TY  - THES
A1  - Werner, Christian
T1  - Effect of autoantibodies targeting amphiphysin or glutamate decarboxylase 65 on synaptic transmission of GABAergic neurons
T1  - Einfluss von Autoantikörpern gegen Amphiphysin oder Glutamatdecarboxylase 65 auf synaptische Transmission GABAerger Neurone
N2  - The number of newly detected autoantibodies (AB) targeting synaptic proteins in neurological disorders of the central nervous system (CNS) is steadily increasing. Direct interactions of AB with their target antigens have been shown in first studies but the exact pathomecha-nisms for most of the already discovered AB are still unclear. The present study investigates pathophysiological mechanisms of AB-fractions that are associated with the enigmatic CNS disease Stiff person syndrome (SPS) and target the synaptically located proteins amphiphysin or glutamate decarboxylase 65 (GAD65).
In the first part of the project, effects of AB to the presynaptic endocytic protein amphiphysin were investigated. Ultrastructural investigations of spinal cord presynaptic boutons in an es-tablished in-vivo passive-transfer model after intrathecal application of human anti-amphiphysin AB showed a defect of endocytosis. This defect was apparent at high synaptic activity and was characterized by reduction of the synaptic vesicle pool, clathrin coated vesi-cles (CCVs), and endosome like structures (ELS) in comparison to controls. Molecular inves-tigation of presynaptic boutons in cultured murine hippocampal neurons with dSTORM microscopy after pretreatment with AB to amphiphysin revealed that marker proteins involved in vesicle exocytosis (synaptobrevin 2 and synaptobrevin 7) had an altered expression in GA-BAergic presynapses. Endophilin, a direct binding partner of amphiphysin also displayed a disturbed expression pattern. Together, these results point towards an anti-amphiphysin AB-induced defective organization in GABAergic synapses and a presumably compensatory rearrangement of proteins responsible for CME.
In the second part, functional consequences of SPS patient derived IgG fractions containing AB to GAD65, the rate limiting enzyme for GABA synthesis, were investigated by patch clamp electrophysiology and immunohistology. GABAergic neurotransmission at low and high activity as well as short term plasticity appeared normal but miniature synaptic potentials showed an enhanced frequency with constant amplitudes. SPS patient IgG after preabsorption of GAD65-AB using recombinant GAD65 still showed specific synaptic binding to neu-rons and brain slices supporting the hypothesis that additional, not yet characterized AB are present in patient IgG responsible for the exclusive effect on frequency of miniature potentials.
In conclusion, the present thesis uncovered basal pathophysiological mechanisms underlying paraneoplastic SPS induced by AB to amphiphysin leading to disturbed presynaptic architec-ture. In idiopathic SPS, the hypothesis of a direct pathophysiological role of AB to GAD65 was not supported and additional IgG AB are suspected to induce distinct synaptic malfunction.
N2  - Die Anzahl neu charakterisierter Autoantikörper (AAK) gegen synaptische Proteine bei Er-krankungen des zentralen Nervensystems (ZNS) ist stetig wachsend. Direkte Interaktionen der AAK mit ihren Zielantigenen konnten in ersten Studien belegt werden, jedoch besteht weiterhin Unklarheit über die exakten zugrunde liegenden Pathomechanismen.
In der vorliegenden Arbeit wurden pathophysiologische Mechanismen von AAK gegen die synaptisch lokalisierten Proteine Amphiphysin und Glutamatdecarboxylase 65 (GAD65) untersucht, die mit der ZNS Erkrankung Stiff Person Syndrom (SPS) assoziiert sind.
Im ersten Projektteil wurden die Effekte von AAK gegen das Endozytoseprotein Amphiphysin analysiert: in einem etablierten in-vivo Tiermodell konnten nach intrathekalem passiven Transfer von AAK gegen Amphiphysin ultrastrukturelle Untersuchungen von präsynaptischen Terminalen im Rückenmark eine Störung der Endozytose aufzeigen. Dieser Defekt, der bei hoher synaptischer Aktivität eintrat, war durch eine Verminderung synaptischen Vesikelpools, Clathrin-ummantelter Vesikel und endosomähnlicher Strukturen charakterisiert. Molekulare Untersuchungen präsynaptischer Terminale kultivierter hippokampaler Zellkulturen mit dSTORM Mikroskopie zeigten, dass an der Exozytose beteiligte synaptische Vesikelproteine (Synaptobrevin 2 und Synaptobrevin 7) ein verändertes Expressionsmuster innerhalb GA-BAerger Synapsen aufweisen. Die Expression von Endophilin, einem direkten Bindungs-partner von Amphiphysin, war ebenso verändert. Zusammengefasst weisen diese Ergebnis-se auf einen Organisationsdefekt GABAerger Synapsen hin, die durch anti-Amphiphysin AAK induziert sind und eine kompensatorische Umverteilung von Endozytoseproteinen vermuten lassen.
Im zweiten Teil der Arbeit wurden die funktionellen Effekte von SPS AAK gegen GAD65, dem geschwindigkeitsbestimmenden Enzym der GABA-Synthese, mittels Patch-Clamp Mes-sungen und Immunhistologie untersucht. Die GABAerge synaptische Übertragung bei niedri-ger als auch hoher synaptischer Aktivität sowie die synaptische Kurzzeitplastizität wurden durch die IgG Fraktionen mit GAD65-AAK nicht beeinträchtigt. Die Frequenz von GABAergen Miniaturpotentialen war jedoch bei ansonsten gleichbleibender Amplitude erhöht. SPS-Patienten-IgG zeigte allerdings auch nach Präabsorbtion von GAD65-AAK mit Hilfe von rekombinanten GAD65 eine spezifische Anfärbung neuronaler Synapsen, was die Hypothese von weiteren, funktionell wirksamen, aber noch nicht identifizierten AAK im Patienten-IgG unterstützt.
