Analysis of murine embryonic stem cells overexpressing extracellular matrix molecule tenascin-R in vitro and after transplantation in a mouse model of Huntington's disease

Der Morbus Huntington ist eine progredient verlaufende neurodegenerative Erkrankung des zentralen Nervensystems, die aufgrund einer Degeneration striataler GABAerger Projektionsneurone mit einer Störung motorischer und kognitiver Funktionen assoziiert ist. Weil es bislang keine kurativen Behandlungsansätze gibt, war das Ziel dieser Studie, in einem Mausmodell des Morbus Huntington das regenerative Potential von genetisch veränderten murinen embryonalen Stammzellen zu untersuchen, welche das extrazelluläre Matrixmolekül Tenascin-R überexprimieren. Verschiedene Aspekte einer Stammzell-basierten striatalen Neuroregeneration wurden untersucht und umfassten die Differenzierung und Migration von Stammzellen in vitro und in vivo, das Ausbilden von synaptischen Verbindungen zwischen implantierten Zellen und empfängereigenen Neuronen, die Rekrutierung von migrierenden endogenen neuralen Vorläuferzellen, die Bildung von empfängereigenen Neuronen im Striatum und die funktionelle Beurteilung der mit Quinolinsäure läsionierten Tiere nach Transplantation vordifferenzierter Stammzellen. Im Vergleich zu Kontrollzellen (TNR-) zeigten Tenascin-R überexprimierende embryonale Stammzellen  (TNR+) eine verstärkte Differenzierung in Neurone und eine Tendenz zu einer verminderten Differenzierung in Astrozyten in vitro. Tenascin-R beeinflusste nicht die Differenzierung in neurale Vorläuferzellen sowie deren Proliferation und Apoptose in vitro, inhibierte allerdings die Migration differenzierter Zellen in einem 'scratch assay' in vitro. Nach Transplantation hatten im Vergleich zu PBS-injizierten Kontrolltieren weder TNR+ noch TNR- Zellen einen positiven Einfluss auf die motorische Regeneration läsionierter Mäuse. Allerdings zeigte eine detaillierte histologische und stereologische Analyse, dass Tenascin-R positive Effekte auf eine Stammzell-basierte Geweberegeneration im Quinolinsäuremodell des Morbus Huntington hatte. So förderte Tenascin-R die Differenzierung von Stammzellen in postmitotische Neurone auf  Kosten der Bildung von Astrozyten 1 und 2 Monate nach Transplantation. Transplantate aus TNR+ Zellen enthielten zweimal mehr NeuN+ Neurone als Transplantate aus TNR- Zellen. Weiterhin hatten circa 50% der Neurone in TNR+ und TNR- Transplantaten einen GABAergen Phänotyp, so dass die absolute Anzahl an GABAergen Neuronen in Transplantaten aus TNR+ Zellen signifikant erhöht war. Tenascin-R inhibierte die Migration von implantierten Zellen in das mit Quinolinsäue läsionierte Striatum und zeigte eine Tendenz, die Anzahl an afferenten und efferenten Verbindungen zwischen transplantierten und empfängereigenen Neuronen zu erhöhen. Interessanterweise beeinflusste Tenascin-R die Rekrutierung von endogenen, empfänger-eigenen Neuroblasten nach intrastriataler Transplantation von Stammzellen. Tenascin-R förderte ein Ablenken von migrierenden Neuroblasten vom 'rostral migratory stream' durch das Striatum zu den implantierten Zellen. Weiterhin erhöhte Tenscin-R die Anzahl an neugebildeten Neuronen im transplantierten Bereich. Diese Ergebnisse zeigten, dass die Überexpression eines extrazellulären Matrixproteins durch in vitro vordifferenzierte embryonale Stammzellen eine Geweberegeneration in einem Mausmodell neurodegenerativer Erkrankungen positiv beeinflussen kann.