
Thông tin xuất bản

Molecular Brain

Tập 12

1-13

Thông tin tác giả