Inflammation und ischämischer Gewebsschaden bei experimentellem Schlaganfall: Rolle von CD93, CD59 und Mrp8/14

Abstract

In der Pathophysiologie des ischämischen Schlaganfalls spielt die Inflammation eine wesentliche Rolle. Der Prozess der Inflammation setzt relativ zeitnah nach dem akuten Ereignis ein und dauert über mehrere Tage an, wobei sie sowohl an der Entstehung des Schadens als auch an der Regeneration beteiligt ist. Somit bietet die Inflammation einen guten Rahmen für multiple Therapieansätze. Im Verlauf dieser Arbeit wurden drei unterschiedliche, sich auf die Inflammation auswirkende Proteine im Hinblick auf das funktionelle Endresultat nach zerebraler Ischämie untersucht: 1. CD59, das einzige endogene Inhibitorprotein des terminalen Kompliment-Aktivierungsweges, 2. CD93, ein membrangebundenes Protein, welches in Genexpressionsanalysen gefunden worden war und dessen genaue Funktion noch nicht bekannt ist, und 3., die „Myeloid related Proteine“ 8 (Mrp8) und Mrp14, welche als endogene Toll-like Rezeptor 4 (TLR4) Agonisten beschrieben werden. „Knockout“ (KO) Mäuse, bei denen diese Proteine (CD59, CD93-, und Mrp8/14-KO) nicht exprimiert werden, wurden in einem experimentellen Modell der fokalen zerebralen Ischämie untersucht. Das entstandene Läsionsvolumen der jeweiligen KO-Mäuse wurde mit dem Läsionsvolumen der Wildtyp-Mäuse verglichen. Zusätzlich wurde die Anzahl der CD11b-positiven Zellen (infiltrierende Monozyten/Makrophagen, aktivierte Mikrogliazellen) in der ischämischen Hemisphäre der verschiedenen Genotypen verglichen, da dies ein Maß für die Neuroinflammation darstellt. Um die Lokalisation des in seiner genauen Funktion noch unbekannten inflammationsassoziierten CD93-Proteins zu ermitteln, wurden immunhistochemische Färbungen mit spezifischen Zellmarkern durchgeführt. Mittels einer Genexpressionsanalyse sollten CD93-abhängige Signalwege ermittelt werden. In der ersten Studie, der Untersuchung von CD59a-KO Mäusen, konnte gezeigt werden, dass das Komplement-Inhibitorprotein neuroprotektiv nach zerebraler Ischämie wirkt. Die CD59a-KO Mäuse weisen sowohl ein größeres Läsionsvolumen als auch ein größeres neurologisches Defizit nach 30min Okklusion auf. Auch in den CD93-KO Tieren konnte ein größeres Läsionsvolumen im Vergleich zu den WT Tieren festgestellt werden. Das lässt vermuten, dass auch das Protein CD93, welches mit Endothelzellen kolokalisiert ist, neuroprotektive Eigenschaften nach zerebraler Ischämie besitzt. Die Genexpressionsanalyse ergab, dass das Chemokin CCL21, ein bekannter Trigger der Neuroinflammation, in den CD93-defizienten Mäusen erhöht exprimiert wird. Diese erhöhte Expression könnte der Grund für den größeren Schaden in den CD93-KO Tieren sein und zeigt damit einen neuen CD93-abhängigen Signalweg auf. Anhand der dritten Studie konnte gezeigt werden, dass das Fehlen der endogenen TLR4-Aktivatoren Mrp8 und-14 zu einem verkleinerten Läsionsvolumen und zu einer Verminderung der CD11b-positiven Zellen führt. Somit wird postuliert, dass Mrp8/14 die Aktivierung der Neuroinflammation verstärkt und dadurch zu einem schlechteren funktionellen Endresultat führt. Die von uns erhobenen Befunde könnten nach weiteren Studien, z.B. zum Zusammenspiel dieser Proteine, eine Grundlage für die Entwicklung neuer Therapieansätze im Bereich der Neuroinflammation nach zerebraler Ischämie darstellen.

Inflammation plays a crucial role in the pathophysiology of ischemic stroke. The inflammation starts directly after occlusion and evolves over several days and has been implicated in tissue damage as well as in repair. Therefore, inflammation is a good target for establishing new therapeutics. In this work, we analyzed three different proteins, which are involved in inflammation 1. CD59a, an inhibitor protein of the terminal complement pathway 2. CD93, a transmembrane protein, which was found by genechip analyses and whose function isn´t fully understood yet, and 3. Myeloid related proteins 8 (Mrp8) and Mrp14 which are described as agonists of Toll-like receptor 4 (TLR4). Knockout (KO) mice, in which this 3 proteins are deleted (CD59a; CD93 and Mrp8/14) were analyzed after occlusion of the middle cerebral artery (MCAO) and compared to wildtype (wt) mice. We compared the volume of the lesion and the count of CD11b-positive cells (infiltrating macrophages and activated glia cells) in the ipsilateral hemisphere. CD11b is a marker of inflammation. In order to analyze the location of CD93, we performed immunohistochemical stainings of CD93 and specific cell markers. CD93-dependent pathways were analyzed by Gene expression assays. In the first study, in which CD59a-KO mice were analyzed, it was shown that the complement inhibitor protein has a neuroprotective effect after cerebral ischemia. CD59a knockout mice had a larger lesion size as well as a more severe neurological deficit after 30min of occlusion. CD93-KO animals also had a larger lesion size when compared to wildtype animals. This leads to the assumption that also the CD93 protein, which is colocalized with endothelial cells, has a neuroprotective effect after cerebral ischemia. The gene expression analysis showed that the chemokine CCL21, a known trigger of neuroinflammation, is higher expressed in mice lacking CD93. This higher expression might be the reason for a larger damage in CD93 deficient mice and would show a new CD93-dependent signaling pathway. Results of the third study reveal that the lack of the endogenous TLR4 activators Mrp8 and -14 leads to a smaller lesion volume and to reduced CD11b positive cells. Thus, it is postulated that Mrp8/14 enhance the activation of neuroinflammation and thereby leading to a worse functional outcome. After further studies, e.g. the interaction of these proteins, these results could represent a basis for the development of new therapeutic approaches in neuroinflammation after cerebral ischemia.