Zusammenfassend konnten in der vorliegenden Arbeit grundlegende pathophysiologische Mechanismen aufgezeigt werden, wie pathogene Antikörper gegen Amphiphysin die Struktur präsynaptischer Boutons beeinträchtigen können. Im Falle des idiopathischen SPS konnte keine unterstützenden Befunde für die Hypothese einer direkten pathophysiologischen Rolle von GAD65 AAK erhoben werden. Nach den vorliegenden Ergebnissen wird das Vorhandensein weiterer, derzeit noch nicht beschriebener IgG AAK postuliert, die die synaptische Fehlfunktion erklären können.
KW  - Autoaggressionskrankheit
KW  - Zentralnervensystem
KW  - Stiff person syndrome
KW  - autoimmunity
KW  - glutamate decarboxylase 65
KW  - amphiphysin
KW  - Synapse
KW  - Glutamat-Decarboxylase
KW  - Autoimmunität
KW  - Endocytose
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-105648
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reddy, Edamakanti Chandrakanth
T1  - Role of differential phosphorylation of c-Jun N-terminal domain in degenerative and inflammatory pathways of CNS
T1  - Die Rolle der unterschiedlichen Phosphorylierung von c-Jun N-terminale Domäne bei degenerativen und entzündlichen Wirkungen im Nervengewebe
N2  - In this study we have investigated the possible role of c-Jun and it’s activation by the JNK pathway in neuronal cell death and in the inflammatory response of activated astrocytes. The first part of this thesis focuses on the role of site specific phosphorylation of c-Jun in neuronal cell death. The second part focuses on the function of c-Jun in LPS-mediated activation of Bergmann glia cells.
In the nervous system, activation of c-Jun transcription factor by different isoforms of c-Jun N-terminal kinase (JNK) functions in various cellular programs, including neurite outgrowth, repair and apoptosis. Yet, the regulatory mechanism underlying the functional dichotomy of c-Jun remains to be elucidated. Serine (S) 63/73 and threonine (T) 91/93 of c-Jun are the target phosphorylation sites for JNKs in response to various stimuli. Yet, these two groups of phosphorylation sites are differentially regulated in vivo, as the S63/73 sites are promptly phosphorylated upon JNK activation, whereas T91/93 phosphorylation requires a priming event at the adjacent T95 site. In our study, we used cerebellar granule cell (CGC) apoptosis by trophic/potassium (TK) deprivation as a model system to investigate the regulation and function of site-specific c-Jun phosphorylation at the S63 and T91/T93 JNK-sites in neuronal cell death. In this model system, JNK induces pro-apoptotic genes through the c-Jun/Ap-1 transcription factor. On the other side, a survival pathway initiated by lithium leads to repression of pro-apoptotic c-Jun/Ap-1 target genes without interfering with JNK activity. Yet, the mechanism by which lithium inhibits c-Jun activity remains to be elucidated. We found that TK-deprivation led to c-Jun phosphorylation at all three JNK sites. However, immunofluorescence analysis of c-Jun phosphorylation at single cell level revealed that the S63 site was phosphorylated in all c-Jun-expressing cells, whereas the response of T91/T93 phosphorylation was more sensitive, mirroring the switch-like apoptotic response of cerebellar granular cells (CGCs). Furthermore, we observed that lithium impaired c-Jun phosphorylation at T91/93, without interfering with S63/73 phosphorylation or JNK activation, suggesting that T91/T93 phosphorylation triggers c-Jun pro-apoptotic activity. Notably, expression of a c-Jun mutant lacking the T95-priming site for T91/93 phosphorylation (c-Jun A95) mimicked the effect of lithium on both cell death and c-Jun site-specific phosphorylation, whereas it was fully able to induce neurite outgrowth in naïve PC12 cells. Vice-versa, a c-Jun mutant bearing aspartate-substitution of T95 overwhelmed lithium-mediate protection of CGCs from TK-deprivation, validating that inhibition of T91/T93/T95 phosphorylation underlies the effect of lithium on cell death. Mass-spectrometry analysis confirmed that c-Jun is phosphorylation at T91/T93/T95 in cells. Moreover, recombinant-JNK phosphorylated c-Jun at T91/T93 in a T95-dependent manner. Based on our results, we propose that T91/T93/T95 phosphorylation of c-Jun functions as a sensitivity amplifier of the JNK cascade, setting the threshold for c-Jun pro-apoptotic activity in neuronal cells.
In the central nervous system (CNS), the c-Jun transcription factor has been mainly studied in neuronal cells and coupled to apoptotic and regenerative pathways following brain injury. Besides, several studies have shown a transcriptional role of c-Jun in activated cortical and spinal astrocytes. In contrast, little is known about c-Jun expression and activation in Bergmann glial (BG) cells, the radial cerebellar astrocytes playing crucial roles in cerebellar development and physiology. In this study, we used neuronal/glial cerebellar cultures from neonatal mice to assess putative functions of c-Jun in BG cells. By performing double immunocytochemical staining of c-Jun and two BG specific markers, S100 and GLAST, we observed that c-Jun was highly expressed in radial glial cells derived from Bergmann glia. Bergmann glia-derived cells expressed toll-like receptor (TLR 4) and treatment with bacterial lipopolysaccharide (Le et al.) induced c-Jun phosphorylation at S63, exclusively in BG cells. Moreover, LPS induced IL-1β expression and inhibition of JNK activity abolished both c-Jun phosphorylation and the increase of IL-1β mRNA. Notably, we also observed that LPS failed to induce IL-1β mRNA in neuronal/glial cerebellar cultures generated from conditional knockout mice lacking c-Jun expression in the CNS. These results indicate that c-Jun plays a central role in c-Jun in astroglial-specific induction of IL-1β. Furthermore, we confirmed in vivo that c-Jun is expressed in BG cells, during the formation of the BG monolayer. Altogether, our finding underlines a putative role of c-Jun in astroglia-mediated neuroinflammatory dysfunctions of the cerebellum.
