Identifizierung und Charakterisierung des Makrophagen/Mikroglia Aktivierungsfaktors im geschaedigten Hippocampus

Abstract

Makrophagen und Mikrogliazellen spielen eine zentrale Rolle im Abwehrsystem des zentralen Nervensystems (ZNS). Sie werden nach einer ZNS Läsion unmittelbar aktiviert, migrieren zum Ort des Schadens und sind hier für den sekundären neuronalen Zellschaden von herausragender Bedeutung. Das Verständnis der genauen molekularen Mechanismen hierfür ist bisher nur lückenhaft vorhanden. Ziel dieser Dissertation war die Charakterisierung der Regulation und des Expressionsmusters des Makrophagen Aktivierungsfaktor (MAF) nach fokaler ZNS Läsion. MAF wurde erstmals als differenzierungsassoziierter Faktor des Monozyten/Makrophagen-Systems beschrieben. Vorarbeiten zu dieser Arbeit zeigten eine konsistente läsionsassoziierte Hochregulation von MAF auf mRNA Ebene nach entorhinaler Kortexläsion (ECL). Es konnte in dieser Dissertation gezeigt werden, dass (i) MAF differenzierungsabhängig nur in ausdifferenzierten Makrophagen exprimiert wird, (ii), diese Hochregulation von MAF CD11b abhängig induziert wird, (iii) mittels eigenständig generierter polyklonaler, spezifischer Antikörper, dass MAF auf Proteinebene in Makrophagen/Mikroglia nach ECL läsionsassoziiert und auf den deafferenzierenden Hippocampus beschränkt exprimiert wird, (iv) dass MAF in murinen Mikrogliazellen in vitro und in vivo ein intrazellulär vesikuläres Expressionsmuster aufweist, (v) dass MAF hämolytische Eigenschaften besitzt und (vi) strukturell einer neuartigen hochkonservierten Proteinfamilie zuzuordnen ist, die sich durch ein gemeinsames Motiv von sieben transmembranären Spannen auszeichnet. Die CD11b-gesteuerte und läsionsassoziierte Expression von MAF im deafferenzierenden Hippocampus weist auf eine mögliche zentrale Rolle im Rahmen der Differenzierung von Mikrogliazellen zum phagozytierenden Phänotyp hin. MAF könnte ein geeignetes Zielmolekül für das therapeutische Vermeiden oder Begrenzen des durch Makrophagen/Mikroglia verursachten sekundären Zellschadens nach ZNS Läsion sein.

After traumatic brain lesion, microglial cells are rapidly activated, migrate towards the sites of injury and cause secondary damage that accounts for most of the loss of brain function. This thesis aimed at characterizing the regulation of the macrophage/microglia activation factor (MAF) which expression was previously demonstrated to be differentiation-associated in myeloid hematopoetic cells and was shown to be consistently upregulated following entorhinal cortex lesion (ECL) at the mRNA level. Using the monocytic cell line U937, we could demonstrate that MAF is upregulated after TPA-induced differentiation into macrophages. The maturation-associated MAF upregulation could be blocked by CD11b antisense transfection. Furthermore, we have generated a specific antibody against MAF. In BV-2 microglial cells, MAF is co-localized with IB-4, a classical microglial marker. In addition, we have analyzed the in vivo expression patterns of MAF after ECL. We could show a substantial upregulation of MAF on most macrophages/microglial cells in the deafferentiated hippocampus, while there was no MAF expression detectable on the contralateral side. In the perilesional region, in most but not all cells MAF is co-localized with CD11b and IB4, two classical markers for microglial cells. Confocal microscopy revealed a lysosome-like expression pattern in BV-2 cells as well as in ECL-associated macrophages/microglial cells in vivo. My data indicate that MAF is upregulated after monocyte maturation in a CD11b- dependent manner. Furthermore, we could demonstrate that MAF is expressed only in selected macrophages/microglial cells around the lesion and in the degenerating hippocampus after ECL. Consistent with these lesion-associated expression patterns, MAF expression in monocytic cells seems to play a functional role in the differentiation to a phagocytosing phenotype and may be, at least partially, required for phagocytotic activity, specifically in lesioned tissue after brain trauma.