Dokument: Immunoglobulin dependent modulation of Schwann cell differentiation: Implications for peripheral nerve damage and disease.

Titel:	Immunoglobulin dependent modulation of Schwann cell differentiation: Implications for peripheral nerve damage and disease.
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=37266
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20160225-091219-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Tzekova, Nevena [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 8,23 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 22.02.2016 / geändert 22.02.2016
Beitragende:	Prof. Dr. Küry, Patrick [Gutachter] Prof. Dr. Klein, Thomas [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Schwann cells are the myelinating glial cells of the peripheral nervous system (PNS). They provide electric insulation of large caliber axons and play a crucial role in the function and maintenance of peripheral nerves. Schwann cells are also key players in nerve regeneration processes as they adapt to pathological situations by dedifferentiating, dividing, and subsequent promotion of axonal regeneration followed by redifferentiation and axonal myelination. In the case of nerve injury, they phagocytose extracellular myelin, attract macrophages for further debris clearance, and generate an attractive environment for axonal regrowth. The plastic differentiation potential of Schwann cells provides the PNS with a prominent regeneration capacity and indicates that these glial cells are central components of many nerve pathologies. Nevertheless, nerve regeneration in the PNS faces limitations, as evidenced in inherited neuropathies or in peripheral nerve pathologies induced by toxins, drugs, or diabetes, where nerve repair is currently an unmet therapeutic goal. Intravenous immunoglobulins (IVIG) have been used for more than two decades in the treatment of demyelinating immune system disorders, and are now considered first-choice medication in a number of acute and chronic inflammatory neuropathies. IVIG consist of polyclonal human immunoglobulins G (IgG), purified from large pools of human plasma donors, and their exact mode of action in demyelinating autoimmune diseases still needs to be defined. Currently, it believed that the underlying mode of action relates to multiple interactions with cells or components of the immune system. In the central nervous system (CNS), immunoglobulins were previously shown to influence oligodendroglial cells and to enhance remyelination activities. Furthermore, in the PNS indirect therapeutic effects of IVIG were demonstrated in demyelinating immune-related disease models and recent data point to a role of endogenous antibodies in rapid myelin clearance and axon regeneration after nerve injury. However, no direct effects of pooled immunoglobulins on Schwann cells, consequently no potential role in modulating the regeneration potential of these cells, has yet been described. The aim of this thesis was to determine whether immunoglobulins, in particular IVIG, can directly interact with Schwann cells, influence cell homeostasis, gene expression and maturation processes and could thus be used to promote nerve regeneration. In the present study a specific binding of human IVIG on the primary rat Schwann cell surface could be demonstrated. It was also revealed that this surface recognition might occur via variable F(ab')2 domains of the antibody preparation. On the other hand, expression of the high affinity Fc receptor for immunoglobulin binding, CD64, was detected on the cells surface suggesting additional Fc mediated interactions to occur. Stimulation with IVIG led to reduced cellular proliferation rates without affecting cell survival. In addition, accelerated growth of cellular processes resembling early stages of cellular maturation was observed. Notably, immature Schwann cells responded to IVIG binding by induction of myelin gene expression and upregulation of signaling cascades positively affecting the myelination process. Furthermore, IVIG treatment resulted in increase of myelin protein expression in differentiating and in myelination competent Schwann cells, as demonstrated by myelinating neuron/glia cocultures. Differential transcriptome analysis revealed the upregulation of some novel Schwann cell lineage factors, including the cytokine IL-18, the melanocyte marker Tyrp1 and the oligodendroglial transcription factor Olig1 upon IVIG stimulation. It could be then demonstrated for the first time that Schwann cells secrete IL-18 upon IVIG treatment and that the secretion of this cytokine self-instructs Schwann cells to support axonal growth. Taken together, the present thesis has shown that IVIG positively affect the Schwann cell differentiation process. Our data reveals that immunoglobulins can directly influence Schwann cell plasticity by induction of maturation related signals. This is considered important regarding a potential promotion of nerve regeneration processes by IVIG. Die Schwannzellen sind die myelinisierenden Gliazellen des peripheren Nervensystems (PNS). Sie lagern sich an großkalibrigen Axonen einer Nervenzelle an und bilden zusammen mit Fetten und Eiweißen eine schützende Myelinhülle. Diese bewirkt eine elektrische Isolierung der Axone und die Verbesserung der Leitfähigkeit. Schwannzellen haben damit wesentlichen Anteil an der Funktion und Aufrechterhaltung peripherer Nerven. Sie sind wichtig für die Nervenregeneration, weil sie sich durch Dedifferenzierung und Zellteilung schnell pathologischen Situationen anpassen können und durch ihre Fähigkeit zur anschließenden Redifferenzierung und Myelinisierung die axonale Regeneration fördern. Bei einer Nervenverletzung ist dies von zentraler Bedeutung: Schwannzellen phagozytieren extrazelluläres Myelin, locken für das weitere Aufräumen zellulärer Debis Makrophagen an und erzeugen eine attraktive Umgebung für das axonale Wachstum. Das plastische Differenzierungspotenzial von Schwannzellen verleiht dem PNS eine außergewöhnliche Regenerationsfähigkeit. Dennoch sind der Nervenregeneration des PNS Grenzen gesetzt, etwa bei erblichen Neuropathien oder Erkrankungen peripherer Nerven, verursacht durch toxische Substanzen, Medikamente oder Diabetes. Für diese Indikationen besteht derzeit noch keine Therapiemöglichkeit. Intravenöse Immunglobuline (IVIG) wurden seit mehr als zwanzig Jahren in der Behandlung von demyelinisierenden Autoimmunkrankheiten eingesetzt und werden heute bei einer Reihe von akuten und chronischen inflammatorischen Neuropathien verabreicht. IVIG bestehen aus polyklonalem humanem Immunglobulin G (IgG), das aus einem großen Donorpool menschlichen Blutplasmas aufgereinigt wird. Die genaue Wirkungsweise bei demyelinisierenden Autoimmunerkrankungen ist noch nicht abschließend erforscht. Derzeit wird angenommen, dass einer der zugrunde liegenden Wirkungsmechanismen aus Wechselwirkungen mit Zellen oder Komponenten des Immunsystems unterschiedlicher Art besteht. Im zentralen Nervensystem (ZNS) konnte schon nachgewiesen werden, dass Immunglobuline einen Einfluss auf Oligodendrogliazellen haben und deren Remyelinisierung fördern können. Ferner konnte indirekt über Tiermodelle eine therapeutische Wirkung von IVIG gegen demyelinisierende immunbezogene Erkrankungen im PNS erforscht werden. Jüngste Studien deuten auf eine Rolle von endogenen Antikörpern bei Nervenverletzungen hin: sie scheinen die Beseitigung des Myelins zu fördern und dadurch die axonale Regeneration anzuregen. Eine direkte Wirkung von gepoolten Immunglobulinen auf Schwannzellen konnte hingegen noch nicht nachgewiesen werden – es liegen keine Erkenntnisse vor, dass IVIG das Regenerationspotenzial von Schwannzellen modulieren. Das Ziel dieser Arbeit war es festzustellen, ob Immunglobuline, insbesondere IVIG, einen direkten Einfluss auf die Homöostase, Genexpression und auf Differenzierungsprozesse der Schwannzellen haben und somit zur Förderung der Nervenregeneration beitragen können. In der vorliegenden Studie konnte eine spezifische Bindung von humanen IVIG auf der Zelloberfläche primärer Ratten-Schwannzellen nachgewiesen werden. Es wurde weiter gezeigt, dass diese Oberflächenerkennung in den variablen F(ab')2-Domänen der Antikörper begründet sein könnte. Darüber hinaus konnte die Expression des hochaffinen Fc-Rezeptors für Immunglobulin-Bindung, CD64, auf der Zelloberfläche nachgewiesen werden, was auf weitere Fc-vermittelte Wechselwirkungen zwischen der Schwannzelle und IVIG hinweist. IVIG-Stimulation führte zu reduzierten Zellproliferationsraten, ohne das Überleben der Zellen zu beeinflussen. Es wurde ein schnelleres Wachstum von zellulären Fortsätzen beobachtet, ähnlich wie in frühen Stadien der Zellreifung. Die Reaktion von nicht differenzierten Schwannzellen auf die IVIG-Bindung zeigte sich durch Hochregulation von Myelingenen und Induktion von Signalkaskaden, die den Myelinisierungsprozess positiv beeinflussen. Zusätzlich führte IVIG Behandlung von differenzierungs- und myelinisierungskompetenten Schwannzellen zu einer Erhöhung von Myelinproteinexpression, was unter anderem bei myelinisierenden, neuroglialen Cokulturen demonstriert werden konnte. Differentielle Transkriptomanalyse nach IVIG-Stimulation ergab eine Hochregulation einiger, neu mit Schwannzellen in Verbindung gebrachter Faktoren, etwa dem Botenstoff IL-18, dem Melanozyten-Marker Tyrp1 und dem oligodendroglialen Transkriptionsfaktor Olig1. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass Schwannzellen nach IVIG Behandlung IL-18 sezernieren und dass die Sekretion dieses Zytokins die Schwannzellen dazu instruiert, das axonale Wachstum zu fördern. Zusammenfassend hat die vorliegende Arbeit belegt, dass IVIG einen positiven Effekt auf den Schwannzell-Differenzierungsprozess aufweisen. Unsere Forschungsergebnisse belegen, dass Immunglobuline die Plastizität der Schwannzellen durch Induktion von reifungsbezogenen Signalen direkt beeinflussen. Dies ist relevant für eine mögliche Förderung der Nervenregenerationsprozesse durch IVIG.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	25.02.2016
Dateien geändert am:	25.02.2016
Promotionsantrag am:	18.12.2015
Datum der Promotion:	15.02.2016