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Microglial nodules and their potential role in brain inflammation
Denise Gessl
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Biologie
Betreuer*in
Jan Bauer
DOI
10.25365/thesis.50858
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-16408.48973.345470-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Rasmussen Enzephalitis (RE) ist eine seltene, progressive neurologische Erkrankung, die durch unilaterale medikamentenresistente epileptische Anfälle, Hemiparese und kognitiven Verfall charakterisiert ist. Zu den wichtigsten histopathologischen Merkmalen zählen Mikroglia Knötchen. Die Knötchen sind ein Kennzeichen in entzündlichen Erkrankungen des Zentralnervensystems (ZNS). In RE treten diese vermehrt im Cortex auf und werden als eine der frühesten pathologischen Veränderung betrachtet. Ihre Rolle in den Entzündungsprozessen ist jedoch unklar. In letzter Zeit wurde den multiprotein Komplexen, die als Inflammasome bezeichnet werden, zunehmend Beachtung geschenkt. Inflammasome werden im ZNS exprimiert und können durch eine große Auswahl an Substanzen aktiviert werden.
Um ein besseres Verständnis für die entzündlichen Signalwege zu bekommen, untersuchten wir die Inflammasom Komponenten Interleukin-18 (IL-18) und Caspase 1 in RE. IL-18 ist ein proinflammatorisches Zytokin, das durch Caspase 1 in seine aktive Form gespalten wird. Wir analysierten die Genexpression von diesen Komponenten mittels qPCR und quantifizierten IL-18 positive Zellen durch Immunohistologie. Darüberhinaus untersuchten wir mit Hilfe von immunohistologischen Färbungen die Kommunikation zwischen Mikroglia und (zytotoxischen) T-Zellen, sowie die Anwesenheit von Phospho-Stat1 in Knötchen.
Die qPCR Analysen enthüllten, dass die Genexpression von IL-18 im frühen RE Stadium deutlich gesteigert ist im Vergleich zu den Kontrollen. Die Expression von Caspase 1 war im intermediären Stadium deutlich erhöht. Diese Ergebnisse wurden mit immunohistochemischer Quantifizierung von IL-18 bestätigt. Zudem fanden wir IL-18 und Caspase 1 positive kleine Knötchen im frühesten Stadium. Die Auswertung von Doppelmarkierungen zeigte, dass in Knötchen bestehend aus 3-4 Mikrogliazellen kaum T-Zellen vorhanden waren, während große Knötchen stets T-Zell-Infiltration aufwiesen. Phospho-Stat1, ein Protein das in der Interferon-Signalkaskade beteiligt ist, konnte in Mikrogliazellen und Neuronen detektiert werden.
ix
Diese Arbeit zeigt die Hochregulierung von IL-18 und Caspase 1 und deren Präsenz in Mikroglia Knötchen im frühen Stadium von RE. Diese Ergebnisse führen zu der Hypothese, dass weder T-Zellen noch Interferone die früheste Inflammasom Aktivierung in Mikroglia provozieren. Weitere Studien sind notwendig um die entzündlichen Signalkaskaden die zur Produktion von Zytokinen und Chemokinen in Mikroglia führen und dadurch zytotoxische T-Zellen anziehen.
Abstract
(Englisch)
Rasmussen encephalitis (RE) is a rare, progressive neurological disease that is characterized by unilateral drug-resistant seizures, hemiparesis and cognitive decline. One of the histopathological hallmarks are microglial nodules, which are common findings in inflammatory diseases of the central nervous system (CNS). In RE, they are mainly found in the cortex and are considered as one of the earliest pathologic abnormalities. However, their role in the inflammatory reactions is not clear. Recently, multiprotein complexes termed inflammasomes have received growing attention. Inflammasomes are expressed in the CNS and can be activated by various substances.
To gain better insight into the inflammatory pathways, we studied interleukin-18 (IL-18) and caspase 1, as components of the inflammasome, in RE. IL-18 is a pro-inflammatory cytokine that needs to be cleaved into its active form by caspase 1. We analyzed the gene expression of these components by quantitative real-time polymerase chain reaction (qPCR) and performed immunohistochemistry (IHC) and quantification of IL-18 positive cells. Furthermore, we performed IHC to investigate the communication of microglia with (cytotoxic) T cells and for P-Stat1, as a surrogate marker for IFN signaling in microglial nodules.
The qPCR results revealed that gene expression of IL-18 is significantly increased in the early stage of RE compared to the controls. Expression of caspase 1 showed a significant increase in the intermediate stage. Results obtained from the quantification of IL-18 positive cells confirmed our findings from qPCR. Besides, we noted IL-18 and caspase 1 positive small nodules in stage 0. The evaluation of double stainings for microglia and (cytotoxic) T cells showed that nodules consisting of 3-4 microglial cells rarely contain T cells, while large nodules (>10 cells) always exhibited T cell infiltration. Phospho-Stat1 was observed in microglial cells and neurons.
This work presents the upregulation of IL-18 and caspase 1 and the presence in microglial nodules of early stage RE. Based on our findings, we suggest that T cells or IFNs do not trigger the earliest microglial inflammasome activation, but are involved in further activation of microglial cells in nodules. Further studies are needed to investigate the inflammatory signaling cascades that lead to microglial production of cytokines and chemokines and thereby attract cytotoxicity mediating T cells.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Neurobiology Rasmussen encephalitis brain inflammation microglia epilepsy Interleukins
Schlagwörter
(Deutsch)
Neurobiologie Rasmussen Enzephalitis Gehirnentzündungen Mikroglia Epilepsie Interleukine
Autor*innen
Denise Gessl
Haupttitel (Englisch)
Microglial nodules and their potential role in brain inflammation
Paralleltitel (Deutsch)
Mikroglia Knötchen und deren potenzielle Rolle bei Gehirnentzündungen
Publikationsjahr
2018
Umfangsangabe
xi, 61 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Jan Bauer
AC Nummer
AC15003226
Utheses ID
44936
Studienkennzahl
UA | 066 | 834 | |