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NRF2 als Regulator der integrated stress response in Oligodendrozyten
NRF2 als Regulator der integrated stress response in Oligodendrozyten
Die genauen pathophysiologischen Mechanismen vieler neurodegenerativer und neuroin- flammatorischer Erkrankungen sind nach wie vor nicht hinreichend geklärt. Dazu zählen unter anderem die Entstehung von Läsionen im Rahmen der Multiplen Sklerose sowie die unvollständige Remyelinisierung entmarkter Läsionen in MS Patienten. Oligodendrozyten-Pathologien scheinen in beiden Szenarien eine entscheidende Rolle zu spielen. Insbesondere Beeinträchtigungen von Oligodendrozyten-Progenitorzellen sind im Prozess der unvollständigen Remyelinisierung involviert und können unter anderem durch oxidativen Stress ausgelöst werden. Die beiden Publikationen dieser kumulativen Dissertation beschäftigen sich mit den molekularbiologischen Mechanismen von Oligodendrozyten und ihren Vorläuferzellen in diesem Zusammenhang. Die erste Publikation konnte zeigen, dass Hauptelemente einer integrated stress response, hier Atf3, Atf4 und Ddit3 in Oligodendrozyten-Progenitorzellen sowohl durch experimentelle ISR-Induktion als auch durch Inhibition der mitochondrialen Atmungskette (chemische Hypoxie) aktiviert werden. Konstitutive Überaktivierung des Transkriptionsfaktors NRF2 mittels Keap1-Knockdown in OliNeu Zellen führte zu einer gesteigerten ISR-Aktivierung, wohingegen ein Nrf2-Knockdown eine reduzierte ISR-Aktivierung zeigte. Im Rahmen der zweiten Publikation untersuchten wir die Expression von Signalmolekülen durch Oligodendrozyten, die zu einer Mikrogliazell-Aktivierung in präaktiven MS-Läsionen führen könnten. Oligodendrozyten-Progenitorzellen, deren mitochondriale Atmungskette experimentell inhibiert wurde, zeigten eine selektiv gesteigerte Expression von immunmodulierenden Signalmolekülen, unter anderem von Interleukin 6. Eine gesteigerte IL-6 Expression durch Oligodendrozyten konnte ebenfalls in einem in vivo Remyelinisierungsmodell nachgewiesen werden. In vitro führte die Inkubation von Mikrogliazellen mit konditioniertem Medium von gestressten Oligodendrozyten zu einer gesteigerten Expression von nitric oxide synthase-2 und Arginase 1, zwei Markern für eine Mikrogliazell-Aktivierung. Zusammenfassend konnten wir in Rahmen der beiden vorgelegten Arbeiten zeigen, dass (1) oxidativer Stress eine ISR in Oligodendrozyten aktiviert, und dass (2) diese gestressten Oligodendrozyten das Potenzial haben Mikrogliazellen mit Hilfe verschiedener Signalmoleküle zu aktiveren und so möglicherweise die Degeneration von Oligodendrozyten und die Entstehung von präaktiven Läsionen bei der Multiple Sklerose gesteuert wird., The precise pathophysiological mechanisms underlying neurodegenerative and neuroinflammatory disorders among multiple sclerosis (MS) are still poorly understood. In MS, the pathogenesis of lesion formation in patients and their incomplete remyelination, respectively, are of great interest. In both scenarios, oligodendrocyte pathologies appear to be involved. Injury to oligodendrocyte progenitor cells caused by cellular disturbances like oxidative stress can be a contributing factor for such incomplete remyelination. Both publications describe the molecular biological mechanisms in oligodendrocyte pathologies in this context. The first publication showed that the induction of distinct elements of an integrated stress response, namely activating transcription factor 3 and 4 and DNA damageinducible transcript 3 protein, is activated in oligodendrocyte progenitor cells as a result of ex- perimental ISR induction as well as inhibition of the respiratory chain (chemical hypoxia). Hyperactivation of NRF2 by Keap1 knockdown led to an increased ISR activation. Nrf2 deficient cells, however, showed decreased ISR activation. The second publication describes the expression of signaling molecules by oligodendrocytes, which could potentially lead to a microglia activation in preactive MS lesions. Oligodendrocyte progenitor cells, stressed by inhibition of the respiratory chain, showed expression induction of distinct immune modulating molecules, such as interleukin 6. IL-6 expression induction by oligodendrocytes was also demonstrated in a in vivo remyelination model. In vitro, microglia incubation with oligodendrocyte conditioned medium led to expression induction of nitric oxide synthase-2 und arginase 1, both key markers for microglia activation. In conclusion, the publications could show that (1) oxidative stress activates an ISR in oligodendrocytes and (2) stressed oligodendrocytes are capable of activating microglia by means of a cytokine mixture, thus contributing in oligodendrocyte degeneration and preactive lesion formation in MS.