N2  - In dieser Studie wurde die Rolle des Transkriptionsfaktors c-Jun sowie seine Aktivierung durch den JNK Signalweg beim neuronalen Zelltod und bei der entzündlichen Reaktion von aktivierten Astrozyten untersucht. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Rolle von mehrfacher c-Jun Phosphorylierung an den Aminosäuren Threonin 91/93/95 beim neuronalen Zelltod. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Rolle von c-Jun und seine Transaktivierung in LPS-vermittelter Aktivierung von Bergmann Gliazellen.

Als Modellsystem für den neuronalen Zelltod wurde die Apoptose von cerebellären Granularzellen (CGC) durch trophische  Granulazellen Kaliumkonzentration-Erniedrigung (TK) verwendet, da es ein Modell der Um das ist, das Zusammenspiel von pro-apoptotischen und pro-Überleben Signalwegen beim neuronalen Zelltod zu studieren. In diesem Modell induziert die c-Jun N-terminale Kinase (JNK) pro-apoptotische Gene durch den c-Jun/Ap-1 Transkriptionsfaktor. Auf der anderen Seite, führt ein Lithium-induzierter Überleben-Signalweg zur Unterdrückung der pro-apoptotischen c-Jun/Ap-1 Zielgene, ohne Interferenz mit JNK Aktivität. Es blieb jedoch der Mechanismus zu klären, durch den Lithium c-Jun-Aktivität hemmt. In der Arbeit wurde dieses Modellsystem benutzt, um die Regulation und Funktion der c-Jun-Phosphorylierung durch JNK an den Stellen S63 und T91/T93 beim neuronalen Zelltod zu studieren.

Es wurde gefunden, dass TK-Kaliumerniedrigung zu c-Jun phosphorylierung führte und zwar an allen drei durch JNK phosphorylierbaren Ser/Thr (JNK-Stellen). Immunfluoreszenzanalyse von c-Jun Phosphorylierung auf Einzel-Zell-Ebene ergab jedoch, dass die S63-Stelle in allen c-Jun-exprimierenden Zellen phosphoryliert wurde, während T91/T93 Phosphorylierung empfindlicher war, analog zur Schalter-ähnlichen apoptotischen Antwort von CGCs. Umgekehrt verhinderte Lithium T91 und T93 Phosphorylierung und Zelltod ohne Wirkung auf die S63-Seite, was darauf hindeutet, dass T91/T93 Phosphorylierung durch c-Jun eine pro-apoptotische Aktivität auslöst.
Dementsprechend schützte eine c-Jun-Mutation, der die T95 Priming-Stelle für T91/93 Phosphorylierung fehlt (T95A), CGCs vor Apoptose, wohingegen T95A Neuriten-wachstum in PC12-Zellen induzieren konnte. Umgekehrt führte eine c-Jun Mutante mit Aspartat-Substitution von T95 (T95D ) zur Aufhebung der schützenden Wirkung von Lithium auf CGC Apoptose, wodurch bestätigt wurde, dass die Inhibierung der T91/T93/T95 Phosphorylierung der Wirkung von Lithium auf den Zelltod zugrundeliegt. Massenspektrometrie-Analyse bestätigte multiple Phosphorylierung von c-Jun an T91/T93/T95 in den Zellen. Außerdem wurde rekombinantes c-Jun durch JNK an T91/T93 in einer T95-abhängigen Weise phosphoryliert. Basierend auf diesen Ergebnissen wird vorgeschlagen, dass T91/T93/T95 phosphorylierung von c-Jun als Empfindlichkeit-Verstärker der JNK-Kaskade fungiert, der die Schwelle für die pro-apoptotische Aktivität von c-Jun in neuronalen Zellen einstellt.

Im zentralen Nervensystem (ZNS) wurde die Rolle des c-Jun Transkriptionsfaktors hauptsächlich bei neuronalem Zelltod und bei neuronaler Regeneration nach Hirnschädigung untersucht. Außerdem wurde auch eine Rolle für c-Jun bei der Transkription in aktivierten kortikalen und spinalen Astrozyten beschrieben. Im Gegensatz dazu ist wenig bekannt über die Expression von c-Jun und dessen Transaktivierung in Bergmann Gliazellen (BG)-Zellen, die eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung des Kleinhirns und dessen Physiologie spielen.

In dieser Arbeit wurde die putative Rolle von c-Jun bei kultivierten neuronalen/BG-Zellen aus dem Maus-Kleinhirn untersucht. Immunfluoreszenzanalyse von c-Jun und zwei für BG-Zellen spezifische Marker, S100 und GLAST, ergab, dass c-Jun in BG-Zellen hoch exprimiert wurde. Außerdem wurde gefunden, dass der Toll-like Rezeptor TLR4 in BG-Zellen exprimiert ist und dass die Behandlung mit bakteriellem Lipopolysaccharid (Le et al.) die c-Jun- Phosphorylierung an S63 induziert. Zusätzlich wurde gefunden, dass LPS IL-1b Expression induziert und die Inhibierung von JNK Aktivität verhinderte sowohl c-Jun-Phosphorylierung, als auch die Zunahme von IL-1 b mRNA.

