Elucidating the role of reduced Gfrα1-receptor expression in vivo and its connection to Hirschprung’s disease and HSCR-associated colitis

Kirjallisuuskatsaus: Enteerinen hermosto (ENS) pystyy säätelemään suoliston toimintaa keskushermostosta riippumatta, jonka takia enteeristä hermostoa onkin kutsuttu ”toisiksi aivoiksi”. Enteerinen hermosto kehittyy sikiön kehityksen aikana muodostuvasta enteerisestä hermostopienasta (enteric neural crest derived cells, ENCCs) ja sen kehittyminen on monimutkainen prosessi, jonka säätelyyn liittyi useita eri signaalireittejä. GDNF/Gfrα1/RET signaalireitti on erityisen tärkeässä osassa enteerisen hermoston kehityksen kannalta, sillä se säätelee enteerisestä hermostopienasta syntyvien hermosolujen selviytymistä, lisääntymistä, migraatiota ja erilaistumista. Hirschsprungin tauti on yleisin suolen motiliteettiin vaikuttava synnynnäinen sairaus. Hirschsprungin tauti johtuu enteerisen hermoston puuttumisesta paksusuolen distaalisessa osassa ja sen esiintyvyys on 1:5000. Suolen motiliteetin häiriintymisestä johtuen Hirschsprungin taudista kärsivillä vastasyntyneillä esiintyy ummetusta, oksentelua, vatsakipuja, vatsan turvotusta ja joissain tapauksissa ripulia. Taudin vakavin, hengenvaarallinen oire on Hirschsprungin tautiin liittyvä enterokoliitti, jota esiintyy 30-50% potilaista. Hirschsprungin tautia hoidetaan leikkaamalla suolen osa, josta enteerinen hermosto puuttuu, mutta enterokoliitin riski on onnistuneenkin leikkauksen jälkeen suuri. Histologisia näytteitä analysoimalla on saatu selville, että enterokoliittiin liittyy useita muutoksia suolen epiteelissä kuten pikarisolujen hyperplasiaa, muutoksia musiiniprofiilissa, musiinin retentiota, epiteeliin rakenteen vaurioitumista, inflammaatiota ja bakteerien kiinnittymistä epiteeliin. Muutoksien tarkan järjestyksen määrittämistä on kuitenkin osittain rajoittanut sopivan eläinmallin puute. Hirschsprungin taudin suurin riskitekijä on mutaatio RET-geenissä, ja se esiintyy noin puolella Hirschsprungin tautia sairastavalta. RET on reseptori solukalvolla, jonka kautta muun muassa GDNF/Gfrα1/RET signaalireittiin vaikutukset välittyvät. Poistogeenisille Ret-, Gfra1- tai Gdnf-hiirille ei kehity munuaisia, jonka takia poikaset kuolevat vastasyntyneinä. Tämän takia Hirschsprungin tautiin liittyvää hiirimallia, joka vaikuttaa GDNF/Gfrα1/RET signaalireittiin ei ole tällä hetkellä vielä olemassa. Kokeellinen osa: Jaan-Olle Andressoon luoma GFRa1 hypomorfinen hiiri (Gfra1hypo/hypo) on ensimmäinen GDNF/Gfrα1/RET signaalireittiin vaikuttava hiirimalli, jolla voidaan tutkia Hirschsprungin tautia syntymän jälkeen. Näiden hiirien Gfra1-geeniin ilmentyminen on vähentynyt 70-80% kehittyvässä suolessa ja munuaisissa, jonka seurauksesta distaalisesta paksusuolesta puuttuu enteerinen hermosto Hirschsprungin taudille tyypilliseen tapaan, mutta munuaisten kehitys ei ole häiriintynyt. Gfra1hypo/hypo hiiret lopetetaan hyvinvointi ongelmista johtuen P7-P25, jonka aikana on mahdollista tutkia enterokoliitin syntymekanismeja. Gfra1hypo/hypo hiirien histologinen analysointi osoitti, että hiirillä esiintyy pikarisolujen hyperplasiaa ja musiiniprofiili oli muuttunut happamasta musiinista neutraalimmaksi musiiniksi distaalisessa paksusuolessa. Pikarisolujen hyperplasia havaittiin P10, mutta musiiniprofiilin muutos pystyttiin havaitsemaan jo P5. Tarkkaa tietoa siitä minkä takia minkä takia musiiniprofiilin muutos tapahtuu ei ole, mutta näyttää siltä, että se edeltäisi pikarisolujen hyperplasiaa. qPCR-analyysin avulla selvisi, että Muc2-geenin mRNA-tasot olivat kohonneet P5 ja P10. Muc2 on yleisin suoleen eritettävä musiini, ja se suojaa suolen epiteeliä suolen luumenissa olevilta patogeeneiltä. Sen lisäksi Tnfa-geenin ilmentyminen oli koholla P10. Edellä mainittuja muutoksia ei havaittu ohutsuolessa, jossa Gfra1-geenin ilmentyminen on vähentynyt, mutta enteerinen hermosto on kehittynyt normaalisti. Onkin siis todennäköistä, että distaalisessa paksusuolessa tapahtuneet muutokset ovat seurausta enteerisen hermoston puuttumisesta eikä GDNF/Gfrα1/RET signaalireitin heikentyneestä toiminnasta. Seerumin analysointi osoitti, että systeemisestä inflammaatiosta ei ollut merkkejä P10-P14-P16, vaikkakin yhdellä Gfra1hypo/hypo hiirellä oli korkeat IL6 ja TNFa tasot P14-P16. Näyttääkin siltä, että inflammaatio ei ole enterokoliitin alkuvaiheen tapahtumia ja pikarisoluissa tapahtuvat muutokset edeltävät inflammaatiota.