University of Oulu

Meningeal protein synthesis in chronic subdural hemorrhagies : analysis of proteins and evaluation of their clinical significance

Saved in:
Author: Heula, Anna-Leena1,2,3,4
Organizations: 1University of Oulu Graduate School
2University of Oulu, Faculty of Medicine
3Medical Research Center Oulu
4Oulu University Hospital
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 2.7 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526232317
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2022
Publish Date: 2022-03-16
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic Dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Health and Biosciences of the University of Oulu for public defence in Auditorium 1 of Oulu University Hospital (Kajaanintie 50), on 25 March 2022, at 12 noon
Tutor: Professor Kari Majamaa
Doctor Juha Sajanti
Reviewer: Professor Veli-Matti Kähäri
Docent Teemu Luoto
Opponent: Docent Timo Koivisto
Description:

Abstract

Chronic subdural hematoma (CSDH) is a common disease in neurosurgical practice affecting mainly elderly people. CSDH grows slowly within the dural border cell (DBC) layer, which is continuous with the dura and the arachnoid. Inflammatory mechanisms involving the dura mater have an acknowledged role in the progression of CSDH. Also, subarachnoid hemorrhage (SAH) induces an inflammatory cascade and yet, a fibroproliferative reaction, which reflects increased collagen synthesis in the arachnoid.

Meninges are a site for active collagen synthesis in normal conditions. In this study, we aimed to evaluate the contribution of meningeal extracellular matrix synthesis, namely collagen and glycosaminoglycans, in slowly growing chronic subdural collections after head injury. The protein content of CSDH fluid was characterized in order to evaluate proteins putatively involved in CSDH pathogenesis.

Altogether, 39 patients with CSDH or effusion were included in the study. The age of the hematoma was determined and subdural fluid and serum samples were assayed for the concentrations of procollagen propeptides (PICP, PIIINP, ICTP) by radioimmunoassays and of glycosaminoglycans by colorimetric methods. The proteome of CSDH fluid and serum of five patients was investigated with two-dimensional gel electrophoresis (2-DE) and mass spectrometry (MS).

The results indicated that meningeal ECM synthesis is induced after cleavage of the DBC layer. Concentrations of procollagen propeptides in subdural fluid increased rapidly after head injury and remained high for at least three months. High, although variable, concentrations of glycosaminoglycans were also found. However, proteomic studies showed that CSDH proteins originate mainly from blood and the results implied the involvement of coagulation and fibrinolysis cascades in CSDH pathology. The increase of procollagen propeptides in subdural fluid may be regarded as a sign of sustained dural collagen synthesis after cleavage of the DBC layer. Glycosaminoglycans may participate in the reactive process. Proteins with a potential role in CSDH pathogenesis were detected in CSDH fluid, including transforming growth factor-β-induced protein TGFBI and altered components of the complement. Sustained inflammation may induce aberrant wound healing and meningeal fibrosis after cleavage of the DBC layer.

see all

Tiivistelmä

Krooninen subduraalihematooma (pitkäaikainen kovakalvon alainen verenpurkauma) on tavallinen neurokirurgista hoitoa vaativa sairaus, jota esiintyy yleisimmin iäkkäillä potilailla. Krooninen subduraalihematooma syntyy kovakalvon rajasolukerroksen repeämisen seurauksena. Repeäminen aiheuttaa kovakalvolla inflammatorisen vasteen, mikä vaikuttaa taudin etenemiseen. Myös lukinkalvonalainen verenvuoto (subaraknoidaalivuoto) aiheuttaa lukinkalvolla inflammatorisen vasteen ja kollageenituotannon lisääntymisen.

Aivokalvojen solut tuottavat kollageenia, mutta rajasolukerroksessa kollageenia ei ole. Tässä työssä tutkimme soluväliaineen, erityisesti kollageenien ja glykosaminoglykaanien, tuotantoa kroonisissa subduraalihematoomissa pään vamman jälkeen. Lisäksi tutkimme hematoomanesteen sisältämiä proteiineja ja arvioimme niiden osuutta taudin kehityksessä.

Tutkimuksessa oli 39 potilasta. Subduraalihematooman iäksi määritettiin aika pään vammasta subduraalihematooman leikkaushoitoon. Prokollageenien propeptidien (PICP, PIIINP, ICTP) konsentraatio määritettiin radioimmunologisella menetelmällä ja glykosaminoglykaanien konsentraatio kolorimetrisillä menetelmillä. Hematoomanesteen ja seerumin proteomi karakterisoitiin viideltä potilaalta käyttäen kaksiulotteista elektroforeesia (2-DE) ja massaspektrometriaa (MS).

Tutkimustulokset osoittivat, että rajasolukerroksen repeämän jälkeen kovakalvossa käynnistyy soluväliaineen tuotantoa. Prokollageenien propeptidien konsentraatio subduraalihematoomanesteessä lisääntyi nopeasti pään vamman jälkeen ja pysyi korkeana ainakin kolme kuukautta. Lisäksi glykosaminoglykaanien konsentraatio oli korkea, joskin vaihteleva. Proteomin analysointi osoitti, että subduraalihematoomanesteen proteiinit ovat suurimmalta osin peräisin verestä ja että subduraalihematooman laajenemiseen vaikuttavat koagulaatio- ja fibrinolyysimekanismit. Propeptidien lisääntymistä voidaan pitää merkkinä kovakalvon pitkäkestoisesta kollageenin tuotannosta rajasolukerroksen repeämisen jälkeen. Glykosaminoglykaanit voivat osallistua kudosvaurion jälkeiseen reaktiiviseen tapahtumasarjaan. Hematoomanesteessä havaittiin taudin patogeneesiin mahdollisesti vaikuttavia proteiineja, kuten TGFBI ja osia komplementista. Pitkittynyt inflammaatio kovakalvon rajasolukerroksen repeämisen jälkeen voi johtaa fibroottiseen reaktioon aivokalvoilla.

see all

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon. / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

  1. Heula, A.-L., Sajanti, J., & Majamaa, K. (2009). Procollagen propeptides in chronic subdural hematoma reveal sustained dural collagen synthesis after head injury. Journal of Neurology, 256(1), 66–71. https://doi.org/10.1007/s00415-009-0048-6

  2. Heula, A.-L., Sajanti, J., & Majamaa, K. (2015). Glycosaminoglycans in subdural fluid and CSF after meningeal injury. Acta Neurochirurgica, 157(12), 2105–2110. https://doi.org/10.1007/s00701-015-2591-5

  3. Heula, A.-L., Ohlmeier, S., Sajanti, J., & Majamaa, K. (2013). Characterization of chronic subdural hematoma fluid proteome. Neurosurgery, 73(2), 317–331. https://doi.org/10.1227/01.neu.0000430323.24623.de

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. D, Medica
ISSN: 0355-3221
ISSN-E: 1796-2234
ISSN-L: 0355-3221
ISBN: 978-952-62-3231-7
ISBN Print: 978-952-62-3230-0
Issue: 1662
Type of Publication: G5 Doctoral dissertation (articles)
Field of Science: 3126 Surgery, anesthesiology, intensive care, radiology
3124 Neurology and psychiatry
Subjects:
Copyright information: © University of Oulu, 2022. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.