Dokument: Analysis of the interaction between astrocytes and microglia under stimulation with HERV-W ENV
| Titel: | Analysis of the interaction between astrocytes and microglia under stimulation with HERV-W ENV | |||||||
| Weiterer Titel: | Analyse der Interaktion zwischen Astrozyten und Mikroglia unter Stimulation mit HERV-W ENV | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=69844 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20250704-115620-6 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Lewen, Isabel [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Küry, Patrick [Gutachter] Prof. Dr. Rose, Christine R. [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Neuroregenertion; Astrozyten; Mikroglia; HERV-W ENV | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Multiple sclerosis (MS) is the most common neurodegenerative disease and leads to a high degree of disability and premature death worldwide. The pathomechanism of MS is part of a global research effort, however, activated glial cells have been identified as relevant factors in MS pathology. Current therapies are based on a general suppression of the immune system and can contribute to a short-term improvement in symptoms. An improvement in prognosis can sometimes be achieved, but only with considerable side effects and loss of effectiveness over time. There is currently a great need to obtain a better understanding of the pathogenesis in order to develop new therapeutic approaches. In this regard, human endogenous retroviruses (HERVs) have been linked to the pathology of multiple sclerosis, with the envelope protein (ENV) of HERV-W driving neuroinflammatory and neurodegenerative processes.
This work examines the effects of HERV-W ENV on astrocytes and microglia, two glial cell types critical to MS pathology, focusing on immune competence, neurotoxicity, structural changes, and the expression of functional proteins. Given the extensive interaction between astrocytes and microglia, this work aims to investigate the effects of microglia on ENV-dependent activation of astrocytes. To assess this, astrocytes were analyzed both in direct co-culture with microglia and in insert systems in which only soluble factors were able to interact. Immunocytochemistry showed that HERV-W ENV exposure decreased the number of cells in both microglia and astrocytes, with activated morphological changes also observed. Microglia exhibited increased iNOS expression, indicating nitrosative stress. Whereas astrocytes showed a reduced cell area, indicating weakened intercellular adhesion, which was further supported by a reduction of structural proteins. Gene expression analysis showed a clear upregulation of proinflammatory cytokines and a suppression of anti-inflammatory and neuroprotective proteins under ENV exposure, signaling a shift towards a proinflammatory, neurodegenerative phenotype, supported by secretion data. Simultaneously, an alteration of critical astrocytic functions such as regulation of glutamate homeostasis and cell adhesion were shown, which potentially contribute to neurotoxicity and a breakdown of the blood-brain barrier. The presence of microglia, even with spacing, significantly enhanced ENV-induced astrocytic changes, suggesting that interactions between astrocytes and microglia contribute to the pathologic environment in MS. Direct contact was not required for this effect, indicating that mediation via soluble factors is possible. This study highlights the potential of targeting HERV-W ENV and its signaling pathways in therapeutic approaches for MS and contributes to our understanding of the mechanisms of the anti-HERV-W-ENV-antibody temelimab, whose effectiveness has been demonstrated in a phase 2b trial. These findings expand our understanding of the cellular mechanisms by which HERV-W ENV contributes to neuroinflammation and neurodegeneration in MS.Die Multiple Sklerose (MS) ist die häufigste neurodegenerative Erkrankung und führt weltweit zu einem hohen Maß an Behinderung und vorzeitigem Tod. Der Pathomechanismus der MS ist Teil weltweiter Forschungsanstrengungen. Aktivierte Gliazellen konnten als relevante Faktoren der MS Pathologie benannt werden. Bisherige Therapien basieren auf einer globalen Unterdrückung des Immunsystems und können kurzzeitig zur Symptomverbesserung beitragen. Auch eine Prognoseverbesserung kann für eine gewisse Zeit erreicht werden, jedoch nur unter beachtlichen Nebenwirkungen und unter Verlust der Effektivität über Zeit. Daher gibt es großen Bedarf die Pathogenese besser zu verstehen, um neue Therapieansätze zu ermöglichen. In diesem Zug konnten humane endogene Retroviren (HERVs) mit der Pathologie der Multiplen Sklerose in Verbindung gebracht werden, wobei das Hüllprotein (ENV) von HERV-W neuroinflammatorische und neurodegenerative Prozesse antreibt. Diese Arbeit untersucht die Auswirkungen von HERV-W ENV auf Astrozyten und Mikroglia, zwei Gliazelltypen, die für die MS-Pathologie von entscheidender Bedeutung sind, und konzentriert sich dabei auf die Immunkompetenz, die Neurotoxizität, strukturelle Veränderungen und die Expression funktioneller Proteine. Angesichts der umfangreichen Wechselwirkung zwischen diesen Zellen liegt ein besonderer Fokus auf der Auswirkung von Mikroglia auf die ENV-Aktivierung von Astrozyten. Um dies zu beurteilen, wurden Astrozyten sowohl in direkter Co-Kultur mit Mikroglia als auch in Einsatz-Systemen analysiert, bei denen nur lösliche Faktoren interagieren können. Die Immunzytochemie zeigte, dass die HERV-W ENV-Exposition die Zellzahl sowohl bei Mikroglia als auch bei Astrozyten verringerte. Gleichzeitig wurden aktivierte morphologische Veränderungen beobachtet. Mikroglia zeigten eine erhöhte iNOS-Expression, was auf nitrosativen Stress hinweist. Astrozyten zeigten eine Verringerung der Zellfläche, was auf eine geschwächte interzelluläre Adhäsion hindeutet, was durch eine Verringerung von Strukturproteinen gestärkt wird. In der Genexpressionsanalyse zeigte sich unter ENV-Exposition eine deutliche Hochregulierung proinflammatorischer Zytokine und eine Unterdrückung entzündungshemmender und neuroprotektiver Proteine, was eine Verschiebung hin zu einem proinflammatorischen, neurodegenerativen Phänotyp signalisiert. Unterstützt wurde dies durch die Daten der Sekretionsanalyse. Gleichzeitig zeigte sich eine Veränderung kritischer astrozytärer Funktionen wie der Regulation der Glutamathomöostase und der Zelladhäsion, was zu Neurotoxizität und einem Zusammenbruch der Blut-Hirn-Schranke beitragen kann. Das Vorhandensein von Mikroglia, auch mit Abstand, verstärkt die ENV-induzierten astrozytären Veränderungen erheblich, was darauf hindeutet, dass die Interaktionen zwischen Astrozyten und Mikroglia zum pathologischen Umfeld bei MS beitragen können. Ein direkter Kontakt war für diesen Effekt nicht notwendig, woraus man schießen kann, dass die Vermittlung über lösliche Faktoren möglich ist. Diese Studie unterstreicht das Potenzial der gezielten Beeinflussung von HERV-W ENV und seiner Signalwege in therapeutischen Ansätzen für MS und liefert einen Beitrag zum Verständnis der Wirkungsweise des anti-HERV-W-ENV-Antikörpers Temelimab, dessen Effektivität bereits in einer Phase 2b-Studie gezeigt werden konnte. Diese Erkenntnisse erweitern unser Verständnis der zellulären Mechanismen, durch die HERV-W ENV die Neuroinflammation und Neurodegeneration bei MS verschlimmert. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 04.07.2025 | |||||||
| Dateien geändert am: | 04.07.2025 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 30.11.2024 | |||||||
| Datum der Promotion: | 20.05.2025 |
