Der Einfluss der Experimentellen Autoimmunen Enzephalomyelitis auf die Expression von Connexinen im Nervus opticus der Maus

Abstract

Zusammenfassung Die Multiple Sklerose (MS) ist eine Erkrankung des Zentralen Nervensystems mit verschiedenen pathophysiologischen Merkmalen wie Demyelinisierung, Axonschädigung und Inflammation. Diese resultieren hauptsächlich in motorischen, sensiblen oder auch kognitiven Beeinträchtigungen. Viele Patienten berichten von Sehstörungen als erste Symptome der MS, noch bevor sie motorische Beeinträchtigungen wahrnehmen. Daher steht der Nervus opticus (N. opticus) im Fokus dieser Arbeit. Zur Aufrechterhaltung der Funktion von Nervenzellen und deren umgebenden Gliazellen sind die Connexine von großer Bedeutung, deren Subtypen eine Zelltyp-spezifische Expression aufweisen. Connexine können Hemikanäle bilden und so die Kommunikation zwischen Zytoplasma und Extrazellularraum ermöglichen; sie können sich aber auch zu Gap Junctions zusammenlagern und somit den interzellulären Stoffaustausch ermöglichen. Für einige Erkrankungen des Nervensystems, wie z.B. der hypoxisch-ischämischen Hirnläsion, ist bekannt, dass sie Veränderungen in der Connexin-Expression nach sich ziehen. Daher wurde in dieser Arbeit postuliert, dass Connexine bei der MS bzw. im korrespondierenden Tiermodell bei der Experimentellen Autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE) ebenfalls eine Rolle spielen. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob im murinen EAE-Modell Veränderungen der Connexin Expression im N. opticus zu beobachten sind. Mittels CD3-Immunfluoreszenz wurden T-Zellen in den Nerven gezeigt; mittels histologischer Färbungen das Myelin (Luxol-Fast-Blue) bzw. eine Zellinfiltration (Hämatoxylin-Eosin). Zur Analyse der mRNA-Expression wurde eine quantitative Real-Time Polymerase-Kettenreaktion für astrozytäre, oligodendrozytäre und neuronale Connexine durchgeführt. Die entsprechenden Proteine wurden mittels Immunfluoreszenz-Färbungen nachgewiesen. Es konnte gezeigt werden, dass die EAE einen deutlichen Einfluss auf astrozytäre und oligodendrozytäre Gap Junction-Proteine hat: Insbesondere in der Phase der EAE-bedingten Demyelinisierung kam es zur Reduktion der Connexin 43-Expression im N. opticus. In dieser Phase der Erkrankung konnte ebenfalls eine Erhöhung der Connexin 47-Protein-Expression, bei verminderter mRNA-Expression, beobachtet werden. Auch die Gen-Expression von Connexin 29 und Connexin 36 war bei EAE vermindert. Somit wurde in dieser Arbeit der Einfluss einer EAE auf Gliazellen des N. opticus bestätigt und erstmalig Änderungen der Connexin-Expression auf mRNA und Proteinebene im N. opticus unter EAE nachgewiesen. Die pathophysiologischen Veränderungen beziehen somit auch die Kanalproteine der interzellulären Kommunikation via Gap Junctions mit ein.

Summary Multiple sclerosis (MS) is a disease of the central nervous system with various pathophysiological features such as demyelination, axonal damage and inflammation. These mainly result in motor, sensory or cognitive impairments. Many patients report impaired vision as one of the first symptoms of MS even before they experience motor impairment. Therefore, this work focuses on the optic nerve. In order to control the function of nerve cells and their surrounding glial cells, the connexins, whose sub-types present a cell type specific expression, are of great importance. Connexins can form hemichannels and thus enable communication between cytoplasm and extracellular space; they can also assemble into gap junctions and thus facilitate intercellular mass transfer. Some diseases of the nervous system, such as the hypoxic-ischemic brain lesion, are known to cause changes in connexin expression. Therefore, it was postulated that connexins also play a role in MS or in the corresponding animal model of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). In this work, it was investigated whether changes in connexin expression in the optic nerve can be observed in the murine EAE model. By CD3 immunofluorescence, T-cells were shown in the nerves; with the use of histological staining with myelin (Luxol Fast Blue) or cell infiltration (Hematoxylin Eosin). To analyze mRNA expression, quantitative real-time polymerase chain reaction was performed for astrocytic, oligodendrocytic and neuronal connexins. The corresponding proteins were detected by immunofluorescence. It was shown that EAE has a distinct influence on astrocytic and oligodendrocyte gap junction proteins. Especially in the phase of EAE-induced demyelination, connexin 43-expression in the optic nerve was reduced. An increase in connexin 47- protein-expression, with reduced connexin 47-gene-expression, was also observed at this stage of the disease. Gene expression of connexin 29 and connexin 36 was also reduced in EAE. Thereby, the influence of an EAE on the glial cells of the optic nerve was confirmed and for the first time, changes in connexin expression on mRNA and protein level in the optic nerve under EAE were detected. The pathophysiological changes, therefore, also include the channel proteins of intercellular communication via gap junctions.