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Teske, Nico
2021
German
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Teske, Nico (2021): NRF2 als Regulator der integrated stress response in Oligodendrozyten. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Die genauen pathophysiologischen Mechanismen vieler neurodegenerativer und neuroin- flammatorischer Erkrankungen sind nach wie vor nicht hinreichend geklärt. Dazu zählen unter anderem die Entstehung von Läsionen im Rahmen der Multiplen Sklerose sowie die unvollständige Remyelinisierung entmarkter Läsionen in MS Patienten. Oligodendrozyten-Pathologien scheinen in beiden Szenarien eine entscheidende Rolle zu spielen. Insbesondere Beeinträchtigungen von Oligodendrozyten-Progenitorzellen sind im Prozess der unvollständigen Remyelinisierung involviert und können unter anderem durch oxidativen Stress ausgelöst werden. Die beiden Publikationen dieser kumulativen Dissertation beschäftigen sich mit den molekularbiologischen Mechanismen von Oligodendrozyten und ihren Vorläuferzellen in diesem Zusammenhang. Die erste Publikation konnte zeigen, dass Hauptelemente einer integrated stress response, hier Atf3, Atf4 und Ddit3 in Oligodendrozyten-Progenitorzellen sowohl durch experimentelle ISR-Induktion als auch durch Inhibition der mitochondrialen Atmungskette (chemische Hypoxie) aktiviert werden. Konstitutive Überaktivierung des Transkriptionsfaktors NRF2 mittels Keap1-Knockdown in OliNeu Zellen führte zu einer gesteigerten ISR-Aktivierung, wohingegen ein Nrf2-Knockdown eine reduzierte ISR-Aktivierung zeigte. Im Rahmen der zweiten Publikation untersuchten wir die Expression von Signalmolekülen durch Oligodendrozyten, die zu einer Mikrogliazell-Aktivierung in präaktiven MS-Läsionen führen könnten. Oligodendrozyten-Progenitorzellen, deren mitochondriale Atmungskette experimentell inhibiert wurde, zeigten eine selektiv gesteigerte Expression von immunmodulierenden Signalmolekülen, unter anderem von Interleukin 6. Eine gesteigerte IL-6 Expression durch Oligodendrozyten konnte ebenfalls in einem in vivo Remyelinisierungsmodell nachgewiesen werden. In vitro führte die Inkubation von Mikrogliazellen mit konditioniertem Medium von gestressten Oligodendrozyten zu einer gesteigerten Expression von nitric oxide synthase-2 und Arginase 1, zwei Markern für eine Mikrogliazell-Aktivierung. Zusammenfassend konnten wir in Rahmen der beiden vorgelegten Arbeiten zeigen, dass (1) oxidativer Stress eine ISR in Oligodendrozyten aktiviert, und dass (2) diese gestressten Oligodendrozyten das Potenzial haben Mikrogliazellen mit Hilfe verschiedener Signalmoleküle zu aktiveren und so möglicherweise die Degeneration von Oligodendrozyten und die Entstehung von präaktiven Läsionen bei der Multiple Sklerose gesteuert wird.

Abstract

The precise pathophysiological mechanisms underlying neurodegenerative and neuroinflammatory disorders among multiple sclerosis (MS) are still poorly understood. In MS, the pathogenesis of lesion formation in patients and their incomplete remyelination, respectively, are of great interest. In both scenarios, oligodendrocyte pathologies appear to be involved. Injury to oligodendrocyte progenitor cells caused by cellular disturbances like oxidative stress can be a contributing factor for such incomplete remyelination. Both publications describe the molecular biological mechanisms in oligodendrocyte pathologies in this context. The first publication showed that the induction of distinct elements of an integrated stress response, namely activating transcription factor 3 and 4 and DNA damageinducible transcript 3 protein, is activated in oligodendrocyte progenitor cells as a result of ex- perimental ISR induction as well as inhibition of the respiratory chain (chemical hypoxia). Hyperactivation of NRF2 by Keap1 knockdown led to an increased ISR activation. Nrf2 deficient cells, however, showed decreased ISR activation. The second publication describes the expression of signaling molecules by oligodendrocytes, which could potentially lead to a microglia activation in preactive MS lesions. Oligodendrocyte progenitor cells, stressed by inhibition of the respiratory chain, showed expression induction of distinct immune modulating molecules, such as interleukin 6. IL-6 expression induction by oligodendrocytes was also demonstrated in a in vivo remyelination model. In vitro, microglia incubation with oligodendrocyte conditioned medium led to expression induction of nitric oxide synthase-2 und arginase 1, both key markers for microglia activation. In conclusion, the publications could show that (1) oxidative stress activates an ISR in oligodendrocytes and (2) stressed oligodendrocytes are capable of activating microglia by means of a cytokine mixture, thus contributing in oligodendrocyte degeneration and preactive lesion formation in MS.