Impact of CXCl12 inhibition on gene expression patterns after stroke

Abstract

Ischemic Stroke is a cerebrovascular disease that critically diminishes brain functions due to acute brain tissue loss caused by lack of blood supply. Although, acute treatments (thrombolysis) have been successfully implemented in clinical practise only a very smal percentage of stroke patient is eligible for such an intervention. The majority of patients, however, is left with some degree of diability. Therefore, the development of adjuvant stroke treatments applicable in the rehabilitation phase would be a benefit for most of the patients to improve neurological deficits and enhance quality of life. In rodent models of stroke mechanisms of functional recovery of lost neurological function can be studied and potential recovery enhancing drugs can be tested. Here we have investigated if gene expression patterns change in the nonlesioned contralateral hemisphere i.e. the corpus callosum and adjacent cortex in heterozygous CX3CR1+/GFP mice subjected to permanent focal ischemia induced in the primary motor cortex by photothrombosis. Moreover, we studied if treatment with 1-[4-(1,4,8,11-tetrazacyclotetradec-1-ylmethyl)phenyl]methyl]-1,4,8,11-tetrazacyclo tetradecan (AMD3100; 0.5 mg/kg) for 5 days starting on day 2 after PT influenced these patterns. Seven days after photothrombosis, we found an accumulation of GFP positive cells co-expressing major histocompatibility complex class II and Ionized calcium binding adaptor molecule 1 (Iba1) accumulating in the corpus callosum contralateral to the lesioned hemisphere. Mice displayed significant neurological deficits assessed by a composite neuroscore not affect by treatment with AMD3100. First results from gene expression analysis showed the regulation of genes related to the poststroke immune response, poststroke inflammation as well as neuronla plasticity. Moreover, our data indicate that treatment with AMD3100 downregulated GABAergic neurotransmission suggestive for a crosstalk between inflammatory processes and mechanisms of neuronal plasticity. Further studies are needed to elucidate exact function of candidate genes regulated in the postischemic brain.

O acidente vascular cerebral (AVC) é uma doença vascular cerebral que é caracterizada pela diminuição crítica das funções do cérebro devido a uma perda aguda dos tecidos causada por falta do normal fornecimento de sangue. Apesar dos tratamentos agudos (trambolíticos) terem sido implementados com sucesso na clínica, apenas uma pequena percentagem dos pacientes estão nas condições necessárias para os receber. A maioria dos pacientes fica com algum grau de deficiência. Assim sendo, o desenvolvimento de tratamentos adjuvantes aplicáveis à fase de reabilitação seria um benefício para a maioria dos pacientes para que melhorem as capacidades neurológicas e ganhem qualidade de vida. Em modelos animais de AVC é possível o estudo de mecanismos funcionais da recuperação da função neurológica perdida, bem como, o teste de drogas capazes de aumentar a recuperação. Neste trabalho é investigado se ocorre alteração no padrão de expressão genética no hemisfério não lesionado, mais especificamente no corpus callosum e no cortex adjacente num ratinho heterozigótico para GFP sujeito a isquémia focal permanente, induzida no cortex motor primário, por fototrombose. Mais ainda, é estudado se o tratamento com AMD3100 (0.5 mg/kg) iniciado no dia 2 após a fototrombose e mantido durante 5 dias influencia essas alterações. Sete dias após a fototrombose, encontrou-se células GFP co-expressando o complex maior de histocompatibilidade classe II e a molécula adaptadora ligante de cálcio ionizado-1 acumuladas no corpus callosum, contralateralmente ao hemisfério lesionado. Os ratinhos apresentaram significantes défices neurológicos determinados por uma composição de testes neurológicos mas aparentam não ter sido afetados pelo AMD3100. Os primeiros resultados da análise da expressão genética mostram a regulação de genes relacionados com a resposta imune e inflamatória pós-AVC mas também relacionados com plasticidade sináptica. Mais ainda, os dados indicam que o tratamento com AMD3100 diminuiu a regulação da neurotransmissão GABAérgica sugerindo um cruzamento entre os processos inflamatórios e os mecanismos de plasticidade neuronal. Mais estudos são necessários para elucidar a função exacta de cada gene candidato na regulação cerebral após isquémia