Intravitalmikroskopie der funktionellen und strukturellen Interaktion von Astrozyten mit der Bluthirnschranke, eindringenden Immunzellen und demyelinisierenden Axonen im Tiermodell der Multiplen Sklerose.
Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Astrozyten bilden die größte Population der Gliazellen des Zentralen Nervensystems (ZNS) und erfüllen zahlreichen Funktionen in der normalen Funktion des ZNS als auch in Erkrankungszuständen. Astrozyten stehen in enger Wechselwirkung mit Neuronen, wobei sie für die Aufrechterhaltung ihrer Homöostase verantwortlich und an komplexen Stoffwechselprozessen beteiligt sind. Eine Funktionsstörung der Astrozyten hat daher immer Auswirkungen auf das Überleben von Neuronen und kann zur Schädigung derselben führen. Umgekehrt ist aber auch die Nutzung von Astrozytenfunktionen für das Überleben von Neuronen und ihren Fortsätzen denkbar. Innerhalb der Pathogenese neurodegenerativer Erkrankungen spielen Astrozyten eine wichtige Rolle. Sie werden im Entzündungsmillieu aktiviert und können sich in einen reaktiven Phänotyp umwandeln, zudem haben sie selbst immunregulatorische Funktionen. Dies kann sowohl in die Richtung des Schutzes gehen aber auch Schädigung bedeuten. Wir haben hier die Untersuchung von Astrozyten in Entzündungserkrankungsmodellen untersucht. Die erste Stufe war dabei die Etablierung von verlässlichen und aussagekräftigen Modellsystemen. Dazu wurden unterschiedliche verfügbare transgene Modelle evaluiert. Wir identifizierten, dass ein Modell unter Verwendung des Astrozytenmarkers Aldh1l1 eine sehr starke Aktivierung von z.B. Fluoreszenzmolekülen selektiv in Astrozyten des Rückenmarks und des Gehirns von Mäusen ermöglicht. Dies unterschied sich stark von der Verwendung des Markers GLAST, der vor allem Astrozyten in der grauen Substanz und nicht in Fasertrakten bewirkte. Unter Verwendung von Aldh1l1-basierter Transgen- Induzierbarkeit untersuchten wir dann die Rolle der Stabilisierung der unter Hypoxie auftretenden Genaktivierung im Rahmen der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE)–einem Tiermodell der MS. Hier konnten wir durch die Aktivierung des Programms eine Verstärkung der Symptome der Tiere beobachten, die wir in Gewebeuntersuchungen auf eine vermehrte Entzündungszell-Einwanderung zurückführen konnten. Diese vermehrte Einwanderung beruht auf der Abschwächung der Funktion der Astrozyten an der Blut-Hirn-Schranke, welch beding ist durch eine Herabregulierung wichtiger Moleküle zur Koppelung der Astrozyten miteinander. Weiterhin konnten wir zeigen, dass Astrozyten im ZNS-Gewebe selbst wichtige Funktionen für das Überleben von Axonen in chronischen Entzündungsläsionen haben. In einem Lebendmikroskopieverfahren untersuchten wir die Anwendung von Glutamattransporter-Inhibitoren und identifizierten den Typ des relevanten Glutamattransporters für das Überleben der Axone. In einem letzten Teil evaluierten wir die Untersuchung von Astrozyten im humanen System. Dazu verwendeten wir humane neurale Stammzellen, die wir zu Astrozyten differenzierten. Dazu wurden Protokolle entwickelt und Evaluationsverfahren getestet, die zeigten, wie Astrozyten im humanen System verlässlich generiert und untersucht werden können. Dies ist im Hinblick auf die Übertragung von Erkenntnissen aus den Tiermodellen essentiell. Zusammenfassend haben wir in diesem Projekt die Grundlagen gelegt zu einer umfassenden und verlässlichen Untersuchung der Bedeutung von Astrozyten in der chronischen Neuroinflammation aber auch darüber hinaus für andere Erkrankungen, die die zentralnervösen Fasertrakte betreffen. Wir identifizierten insbesondere die Bedeutung der Glutamattransporter als auch der Interaktion von Astrozyten an der Blut-Hirn-Schranke.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2020. Comparison of RNA isolation procedures for analysis of adult murine brain and spinal cord astrocytes. J Neurosci Methods 333, 108545
Rosiewicz, K.S., Crowley, T., Saher, G., Kerkering, J., Alisch, M., Siffrin, V.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2019.108545) - 2021. Identification of the gliogenic state of human neural stem cells to optimize in vitro astrocyte differentiation. J Neurosci Methods 109284
Alisch, M., Kerkering, J., Crowley, T., Rosiewicz, K., Paul, F., Siffrin, V.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2021.109284)
