Dokument: Different means of glial activation in neurodegenerative diseases

Titel:	Different means of glial activation in neurodegenerative diseases
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=64064
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20231108-104921-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Gruchot, Joel [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 52,32 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 06.11.2023 / geändert 06.11.2023
Beitragende:	PD Dr. Küry, Patrick [Gutachter] Prof. Dr. Aberle, Hermann [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Neurodegenerative disorders, such as multiple sclerosis (MS), are described as one of the leading cause for clinical disabilities and death worldwide. Besides peripheral immune cells, activated glial cells are a relevant effector in the pathology of neurodegenerative diseases. However, the pathomechanism and etiology of neurodegenerative disorders are still far from being understood. So far, immune inhibitory therapies were shown to improve disease symptoms in the short term, but effectiveness decreases in the long run. To this end, there is a clear scientific need to further characterize neurodegenerative diseases in order to establish new therapeutic approaches. Furthermore, recent findings have demonstrated that human endogenous retroviruses (HERVs), such as HERV-W, might play a regulatory role in the onset and progression of neurodegenerative diseases. In general, HERVs are endogenous viral entities that were integrated into the genome of superior primates million years ago. Especially the envelope protein (ENV) is regularly described to induce immune activation and inflammation, particularly in MS. This thesis therefore aims to identify new mechanisms in the complex pathology of neurodegenerative diseases, by characterizing different aspects of glial activation, primarily in reactive microglial and astroglial cells. Furthermore, a contribution to the understanding on HERV’s mode of action in disease onset and progression will be made, focusing on the characterization of reactive astroglial and microglial cells, but also on myelination and neurodegeneration. In order to improve the understanding of the contribution of glial activation to neurodegenerative diseases, different MS mouse models were analyzed immunohistochemically. Additionally, diverse primary glial cell cultures experiments were performed in order to gain knowledge on the polarization mechanisms of neuroglia in the context of neurodegeneration but also in the context of HERVs. In order to characterize the effects of HERV-W ENV in MS, a novel HERV-W ENV expressing transgenic mouse line was established and different MS mouse models were applied, in which the four major cell populations: microglia, astrocytes, oligodendrocytes and oligodendroglial precursor cells (OPCs) were analyzed. Initially, reactive microglia in the enlarged choroid plexus of MS patients as well as of murine MS models were found indicating that activated microglial cells play important roles in the choroid plexus enlargement and blood-brain-barrier integrity. Furthermore, siponimod, an orally administered drug used to treat progressive forms of MS, was shown to modulate microglial activation to an immune modulatory phenotype. Regarding the activation of HERV expression in health and diseases, it was found, that these viral entities are buried behind a strong epigenetic barrier that might lead to more complex activation mechanisms. Before HERV expression can be initiated, these epigenetic barriers need to be unlocked and then might lead to the onset of neurodegenerative diseases. Lastly, HERV-W could be shown to block OPC differentiation in a direct and/or indirect manner, as HERV-W induced microglial and astroglial activation in vitro and in vivo, resulting in increased demyelination and neurodegeneration. This thesis therefore provides new insights into the complex pathomechanisms of glial activation in neurodegenerative disorders. Both, the microglial contribution to the loss of blood-brain-barrier (BBB) integrity as well as the immune modulatory effects of siponimod, display new findings that improve our understanding in the role of glial cells in neurodegenerative diseases. Furthermore, a long expected functional proof on HERV-W’s mode of action in the context of MS is offered as a strong overall glial activation that is associated with the occurring demyelination and neurodegeneration could be identified. The here presented data about HERV-W’s mode of action provide a proof of principle for the recently completed phase 2b clinical study (ANGEL-MS). Similar to the here presented results, the outcome of the clinical trial using a neutralizing anti-HERV-W ENV antibody (Temelimab) also suggested glial pathological reactions to be responsible for the reduced brain atrophy rates as well as preserved myelin integrities that was observed. Neurodegenerative Erkrankungen, wie