Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2503
Main Title: Funktionelle Charakterisierung von differentiell exprimierten Genen in einem Mausmodell für die zerebrale Ischämie
Translated Title: Functional Characterization of differential expressed Genes in a mouse model of cerebral ischemia
Author(s): Ziegler, Gina
Advisor(s): Lauster, Roland
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Der Schlaganfall ist eine der Haupttodesursachen in den Industrieländern und führt aufgrund resultierender körperlicher Behinderungen jährlich zu Kosten in Millionenhöhe im Gesundheitswesen. Es ist bereits bekannt, dass entzündliche Prozesse zu einer Verschlechterung des Gesundheitszustandes des Schlaganfallpatienten führen. Mit Hilfe globaler Genexpressionsanalysen wurde nicht nur die Hochregulierung der inflammatorischen Proteine TLR2 („Toll-Like Receptor 2“), TLR4 („Toll-Like Receptor 4“) und MRP14 („Myeloid Related Protein 14“), sondern auch die Hochregulierung TLR2- bzw. TLR4-Pathway zugehöriger Gene detektiert. Daher wurden im Rahmen dieser Dissertationsarbeit der Einfluss von TLR2 und das mit TLR4 interagierende Protein MRP14 in einem Mausmodell für Schlaganfall untersucht. Nach einem einstündigen Verschluss der mittleren Hirnarterie („middle cerebral artery occlusion“ bzw. MCAO) in C57Bl/6-Wildtyptieren wurde eine Hochregulierung der TLR2-mRNA zwischen 3 bis 48 Stunden Reperfusion sowie der MRP14-mRNA zwischen 12 und 48 Stunden Reperfusion gezeigt. TLR2-Protein ist fast ausschließlich in der ipsilateralen Hemisphäre, insbesondere im Infarktkern, zu finden. Die meisten TLR2-positiven Zellen ließen sich als Mikroglia identifizieren. Aber auch einige ausgewählte Endothelien, Neuronen und Astrozyten bilden TLR2-Protein aus. Es wurde ein ischämischer Infarkt (1 h MCAO/48 h Reperfusion) in C57Bl/6-Wildtypmäusen sowie in TLR2-defizienten Mäusen ausgelöst. Das Infarktvolumen, sowie die Anzahl an aktivierten Mikroglia bzw. eingewanderten Makrophagen waren in den TLR2-defizienten Tieren geringer als in den Wildtyptieren. Dementgegen war die Neuronenzahl größer. Dieses Ergebnis ließ auf eine wichtige Rolle des TLR2 hinsichtlich der Ausweitung des Gewebeschadens nach einem Schlaganfall schließen. MRP14 ist als endogener TLR4-Agonist bekannt und wurde hinsichtlich seiner Relevanz auf die Ausweitung des Gewebeschadens nach einem Schlaganfall untersucht. MRP14 wurde in der ipsilateralen Hemisphäre nachgewiesen und zwar ausschließlich in aktivierten Mikroglia und einwandernden Makrophagen. MRP14-positive Zellen lagern sich an Endothelien an. MRP14-defiziente Mäuse (die ebenfalls den Komplexpartner MRP8 nicht bilden können) zeigen nach 1 h MCAO und 48 h Reperfusion ein geringeres Infarktvolumen, ein kleineres Ödem sowie ein reduzierte Anzahl an aktivierten Mikroglia und einwandernden Makrophagen im Vergleich zu MRP14-Wurfgeschwister. MRP14 trägt somit zum schlaganfallinduzierten Gewebeschaden bei. Um eine mögliche Behandlung gegen eine Gewebeschadensausweitung zu entwickeln, wurden in C57Bl/6-Mäusen Schlaganfälle ausgelöst (45 min MCAO/48 h Reperfusion), die anschließend mit TLR2-blockierenden TLR2.5-Antikörper und nichtfunktionalen „isotype control”-Antikörper behandelt wurden. Es wurde ein verringertes Schlaganfallvolumen, eine hochsignifikante Reduzierung der Mikrogliaaktivierung bzw. Makrophageninfiltration, sowie eine signifikante Erhöhung des Neuronenerhalts festgestellt. Um eine mögliche Toxizität einer Antikörperapplikation ins Gehirn zu detektieren, wurden Wildtypmäuse einem Schlaganfall ausgesetzt und mit „isotype control”-Antikörper bzw. PBS-Solvent behandelt. Der so detektierte neurotoxische Effekt einer Antikörperapplikation wurde durch eine Blockade des TLR2 jedoch mehr als kompensiert. Zusammenfassend tragen beide Proteine (TLR2 und MRP14) zum sekundären Schaden nach einem ischämischen Schlaganfall bei. Ich vermute, diese Gewebe-schadensausweitung wird durch eine erhöhte Anzahl an Mikroglia und Makrophagen und damit durch eine Verschärfung der Inflammation verursacht. Des Weiteren hat eine Blockade des TLR2-Signalweges einen positiven Effekt auf den Neuronenerhalt und das klinische Ergebnis. Daraus ergibt sich die Möglichkeit zur Entwicklung medikamentöser Anwendungen.
