dc.contributor.author
Papageorgiou, Ismini
dc.date.accessioned
2018-06-07T23:26:36Z
dc.date.available
2013-03-21T12:53:42.502Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/10493
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-14691
dc.description.abstract
Microglia are the central nervous system´s (CNS) resident macrophages. The
myeloid progenitors that determine the microglial lineage colonize the CNS in
the early embryonic life and serve thereafter the local innate immunity. In
the immune privileged CNS, microglial innate immune functions are
constitutively suppressed (‘resting’). Activation of microglial innate immune
functions, such as direct cytotoxicity, antigen presentation, sequestration
and stimulation of lymphocytes and phagocytosis, has been associated with
reduction of the ‘resting/surveying’ ramified morphology and somatic
transition to a round, ‘ameboid’ shape. Microglial activation is a pathologic
hallmark in many CNS diseases and a common finding in in vitro
neurodegeneration models. However, the causality underlying the correlation
between microglial activation and neurodegeneration is currently debated. In
this study we used the organotypic hippocampal slice culture as a model to
investigate the impact of microglial activation on neuronal function and
survival. After exposure of organotypic slices to the purified bacterial
endotoxin lipopolysaccharide (LPS), for 72 hours, the microglial activation
was quantified by assaying the supernatant for nitrite production, as well as
for the proinflammatory cytokines interleukin 6 (IL-6) and tumor necrosis
factor α (TNF-α). By applying anti-Iba1 immunohistochemistry and quantitative
morphological methods (stereology and Neurolucida® tracings) we additionally
described the microglial population in terms of size and ramification pattern.
Standard histochemical and immunohistochemical staining (toluidine blue, NeuN)
in combination with the specific neurodegeneration marker Fluoro-Jade B® were
used to quantify neurodegeneration. The impact of microglial activation on
neuronal function was assessed in the CA1 hippocampal subregion by
extracellular electrophysiological measurements of the spontaneous (multiunit
activity and local field potential) and evoked field activity (input-output
properties and short88 term plasticity). Moreover, by studying stimulation-
evoked potassium ([K+]o) transients with ion-sensitive microelectrodes we
probed the homeostatic capacity of the local neuro-glial network. Our results
show that the LPS-triggered microglial activation did not result to
neurodegeneration. Furthermore, minimal changes in the electrophysiological
field activity and [K+]o transients argue against a fundamental perturbation
of the neuronal and astroglial function. The absence of neuronal death after
LPS exposure in organotypic slice cultures, in sharp contrast to the severe
degeneration occurring in vivo and in primary cultures, suggests that
microglial activation is not necessarily neurotoxic and toxicity may occur in
a context-dependent manner. With the present study we have established a model
to further investigate the factors that may link microglial activation with
neurotoxicity.
de
dc.description.abstract
Die Mikroglia-Zellen sind die Makrophagen des zentralen Nervensystem. Deren
Myeloid Vorläuferzellen wandern während der frühen Embryogenese in das
zentrale Nervensystem (ZNS) ein und vermitteln dort die angeborene Immunität,
die im ZNS unter normalen Bedingungen konstitutiv unterdrückt ist. Demzufolge,
befinden sich die Mikrogliazellen in einem „Ruhezustand. Der Übergang zum
aktiven Status der Mikrogliazellen, ausgelöst z.B. durch Zelltoxizität,
Antigenpräsentation, Lymphozytenstimulation oder Phagozytose führt zu einer
bemerkenswerten Veränderung der Zellmorphologie: Die weitverzweigte
Erscheinung der ruhenden/beobachtenden Zellen wird durch ein eher „amöboides“
Erscheinungsbild des Zellkörpers ersetzt. Dieser Aktivierungsprozess ist nicht
nur ein auffälliges Erscheinungsbild vieler pathologischer Zustände des ZNS,
sondern lässt sich auch in diversen in vitro Modellen neurodegenerativer
Krankheiten beobachten. Dies legt einen kausalen Zusammenhang zwischen
Aktivierung und pathologischer Manifestation nahe, ohne dass diese allerdings
zweifelsfrei nachgewiesen werden konnte. Zu diesem Zweck wurde in der
vorliegenden Arbeit der Einfluss von Mikrogliazellenaktivierung auf neuronale
Zellen und ihr Überleben untersucht. Inkubation mit dem bakteriellen Endotoxin
(Lipopolysaccharide, LPS) für 72 Stunden führte zu einer verlässlichen und
reproduzierbaren Aktivierung der Mikrogliazellen. Dies konnte durch
Quantifizierung des Nitritgehalts im Überstand, der entzündungsfördernden
Interleukine IL-6 und des Tumornecrosis factors α (TNF-α) belegt werden. Eine
detaillierte Analyse der Mikroglia- Morphologie wurde durch
immunohistochemische und stereologische Methoden durchgeführt, mit einem
Schwerpunkt auf Zellkörpergröße und Verzweigungsgrad. Diese Parameter, die den
Aktivierungsgrad der Mikrogliazellen charakterisieren, wurden mit
verschiedenen, histo- und immunzytochemischen Markern (toluidine blue, NeuN)
des Zellüberlebens und solchen spezifisch für Neurodegeneration (Fluoro-Jade
B®) korreliert. Unabhängig vom Überleben der Nervenzellen, wurde auch deren
Funktion nach Mikrogliaaktivierung untersucht. Dazu wurden in der
hippokampalen CA1 Region extrazelluläre elektrophysiologische Ableitungen
durchgeführt, die Aufschlüsse über spontanes und evoziertes Verhalten
(multiunit activity, evoked and spontaneous local field potential,
Kurzzeitplastizität) geben. Darüber hinaus wurde auch die homeostatische
Regulation der extrazellulären Kaliumkonzentration mit ionensensitiven
Elektroden charakterisiert. In dieser Studie wurden neurodegenerative Vorgänge
nicht von LPS-induzierter Mikrogliaaktivierung beeinflusst. Darüber hinaus
wiesen auch die elektrophysiologischen und ionensensitiven Messungen nicht auf
eine grundlegende Veränderung der neuronalen und astrogliären Funktionen hin,
sondern enthüllten nur geringfügige Veränderungen. Diese Resultate
widersprechen bisherigen Erkenntnissen aus in vivo und
Primärkulturexperimenten. Eine mögliche Interpretation der Daten stellte daher
keinen zwangsläufigen kausalen Zusammenhang zwischen
Mikrogliazellenaktivierung und Neurotoxizität her; ein solcher Zusammenhang
könnte aber im hohen Maße kontextabhängig und nicht kanonisch sein. Um solche
kontextabhängigen Zusammenhänge aufzuklären, ist das in dieser Arbeit
etablierte experimentelle Modell hervorragend geeignet.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
organotypic cultures
dc.subject
lipopolysaccharide
dc.subject
neurodegeneration
dc.subject
ion sensitive microelectrodes
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Influence of microglial activation on neuronal survival and excitability
dc.contributor.contact
i.papageorgiou@physiologie.uni-heidelberg.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Uwe Heinemann
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. med. F. Heppner
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. rer. nat. U.-K. Hanisch
dc.date.accepted
2013-03-22
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000093810-5
dc.title.translated
Einfluss der aktivierten Mikroglia-Zellen auf neuronales Überleben und
Erregbarkeit
de
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000093810
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000013099
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access