Insbesondere konnte LPS die IL-1b mRNA-Produktion in neuronalen / BG-Kulturen aus konditionellen Knockout Mäusen, denen c-Jun im ZNS fehlte, nicht induzieren, womit gezeigt wurde, dass c-Jun bei der Astroglia-spezifischen Induktion von IL-1 b essentiell ist. Immunohistochemische Analyse von c-Jun-exprimierenden Zellen im postnatalen Kleinhirn bestätigte in-vivo die Expression von c-Jun in BG Zellen und förderte eine dynamische Expression von c-Jun während der Entwicklung der BG Monolayer zutage. Insgesamt unterstreichen die Befunde dieser Arbeit eine wahrscheinliche Rolle von c-Jun bei Astroglia-vermittelten neuroinflammatorischen Funktionsstörungen des Kleinhirns.
KW  - Jun
KW  - c-Jun Phosphorylierung
KW  - JNK
KW  - neuronal cell death
KW  - Licl
KW  - degeneratives Nervengewebe
KW  - Zelltod
KW  - Zentralnervensystem
KW  - Astrozyt
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-90748
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Liebert, U. G.
A1  - Schneider-Schaulies, Sibylle
A1  - ter Meulen, V.
T1  - Measles Virus infections of the central nervous system (CNS) of rats
N2  - No abstract available
KW  - Masernvirus
KW  - Zentralnervensystem
KW  - Ratte
Y1  - 1988
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-34087
ER  - 
TY  - THES
A1  - Knorr, Susanne
T1  - Pathophysiology of early-onset isolated dystonia in a DYT-TOR1A rat model with trauma-induced dystonia-like movements
T1  - Pathophysiologie der früh beginnenden, isolierten Dystonie in einem DYT-TOR1A Rattenmodell mit Trauma-induzierten Dystonie-ähnlichen Bewegungen
N2  - Early-onset torsion dystonia (DYT-TOR1A, DYT1) is an inherited hyperkinetic movement disorder caused by a mutation of the TOR1A gene encoding the torsinA protein. DYT-TOR1A is characterized as a network disorder of the central nervous system (CNS), including predominantly the cortico-basal ganglia-thalamo-cortical loop resulting in a severe generalized dystonic phenotype. The pathophysiology of DYTTOR1A is not fully understood. Molecular levels up to large-scale network levels of the CNS are suggested to be affected in the pathophysiology of DYT-TOR1A. The reduced penetrance of 30% - 40% indicates a gene-environmental interaction, hypothesized as “second hit”. The lack of appropriate and phenotypic DYT-TOR1A animal models encouraged us to verify the “second hit” hypothesis through a unilateral peripheral nerve trauma of the sciatic nerve in a transgenic asymptomatic DYT-TOR1A rat model (∆ETorA), overexpressing the human mutated torsinA protein. In a multiscale approach, this animal model was characterized phenotypically and pathophysiologically. 
Nerve-injured ∆ETorA rats revealed dystonia-like movements (DLM) with a partially generalized phenotype. A physiomarker of human dystonia, describing increased theta oscillation in the globus pallidus internus (GPi), was found in the entopeduncular nucleus (EP), the rodent equivalent to the human GPi, of nerve-injured ∆ETorA rats. Altered oscillation patterns were also observed in the primary motor cortex. Highfrequency stimulation (HFS) of the EP reduced DLM and modulated altered oscillatory activity in the EP and primary motor cortex in nerve-injured ∆ETorA rats. Moreover, the dopaminergic system in ∆ETorA rats demonstrated a significant increased striatal dopamine release and dopamine turnover. Whole transcriptome analysis revealed differentially expressed genes of the circadian clock and the energy metabolism, thereby pointing towards novel, putative pathways in the pathophysiology of DYTTOR1A dystonia. 
In summary, peripheral nerve trauma can trigger DLM in genetically predisposed asymptomatic ΔETorA rats leading to neurobiological alteration in the central motor network on multiple levels and thereby supporting the “second hit” hypothesis. This novel symptomatic DYT-TOR1A rat model, based on a DYT-TOR1A genetic background, may prove as a valuable chance for DYT-TOR1A dystonia, to further investigate the pathomechanism in more detail and to establish new treatment strategies.
N2  - Früh beginnende Torsionsdystonie (DYT-TOR1A, DYT1) ist eine genetisch bedingte hyperkinetische Bewegungsstörung, die aufgrund einer Mutation im TOR1A Gen verursacht wird, welches für das TorsinA-Protein codiert. DYT-TOR1A wird als zentrale Netzwerkstörung bezeichnet und betrifft hauptsächlich die kortiko-striatothalamo-kortikale Funktionsschleife, welches schließlich zu einem schweren generalisierten dystonen Phänotyp führt. Die Pathophysiologie von DYT-TOR1A ist nicht vollständig verstanden, man geht jedoch davon aus, dass Ebenen im Zentralnervensystem von molekularer Basis bis hin zu ganzen Netzwerken betroffen sind. Die reduzierte Penetranz von nur 30% bis 40% deutet auf eine Gen-UmweltInteraktion hin, im Sinne einer „2-Treffer-Hypothese“. Auch das Fehlen eines adäquaten DYT-TOR1A Tiermodelles hat uns dazu veranlasst, die „2-TrefferHypothese“ zu verifizieren, indem eine unilaterale periphere Quetschläsion des Nervus ischiadicus in einem transgenen, asymptomatischen DYT-TOR1A Rattenmodell (∆ETorA) durchgeführt wurde, welches das humane mutierte TorsinA-Protein überexprimiert. Das Tiermodell wurde phänotypisch und pathophysiologisch auf verschiedenen Analysenebenen charakterisiert.  
