Rolle von Chemokinen und Scavenger Rezeptoren in der Scrapie Pathogenese

Abstract

Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Expression von CD36 und SR-A im uninfizierten und Scrapie-infizierten Gehirn und der Einfluss dieser Scavenger-Rezeptoren auf eine Prion-Infektion des ZNS in einem murinen Scrapie-Modell untersucht. Die immunhistologischen Untersuchungen ergaben, dass die Scavenger Rezeptoren CD36 und SR-A im gesunden Gehirn nur schwach bzw. gar nicht exprimiert werden. Während der Prion-Infektion findet jedoch eine Induktion der Expression statt. Durch eine Doppelfärbung mit GFAP, einem Astrozytenmarker, konnte gezeigt werden, dass CD36 und SR-A von aktivierten Astrozyten im ZNS exprimiert werden. Anschließend wurden CD36-, SR-A, und CD36/SR-A-Knockout-Mäuse sowie entsprechende Wildtyp-Kontrollen mit Scrapie infiziert und eingehend in verschiedenen Stadien der Erkrankung charakterisiert. Untersuchte Parameter waren die Überlebenszeiten der Tiere, die Astrozyten- und Mikrogliaaktivierung, die Ablagerung von PrPSc in Gehirn und Milz sowie die spongiformen Veränderungen im infizierten Hirngewebe. Bei den Infektionsversuchen ergaben sich signifikant verkürzte Überlebenszeiten für die CD36/SR-A-/--Mäuse. Weiterhin im asymptomatischen Krankheitsstadium war bei den CD36/SR-A-/--Mäusen eine verminderte Astrozyten- und Mikrogliaaktivierung immunhistochemisch als auch in real-time QPCR-Analysen im Vergleich zu den Kontrolltieren festzustellen. Vor allem überraschte angesichts der verkürzten Überlebenszeiten der CD36/SR-A-/--Mäuse die verringerte PrPSc-Ablagerung in Gehirn und Milz der Tiere in frühen Krankheitsstadien. Zusammengefasst weisen die Befunde darauf hin, dass die Scavenger Rezeptoren CD36 und SR-A einen Einfluss auf die frühe Gliose sowie die Akkumulation von PrPSc haben. Die verkürzten Überlebenszeiten der CD36/SR-A-defizienten Mäuse weisen auf eine protektive Funktion und Kooperativität dieser Rezeptoren hin, während die entsprechenden Einzel- Defizienzen keine oder nur geringere Auswirkungen hatten. Der zweite Teil der Arbeit befasste sich mit dem Chemokin CXCL13. Die Expressionsanalysen bzgl. CXCL13 ergaben, dass das Chemokin im ZNS vorwiegend von aktivierten Astrozyten exprimiert wird. Zudem konnte eine verstärkte Expression von CXCL13 im Verlauf einer Scrapie-Infektion im ZNS nachgewiesen werden. Um mehr über die biologische Funktion von CXCL13 im ZNS und seine mögliche Rolle in der Scrapie-Pathogenese herauszufinden, wurden CXCL13-transgene Mäuse generiert, in denen das Chemokin unter der Kontrolle des Astrozyten-spezifischen GFAP- Promotors exprimiert werden sollte. Mittels QPCR und ELISA wurde in CXCL13-transgenen Tieren gegenüber den Wildtyp-Kontrollen eine deutlich erhöhte CXCL13-Expression nachgewiesen, was jedoch nicht von phänotypischen Auffälligkeiten begleitet war. CXCL13-transgene Mäuse starben nach einer Scrapie-Infektion im Durchschnitt 18 Tage früher als die Wildtypkontrollen. Die Überexpression von CXCL13 führt also eindeutig zu einem schnelleren Verlauf der Erkrankung. Dieses Ergebnis weist daraufhin, dass die Expression von CXCL13, die während der Scrapie-Infektion stark hochreguliert wird, einen Beitrag zum Krankheitsgeschehen leisten kann. Daher wäre eine Prüfung des Effekts von entsprechenden Chemokin-Rezeptor-Antagonisten im Hinblick auf die Therapie sinnvoll.

In the first part of this study the expression of CD36 and SR-A in uninfected and scrapie-infected brain tissue was analyzed. Furthermore, the influence of these scavenger receptors on a prion infection of the CNS was characterized in a murine model system. The results obtained by immunohistochemistry showed that CD36 and SR-A are expressed only weakly, if at all, in the healthy brain. However, during the prion infection a marked induction of the expression was observed. Double-staining with GFAP, a marker for activated astrocytes, showed for both scavenger receptors an expression by activated astrocytes. The scrapie infection of CD36-, SR-A- and CD36/SR-A-deficient mice as well as appropriate wild type control mice was compared and studied in detail at various time points. Analysed parameters were the survival times of the animals, the activation of astrocytes and microglia, the degree of spongiform changes in the infected brain, and the accumulation of PrPSc in the CNS and spleen. Scrapie infections demonstrated significant shortened survival times of CD36/SR-A-deficient mice. Moreover, these knockout mice showed a reduced astrocytosis and reduced activation of microglia in comparison to wild type controls in the asymptomatic stage of the disease. These results were obtained by immunohistochemistry and real-time qPCR analysis. Surprisingly, the PrPSc deposition in brains and spleens of CD36/SR-A-deficient mice was reduced in the asymptomatic stage despite the shortened survival times. Overall, these findings indicate that the scavenger receptors CD36 and SR-A have an influence on the early gliosis as well as the accumulation of PrPSc. The shortened survival times of the double knockouts point towards a protective function and cooperativity of these receptors, whereas deficiency for just one receptor had less or no effects on the disease development. The second part of the study concerned the chemokine CXCL13. Expression analysis indicated that this chemokine is mainly expressed by activated astrocytes in the CNS, which is strongly increased during a prion infection. To find out more about the biological function of CXCL13 in the CNS and its possible role during scrapie diseases transgenic mice were generated, which express CXCL13 under the control of the astrocyte-specific GFAP-promoter. By means of qPCR and ELISA a clearly increased CXCL13 expression could be detected in the transgenic mice compared to wild type controls. This was however not accompanied by obvious phenotypical changes. Scrapie-infected CXCL13-transgenic mice died on average 18 days earlier than wild type controls. Hence, overexpression of CXCL13 clearly accelerates disease progression. This result demonstrates that CXCL13 expression, which is upregulated during a prion infection, contributes to the scrapie pathogenesis. Consequently, analysing corresponding chemokine receptor antagonists in terms of therapeutics could be useful.