Roles of E-NTPDase1 and 5'-eNT in the regulation of microglial phagocytosis

Abstract

Purinergic signaling plays a major role in the regulation of phagocytosis in microglia. Interplay between P2 and P1 receptor activation is controlled by a cascade of extracellular enzymes which dephosphorylate purines resulting in the formation of adenosine. The ATP and ADP degrading capacity of cultured microglia depends on the expression of E-NTPDase1 (CD39) and is several times higher when compared to astrocytes which lack this enzyme. In brain slices, deletion of cd39 resulted in a 50 % decrease of ADP-degrading ability, while the degradation of ATP was decreased to about 75 % of the values measured in wild-type brain tissue. Microglia in acute slices from cd39 -/- animals had increased constitutive phagocytic activity which could not be further enhanced by ATP in contrast to control animals. Pharmacological blockage of P2 receptors decreased the constitutive phagocytic activity to a similar base level in wild type and cd39 -/- microglia. Activation of P1 receptors by non- hydrolysable adenosine analog significantly decreased phagocytic activity. Deletion of cd73 , an enzyme expressed by microglia which converts AMP to adenosine did not affect phagocytic activity. Taken together, these data show that CD39 plays a prominent role in controlling ATP levels and thereby microglial phagocytosis.

Purinerge Signaltransduktion spielt eine wichtige Rolle für die Phagozytoseaktivität von Mikrogliazellen. Das Zusammenspiel von P2- und P1-Rezeptoraktivierung wird durch eine Kaskade von extrazellulären Enzymen bestimmt, die Purine, wie ATP und ADP, bis hin zu Adenosin dephosphorylieren können. Mikroglia sind aufgrund der Expression der E-NTPDase1 (CD39) in der Lage weitaus mehr ATP und ADP abzubauen als beispielsweise Astrozyten, denen dieses Enzym fehlt. In Hirnschnitten CD39 defizienter Mäuse, konnte im Vergleich zu Kontrollschnitten sowohl eine auf 50% reduzierte ADP-Abbaurate als auch eine auf 75% verminderte ATP-Abbaurate gemessen werden. Mikrogliazellen in akuten Hirnschnitten CD39 defizienter Mäuse zeigen verglichen mit Kontrolltieren eine erhöhte basale Phagozytoseaktivität, die im Gegensatz zu Kontrollschnitten nicht weiter durch ATP Stimulation gesteigert werden kann. Durch Zugabe von P2 Inhibitoren konnte die konstitutiv erhöhte Phagozytoseaktivität von Mikroglialzellen in cd39 -/- Hirnschnitten auf Wildtypniveau reduziert werden. Ebenso P1-Aktivierung mithilfe eines nicht- hydrolysierbaren Adenosinanalogs zeigte diesen Effekt. Im Gegensatz dazu hatte das Fehlen einer weiteren mikrogliaspezifischen E-NTPDase CD73, die den Abbau von AMP zu Adenosin vermittelt, keinen Effekt auf die Phagozytoseaktivität. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse, dass CD39 eine bedeutende Rolle in der ATP Homöostase spielt und somit einen wichtigen Einfluss auf die Phagozytoseaktivität von Mikrogliazellen ausübt.