∆ETorA Ratten mit Quetschläsion entwickelten Dystonie-ähnliche Bewegungen (DLM) mit teilweise generalisiertem Phänotyp. Erhöhte Theta-Oszillationen im Globus pallidus internus (GPi) sind bezeichnend für die humane Dystonie, welche auch im Nucleus entopeduncularis (EP), dem Äquivalent zum humanen GPi, von ∆ETorA Ratten mit Quetschläsion nachgewiesen wurden. Veränderte oszillatorische Muster wurden auch im primären Motorkortex gefunden. Hochfrequenz-Stimulation (HFS) des EP konnte das klinische Erscheinungsbild verbessern und hatte zudem auch einen modulatorischen Effekt auf die veränderte oszillatorische Aktivität des EP und des primären Motorcortex von ∆ETorA Ratten mit Quetschläsion. Auch das veränderte dopaminerge System erwies sich als ein pathologisches Merkmal in ∆ETorA Ratten. Es fand sich eine erhöhte striatale Ausschüttung von Dopamin und ein erhöhter Dopaminumsatz. In der Transkriptomanalyse kamen die zirkadiane Uhr und der Energiemetabolismus als weitere potentielle Signalwege in der Pathophysiologie der DYT-TOR1A Dystonie zum Vorschein. 
Zusammengefasst konnten DLM in genetisch prädisponierten, asymptomatischen ΔETorA Ratten mittels peripheren Nerventraumas ausgelöst werden, welches zu neurobiologischen Veränderungen in verschiedenen Ebenen des zentralen motorischen Netzwerk führte. Somit konnte die „2-Treffer-Hypothese“ bestätigt werden. Dieses neue symptomatische DYT-TOR1A Rattenmodell, fundiert auf der genetischen Grundlage von DYT-TOR1A, kann sich als wertvolle Möglichkeit für die DYT-TOR1A Dystonie erweisen, um Pathomechanismen genauer zu untersuchen und neue Behandlungsstrategien zu entwickeln.
KW  - Dystonie
KW  - Trauma
KW  - Ratte
KW  - Zentralnervensystem
KW  - DYT-TOR1A
KW  - early-onset isolated dystonia
KW  - gene-environmental interaction
KW  - peripheral nerve trauma
KW  - striatum
KW  - dopamine
KW  - deep brain stimulation
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-206096
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dreykluft, Angela
T1  - The PD-1/B7-H1 Pathway in a Transgenic Mouse Model for Spontaneous Autoimmune Neuroinflammation: Immunological Studies on Devic B7-H1-/- Mice
T1  - Der PD-1/B7-H1 Signalweg in einem transgenen Mausmodell für spontane autoimmune Neuroinflammation: Immunologische Studien an Devic B7-H1-/- Mäusen
N2  - Multiple sclerosis is an autoimmune disease of the central nervous system characterized by inflammatory, demyelinating lesions and neuronal death. Formerly regarded as a variant of MS, neuromyelitis optica (NMO)/Devic’s disease is now recognized as a distinct neurological disorder exhibiting characteristic inflammatory and demyelinated foci in the optic nerves and the spinal cord sparing the brain. With the introduction of the double-transgenic “Devic mouse” model featuring spontaneous, adjuvant-free incidence of autoimmune neuroinflammation due to the interaction of transgenic MOG-specific T and B cells, a promising tool was found for the analysis of factors triggering or preventing autoimmunity. The co-inhibitory molecule B7-H1 has been proposed to contribute to the maintenance of peripheral tolerance and to confine autoimmune inflammatory damage via the PD-1/B7-H1 pathway. Compared to Devic B7-H1+/+ mice, Devic B7-H1-/- mice developed clinical symptoms with a remarkably higher incidence rate and faster kinetics emphasized by deteriorated disease courses and a nearly quadrupled mortality rate. Remarkably enlarged immune-cell accumulation in the CNS of Devic B7-H1-/- mice, in particular of activated MOG-specific CD4+ T cells, correlated with the more severe clinical features. Our studies showed that the CNS not only was the major site of myelin-specific CD4+ T-cell activation but also that B7-H1 expression within the target organ significantly influenced T-cell activation and differentiation levels. Analysis at disease maximum revealed augmented accumulation of MOG-specific CD4+ T cells in the peripheral lymphoid organs of Devic B7-H1-/- mice partly due to increased T-cell proliferation rates. Transgenic MOG-specific B cells of Devic B7-H1-/- mice activated MOG-specific CD4+ T cells more efficiently than B cells of Devic B7-H1+/+ mice. This observation indicated a relevant immune-modulating role of B7-H1 on APCs (antigen-presenting cells) in this mouse model. We also assumed altered thymic selection processes to be involved in increased peripheral CD4+ T-cell numbers of Devic B7-H1-/- mice as we found more thymocytes expressing the transgenic MOG-specific T-cell receptor (TCR). Moreover, preliminary in vitro experiments hinted on an enhanced survival of TCRMOG-transgenic CD4+ T cells of Devic B7-H1-/- mice; a mechanism that might as well have led to higher peripheral T-cell accumulation. Elevated levels of MOG-specific CD4+ T cells in the periphery of Devic B7-H1-/- mice could have entailed the higher quantities in the CNS. However, mechanisms such as CNS-specific proliferation and/or apoptosis/survival could also have contributed. This should be addressed in future investigations. Judging from in vitro migration assays and adoptive transfer experiments on RAG-1-/- recipient mice, migratory behavior of MOG-specific CD4+ T cells of Devic B7-H1+/+ and Devic B7-H1-/- mice seemed not to differ. However, enhanced expression of the transmigration-relevant integrin LFA-1 on CD4+ T cells in young symptom-free Devic B7-H1-/- mice might hint on temporally differently pronounced transmigration capacities during the disease course. Moreover, we attributed the earlier conversion of CD4+ T cells into Th1 effector cells in Devic B7-H1-/- mice during the initiation phase to the lack of co-inhibitory signaling via PD-1/B7-H1 possibly leading to an accelerated disease onset. Full blown autoimmune inflammatory processes could have masked these slight effects of B7-H1 in the clinical phase. Accordingly, at peak of the disease, Th1 and Th17 effector functions of peripheral CD4+ T cells were comparable in both mouse groups. Moreover, judging from titers of MOG-specific IgG1 and IgM antibodies, alterations in humoral immunity were not detected. Therefore, clinical differences could not be explained by altered T-cell or B-cell effector functions at disease maximum. B7-H1 rather seemed to take inhibitory effect in the periphery during the initiation phase only and consistently within the target organ by parenchymal expression. Our observations indicate that B7-H1 plays a relevant role in the regulation of T-cell responses in this mouse model for spontaneous CNS autoimmunity. By exerting immune-modulating effects in the preclinical as well as the clinical phase of the disease, B7-H1 contributed to the confinement of the immunopathological tissue damage in Devic B7-H1+/+ mice mirrored by later disease onsets and lower disease scores. As a model for spontaneous autoimmunity featuring a close to 100 % incidence rate, the Devic B7-H1-/- mouse may prove instrumental in clarifying disease-triggering and -limiting factors and in validating novel therapeutic approaches in the field of autoimmune neuroinflammation, in particular the human Devic’s disease.
