The Role of the p75 Neurotrophin Receptor in Experimental Inflammation of the Central Nervous System
Die Rolle des p75 Neurotrophin-Rezeptors in der experimentellen Inflammation des zentralen Nervensystems
von Tobias Dallenga
Datum der mündl. Prüfung:2010-12-08
Erschienen:2011-05-04
Betreuer:Prof. Dr. Christine Stadelmann-Nessler
Gutachter:Prof. Dr. Wolfgang Brück
Gutachter:Prof. Dr. Eberhard Fuchs
Gutachter:Prof. Dr. Mikael Simons
Zum Verlinken/Zitieren:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-453
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Format:PDF
Description:Dissertation
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Zusammenfassung
Englisch
The extent of the permanent clinical disability in multiple sclerosis patients emerges from axonal damage and loss. In this study, we show a major role of the low affinity neurotrophin receptor p75NTR for axonal damage in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). After EAE induction by active immunization with the myelin oligodendrocyte glycoprotein peptide MOG35-55, p75NTR KO mice suffer from a more severe disease course, demyelination, and axonal loss. To elucidate whether the increased disability derives from a more aggressive inflammation or a more vulnerable central nervous system (CNS), I examined both, the immune system during peripheral disease generation and the overt disease phase, and cells of the CNS in vivo, ex vivo, and in vitro. No difference with regard to the quality of inflammation was found using immunohistochemical, flow cytometric, ELISA, and mRNA analysis, ruling out a major role of the immune cell populations examined. However, constitutive expression of p75NTR by B cells suggests a role for p75NTR during immune response generation within lymph nodes, since p75NTR KO mice show increased disease scores from the very beginning on. To circumvent the effects of p75NTR deficiency during peripheral priming, EAE was also induced by adoptive transfer of an encephalitogenic MOG35-55-specific T cell clone in p75NTR KO and wild type (wt) animals with similar disease incidence, onset and kinetics. Comparable degree and quality of inflammation were found by immunohistochemical and mRNA analysis in both strains at the peak of disease. However, p75NTR deficient animals suffered from significantly more severe disease in the chronic disease stage due to increased axonal damage and loss. This suggests a protective role for p75NTR within the CNS. In this work it is shown that astrocytes, but not microglia, express the p75NTR constitutively. However, no p75NTR mediated regulation of cytokine/chemokine and respiratory oxygen species (ROS) production by astrocytes was found in vitro. These data lead to a neuroprotective role of p75NTR on neurons and axons in inflammatory CNS disease. Active immunization of bone marrow chimeric mice, in which only immune or CNS parenchymal cells, respectively, carry a functioning p75NTR confirm these results. However, while both, p75NTR KO in wt and wt in p75NTR KO chimeras suffer from a more severe disease course than wt in wt at peak of disease, only wt in p75NTR KO animals exhibit increased early axonal damage and loss. In summary, our data suggest a role of p75NTR towards a more aggressive inflammation within the peripheral immune system (namely mediated by B cells) as well as neuroprotective properties within the CNS (namely by neurons) in experimental inflammatory conditions of the CNS.
Keywords: multiple sclerosis; p75; eae; experimental autoimmune encephalitomyelitis; adoptive transfer
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Das Ausmaß der permanenten klinischen Defizite bei Multiple-Sklerose-Patienten entsteht durch axonale Schädigung und axonalem Verlust. In dieser Studie wird eine entscheidende Rolle des niedrigaffinen Neurotrophinrezeptors p75NTR in Bezug auf axonale Schädigung in der experimentellen autoimmunen Encephalitomyelitis (EAE) gezeigt. Nach EAE Induktion per aktiver Immunisierung mit dem Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein-Peptid MOG35-55 zeigten p75NTR KO Mäuse einen verschlechterten Krankheitsverlauf, stärkere Demyelinisierung und erhöhte axonale Schädigung. Um festzustellen, ob die erhöhten Defizite von einer aggressiveren Inflammation oder von einem vulnerableren zentralen Nervensystem (ZNS) stammen, wurden das Immunsystem während der peripheren Krankheitsentstehung und der darauffolgenden Krankheitsphase und Zellen des ZNS in vivo, ex vivo und in vitro untersucht. Es wurde kein Unterschied in der Qualität der Inflammation mit Hilfe von immunohistochemischen, durchfluss-zytometrischen, ELISA- und mRNA-Analysen gefunden, wodurch eine entscheidende Rolle der untersuchten Immunzellpopulationen ausgeschlossen werden kann. Notzdestrotrotz legt die konstitutive Expression von p75NTR auf B-Zellen eine Rolle für p75NTR während der Generation der Immunantwort innerhalb der Lymphknoten nahe, da p75NTR KO Mäuse von Anfang an einen erhöhten Krankheitsverlauf zeigten. Um die Effekte der p75NTR-Defizienz während des peripheren Primings zu umgehen, wurde die EAE auch durch adoptiven Transfer eines encephalitogenen MOG35-55-spezifischen T-Zell-Klones in p75NTR KO und Wildtyp (wt) Mäusen iduziert. Sie zeigten ähnliche Inzidenz, Beginn und Kinetik der Krankheit. Ein vergleichbares Ausmaß und eine vergleichbare Qualität der Inflammation wurde mit immunohistochemischen und mRNA-Analysen in beiden Mausstämmen am Höhepunkt der Krankheit gefunden. Nichtsdestotrotz leideten p75NTR KO Mäuse an signifikant erhöhten Krankheits-Scores in der chronischen Phase infolge von erhöhtem axonalen Schaden und Verlust. Dies deutet auf eine protektive Rolle von p75NTR im ZNS hin. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass Astrozyten, aber nicht Mikroglia, p75NTR konstitutiv exprimieren. Jedoch wurde keine p75NTR-mediierte Regulation von Cytokinen/Chemokinen und der Produktion von reaktiven Sauerstoff-Spezies in vitro gefunden. Aktive Immunisierung von Knochenmark-Chimären, in denen nur Immun- oder ZNS-Zellen einen funktionierenden p75NTR tragen, bestätigen diese Resultate. Während p75NTR KO in wt- und wt in p75NTR KO-Chimären im Vergleich zu wt in wt-Chimären unter einem stärker ausgeprägten Krankheitsverlauf am Höhepunkt der Krankheit leideten, zeigten nur wt in p75NTR KO-Tiere erhöhten axonalen Schaden und Verlust. Zusammengefaßt deuten diese Daten darauf hin, dass p75NTR-Defizienz zu einer aggressiveren peripheren Immunantwort führt (namentlich durch B-Zellen). Desweiteren hat p75NTR auch neuroprotektive Eigenschaften innerhalb des ZNS (namentlich auf Neuronen) unter experimentellen inflammatorischen Bedingungen im ZNS.
Schlagwörter: Multiple Sklerose; p75; eae; experimentelle autoimmune enzephalitomyelitis; adoptiver transfer