Stroke is a leading cause of death in industrialized countries and cost several million € each year because of disabilities. It is known that inflammation leads to exacerbation of ischemic infarction. Besides an up-regulation of TLR2 (toll-tike receptor 2), TLR4 and MRP14 (myeloid related protein 14) an up-regulation of TLR-pathway related genes was detected by global gene expression analysis. Therefore the influence of TLR2 and TLR4 interacting protein MRP14 were examined. A significant up-regulation of TLR2-mRNAs (3 h - 48 h of reperfusion) as well as MRP14-mRNA (12 h - 48 h of reperfusion) was shown after 1 h of transient focal cerebral ischemia in C57Bl/6 wildtype mice. TLR2-protein was up-regulated in ipsilateral brain hemisphere especially in infarction core. Most expression was shown in microglia, but also in selected endothelial cells, neurons and astrocytes. An ischemic infarction (1 h MCAO/48 h Reperfusion) was induced in C57Bl/6 wildtype mice as well as in TLR2-knockout mice. Infarct volume as well as number of activated microglia and infiltrating macrophages was significant decreased in TLR2 deficient mice compared to wildtype mice. However number of neurons was increased. It forces to conclude a major role of TLR2 in exacerbation of stroke. MRP14 is known for being an endogenous TLR4-activator. It was examined in respect of its relevance for exacerbation of ischemic infarction. MRP14 protein was detected in ipsilaterale brain hemisphere, namely exclusively in activated microglia and infiltrated macrophages. MRP14-positive cells attach to endothelia cells. Ischemic infarcts were induced in MRP14 knockout mice (which were also deficient its complex partner MRP8) as well as wild type littermates revealing a smaller infarct volume, less edema, and a reduced number of activated microglia and infiltrated macrophage in MRP14-/- mice compared to MRP+/+ mice. So MRP14 contributes to exacerbation of ischemic infarction. To find a possible treatment for injury increase, infracted C57Bl/6J mice (45 min MCAO/48 h Reperfusion) were treated with TLR2-blocking TLR2.5-antibody and nonfunctional “isotype control” antibody, respectively and revealed a decreased infarct volume, a highly significant decreased microglia activation and macrophage infiltration and a highly significant increased neuron preservation in the anti-TLR2.5 antibody treated mouse brain compared to “isotype control” antibody treated brain. For identification of a possible toxicity of antibody treatment, I tested “isotype control” antibody application vs. PBS control application and detected a detrimental effect of antibody in infarcted mouse brain what is compensated by blocking TLR2. In conclusion, both proteins (TLR2 and MRP14) contribute to a secondary brain damage after transient focal ischemia. I assume that exacerbation is due to increasing macrophage and microglia number and aggravation of inflammation. Furthermore I conclude, that turning off the TLR2 pathway by blocking its receptor limits microglia infiltration and preserves neurons in the infarct mouse brain and therefore leads to an improved outcome after transient focal cerebral ischemia. It therefore offers a possibility for development of future medication strategies.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-26831
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2800
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2503
Exam Date: 5-May-2010
Issue Date: 30-Jun-2010
Date Available: 30-Jun-2010
DDC Class: 570 Biowissenschaften; Biologie
Subject(s): Behandlung
Inflammation
MRP14
TLR2
Zerebrale Ischämie
Cebrebral ischemia
Inflammation
MRP14
TLR2
Treatment
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/
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