Differential Expression of Egr1 and Activation of Microglia Following Irradiation in the Rat Brain

Background:

Little is known about the immediate effects of whole-brain γ-irradiation. The authors hypothesize that Egr1 as an immediate early gene and microglia both participate in early reactions.

Material and Methods:

Both, expression of Egr1 and cellular distribution were studied in a temporal sequence in different brain regions of rats subjected to irradiation with 10 Gy. Brain tissue was examined using immunohistochemistry, real-time RT-PCR (reverse transcription-polymerase chain reaction), and Western blotting.

Results:

Astroglia and oligodendroglia showed increased Egr1 immunoreactivity within the first hours following irradiation. This was accompanied by a strong peak in CD68 immunoreactivity histologically attributable to activated microglia. A high constitutive expression of Egr1 protein in the nuclei of activated neurons was reduced following irradiation and RT-PCR demonstrated significantly reduced levels of egr1-lv as a neuronal activity-related mRNA variant.

Conclusion:

The induction of Egr1 in glial cells, as well as the activation of microglia take place earlier than histological changes reported so far. The authors revealed a temporal sequence of reactions that point toward the initiation of an immediate inflammatory response including reduced neuronal activity.

Hintergrund:

Über die unmittelbaren Effekte der γ-Bestrahlung des Gehirns ist wenig bekannt. Die Autoren untersuchten die Hypothese, dass sowohl Egr1 als “immediate early gene” als auch Mikroglia an den frühen Reaktionen beteiligt sind.

Material und Methodik:

Beides, Expression von Egr1 und zelluläre Verteilung, wurden in einer zeitlichen Abfolge in unterschiedlichen Regionen des Rattenhirns nach Ganzkörperbestrahlung mit 10 Gy mittels Immunhistochemie, Real-Time-RT-PCR (reverse Transkription-Polymerase-Kettenreaktion) und Western-Blot untersucht.

Ergebnisse:

Astrozyten wie auch Oligodendrozyten wiesen in den ersten Stunden nach Bestrahlung eine erhöhte Egr1-Immunreaktivität auf. Diese trat gleichzeitig mit einer starken CD68-Induktion auf, die histologisch aktivierter Mikroglia zugeordnet werden konnte. Eine hohe konstitutive Expression des Egr1-Proteins in den Zellkernen von Neuronen wurde durch Bestrahlung reduziert, und die RT-PCR wies signifikant niedrigere Werte für egr1-lv als neuronalen Aktivitätsmarker auf.

Schlussfolgerung:

Die Induktion von Egr1 in glialen Zellen wie auch die Aktivierung der Mikroglia spielen sich zu einem früheren Zeitpunkt ab als bisher berichtete histologische Veränderungen. Die Autoren zeigen eine zeitliche Sequenz der frühen glialen Reaktionen auf, die auf einen beginnenden inflammatorischen Prozess hinweist und mit einer reduzierten neuronalen Aktivität einhergeht.