Bechmann, Ingo: Mechanismen des Immunprivilegs im Zentralen Nervensystem nach axonaler Läsion

Vorgelegt dem Fakultätsrat der Medizinischen Fakultät Charité der Humboldt-Universität zu Berlin


Habilitationsschrift
Mechanismen des Immunprivilegs im Zentralen Nervensystem nach axonaler Läsion

zur Erlangung der Lehrbefähigung für das Fach

Medizinische Fakultät Charité der Humboldt-Universität zu Berlin

von
Herrn Dr. med. Ingo Bechmann

Präsident: Prof. Dr. rer. nat. J. Mlynek

Dekan: Prof. Dr. med. Dr. h.c. R. Felix

Gutachter:
Prof. Dr. med. Thomas Deller
Prof. Csaba Leranth, M.D. Ph. D.

eingereicht: 13.12.2001

Datum der Habilitation: 29.05.2001


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Zusammenfassung

Myelin-assoziierte Epitope können Ziel destruktiver T-Zell Antworten während autoimmuner Erkrankungen wie der Multiplen Sklerose oder der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis werden. Dagegen reagieren selbstspezifische T-Zellen nach axonaler Degeneration nicht mit destruktiver Autoimmunität, obwohl die entsprechenden Epitope durch Myelin-phagozytierende Mikroglia präsentiert werden. Im Modell der entorhinalen Kortexläsion von Ratte und Mause zeigten wir, daß Autoimmunität nach solchen Läsionen durch die Expression des Todesliganden CD95L (FasL, Apo1L) auf Astrozyten verhindert wird, da hochaktivierte T-Zellen durch CD95L apoptotisch eliminiert werden. Myelin-phagozytierende Mikroglia reguliert MHC-II und B7-2 hoch, nicht aber das kostimulatorische B7-1 Moleküle, das mit Autoimmunität im Gehirn assoziiert ist. In Zonen retrograder Degeneration, wo Axone am Sproutingprozess beteiligt sind, zeigen Mikrogliazellen bis mindestens 90 Tage nach Läsion einen MHC-II und B7-2 positiven Immunphänotyp. Trotz Anwesenheit von CD4/B7-2 positiven alpha/beta T-Zellen, behält Mikroglia ihre ramifizierte, ruhende Morphologie. Im Gegensatz zu autoimmunen Erkrankungen im Gehirn, erfolgt die Antigenpräsentation nach axonaler Läsion durch Mikroglia also nicht über das B7-1 Molekül. Dies kann der Grund für das Ausbleiben destruktiver Autoimmunität nach axonaler Schädigung sein.

Schlagwörter:
Antigenpräsentation, Immunprivileg, Kostimulation, Multiple Sklerosis


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Abstract

Myelin-associated epitopes are targets of destructive T cell responses during autoimmune diseases such as multiple sclerosis (MS) and its animal model, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). On the other hand, autoimmune T cells do not respond in a destructive way to mechanically-induced axonal degeneration despite myelin phagocytosis and presentation by local microglia. Using entorhinal cortex lesion, a model of axonal degeneration and reactive sprouting, we showed that autoimmunity in the brain is prevented by the expression of the death Ligand CD95L expressed on astrocytes lading to apoptosis of highly activated T cells. Moreover, myelin phagocytosing microglia upregulate MHC-II and B7-2, but lack expression of B7-1, a costimulatory molecule related to destructive immunity. In zones of retrograde axonal degeneration, where axons undergo secondary damage and later contribute to the sprouting response, MHC-II/B7-2 positive microglia are still found at 90 days post lesion. These cells exhibit the ramified morphology of resting microglia in the presence of CD4/B7-2 positive alpha/beta T cells. Thus, in contrast to autoimmune brain disease, axonal degeneration is lacking a signal to induce B7-1 on microglial cells and the recruited T cells do not induce microglial activation. Differences in B7-phenotype of local antigen-presenting cells might provide an explanation for the important finding that autoimmune T cells elicit protective rather than destructive effects following axonal degeneration in the CNS.

Keywords:
antigen-presentation, immune privilege, costimulation, Multiple Sclerosis


Seiten: [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49]

Inhaltsverzeichnis

TitelseiteMechanismen des Immunprivilegs im Zentralen Nervensystem nach axonaler Läsion
Widmung
Abkürzungsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis
1 Was ist Immunprivileg ?
2 Mechanismen des Immunprivilegs im Zentralen Nervensystem nach axonaler Läsion
2.1Das Modell der entorhinalen Läsion
2.2Die Blut-Hirnschranke nach entorhinaler Läsion
2.3Die Rolle von Todesliganden für das Immunprivileg im ZNS
2.3.1Das CD95/CD95L System (Referenzen 1-3)
2.3.2Das TRAIL System (Referenz 4)
2.4Eine modifizierte Antigenpräsentation im ZNS nach axonaler Läsion
2.4.1Immundeviation im Gehirn als Mechanismus von Immunprivileg
2.4.2Identifikation phagozytierender Zellen nach entorhinaler Läsion (Referenzen 5-7)
2.4.3Identifikation Antigenpräsentierender Zellen nach entorhinaler Läsion (Referenz 8)
2.4.4Invasion von perivaskulären Zellen (Referenzen 9, 10)
2.4.5Differentielle Expression kostimulatorischer Moleküle nach axonaler Läsion als Mechanismus des Immunprivilegs (Referenz 11)
3 Zusammenfassung und Ausblick
Bibliographie Literaturverzeichnis
Danksagung
Lebenslauf
Selbständigkeitserklärung

