Untersuchungen zur Rolle von NF-IL6 und Immunzellen für Kommunikationswege zum Gehirn bei systemischen Entzündungsreaktionen

Jenny Schneiders (Autor)

Buch

276 Seiten

2015
VVB Laufersweiler Verlag
978-3-8359-6336-8 (ISBN)

Infos

Systemische Entzündungen, experimentell ausgelöst durch Lipopolysaccharid (LPS), einem Bestandteil der Zellwände gram-negativer Bakterien, lösen Symptome wie Fieber, Anorexie, Lethargie und Depressionen aus. Dieser zentralnervös kontrollierte Symptomkomplex wird „sickness response“ genannt. Für die Kommunikation zwischen Immunsystem und Gehirn sind drei verschiedene Wege bekannt: Ein humoraler (I), ein zellulärer (II) und ein nervaler (III) Weg. (I) Bei systemischen Entzündungen werden peripher Zytokine freigesetzt, z. B. Interleukin(IL)-1ß, IL-6 und Tumornekrosefaktor (TNF)a. Diese aktivieren die Zellen der Blut-Hirn-Schranke oder gelangen über circumventrikuläre Organe – Gehirnstrukturen mit unvollständiger Blut-Hirn-Schranke – ins Gehirn. Dort aktivieren sie direkt oder indirekt über sekundäre Mediatoren hypothalamische Kerngebiete. Dabei regulieren Transkriptionsfaktoren die Expression inflammatorischer Zielgene, wodurch die „sickness response“ ausgelöst wird. (II) Auch Immunzellen können durch die peripheren Zytokine oder z. B. LPS aktiviert werden und anschließend ins Gehirn einwandern. Mittels lokaler Produktion inflammatorischer Zytokine können sie dort zur Aktivierung hypothalamischer Kerngebiete und zur Induktion der „sickness response“ beitragen. (III) Zusätzlich können Signale aus der Peripherie auch über sensorische und vagale Afferenzen zum Gehirn weitergeleitet werden. Als negativer Feedback-Mechanismus dient die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HPA-Achse), die durch die Produktion von Corticosteron anti-inflammatorisch wirkt. Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle des Transkriptionsfaktors NF-IL6 für die „sickness response“ und diese Kommunikationswege zwischen Immunsystem und Gehirn zu analysieren. Dazu wurden NF-IL6-defiziente (KO) und Wildtyp-Mäuse (WT) einer neuen Umgebung ausgesetzt (Käfigwechsel) und die resultierende Stress-Antwort über 4 h aufgezeichnet. Des Weiteren wurde in den Tieren eine systemische Entzündung durch Injektion einer niedrigen (50 µg/kg) oder einer hohen LPS-Dosis (2,5 mg/kg) ausgelöst. Kontrolltiere erhielten sterile „phosphate-buffered saline“ (PBS). Die „sickness response“ wurde mit Hilfe eines telemetrischen Systems aufgezeichnet. 8 oder 24 h nach Injektion der hohen LPS-Dosis bzw. PBS wurden die Tiere perfundiert, Gehirne, Blutproben und die Leber entnommen und mittels qRT-PCR, Immunfluoreszenz, ELISA, Zytokin-Bioassays und Western Blot analysiert. Nach der niedrigen LPS-Dosis war die Fieberantwort der KO im Vergleich zu den WT tendenziell verlängert, 3 bis 7 h nach der hohen LPS-Dosis zeigten die KO jedoch eine deutlich verminderte Fieberreaktion. Diese war begleitet von einer reduzierten Inflammation 8 h nach LPS-Stimulation, was sich in, im Vergleich zu den WT, reduzierten IL-6- und IL-10-Plasmaspiegeln, reduzierter hypothalamischer Expression verschiedener inflammatorischer Mediatoren wie IL-6, IL-10, TNFa, „suppressor of cytokine signaling“ (SOCS)3 und „inhibitor of NF?B“ (I?B)a sowie verminderter Rekrutierung neutrophiler Granulozyten (NG) zum Gehirn äußerte. Die Expression der mikrosomalen Prostaglandin E Synthase und die Immunreaktivität der Cyclooxygenase 2 waren ebenfalls vermindert. Da Prostaglandin (PG)E2 einer der wichtigsten terminalen Mediatoren der Fieberentstehung darstellt, könnte diese Verringerung der geschwindigkeitsbestimmenden Enzyme der PGE2 Synthese eine Erklärung für das reduzierte Fieber der KO darstellen. 