Multiple Sklerose (MS), gelten weltweit als eine der häufigsten Ursachen für klinische Behinderungen und Todesfälle. Neben peripheren Immunzellen sind aktivierte Gliazellen ein relevanter Effektor in der Pathologie neurodegenerativer Erkrankungen. Der Pathomechanismus und die Ätiologie neurodegenerativer Erkrankungen sind jedoch noch lange nicht aufgeklärt. Bisher zeigte sich, dass immunhemmende Therapien die Krankheitssymptome kurzfristig verbessern, die Wirksamkeit allerdings langfristig abnimmt. Aus diesem Grund besteht ein klarer wissenschaftlicher Bedarf, neurodegenerative Erkrankungen weiter zu charakterisieren, um neue Therapieansätze zu etablieren. Darüber hinaus haben neuere Erkenntnisse gezeigt, dass humane endogene Retroviren (HERVs), wie HERV-W, möglicherweise eine regulatorische Rolle bei der Entstehung und dem Fortschreiten neurodegenerativer Erkrankungen spielen. Im Allgemeinen handelt es sich bei HERVs um endogene virale Entitäten, die sich vor Millionen Jahren in das Genom höherer Primaten integrierten. Vor allem das Hüllprotein (ENV) wurde regelmäßig beschrieben Immunaktivierung und Entzündungen zu induzieren, insbesondere bei MS. Ziel dieser Arbeit ist es daher, neue Mechanismen in der komplexen Pathologie neurodegenerativer Erkrankungen zu identifizieren, indem verschiedene Aspekte der glialen Aktivierung, vor allem in reaktiven Mikroglia- und Astrogliazellen, charakterisiert werden. Darüber hinaus soll ein Beitrag zum Verständnis der Wirkungsweise von HERVs bei Krankheitsentstehung und -progression geleistet werden, wobei der Schwerpunkt auf der Charakterisierung reaktiver Astroglia- und Mikrogliazellen, aber auch auf Myelinisierung und Neurodegeneration, liegt. Um das Verständnis des Beitrags der glialen Aktivierung zu neurodegenerativen Erkrankungen zu verbessern, wurden verschiedene MS-Mausmodelle immunhistochemisch analysiert. Darüber hinaus wurden diverse Experimente mit primären Gliazellkulturen durchgeführt, um Erkenntnisse über die Polarisationsmechanismen von Neuroglia im Kontext von Neurodegeneration, aber auch im Kontext von HERVs, zu gewinnen. Um die Auswirkungen von HERV-W ENV bei MS zu charakterisieren, wurde eine neuartige HERV-W ENV-exprimierende transgene Mauslinie etabliert und verschiedene MS-Mausmodelle angewendet, in denen die vier Hauptzellpopulationen Mikroglia, Astrozyten, Oligodendrozyten und oligodendrogliale Vorläuferzellen (OPCs) analysiert wurden. Zunächst wurden reaktive Mikroglia im vergrößerten Plexus choroideus von MS-Patienten sowie in murinen MS-Modellen gefunden, was darauf hindeutet, dass aktivierte Mikrogliazellen eine wichtige Rolle bei der Vergrößerung des Plexus choroideus und der Integrität der Blut-Hirn-Schranke spielen. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass Siponimod, ein oral verabreichtes Medikament zur Behandlung progressiver Formen der MS, die Mikroglia-Aktivierung zu einem immunmodulatorischen Phänotyp moduliert. Im Hinblick auf die Aktivierung der HERV-Expression bei Gesundheit und Krankheiten wurde herausgefunden, dass diese viralen Einheiten hinter einer starken epigenetischen Barriere verborgen sind, die zu komplexeren Aktivierungsmechanismen führen könnten. Bevor die HERV-Expression eingeleitet werden kann, müssen diese epigenetischen Barrieren durchbrochen werden, was dann zum Ausbruch neurodegenerativer Erkrankungen führen kann. Schließlich konnte gezeigt werden, dass HERV-W die OPC-Differenzierung auf direkte und/oder indirekte Weise blockiert, da HERV-W in vitro und in vivo eine mikrogliale und astrogliale Aktivierung induzierte, was zu einer erhöhten Demyelinisierung und Neurodegeneration führte. Diese Arbeit liefert daher neue Einblicke in die komplexen Pathomechanismen der glialen Aktivierung bei neurodegenerativen Erkrankungen. Sowohl der mikrogliale Beitrag zum Verlust der Blut-Hirn-Schranken (BHS)-Integrität als auch die immunmodulatorischen Wirkungen von Siponimod stellen neue Erkenntnisse dar, die unser Verständnis der Rolle von Gliazellen bei neurodegenerativen Erkrankungen verbessern. Darüber hinaus wird ein seit langem erwarteter funktioneller Beweis für die Wirkungsweise von HERV-W im Zusammenhang mit MS erbracht, da eine starke allgemeine gliale Aktivierung identifiziert werden konnte, die mit der vorkommenden Demyelinisierung und Neurodegeneration verbunden ist. Die hier präsentierten Daten zur Wirkungsweise von HERV-W liefern einen Grundsatzbeweis für die kürzlich abgeschlossene klinische Phase-2b-Studie (ANGEL-MS). Ähnlich wie die hier präsentierten Ergebnisse deutete auch das Ergebnis der klinischen Studie mit einem neutralisierenden Anti-HERV-W-ENV-Antikörper (Temelimab) darauf hin, dass gliale pathologische Reaktionen für die verringerten Hirnatrophieraten sowie die beobachtete Erhaltung der Myelinintegrität verantwortlich sein könnten.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	08.11.2023
Dateien geändert am:	08.11.2023
Promotionsantrag am:	30.05.2023
Datum der Promotion:	30.10.2023