The impact of extracellular matrix on extrasynaptic transmission and on changes of extracellular space diffusion parameters during physiological and pathological states

Abstract

The brain extracellular matrix (ECM) is an important factor influencing diffusion of the neuroactive substances in the extracellular space (ECS) and thus intercellular communication in the brain. Moreover, ECM complexes, stabilized by link proteins in form of perineuronal nets (PNNs) or axonal coats (ACs) at the end of critical period represent a protective shield of neuron a synapses. The focus of our research was to study the interplay between the changes of the ECM and extracellular diffusion parameters in mice deficient for the link protein Bral2 (Bral2 -/-) and in the epileptic human brain tissue with focal cortical dysplasia (FCD). The diffusion properties of the brain tissue were determined by the real time iontophoretic method and the diffusion weighted magnetic resonance. The results were correlated to immunohistochemical analysis of the individual ECM components. In mice, the measurements were carried out in the thalamic ventral posteromedial nucleus (VPM) and in the sensorimotor cortex of young adult and aged Bral2 -/- mice and their age matched controls. In humans, cortical tissue obtained from patients surgically treated for refractory epilepsy was used. Bral2 deficiency did not affect the diffusion parameters either in the cortex or in the VPM of young animals. In aged Bral2-/- mice, we...

Extracelulární matrix (ECM) je významný faktor, ovlivňující difúzi neuroaktivních látek v extracelulárním prostoru (ECS) a tím i mezibuněčnou komunikaci v mozku. Na konci tzv. kritického období vývoje vznikají komplexy ECM stabilizované spojovacími proteiny ve formě perineurálních sítí (PNNs) nebo axonálních plášťů (ACs), které představují ochranný kryt neuronů a synapsí. Cílem našeho výzkumu bylo studium vzájemných vztahů změn ECM a difúzních parametrů ECS u myší s deficitem spojovacího proteinu Bral2 (Bral2 -/-) a ve vzorcích lidské epileptické mozkové tkáně s fokální korovou dysplazií (FCD). Difúzní vlastnosti mozkové tkáně jsme stanovovali iontoforetickou metodou v reálném čase a difúzně-váženou magnetickou rezonancí a získané výsledky jsme korelovali s imunohistochemickou analýzou jednotlivých komponent ECM. U Bral2-/- myší a jejich kontrol jsme se zaměřili na ventrální posteromediální jádro thalamu (VPM) a senzorimotorickou kůru, zatímco lidské vzorky představovaly kortikální tkáň chirurgicky léčených pacientů s farmakorezistentní epilepsí. Difúzní parametry ECS v kůře nebo ve VPM mladých zvířat nebyly genetickým deficitem Bral2 ovlivněny, avšak u starých Bral2-/- myší jsme ve srovnání se stejně starými kontrolami pozorovali pokles objemové frakce ECS a aparentního difúzního koeficientu vody (ADCW)....