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1:
Tabelle 2:

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1:
Abbildung 2:
Abbildung 3:
(a, c) Im unlädierten Zustand fanden sich lediglich neu eingewanderte Makrophagen in den perivaskulären Räumen (Referenz 9). (b, d) Im lädierten entorhinalen Cortex sowie im denervierten Hippocampus kam es dagegen zur massiven Infiltration innerhalb der ersten 24h nach Läsion. Die Makrophagen transformierten innerhalb von 72h ihre Morphologie zur typischen Gestalt von Mikroglia.
Abbildung 4:
(a)In der Läsionszone finden sich zahlreiche runde, fluoreszierende Zellen 24h nach Läsion.(b)Ihre Morphologie entspricht 72h nach Läsion der typischen ramifizierten Gestalt von Mikroglia, wie es bei hoher Vergrößerung in (c) klar zu erkennen ist.
Abbildung 5
Abbildung 6:
Abbildung 7:
Abbildung 8:
Perivaskuläre Zelle (PC) liegen im perivaskulären Raum (PS) zwischen der zweiten, die Perizyten umgebenden, und der auf der Glia limitans gelegenen dritten Basalmembran. Die Glia limitans ist mit GFAP markiert (Pfeile). Eine erste Basalmembran ist um die Endothelzelle (E) zu erkennen. Die offenen Pfeile markieren Fortsätze des perivaskulären Makrophagen, die das Gefäß umgreifen.
Abbildung 9:
Die hohe phagozytische Kapazität dieser Zellen wird deutlich nach Injektion hydrophiler Tracer, die entlang der perivaskulären Räume diffundieren. Der phagozytierte Farbstoff wird in deutlich sichtbaren Granula gespeichert, die den Phagosomen in Abbildung 5 entsprechen
Abbildung 10:
Mäuse wurden bestrahlt und erhielten ein GFP-transfiziertes Knochenmarkstransplantat. Nach drei Monaten wurden alle perivaskulären Makrophagen durch Injektion von Mini Ruby markiert. Des Verhältnis aller perivaskulären zu GFP-positiven perivaskulären Makrophagen entspricht nach Angleichung an die Transfektionsrate dem Turnover (neu eingewanderte/alle perivaskuläre Makrophagen).
Abbildung 11:
Aus der Schwanzvene adulter Ratten wurde Blut entnommen und Makrophagen isoliert. Diese wurden dann mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert und zurück in die Tiere gespritzt. Zu verschiedenen Zeitpunkten wurden die Tiere dann getötet und die injizierten Makrophagen in den perivaskulären Räumen identifiziert. Mit Hilfe von Immunzytochemie wurde gezeigt, daß es sich bei den ex vivo isolierten und reinjizierten Zellen tatsächlich um Makrophagen handelte.
Abbildung 12:
Um eine quantitative Aussage über den Turnover zu machen, wurden die perivaskulären Makrophagen durch Injektion eines rot-fluoreszierenden Tracers in die Seitenventrikel markiert und vier Wochen später ein grün-fluoreszierender Tracer injiziert. Zellen die nach der ersten Injektion in die perivaskulären Räume eingewandert waren, färbten sich nur mit dem zweiten Tracer an. Das Verhältnis einfach-positiver zu doppel-positiven Zellen erlaubte die Kalkulation der Einwanderung. Mehrere Kontrollen validierten die Methode (siehe Referenz 10).
Abbildung 13:
Die Aktivierung des Spezifischen Immun-systems beruht auf zwei wichtigen Schritten, nämlich der Phagozytose und Prozessierung von Antigenen, sowie der Antigen-spezifischen Interaktion mit T Zellen über MHC-II Moleküle. Ohne kostimulatorische Moleküle induziert diese Interaktion T Zell-Anergie. Im Gehirn scheint unter Bedingungen der EAE, einer Interaktion mit B7-2 eher protektive, eine Interaktion über B7-1 destruktive Immun-antworten zu induzieren.
Abbildung 14:
(a-d) In Zonen anterograder Degeneration fand sich kein B7-1 in Kontrollen und nach Läsion (Pfeile zeigen auf positive perivaskuläre Zellen und einzelne Makrophagen und Mikroglia in anderen Bereichen des ZNS).
(e-f) Dagegen zeigten Mikrogliazellen eine geringe Ruheexpression sowie eine rasche Hochregulation von B7-2 nach Läsion in der Terminationszone des lädierten Tractus perforans, der mittleren Molekularschicht (MML).
Abbildung 15:
Mikrogliazellen präsentieren Antigene nach axonaler Degeneration über MHC-II im Kontext einer B7-2 Kostimulation, die nach gängiger Vorstellung neuroprotektive Antworten induziert. Durch gleichzeitig vorliegende Danger-Signale könnte eine B7-1 Expression auf Mikrogliazellen induziert und damit gefährliche Immunantworten induziert werden. So ließen sich kasuistisch auftretende Fälle von MS nach Trauma erklären (Goddin et al. 1999).

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Thu Aug 15 8:53:07 2002