N2  - Multiple Sklerose ist eine Autoimmunerkrankung des zentralen Nervensystems, die durch entzündliche, demyelinisierende Läsionen und neuronalen Tod gekennzeichnet ist. Einst als Variante der MS betrachtet, gilt die Neuromyelitis optica (NMO) / Devic-Krankheit heute als eigenständige neurologische Erkrankung, bei der charakteristische Läsionen in den Sehnerven und im Rückenmark jedoch nicht im Gehirn auftreten. Mit der Einführung des doppelt-transgenen "Devic Maus"-Modells, bei dem es zur spontanen, Adjuvans-freien Inzidenz von autoimmuner Neuroinflammation durch Expression transgener MOG-spezifischer T- und B-Zellen kommt, wurde ein vielversprechendes Werkzeug für die Analyse von Faktoren gefunden, die Autoimmunität auslösen bzw. hemmen können. Das ko-inhibitorische Molekül B7-H1 trägt über den PD-1/B7-H1 Signalweg vermeintlich zur Aufrechterhaltung peripherer Toleranz bei. Devic B7-H1-/ - Mäuse entwickelten im Vergleich zu Devic B7-H1+/ + Mäusen Symptome, die mit deutlich höherer Inzidenz und schnellerer Kinetik einhergingen, unterstrichen von verstärkten Krankheitsverläufen und einer nahezu vervierfachten Sterblichkeit. Die verstärkte Akkumulierung von Immunzellen im ZNS, insbesondere von aktivierten MOG-spezifischen CD4+ T-Zellen, korrelierte mit den schwerwiegenderen klinischen Merkmalen. Unsere Untersuchungen zeigten nicht nur, dass die Aktivierung von myelin-spezifischen CD4+ T-Zellen hauptsächlich im ZNS stattfand, sondern auch, dass im Zielorgan exprimiertes B7-H1 maßgeblich den T-Zell-Aktivierungs- und -Differenzierungsgrad beeinflusste. Analysen am Krankheitsmaximum zeigten eine verstärkte Akkumulierung von MOG-spezifischen CD4+ T-Zellen in den Lymphorganen von Devic B7-H1-/- Mäusen, die wir teils auf erhöhte T-Zell-Proliferation zurückzuführten. Transgene MOG-spezifische B-Zellen der Devic B7-H1-/- Mäuse aktivierten effizienter als B-Zellen der Devic B7-H1+/+ Mäuse MOG-spezifische CD4+ T-Zellen. Dies deutet auf eine wichtige immunmodulierende Rolle von B7-H1 auf Antigen-präsentierenden Zellen in diesem Mausmodell hin. Veränderte Selektionsprozesse im Thymus trugen wohlmöglich zu den höheren CD4+ T-Zellzahlen in der Peripherie bei. Vorläufige in vitro Experimente deuteten auf ein verbessertes Überleben von TCRMOG-transgenen CD4+ T-Zellen aus Devic B7-H1-/- Mäusen hin. Eine erhöhte Anzahl von peripheren MOG-spezifischen CD4+ T-Zellen könnte zu den größeren Mengen im ZNS von Devic B7-H1-/- Mäusen geführt haben. Jedoch sind zusätzliche Mechanismen wie ZNS-spezifische Proliferation und/oder Apoptose bzw. Überleben denkbar. Dies sollte in zukünftigen Untersuchungen genauer analysiert werden. Anhand von in vitro-Migrationsassays und Adoptiver Transfer-Experimenten in RAG-1-/- Mäusen schlossen wir, dass das Migrationsverhalten von MOG-spezifischen CD4+ T-Zellen von Devic B7-H1-/- Mäusen nicht verändert war. Allerdings deutet die verstärkte Expression des transmigrationsrelevanten Intergins LFA-1 auf CD4+ T-Zellen in jungen, symptomfreien Devic B7-H1-/- Mäusen auf im Krankheitsverlauf zeitlich verschieden ausgeprägte Transmigrationskapazitäten hin. Die frühere Differenzierung von peripheren CD4+ T-Zellen in Th1-Effektorzellen in Devic B7-H1-/- Mäusen während der Initiationsphase schrieben wir der fehlenden inhibierenden Wirkung des PD-1/B7-H1 Signalwegs zu, was den früheren Krankheitsbeginn bedingt haben könnte. Stark ausgeprägte autoimmune Entzündungsreaktionen am Krankheitsmaximum maskierten jedoch wahrscheinlich diese schwachen Effekte von B7-H1. Dies wurde durch die Tatsache untermauert, dass am Krankheitsmaximum Th1- und Th17-Effektorfunktionen von peripheren CD4+ T-Zellen in beiden Mausgruppen vergleichbar ausgeprägt waren. Des Weiteren bestanden am Krankheitsmaximum keine Unterschiede in der humoralen Immunität. Die beobachteten klinischen Unterschiede waren demnach nicht durch veränderte periphere T-Zell- oder B-Zell-Effektorfunktionen in dieser Krankheitsphase erklärbar. Vielmehr scheint B7-H1 in der Peripherie ausschließlich während der Initiationsphase der Krankheit und fortwährend im Zielorgan durch seine parenchymale Expression immuninhibierend zu wirken. Unsere Beobachtungen zeigen, dass B7-H1 eine relevante Rolle bei der Immunregulierung im vorliegenden Mausmodell für spontane ZNS-Autoimmunität spielt. Durch immunmodulierende Effekte in der präklinischen sowie der klinischen Phase der Krankheit trug B7-H1 zu der Begrenzung der immunpathologischen Gewebeschädigung in Devic B7-H1+/+ Mäusen bei, sichtbar an einem späteren Krankheitsbeginn und leichteren -verlauf. Als Tiermodell für spontane ZNS-Autoimmunität mit nahezu 100 %iger Inzidenz könnte sich die Devic B7-H1-/- Maus als hilfreich bei der Klärung krankheitsauslösender und -limitierender Faktoren erweisen sowie bei der Validierung neuer therapeutischer Ansätze im Bereich der autoimmunen Neuroinflammation, insbesondere der Devic-Krankheit im Menschen.
