Differentiation of a dorsal root ganglion neuron model induced by a novel approach of thermal stimulation: a morphological and functional investigation

La stimolazione termica è una tecnica esplorata negli ultimi anni in quanto promettente per il differenziamento cellulare. Studi precedenti hanno dimostrato che questo metodo può indurre il differenziamento di diverse tipologie cellulari, dalle staminali alle tumorali, probabilmente attraverso cambiamenti della capacità della membrana e delle proprietà biofisiche dei canali ionici. Tuttavia, i meccanismi che sostengono questo processo restano a oggi sconosciuti. Il presente progetto ha l’obiettivo di studiare gli effetti della stimolazione termica sul comportamento di un modello in vitro di neuroni dei gangli delle radici dorsali (DRG), la linea cellulare F-11, caratterizzata nel nostro laboratorio. Queste cellule possono esprimere canali ionici e recettori di membrana, caratteristici dei neuroni sensoriali, e possono essere impiegate come modello per studiare i meccanismi coinvolti nella proliferazione e nel differenziamento neuronale. Inizialmente, per valutare gli effetti della tecnica di riscaldamento sul modello cellulare scelto, abbiamo effettuato esperimenti di stimolazione “in bulk” utilizzando un incubatore. Le cellule sono state poste nell’incubatore ed esposte a temperature diverse per intervalli di tempo differenti, per due giorni consecutivi. Analisi morfologiche e funzionali sono state condotte a partire dalla semina fino a 8 giorni. I risultati hanno mostrato una differenza significativa nella lunghezza dei neuriti e nelle proprietà elettrofisiologiche (potenziale di membrana, densità di corrente di Na+ e K+, e frequenza della scarica dei potenziali d’azione) nei campioni mantenuti a 41,5°C per 30 minuti rispetto al controllo (mantenuto a 37°C). È stata inoltre condotta un’analisi dei segnali intracellulari di Ca2+ indotti da capsaicina, per verificare l’eventuale coinvolgimento dei canali TRPV (Transient Receptor Potential Vanilloid) negli effetti indotti dal calore. I risultati hanno mostrato segnali intracellulari di Ca2+ maggiori nelle cell
Heating represents a promising approach to induce neurite outgrowth and neuronal function recovery. In previous studies, protocols with different temperatures (from 38°C to 50°C) and durations (from milliseconds to several days) could induced differentiation of different cell types like Xenopus laevis oocytes, cultured mammalian cells, neurons, stem cells and cancer cells. This effect has been attributed to changes in cell membrane capacitance and in ion channel properties, but the underlying mechanism remains so far unknown. The present project was aimed to investigate the eventual modifications, induced by two approaches of thermal stimulation, on the behaviour of a model of dorsal root ganglion (DRG) neurons, the F-11 cell line, previously characterized in our laboratory. These cells could express ion channels and cell membrane receptors consistent with those of sensory neurons and could be employed as a good model to study neuronal proliferation and differentiation mechanisms. Initially, to test if heating could effectively induce differentiation of our cellular model, we performed experiments of bulk stimulation: cells were placed in an incubator at different time and temperature combinations for two consecutive days. Thus, morphological and functional analysis were performed to investigate neuronal differentiation until 8 days. Results showed a significant difference in neurite elongation and in electrophysiological properties (resting membrane potential, Na+ and K+ current density and action potential frequency) in samples maintained at 41,5°C for 30 minutes versus 37°C samples. An intracellular Ca2+ signal analysis evoked by Capsaicin was performed to verify the involvement of TRPV (Transient Receptor Potential Vanilloid) channels in the effects of heating. Results showed that the Ca2+ signal was higher in heated cells compared to the control, suggesting that the treatment could increase the expression and/or the properties of TRPV1 channels, which are perme