Proliferation of NG2 Cells after Focal Cerebral Ischemia

Abstract

Stroke is one of the leading causes of death and disability in Germany. The underlying cerebral ischemia damages neurons and glial cells. The identification of stem and progenitor cells in the brain raises hope that these cells could potentially be stimulated to repair brain damage. Regeneration of white matter can occur through NG2 cells, which can differentiate into myelin producing oligodendrocytes. The aim of the present study was to study proliferation of NG2 cells after cerebral ischemia.<br /> Male adult Hooded Wistar rats were subjected to Endothelin-1 induced middle cerebral artery occlusion (MCAo) (n=15) or sham operation (n=6). Rats were given BrdU injections over 24 hours prior to being sacrificed at 1, 3, 7 and 14 days after MCAo or sham stroke. Brain sections were double labeled with anti-NG2 antibodies, a marker for NG2 cells, and anti-BrdU antibodies to identify newly proliferating cells. Double labeled NG2/BrdU cells and total BrdU labeled cells were quantified in the penumbra and in the corresponding region of the contralateral hemisphere. <br /> The statistical analysis revealed a significant increase of NG2/BrdU co-labeled cells in the penumbra 7 days after MCAo compared with the contralateral side (p<0.001) and compared with 1, 3 and 14 days after MCAo (p<0.001). There were no statistically significant differences in the number of NG2/BrdU double-labeled cells between sections from the other time points. Neither were there statistically significant differences in NG2/BrdU co-labeled cells between the ipsilateral and the contralateral hemisphere at the other time points. On the contralateral side differences between NG2/BrdU co-labeled cells or BrdU labeled cells did not prove statistically significant between sections from different time points. The same results applied for total BrdU labeled cells. The present study showed increased proliferation of NG2 cells in the penumbra 7 days after MCAo. Enhancement of proliferation of NG2 cells could lead to increased formation of oligodendrocytes and to regeneration of the myelin sheath. The observation that proliferation of NG2 cells peaks with a delay of 1 week after ischemic injury identifies this repair mechanism as a valuable target for late onset stroke therapies.

<strong>Proliferation von NG2 Zellen nach focal Ischämie</strong><br /> Schlaganfälle gehören zu den häufigsten Ursachen für schwere Behinderungen und Todesfälle in Deutschland. Die zu Grunde liegende zerebrale Ischämie schädigt Nerven- und Gliazellen. Durch hirneigene Stamm- und Vorläuferzellen könnte geschädigtes Gehirngewebe regeneriert werden, wie zum Beispiel Oligodendrocyten aus so genannten NG2 Glia Zellen. Ziel der vorliegenden Studie war die Untersuchung der Proliferation von NG2 Glia Zellen nach fokaler zerebraler Ischämie. <br /> Erwachsene, männliche Hooded Wistar Ratten wurden einem Endothelin-1 induzierten Arteria Cerebri Media Verschluss unterzogen (n=15) oder der Kontrollgruppe ohne Ischämie zugeteilt (n=6). Die Versuchstiere wurden 1, 3, 7 und 14 Tage nach fokaler Ischämie, bzw. nach Injektion von Kochsalzlösung in der Kontrollgruppe, eingeschläfert. Vorher erhielten sie jeweils über 24 Stunden Injektionen mit BrdU, um proliferierende Zellen zu markieren. In koronaren Hirnschnitten wurden NG2 und BrdU als Marker für proliferierende Zellen durch eine Fluoreszenzdoppelimmunfärbung sichtbar gemacht. BrdU positive Zellen und NG2/BrdU doppelt markierte Zellen wurden in der Penumbra und auf der entsprechenden gegenüberliegenden Seite quantifiziert. <br /> Die statistische Analyse zeigte einen signifikanten Anstieg von NG2/BrdU doppelt markierten Zellen in der Penumbra 7 Tage nach der Ischämie im Vergleich zur gegenüberliegenden Seite (p<0.001) und im Vergleich zu den anderen Zeitpunkten (p<0.001). 1, 3 und 14 Tage nach der Ischämie zeigte sich kein signifikanter Unterschied bezüglich der Anzahl der NG2/BrdU doppelt markierten Zellen zwischen den untersuchten Zeitpunkten. Auch zwischen der Penumbra und der kontralateralen Seite ergab sich zu diesen Zeitpunkten kein Unterschied. Auf der kontralateral zur Penumbra liegenden Seite zeigte sich keine statistisch signifikante Veränderung der NG2/BrdU Zellzahl zwischen den verschieden Zeitpunkten. Für die Gesamtheit der BrdU markierten Zellen ergaben sich die gleichen Ergebnisse.<br /> Diese Studie zeigte, dass NG2 Zellen in der Penumbra 7 Tage nach fokaler Ischämie vermehrt proliferieren. Aufgrund dieser zeitlichen Verzögerung könnten auch späte Therapien diesen Mechanismus positiv beeinflussen und somit eine Regeneration von NG2 Zellen und im Folgenden von Oligodendrocyten und der Myelinscheide bewirken.