24 h nach LPS-Stimulation zeigten die KO hingegen verstärkte Inflammation sowie vermehrte Expression der inflammatorischen Mediatoren. Es konnte hier also zum ersten Mal gezeigt werden, dass NF-IL6 eine duale Rolle während des Entzündungsgeschehens spielt: Erst pro-, später anti-inflammatorisch. Dies könnte durch einen Wechsel zwischen der aktivierenden (LAP) und der inhibitorischen (LIP) NF-IL6-Isoform bedingt sein. Hier war allerdings nur LPS-induziertes LAP zum 8 h Zeitpunkt im Hypothalamus erhöht; LIP war nicht nachweisbar und sollte in weiterführenden Studien genauer untersucht werden. Auch die Inhibitoren des NF-IL6 micro RNA (miR)155 und Tribbles (Trib)1 wurden untersucht. Es waren jedoch keine Hinweise auf eine Beteiligung an der Regulation der NF-IL6-Aktivität feststellbar. Zur abschließenden Klärung könnten jedoch auch hier noch weitere Untersuchungen z. B. für Trib1 auf Proteinebene durchgeführt werden. Des Weiteren war die Stress-induzierte Aktivität der KO gegenüber den WT erhöht, was auf eine Beteiligung von NF-IL6 an der HPA-Achse hindeuten könnte. Tatsächlich wiesen die KO basal erhöhte morgendliche Corticosteron-Spiegel sowie erhöhte Proopiomelanocortin-Expression auf. Da zusätzlich die Expression des „pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide“ (PACAP)-Rezeptors VIPR1, der eine Rolle in der Regulation zirkadianer Rhythmen spielt, in den KO im Vergleich zu WT vermindert war, sind möglicherweise die beobachteten Veränderungen der HPA-Achse auch auf eine Beeinflussung der inneren Uhr durch NF-IL6 zurückzuführen. Außerdem war in KO die basale Aktivität dramatisch vermindert, was ebenfalls durch die Beeinflussung der inneren Uhr und die erhöhten Corticosteron-Spiegel bedingt sein könnte. Zusätzlich zeigten die KO jedoch auch erhöhte basale Expression des Serotonin-Wiederaufnahmetransporters Slc6A4. Erhöhte Slc6A4-Expression, z. B. durch einen Polymorphismus des Promotors, kann beim Menschen depressives Verhalten auslösen. Die vermehrte Slc6A4-Expression der KO könnte also depressives Verhalten und damit auch eine verminderte Aktivität bedingen. Erstmalig konnte zudem nachgewiesen werden, dass KO nach LPS-Stimulation im Vergleich zu WT verminderte Expression der Indolamin-2,3-dioxygenase sowie erhöhte Tryptophan-Hydroxylase-Expression und damit eine verminderte Kynurenin- aber eine erhöhte Serotonin-Synthese aufweisen. Kynurenin kann depressives Verhalten induzieren, während Serotonin diesem entgegen wirkt. Die KO scheinen also vor LPS-induzierten Depressionen geschützt zu sein. Eine Beeinflussung der NF-IL6-Aktivität könnte also neben der Kontrolle von Inflammation ein potentielles therapeutisches Ziel für die Behandlung von Depressionen oder anderen im Zusammenhang stehenden Erkrankungen darstellen. Um den zellulären Kommunikationsweg zum Gehirn genauer zu analysieren, wurde außerdem eine Studie an neutropenen und immunkompetenten Mäusen nach Stimulation mit 2,5 mg/kg LPS oder PBS durchgeführt. Die neutropenen Tiere wiesen dabei nach LPS-Stimulation verminderte Expression des für die NG-Migration wichtigen Chemokins CXCL1 auf. NG wirken also über Produktion von CXCL1 verstärkend auf ihre eigene Rekrutierung. Des Weiteren zeigten die neutropenen Tiere keinen LPS-induzierten Anstieg der IL-10-Expression und verminderte NF-IL6-Immunreaktivität. Hier fanden sich also zum ersten Mal Hinweise für eine anti-inflammatorische Wirkung der NG über NF-IL6-induzierte IL-10-Expression. Da Neutropenie häufig im Zusammenhang mit Chemotherapie auftritt und einige Nebenwirkungen dieser Therapie mit einer anti-inflammatorischen Wirkung der NG erklärt werden könnten, sollten weitere Untersuchungen dieser Mechanismen durchgeführt werden.

Produkt-Details

• Reihe/Serie: Edition Scientifique
• Sprache: deutsch
• Maße: 146 x 210 mm
• Gewicht: 395 g
• Einbandart: Paperback
• Themenwelt: Veterinärmedizin
• Schlagworte: Aktuelle wissenschaftliche Publikation aus dem Bereich der Universitäten. • Doktorarbeit • Uni • Wissenschaft
• ISBN-10: 3-8359-6336-8 / 3835963368
• ISBN-13: 978-3-8359-6336-8 / 9783835963368
• Zustand: Neuware