KW  - Autoimmunität
KW  - Zentralnervensystem
KW  - Neuroinflammation
KW  - B7-H1
KW  - Ko-inhibitorischer Signalweg
KW  - Devic Maus
KW  - autoimmunity
KW  - neuroinflammation
KW  - B7-H1
KW  - co-inhibitory signalling
KW  - Devic mice
KW  - Maus
KW  - Entzündung
KW  - Signaltransduktion
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-83288
ER  - 
TY  - THES
A1  - Andlauer, Till Felix Malte
T1  - Structural and Functional Diversity of Synapses in the Drosophila CNS
T1  - Strukturelle und funktionale Diversität von Synapsen im ZNS von Drosophila
N2  - Large-scale anatomical and functional analyses of the connectivity in both invertebrate and mammalian brains have gained intense attention in recent years. At the same time, the understanding of synapses on a molecular level still lacks behind. We have only begun to unravel the basic mechanisms of how the most important synaptic proteins regulate release and reception of neurotransmitter molecules, as well as changes of synaptic strength. Furthermore, little is known regarding the stoichiometry of presynaptic proteins at different synapses within an organism. An assessment of these characteristics would certainly promote our comprehension of the properties of different synapse types. Presynaptic proteins directly influence, for example, the probability of neurotransmitter release as well as mechanisms for short-term plasticity. We have examined the strength of expression of several presynaptic proteins at different synapse types in the central nervous system of Drosophila melanogaster using immunohistochemistry. Clear differences in the relative abundances of the proteins were obvious on different levels: variations in staining intensities appeared from the neuropil to the synaptic level. In order to quantify these differences, we have developed a ratiometric analysis of antibody stainings. By application of this ratiometric method, we could assign average ratios of presynaptic proteins to different synapse populations in two central relays of the olfactory pathway. In this manner, synapse types could be characterized by distinct fingerprints of presynaptic protein ratios. Subsequently, we used the method for the analysis of aberrant situations: we reduced levels of Bruchpilot, a major presynaptic protein, and ablated different synapse or cell types. Evoked changes of ratio fingerprints were proportional to the modifications we had induced in the system. Thus, such ratio signatures are well suited for the characterization of synapses. In order to contribute to our understanding of both the molecular composition and the function of synapses, we also characterized a novel synaptic protein. This protein, Drep-2, is a member of the Dff family of regulators of apoptosis. We generated drep-2 mutants, which did not show an obvious misregulation of apoptosis. By contrast, Drep-2 was found to be a neuronal protein, highly enriched for example at postsynaptic receptor fields of the input synapses of the major learning centre of insects, the mushroom bodies. Flies mutant for drep-2 were viable but lived shorter than wildtypes. Basic synaptic transmission at both peripheral and central synapses was in normal ranges. However, drep-2 mutants showed a number of deficiencies in adaptive behaviours: adult flies were locomotor hyperactive and hypersensitive towards ethanol-induced sedation. Moreover, the mutant animals were heavily impaired in associative learning. In aversive olfactory conditioning, drep-2 mutants formed neither short-term nor anaesthesia-sensitive memories. We could demonstrate that Drep-2 is required in mushroom body intrinsic neurons for normal olfactory learning. Furthermore, odour-evoked calcium transients in these neurons, a prerequisite for learning, were reduced in drep-2 mutants. The impairment of the mutants in olfactory learning could be fully rescued by pharmacological application of an agonist to metabotropic glutamate receptors (mGluRs). Quantitative mass spectrometry of Drep-2 complexes revealed that the protein is associated with a large number of translational repressors, among them the fragile X mental retardation protein FMRP. FMRP inhibits mGluR-mediated protein synthesis. Lack of this protein causes the fragile X syndrome, which constitutes the most frequent monogenic cause of autism. Examination of the performance of drep-2 mutants in courtship conditioning showed that the animals were deficient in both short- and long-term memory. Drep-2 mutants share these phenotypes with fmrp and mGluR mutants. Interestingly, drep-2; fmrp double mutants exhibited normal memory. Thus, we propose a model in which Drep-2 antagonizes FMRP in the regulation of mGluR-dependent protein synthesis. Our hypothesis is supported by the observation that impairments in synaptic plasticity can arise if mGluR signalling is imbalanced in either direction. We suggest that Drep-2 helps in establishing this balance.
