Untersuchungen zur Rekrutierung myeloischer Zellen in einem Tiermodell der Alzheimerschen Erkrankung
Analysis of myeloid cell recruitment in an animal model of Alzheimer s Disease
von Bernhard Martin Schlevogt
Datum der mündl. Prüfung:2012-02-15
Erschienen:2012-01-30
Betreuer:Prof. Dr. Marco Prinz
Gutachter:Prof. Dr. Holger Reichardt
Gutachter:Prof. Dr. Dr. Thomas Crozier
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Size:2.22Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
Reactive myeloid cells in the central nervous system (CNS) are a hallmark of Alzheimer's Disease (AD) pathology but their exact role in pathogenesis is an issue of controversial debate. Depending on their state of activation these cells contribute to neurotoxicity but also play a role in tissue repair and Aβ phagocytosis. A possible explanation for the heterogeneity of effects might be the existence of two different myeloid populations in the CNS. On the one hand there are resident endogenous microglia and on the other there are bone marrow-derived cells recruited under pathologic conditions to brain. Considerating cellular immunotherapy as a treatment option for AD patients, it is essential to examine the function of myeloid cells recruited to AD brain including the conditions which lead to the recruitment.By creating chimeras transplanted with CCR2-deficient bone marrow cells we were able to identify inflammatory monocytes (Ly-6Chi CCR2+) as circulating precursors of mononuclear phagocytes recruited to the CNS of APPswe/PS1-mice. However, recruitment of mononuclear phagocytes only occured when the CNS was exposed to irradiation as part of conditioning. AD pathology alone was not able cause recruitment. There was only a weak association between amyloid plaques and bone marrow - derived mononuclear phagocytes which indicates a minor effect of this cell population on Aβ burden.On the other hand this work demonstrates long-lasting effects of brain irradiation on CNS milieu, including altered cytokine and chemokine gene expression, reduced numbers of resident microglia and altered morphology. These changes were accompanied by a significant reduction of the toxic insoluble Aβ form. Our results identify inflammatory monocytes as exclusive precursors of mononuclear phagocytes in CNS pathology. AD pathology alone is not sufficient to cause myeloid cell recruitment. As a result cellular immunotherapy with inflammatory monocytes seems to be only possible after slight blood-brain barrier disruption (e.g by irradiation). In addition, modulating microglial activation states is crucial for Aβ degradation.
Keywords: Alzheimer's Disease; microglia; bone marrow chimera; irradiation; mononuclear phagocytes; blood-brain barrier; inflammatory monocytes; APP/PS1 mice; protected irradiation
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Reaktive myeloische Zellen im zentralen Nervensystem (ZNS) sind ein zentrales Element in der Pathologie des Morbus Alzheimer, doch die Rolle dieser myeloischen Zellen für die Pathogenese wird derzeit kontrovers diskutiert. Aufgrund ihres Aktivierungszustandes können sie zur neuronalen Toxizität beitragen. Es sind jedoch auch Reparaturfunktionen sowie Aβ-Phagozytose für diese Zellpopulationen beschrieben worden. Die Ursache der funktionellen Divergenz kann darin bestehen, dass sich die myeloischen Zellen des ZNS aus vermutlich zwei Populationen zusammensetzen: den residenten ZNS-spezifischen Mikroglia und den unter pathologischen Bedingungen ins ZNS rekrutierten, myeloischen Knochenmarkszellen. Daher ist die Erforschung der myeloischen Zellen beim Morbus Alzheimer und die Bedingungen, die die Rekrutierung ins Gehirn ermöglichen, entscheidend im Hinblick auf eine mögliche therapeutische Anwendung in Form einer zellulären Immuntherapie. In der vorliegenden Arbeit konnten durch Knochenmarkstransplantationsexperimente mit CCR2-defizientem Knochenmark die inflammatorischen Monozyten (Ly-6Chi CCR2+) erstmals als Vorläuferpopulation der ins ZNS rekrutierten myeloischen Zellen in APPswe/PS1-Tieren identifiziert werden. Allerdings gelangten diese mononukleären Phagozyten nicht physiologischerweise ins Gehirn, sondern nur nach vorheriger, zur Herstellung der Knochenmarkschimären nötigen, Bestrahlung. Die Alzheimerpathologie war damit allein nicht ausreichend, um die Migration von Zellen aus dem Blut ins Gehirn zu ermöglichen. Zwischen den Amyloidplaques und den mononukleären Phagozyten wurde nur eine schwache Assoziation beobachtet und es konnte gezeigt werden, dass die Anwesenheit dieser Zellen im APPswe/PS1-Gehirn den Aβ-Gehalt nicht kritisch beeinflusst. Dahingegen wurden erstmals weitreichende Langzeitfolgen der Bestrahlung auf das Gehirnmilieu festgestellt, was sich in einem veränderten Zyto- und Chemokinprofil, einer Reduktion der residenten Mikrogliaanzahl sowie einer morphologischen Veränderung der Mikroglia äußerte. Im Rahmen dieser Veränderungen wurde eine Reduktion des unlöslichen Aβ festgestellt.Die Ergebnisse verdeutlichen, dass nur inflammatorische Monozyten die peripheren Vorläuferzellen darstellen, die während einer ZNS-Pathologie ins Gehirn migrieren können. Allerdings sind die durch den Morbus Alzheimer hervorgerufenen pathologischen Veränderungen allein nicht ausreichend, um die Rekrutierung von myeloischen Knochenmarkszellen ins erkrankte ZNS zu bewirken. Aufgrund dieser Daten erscheint eine zelluläre Immuntherapie daher nur mit dem Transfer von inflammatorischen Monozyten und einer vorhergehenden Öffnung der Bluthirnschranke möglich zu sein. Des Weiteren belegen die vorliegenden Daten, dass die entsprechende Regulierung des Aktivierungsmusters entscheidend für die Aβ-Degradation der myeloischen Zellen im Gehirn ist.
Schlagwörter: Morbus Alzheimer; Mikroglia; Knochenmarkschimären; CCR2; Bestrahlung; mononukleäre Phagozyten; Blut-Hirn-Schranke; inflammatorische Monozyten; APP/PS1 Mäuse; geschützt bestrahlt