Effect of sciatic nerve transection on acetylcholinesterase activity in spinal cord and skeletal muscles of the bullfrog Lithobates catesbeianus

Abstract

Sciatic nerve transection (SNT), a model for studying neuropathic pain, mimics the clinical symptoms of “phantom limb”, a pain condition that arises in humans after amputation or transverse spinal lesions. In some vertebrate tissues, this condition decreases acetylcholinesterase (AChE) activity, the enzyme responsible for fast hydrolysis of released acetylcholine in cholinergic synapses. In spinal cord of frog Rana pipiens, this enzyme’s activity was not significantly changed in the first days following ventral root transection, another model for studying neuropathic pain. An answerable question is whether SNT decreases AChE activity in spinal cord of frog Lithobates catesbeianus, a species that has been used as a model for studying SNT-induced neuropathic pain. Since each animal model has been created with a specific methodology, and the findings tend to vary widely with slight changes in the method used to induce pain, our study assessed AChE activity 3 and 10 days after complete SNT in lumbosacral spinal cord of adult male bullfrog Lithobates catesbeianus. Because there are time scale differences of motor endplate maturation in rat skeletal muscles, our study also measured the AChE activity in bullfrog tibial posticus (a postural muscle) and gastrocnemius (a typical skeletal muscle that is frequently used to study the motor system) muscles. AChE activity did not show significant changes 3 and 10 days following SNT in spinal cord. Also, no significant change occurred in AChE activity in tibial posticus and gastrocnemius muscles at day 3. However, a significant decrease was found at day 10, with reductions of 18% and 20% in tibial posticus and gastrocnemius, respectively. At present we cannot explain this change in AChE activity. While temporally different, the direction of the change was similar to that described for rats. This similarity indicates that bullfrog is a valid model for investigating AChE activity following SNT.

A transecção do nervo isquiático (SNT), um modelo para estudar dor neuropática, simula os sintomas clínicos do “membro fantasma”, uma condição dolorosa que ocorre nos humanos após amputação ou secção completa da medula espinal. Essa condição muda a atividade da acetilcolinesterase (AChE), a enzima responsável pela rápida hidrólise da acetilcolina liberada nas sinapses colinérgicas, em alguns tecidos de vertebrados. Em medula espinal de rã Rana pipiens, a atividade da AChE não foi significativamente alterada nos primeiros dias após a secção da raiz ventral, outro modelo para o estudo da dor neuropática. Uma questão ainda não respondida é se a SNT diminui a atividade da AChE na medula espinal de rã Lithobates catesbeianus, uma espécie que vem sendo usada como modelo em estudos da dor neuropática induzida por SNT. Como cada modelo animal é criado a partir de metodologia específica, e seus resultados tendem a variar com pequenas mudanças na metodologia de indução da dor, o presente estudo avaliou a atividade da AChE em medula espinal lombossacral de rã-touro Lithobates catesbeianus, adultos, machos, 3 e 10 dias após a completa SNT. Como há diferenças temporais na maturação de placas motoras em músculos esqueléticos de ratos, nosso estudo ainda demonstrou, na rã-touro, os efeitos da SNT sobre a atividade da AChE nos músculos esqueléticos tibial posticus, um músculo postural, e gastrocnêmio, um músculo frequentemente usado em estudos do sistema motor. A atividade da AChE não mudou significativamente na medula espinal aos 3 e 10 dias após a SNT. Nos músculos, a atividade não alterou significativamente aos 3 dias após a lesão, mas reduziu de forma significativa aos 10 dias após a SNT. Aos 10 dias, a diminuição foi 18% no músculo tibial posticus e 20% no gastrocnêmio. No momento, nós não temos explicação para essa mudança na atividade da AChE. Embora temporalmente diferente, o sentido da mudança é similar ao que é descrito em ratos. Esta similaridade torna a rã-touro um modelo válido para se estudar questões ainda não respondidas da SNT sobre a AChE.