Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Christopher Käufer

Die Rolle der Leukozyteninfiltration im Gehirn für die Entstehung

von

Anfällen im Theiler Virus-Modell der Temporallappenepilepsie

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-109881

title (eng.)

The role of leucocyte infiltration into the brain for epileptogenesis in the Theiler Virus model of temporal lobe epilepsy

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2017

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/kauuferc_ss17.pdf

abstract (deutsch)

Epilepsien gehören zu den bedeutendsten neurologischen Erkrankungen in der Human- und Veterinärmedizin und sind durch das Auftreten wiederkehrender Anfälle gekennzeichnet. Weltweit sind gegenwärtig mehr als 50 Millionen Menschen an Epilepsie erkrankt (World Health Organisation, 2016). Hirninsulte durch Infektionen, Tumore, Schlaganfälle oder Schädel-Hirntraumata führen in vielen Fällen bei betroffenen Patienten zur Entstehung symptomatischer Epilepsien (Löscher & Brandt, 2010). Insbesondere virale Enzephalitiden stellen dabei eine der häufigsten Ursachen für die Entstehung von Epilepsien dar (Vezzani et al., 2016a).

 

Das Theilers Murines Enzephalomyelitis Virus (TMEV)-induzierte Epilepsie-Modell wurde in dieser Arbeit verwendet, um die Epileptogenese in Folge einer viralen Infektion des ZNS zu untersuchen (Libbey & Fujinami, 2011). Ziel der vorliegenden Ph.D.-Arbeit war es, die Entzündungsantwort im TMEV-Modell, und insbesondere die Infiltration von Makrophagen und Aktivierung von Mikroglia, näher zu charakterisieren, um dadurch neue Ansätze für die Entwicklung von präventiven Therapien gegen eine Epileptogenese im Anschluss an virale Enzephalitiden zu entwickeln.

 

Zu diesem Zweck wurde zunächst das TMEV-Modell in unserem Labor etabliert, wobei Unterschiede zwischen TMEV-Stämmen in ihrem anfallsauslösenden Potenzial entdeckt wurden: Während der BeAn-1-Virusstamm weder akute noch chronische Anfälle induzierte, führten der BeAn-2- und der DA-Virusstamm zu Anfällen. Außerdem konnten Unterschiede in der Rückenmarksentzündung und -demyelinisierung bei SJL/J-Mäusen identifiziert werden. Eine vergleichende Untersuchung des Virusgenoms ergab eine Reihe von kodierenden Unterschieden zwischen BeAn-1 und BeAn-2.

 

In Folge der Infektion kam es, besonders bei Mäusen mit Anfällen, bereits zwei Tage post infectionem zur Einwanderung von Makrophagen in das Gehirn und gleichzeitig zu einer deutlichen Aktivierung von residenten Mikroglia. Eine ausgeprägte hippocampale Degeneration konnte ebenfalls beobachtet werden. Durch Verwendung von Cx3cr1-Reporter-Mäusen konnten Makrophagen und Mikroglia in der akuten Phase nach TMEV-Infektion weiter differenziert und anhand der Oberflächenantigenexpression von CX3CR1, Ly6C, CD86 und CD206 weiter charakterisiert werden.

 

Mit dem Ziel der Anfallsreduktion wurde daraufhin eine Modifikation der Makrophageninfiltration und Mikrogliaaktivierung durch die Verwendung genetisch modifizierter Mäuse (Ccr2-/- und Cx3cr1-/-) untersucht. Dabei konnte zwar die Häufigkeit und Schwere akuter, symptomatischer Anfälle nicht verändert werden, allerdings kam es bei beiden KO-Mausstämmen zu einem Ausbleiben der mit TMEV-Infektionen assoziierten Neurodegeneration des Hippocampus.

 

Zusammenfassend leistet diese Arbeit einen grundlegenden Beitrag zum besseren Verständnis Enzephalitis-induzierter Anfälle und hierbei insbesondere zu der Rolle von Makrophagen und Mikroglia.

abstract (englisch)

Epilepsy is one of the most common chronic-neurologic diseases in humans and animals (World Health Organisation, 2016). This disease currently affects approximately 50 million people worldwide and is characterized by the occurrence of spontaneous recurrent seizures. Among other brain insults such as tumors, stroke or traumatic injuries, infections are some of the most common reasons for the development of symptomatic epilepsy (Löscher & Brandt, 2010; Vezzani et al., 2016a).

 

The Theiler's Murine Encephalomyelitis Virus (TMEV)-model of temporal lobe epilepsy was used in this Ph.D. project to study epileptogenesis caused by viral infections of the central nervous system (Libbey & Fujinami, 2011). In order to identify new targets against encephalitis-induced epileptogenesis, the aim of the project was to characterize the role of the inflammatory response, especially the infiltration of macrophages and the activation of microglia, in the TMEV-model.

 

During the establishment of the TMEV-model in our laboratory virus-strain differences were identified: while the BeAn-1 TMEV strain did not cause seizures in mice, BeAn-2 and DA did. Virus(sub)strain differences were further analyzed and retraced to single nucleotide polymorphisms in the virus genome.

 

Following infection, macrophages infiltrated into the brain and microglia were activated as early as 2 days post infection. Especially animals presenting seizures showed high amounts of phagocytic cells in the hippocampus and severe hippocampal neurodegeneration.

 

Cx3cr1-Reporter mice were further used to characterize phagocytic cells in the TMEV model. Brain macrophages could be divided into monocyte-derived and microglia-derived cell populations and were further defined by surface antigen expression of CX3CR1, Ly6C, CD86 and CD206.

 

In order to gain further insights into the role of microglia and macrophages on acute seizure induction, genetically engineered mice lacking Ccr2 or Cx3cr1 were monitored for development of seizures and associated neuropathology after TMEV infection. While Ccr2-/- and Cx3cr1-/- mice did not show reduced seizure occurrence or burden, numbers of macrophages/microglia in the hippocampus were reduced and neuronal degeneration was stopped.

 

The present PhD-thesis offers fundamental insights into the role of macrophages and microglia in a model of virus encephalitis-induced epilepsy.

 

keywords

Epilepsie, Virus-Enzephalitis, Anfälle, seizures, encephalitis, epilepsy

kb

63.273