Dissertation

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

Ning Zhang

Relevance of axono-glial interaction during Theiler´s murine encephalomyelitis in matrix metalloproteinase-12 knock-out mice

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-107815

title (ger.)

Bedeutung der Interaktion von Axonen und Gliazellen während der Theilervirus-Enzephalomyelitis bei Matrix Metalloproteinase 12 knockout Mäusen

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2015

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/zhangn_ws15.pdf

abstract (deutsch)

Multiple Sklerose (MS) ist eine entzündliche Erkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS), die mit einer Entmarkung einhergeht. Tiermodelle für MS wie die Theilervirus Enzephalomyelitis (TME) stellen ein wertvolles Werkzeug für die Untersuchung der Pathogenese der Entmarkung, Mechanismen der Remyelinisierung sowie für die Überprüfung der Wirksamkeit und Effektivität von Therapeutika vor der Testung in klinischen Studien beim Menschen dar. In dieser Arbeit wurde die Funktion von MMP-12 bei der Entmarkung und Entzündung im ZNS untersucht. Besondere Beachtung wurde der Frage geschenkt, ob ein Mangel an MMP-12 zu einer Aktivierung von unterschiedlichen Mikroglia/Makrophagen Populationen (pro-entzündlich M1 versus anti-entzündlich M2) führt und/oder ob es hierdurch zu einer Veränderung des Phänotyps von Mikroglia/Makrophagen während der TME kommt.

Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV) infizierte Mmp12 knockout (Mmp12-/-) Mäuse zeigten am Tag 28 nach TMEV-Infektion eine verminderte Astrogliose im Rückenmark. Am Tag 98 nach TMEV-Infektion zeigte sich bei den Mmp12-/- Mäusen eine verbesserte Klinik in Assoziation mit einer verminderten Menge an Mikroglia/Makrophagen im Rückenmark. Astrozyten sind wesentliche Zellen bei der Determinierung von Entzündungsreaktionen im ZNS, da sie Chemokine wie z.B. CXCL10 - wesentlich für die Aktivierung und Migration von Mikroglia – sezernieren können. Dies führte zu der Annahme, dass die reduzierte Anzahl an Astrozyten bei den TMEV-infizierten Mmp12-/--Mäusen mit der verminderten Dichte an Mikroglia/Makrophagen in den Läsionen im Zusammenhang steht. Es ist bekannt, dass Monozyten von Mmp12-/--Mäusen eine verminderte Fähigkeit aufweisen, sich durch die extrazelluläre Matrix zu bewegen. Dies führte zu der Frage, welchen Beitrag leisten Mikroglia bzw. Makrophagen zu entzündlichen Veränderungen im ZNS von Mmp12-/--Mäusen. Für die Beantwortung dieser Frage wurde ein Antikörper, der gegen den Chemokinrezeptor 2 (CCR2) gerichtet ist, verwendet. CCR2 ist in Monozyten aber nicht auf Mikroglia zu finden. In Rückenmarksläsionen von Wildtyp und Mmp12-/- Mäusen wurden sowohl am Tag 28 als auch am Tag 98 nach Virusinfektion keine CCR2 positiven Zellen festgestellt. Hieraus ergab sich, dass die im Rückenmark festgestellten Phagozyten bei TMEV-infizierten Mäusen aus Mikroglia bestehen. Als nächste stellte sich die Frage, ob die verminderte Dichte an Mikroglia bei Mmp12-/--Mäusen auch mit einem Veränderten Phänotyp (M1 versus M2) assoziiert ist. Am Tag 28 und 98 nach TMEV-Infektion wurden intraläsional CD16/CD32 (M1) sowie Arginase I (M2) positive Zellen bei Wildtyp und Mmp12-/--Mäusen festgestellt. An beiden Zeitpunkten war die Dichte an Arginase I positiven Zellen zwischen TMEV-infizierten Wildtyp und Mmp12-/--Mäusen unverändert. Bezüglich der M1-Zellen zeigte sich am Tag 98 nach TMEV-infektion ein starker Trend für eine reduzierte Anzahl an CD16/CD32 positiven Zellen bei Mmp12-/--Mäusen verglichen mit Wildtyp-Mäusen. Mmp12-/-- sowie Wildtyp-Mäuse zeigten an den untersuchten Zeitpunkten eine Dominanz von M1-Zellen (Verhältnis von M1/M2 immer größer als eins) während die Dichte von M2-Zellen nicht durch das Fehlen von MMP-12 beeinflusst wurde. Weiterhin wurde kein Wandel des Mikroglia-Phänotyps festgestellt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, das MMP-12 eine wesentliche Rolle in der Pathogenese der Entmarkung spielt. MMP-12 beeinflusst hierbei möglicherweise direkt (verminderte Aktivierung von Mikroglia) oder indirekt (verminderte, Astrozyten-induzierte Migration von Mikroglia) die Interaktion von Gliazellen. 

