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

 

Samaneh Maysami

 

Functional characteristics of chemokine-receptor interactions in oligodendrocytes

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-93569

title (ger.)

Funktionelle Charakterizierung von Chemokin-Rezeptor Interaktionen bei Oligodendrozyten.

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2006

text

/dissertations/maysamis_ws06.pdf

abstract (deutsch)

Die Myelin-bildenden Oligodendrozyten synthetisieren und halten die Struktur der Myelinscheiden  im ZNS aufrecht, wobei viele Faktoren (einschließlich Chemokine) beschrieben sind, die an der Regulation ihrer Funktionen beteiligt sind. In vorherigen Studien wurde gezeigt, dass neuronale und gliale Zellen (Oligodendrozyten, Astrozyten und Mikroglia) unterschiedliche Chemokinrezeptoren in gesundem Zustand und während Krankheiten exprimieren. Dieses Expressionsmuster weist auf eine mögliche funktionale Rolle der Chemokine und ihrer Rezeptoren in der neuronalen/ glialen Signalwirkung hin, welche die Induktion und Progression der Rekrutierung von Oligodendrozyten, die Differenzierung und die anschließende Myelinisierung der Axone während der Entwicklung oder Progression von ZNS Erkrankungen beeinflussen kann.

Durch vorhergehende Studien wurde bereits die Expression der Chemokinrezeptoren CXCR4, CCR3 und CX3CR1 sowie CXCR2 auf Oligodendrozyten-Vorläuferzellen aus neonatalen Ratten nachgewiesen. Das Ziel dieser Arbeit war, die funktionellen Eigenschaften dieser Rezeptoren an Myelin-bildenden Zellen zu charakterisieren. Hierfür wurden Migrations-Assays (Boyden-Chemotaxis-Kammer), Proliferations-Assays (BrdU incorporation ELISA oder ICC) sowie Differenzierungs-Assays (ICC) in Anwesenheit von Chemokinen (CC, CXC, CX3C) durchgeführt.

Die Daten haben gezeigt, dass nicht nur alle drei Liganden (CXCL1, CXCL2 und CXCL5) des Chemokinrezeptors CXCR2 hemmende Effekte auf die Migration von OPC in konditionierten Medium (mit Zusatz von Wachstumsfaktoren) hatten, sondern auch CXCL12 (Ligand von CXCR4), CCL11 (Ligand von CCR3) und CX3CL1 (Ligand von CX3CR1) ähnlich hemmende Effekte zeigten. Dieser Effekt der Chemokine wurde hauptsächlich bei sehr niedrigen Konzentrationen (<1 ng/ml) beobachtet. Im Gegensatz zu den anderen Chemokinen, konnte CX3CL1 die Migration der OPC in Anwesenheit von Wachstumsfaktoren anregen, wenn eine höhere Konzentration (10 ng/ml) dieses Chemokins verwendet wurde. In konditioniertem Medium (Medium B104) wurde die Proliferation von OPC durch alle verwendete Chemokine in verschiedenen Konzentrationen (0.1 - 100 ng/ml) gehemmt. Ohne Zusatz von Wachstumsfaktoren zeigten sie hingegen ihr Potential zur Stimulation der OPC-Proliferation. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass die Differenzierung von OPC in Anwesenheit von allen CC, CXC und CX3C Chemokinen (10 ng/ml) gesteigert wird, wobei das Ausmaß zwischen den einzelnen Chemokinen variierte.

Unsere Daten haben gezeigt, dass Chemokine ihre Wirkung über das Aktivieren der G-Protein gekoppelte Rezeptoren ausüben, denn durch einen G-Protein Antagonist können die regulierenden Effekte dieser Chemokine auf die OPC Migration und der Differenzierung vollständig blockiert werden. Im Gegensatz zu den Resultaten der Migrations- und Proliferations-Assays an Vorläuferzellen ergaben die an der oligodendroglialen Zelllinie CG4 der Ratte durchgeführten Assays entweder ein gegenteiliges Ergebnis oder es wurden keine signifikanten Unterschiede beobachtet. Diese Ergebnisse der Zelllinien müssen daher kritischer interpretiert werden.

Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Bildung und Sekretion von Chemokinen genau abgestimmt sein müssen, um eine optimale Antwort in der Proliferation oder Differenzierung der OPC zu erzielen. Denn eine geringfügige Änderung der Konzentration kann zur vorzeitigen Differenzierung der Myelin-bildenden Zellen und zur Beeinträchtigung der Reparaturmechanismen führen.

 

abstract (englisch)

The myelin-producing oligodendrocytes synthesize and maintain myelin sheaths in the CNS and many factors (including chemokines) are known to be involved in the regulation of their functions. To date, several studies showed that neuronal and glial cells (oligodendrocytes, astrocytes, and microglia) express different chemokine receptors in health and disease. This expression pattern suggests the possible functional importance of chemokines and their receptor(s) in neuronal/glial signalling, which may influence the induction and progression of oligodendrocyte recruitment, differentiation and thereafter myelination of axons during development or progression of CNS disease.

Previous studies demonstrated the expression of chemokine receptors CXCR4, CCR3 and CX3CR1 as well as CXCR2 on rat oligodendrocyte progenitor cells. However, we aimed to characterize the functional characteristics of these receptors on myelin producing cells (CG4 oligodendrocyte cell line and primary progenitor cells (OPC) of the CNS. Therefore, oligodendrocytes were subjected to migration (Boyden chemotaxis chamber), proliferation (BrdU incorporation ELISA or ICC), and differentiation (ICC) assays in the presence of different (CC, CXC, CX3C) chemokines.

Data showed that not only all three ligands (CXCL1, CXCL2, and CXCL5) of CXCR2 chemokine receptor had inhibitory effects on migration of OPC in conditioned medium containing growth factors, but CXCL12 (ligand of CXCR4), CCL11 (ligand of CCR3), and CX3CL1 (ligand of CX3CR1) showed almost similar inhibitory effects. This effect of chemokines was mainly observed at very low concentrations (<1 ng/ml). However, CX3CL1 (in contrast to other chemokines) could stimulate OPC migration in the presence of growth factors, when an intermediate concentration (10 ng/ml) of this chemokine was applied. All the applied chemokines could inhibit proliferation of OPC in conditioned medium (B104 medium) in a wide range of concentrations (0.1 - 100 ng/ml), while they showed their potential in stimulating OPC proliferation in the absence of growth factors. In addition, the differentiation of OPC was augmented in the presence of all CC, CXC, CX3C chemokines used (10 ng/ml), although the intensity varied between them.

Our data showed that chemokines exert their effect via activating the G-protein coupled receptors, while the G-protein antagonist could completely block the modulatory effects of these chemokines in OPC migration and differentiation. Ultimately, in contrast to progenitor cells, the results observed in migration and proliferation of rat oligodendroglial cell line were either completely opposite compared to the one obtained with progenitor cells or no significant changes were observed, which urge us to interpret the obtained results from observations on cell lines more cautiously.

These data show that the production and secretion of chemkines must be finely tuned, so the optimal response in OPC proliferation or differentiation could be achieved, while a slight change in concentration can lead to premature differentiation of myelin producing cells and impairment of repair.

 

keywords

Oligodendrozyt, Chemokin, Chemokin-Rezeptor, Oligodendrocyte, Chemokine, Chemokine receptor

kb

1,884