N2  - Umfangreiche anatomische und funktionelle Analysen der Konnektivität in Gehirnen von Wirbellosen und Säugern haben in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit erhalten. Gleichzeitig ist unser Verständnis von Synapsen auf molekularer Ebene jedoch noch unvollständig. Wir haben erst damit begonnen, die grundlegenden Mechanismen zu entschlüsseln, nach denen die wichtigsten synaptischen Proteine die Ausschüttung und Erkennung von Neurotransmittern sowie Veränderungen der Stärke von Synapsen regulieren. Darüber hinaus ist auch über die Stöchiometrie präsynaptischer Proteine an verschiedenen Synapsen noch wenig bekannt. Eine Untersuchung dieser Eigenschaften würde zum besseren Verständnis der Merkmale verschiedener Synapsentypen beitragen. Präsynaptische Proteine beeinflussen zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit der Ausschüttung von Neurotransmittern sowie Mechanismen zur Erzeugung von Kurzzeit-Plastizität. Wir haben die Expressionsstärke mehrerer präsynaptischer Proteine an verschiedenen Synapsentypen des Zentralnervensystems von Drosophila melanogaster mittels Immunhistochemie untersucht. Auf mehreren Ebenen waren deutliche Unterschiede in der relativen Anreicherung der Proteine offensichtlich: Färbungsintensitäten variierten von der Neuropilebene bis zum einzelnen Synapsentyp. Um diese Unterschiede zu quantifizieren, haben wir eine ratiometrische Analyse von Antikörperfärbungen entwickelt. Mit dieser Methode war es möglich, verschiedenen Synapsenpopulationen zweier Schaltstellen der Riechbahn durchschnittliche Ratios präsynaptischer Proteine zuzuweisen. Synapsentypen konnten durch eindeutige Fingerabdrücke präsynaptischer Proteinratios charakterisiert werden. So gelang es uns, die Auswirkungen einer Verringerung der Menge des wichtigen präsynaptischen Proteins Bruchpilot sowie der Entfernung verschiedener Synapsen- und Zelltypen zu untersuchen. Die in diesen Situationen hervorgerufenen Veränderungen der Ratio-Fingerabdrücke entsprachen den von uns im System erzeugten Abweichungen. Ratios präsynaptischer Proteine eignen sich daher gut dafür, Synapsentypen zu charakterisieren. Um unser Verständnis von sowohl der molekularen Zusammensetzung als auch der Funktion von Synapsen zu verbessern, haben wir außerdem das neue synaptische Protein Drep-2 charakterisiert. Drep-2 gehört zu den Dff-Proteinen, einer Familie von Apoptoseregulatoren. Wir haben drep-2 Mutanten erzeugt, bei denen Zelltod jedoch nicht fehlreguliert erschien. Stattdessen stellte sich Drep-2 als neuronales Protein heraus, angereichert zum Beispiel postsynaptisch an Eingangssynapsen der Pilzkörper, den Lernzentren von Insekten. Fliegen, denen das Gen drep-2 fehlte, waren lebensfähig, lebten jedoch kürzer. Die basale Übertragung an peripheren und zentralen Synapsen erschien unverändert. Die Mutanten zeigten jedoch Ausfälle in verschiedenen adaptiven Verhaltensweisen: Die Fliegen waren hyperaktiv in ihrer Bewegung sowie hypersensibel gegenüber Ethanol. Zudem zeigten die Tiere ein stark eingeschränktes assoziatives Lernvermögen. In aversivem Geruchslernen konnten die Mutanten weder Kurz- noch Mittelzeiterinnerungen bilden. Wir konnten nachweisen, dass Drep-2 für normales Geruchslernen in Pilzköper-intrinsischen Neuronen benötigt wird. Außerdem waren bei den Mutanten in diesen Neuronen durch Gerüche hervorgerufene Kalziumsignale, eine Voraussetzung für Lernen, reduziert. Die Lerneinschränkungen der Mutanten konnten durch Gabe eines pharmakologischen Agonisten metabotroper Glutamatrezeptoren (mGluR) vollständig behoben werden. Quantitative Massenspektrometrie von Drep-2-Komplexen zeigte, dass das Protein mit einer großen Anzahl von Translationsrepressoren assoziiert ist. Unter diesen befand sich das Fragile X Protein FMRP. FMRP inhibiert mGluR-vermittelte Proteinsynthese. Ein Mangel an FMRP erzeugt das Fragile X Syndrom, die häufigste monogenetische Ursache für Autismus. Bei Balzkonditionierung konnten drep-2 Mutanten weder Kurz- noch Langzeiterinnerungen speichern. Diesen Phänotyp haben sie mit fmrp- und mGluR-Mutanten gemeinsam. Drep-2; fmrp Doppelmutanten hatten jedoch ein normales Gedächtnis. Wir gehen daher davon aus, dass Drep-2 FMRP bei der Regulierung von mGluR-abhängiger Translation entgegenwirkt. Die Beobachtung, dass synaptische Plastizität gestört sein kann, wenn mGluR-Signalwege unausgewogen sind, stärkt diese Hypothese. Wir nehmen an, dass Drep-2 dazu beiträgt, von mGluR erzeugte Signale zu balancieren.
KW  - Taufliege
KW  - Neurobiologie
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KW  - Synapse
KW  - Molekulare Marker
KW  - Aktive Zone
KW  - Lernen und Gedächtnis
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KW  - Learning and memory
KW  - Mushroom body
KW  - Conditioning
KW  - Metabotropic glutamate receptor
KW  - Neurogenetik
KW  - Drosophila
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85018
ER  -