abstract (englisch)

Multiple sclerosis (MS) is an inflammatory demyelinating disease of the central nervous system (CNS). Experimental animal models for MS such as Theiler´s murine encephalomyelitis (TME) represents a powerful tool for studying the pathogenesis of demyelination, mechanisms of remyelination and testing the safety and efficiency of therapeutics prior to their use in human clinical trials. In this thesis the contribution of MMP-12 to demyelination and inflammation in the CNS was investigated. Special emphasis was given to the question whether MMP-12 deficiency leads to an activation of different microglia/macrophage subsets (pro-inflammatory M1, anti-inflammatory M2) or a phenotype switch of microglia/macrophages during TME.

TMEV infected Mmp12 knockout (Mmp12-/-) mice showed an ameliorated clinic associated with reduced microglia/macrophages in the spinal cord at 98 days post infection (dpi). This was preceded by a reduced degree of astrogliosis in Mmp12-/- mice at 28dpi. Since astrocytes are key-players in the determination of inflammatory reactions e.g. by secretion of chemokines like CXCL10 which is important for microglia activation and migration, it was assumed that a reduced density of astrocytes in TMEV infected Mmp12-/- mice may lead to a reduced density of microglia/macrophages in the lesions. It is known that Mmp12-/- monocytes have a reduced capacity to migrate through the extracellular matrix (ECM). This led to the question, which contribution microglia or macrophages have to CNS inflammation in Mmp12-/- mice. To address this question the marker chemokine receptor 2 (CCR2) which is expressed on blood borne macrophages but not on microglia was used. Within spinal cord lesions of wild-type and Mmp12-/- mice no CCR2 positive cells were detected at 28 and 98dpi and therefore it was concluded that the contributing phagocytes in the spinal cord lesions consist of microglia. Next we asked, whether the reduced density of microglia in Mmp12-/- mice is also associated with a change in the phenotype (M1 versus M2) of microglia. At 28 and 98dpi CD16/CD32 (M1) as well as arginase I (M2) positive cells were detected intralesionally in wild-type as well as Mmp12-/- mice. At both time points there was no difference regarding the density of arginase I positive cells between wild-type and Mmp12-/- mice. However at 98dpi there was a strong trend for a reduced density of CD16/CD32 positive cells in Mmp12-/- mice compared with wild-type mice. Summarized, Mmp12-/- as well as wild-type mice showed a dominance (ratio M1/M2 larger than 1) of M1 cells at both investigated time points while the density of M2 cells was not affected. Furthermore, a phenotype switch of microglia was not detected.

In conclusion, MMP-12 plays an essential role in the pathogenesis of demyelination possibly by directly (reduced activation of microglia) or indirectly (reduced astrocyte-induced migration of microglia) influencing the interaction of glia cells.

keywords

Matrix Metalloproteinase 12, pro-entzündlich M1, anti-entzündlich M2 / Matrix Metalloproteinase 12, pro-inflammatory M1, anti-inflammatory M2

kb

2.053