Titelaufnahme

Titel
Oxidative tissue injury in experimental disease models of multiple sclerosis / submitted by Cornelia Schuh
VerfasserSchuh, Cornelia
Begutachter / BegutachterinLassmann, Hans
Erschienen2014
Umfang135 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Multiple Sklerose / Experimentelle autoimmune Encephalomyelitis (EAE) / oxidativer Schaden / NADPH Oxidase / Induzierbare Stickstoffmonoxid Synthase (iNOS) / Eisen
Schlagwörter (EN)Multiple sclerosis / Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) / Oxidative injury / NADPH oxidase / Inducible nitric oxide synthase (iNOS) / Iron
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-4331 Persistent Identifier (URN)
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Oxidative tissue injury in experimental disease models of multiple sclerosis [10.54 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Multiple Sklerose (MS) ist eine chronische durch Demyelinisierung gekennzeichnete entzündliche Erkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS). Große Fortschritte konnten in der Aufklärung der Entzündung und Neurodegeneration zugrunde liegenden Mechanismen erzielt werden. Eine Vielzahl von verschiedenen Tiermodellen trug zu einem besseren Verständnis der MS-Pathologie und fundamentalen immunologischen Konzepten bei. Außerdem ermöglichten experimentelle Modelle die Entwicklung von immunmodulatorischen Therapien für MS Patienten. Die Forschung der letzten Jahre erbrachte wichtige Hinweise dafür, dass oxidativer Schaden eine wichtige Rolle im Hinblick auf die Neurodegeneration in der MS spielt. Daher war unser Ziel, die Beschaffenheit und das Ausmaß von oxidativem Schaden in verschiedenen Tiermodellen zu ermitteln und direkt mit MS Läsionen zu vergleichen.

Hierbei konzentrierten wir uns auf die Expression von freien Radikale-produzierenden Enzymen (die essentielle Untereinheit der NADPH Oxidase p22phox und die induzierbare Stickstoffmonoxid Synthetase, iNOS), die Anreicherung von oxidierten Phospholipiden und Eisen, das oxidativen Schaden verstärken kann. Die Erkrankungen in den verschiedenen Tiermodellen wurden durch unterschiedliche inflammatorische Mechanismen induziert, die jeweils andere Aspekte der MS Pathologie repräsentieren. Das einzige Modell, in dem wir annähernd so viel oxidativen Schaden wie in MS Läsionen detektierten, war die durch Coronavirus-Infektion hervorgerufene demyelinisierende Encephalomyelitis. In der MS als auch im Coronavirus-Modell war der oxidative Schaden mit einer massiven Aktivierung der Mikroglia und Makrophagen verbunden. Diese zeichnete sich durch ausgeprägte Expression von p22phox und geringes Vorkommen von iNOS aus. Das zweite in unsere Studie eingeschlossene Virusmodell war eine chronische Demyelinisierung, die durch Theilers Virus (TMEV) verursacht wurde. In diesem Fall erreichte jedoch die Expression von p22phox in aktivierten Mikroglia und Makrophagen nicht das Ausmaß des Coronavirus-Modells. Außerdem konnten wir im TMEV-Modell oxidative Schaden zwar detektieren, aber zu einem geringeren Grad als im Coronavirus-Modell. Die iNOS Expression erschien in beiden Modellen ähnlich gering. Läsionen, die durch den passiven Transfer von T-Zellen hervorgerufenen wurden, zeigten massive p22phox und iNOS Expression in der akuten Phase der Entzündung. Ähnlich dazu fanden wir p22phox exprimierende Makrophagen in Tieren mit chronischen Läsionen, die durch T-Zellen und Makrophagen hervorgerufen wurden, aber im Gegensatz dazu wenige iNOS positive Zellen. Chronische Läsionen von Antikörpern mediierter Demyelinisierung enthielten phagozytisch aktive Makrophagen, die aber keine Expression von p22phox oder iNOS zeigten. In akuten Läsionen, die durch den Transfer von CD8+ T-Zellen oder Mechanismen des angeborenen Immunsystems hervorgerufen wurden, detektieren wir die Expression von p22phox in Mikroglia und Makrophagen. Im Gegensatz dazu war iNOS nur geringfügig zu finden. Zusätzlich zum oxidativem Schaden und den verschiedenen Expressionsmustern von p22phox und iNOS, untersuchten wir auch den Einfluss von Eisen in den jeweiligen experimentellen Modellen. Die alters-abhängige Eisenanreicherung in Oligodendrozyten und dessen Freisetzung, die man in MS Läsionen findet, werden nur wenig in Tiermodellen widergespiegelt. Wir versuchten die Rolle von Eisen in der Neurodegeneration mittels Zellkultur zu studieren, konnten eine Eisen Anreicherung aber nur in Mikroglia und nicht in Oligodendrozyten hervorrufen. Unsere Studie zeigt, dass in den verschiedenen Tiermodellen der MS auch ein unterschiedliches Muster von oxidativem Schaden zu finden ist, dessen Ausmaß aber in den wenigsten Fällen jenes der MS erreicht. Dies liegt möglicherweise daran, dass den Tiermodellen mögliche Amplifizierungsmechanismen fehlen, die in der MS Pathogenese eine wichtige Rolle spielen.

