Overexpression of PI3Kinase delta and its effects on rat corticospinal tract regeneration

Abstract

Poranenie miechy (spinal cord injury, SCI) je závažné poškodenie centrálnej nervovej sústavy (central nervous system, CNS), ktoré vedie k trvalým poruchám senzorických a motorických funkcií. Súčasné liečebné postupy sa zameriavajú na zmiernenie príznakov, no neriešia samotné poškodenie neurónov. Hoci vyvíjajúce sa neuróny CNS dokážu regenerovať axóny po poškodení, táto schopnosť s dospievaním zaniká, zatiaľ čo neuróny periférneho nervového systému (peripheral nervous system, PNS) si zachovávajú regeneračnú schopnosť. Výskumy ukazujú, že PI3K/Akt dráha je kľúčová pre neuronálnu regeneráciu, pričom izoforma p110δ enzýmu PI3K obnovuje hladiny PIP3 v axónoch a zlepšuje axonálny transport. Táto diplomová práca skúma, či zvýšená expresia PI3Kδ v kortikálnych neurónoch senzorimotorickej kôry potkana môže stimulovať regeneráciu kortikospinálneho traktu (corticospinal tract, CST) po poranení miechy. Použitím génovej terapie prostredníctvom adeno-asociovaných vírusov (adeno-associated viruses, AAVs) u potkanov s léziou dorzálneho stĺpca C4 sme zistili, že zvýšená expresia PI3Kδ podporila výraznú regeneráciu axónov už 6 týždňov po poranení, pričom ich počet sa zvyšoval až do 16. týždňa. Táto regenerácia viedla k významnému zlepšeniu motorických funkcií vo viacerých behaviorálnych testoch. Ročné hodnotenie...

Spinal cord injury (SCI) is a severe damage to the central nervous system (CNS) that leads to permanent impairments of sensory and motor functions. Current treatment approaches focus on alleviating symptoms but do not address the neuronal damage itself. Although young CNS neurons can regenerate axons after injury, this ability diminishes with maturation, while peripheral nervous system (PNS) neurons retain their regenerative capacity. Research shows that the PI3K/Akt pathway is crucial for neuronal regeneration, with PIP3 levels being significantly reduced in mature CNS neurons, potentially limiting their regenerative ability. The p110δ isoform of PI3K has been shown to restore axonal PIP3 levels and improve axonal transport. This diploma thesis examines whether upregulation of PI3Kδ in cortical neurons of the rat sensorimotor cortex can stimulate regeneration of the corticospinal tract (CST) after spinal cord injury. Using gene therapy via adeno-associated viruses (AAVs) in rats with C4 dorsal column lesions, we found that increased PI3Kδ expression promoted substantial axon regeneration as early as 6 weeks after injury, with their numbers increasing for up to 16 weeks. This regeneration led to significant improvement in motor functions across multiple behavioural tests. A year-long safety...