Zusammenfassung (Englisch)

Multiple sclerosis (MS) is a chronic disease of the central nervous system (CNS) characterised by inflammation and demyelination.

Major advances have been made in unravelling the mechanisms of inflammatory and neurodegenerative processes underlying the disease. A number of different animal models of MS contributed not only to a better understanding of MS pathology but also explained fundamental immunological concepts. Additionally, experimental models enabled the development of immune-modulatory therapies for MS patients.

In recent years, growing evidence for a major role of oxidative injury in demyelination and neurodegeneration in MS has been emerging. Hence, we aimed to characterise the nature and the extent of oxidative damage in different experimental models in comparison to MS. For this purpose, we emphasised the expression of enzymes involved in reactive species production (the essential NADPH oxidase subunit p22phox and inducible nitric oxide synthase; iNOS), the accumulation of oxidised phospholipids and iron, which is a potential amplifier of oxidative damage. The different animal models were triggered by diverse inflammatory mechanisms, each representing distinct aspects of MS pathology. The only experimental model accumulating oxidised phospholipids to a comparable extent as MS lesions was the coronavirus-triggered demyelinating encephalomyelitis. In MS as well as in the coronavirus-model, oxidative injury was associated with a profound activation of microglia and macrophages. This was characterised by the pronounced expression of p22phox but only scattered expression of iNOS.

The second virus model in our study, Theilers murine encephalomyelitis virus-induced chronic demyelination, did not reach the level of microglia and macrophage activation, regarding p22phox expression, observed in the coronavirus-model. Further, a staining for oxidised phospholipids was detectable but only to a lesser extent compared with the coronavirus-induced disease. In both virus models, iNOS expression was minor. In contrast, animals suffering from passive T cell transfer experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) exhibited profound p22phox and iNOS expression at the peak of the disease. Similarly, we found p22phox-expressing macrophages in animals suffering from chronic T cell and macrophage-induced disease, but few iNOS+ cells. In contrast, chronic lesions of animals affected by antibody-mediated demyelination contained phagocytosing macrophages lacking p22phox and iNOS expression.

Further, acute lesions induced by CD8+ T cell transfer or by mechanisms of the innate immune system showed p22phox expression in activated microglia and macrophages, but iNOS reactivity was marginal.

Additionally to oxidative damage and activation patterns in microglia and macrophages concerning iNOS and p22phox, we assessed the impact of iron in experimental demyelination. Age-dependent iron accumulation and subsequent lesion-associated cellular iron release, as observed in the human brain, was only poorly reflected in the central nervous system of rodents. Therefore, we used a complex cell culture-based approach to study a possible amplification of neurodegeneration by iron accumulation in oligodendrocytes. Unfortunately, we were only able to induce iron accumulation in microglia but not in any other cell population.

The presented study reports a diverging extent of oxidative injury and underlying mechanisms in different models for inflammatory demyelination. We conclude that rodent models seem to lack amplification processes that have been suggested to play a role in MS pathogenesis.

Therefore, established experimental models appear to reflect the aspect of oxidative injury in the human disease only to a minor extent.