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Phenotypes and glia-immune cell interactions in animal models of multiple sclerosis
Phenotypes and glia-immune cell interactions in animal models of multiple sclerosis
MS is a complex chronic immune-mediated disease of the central nervous system that is associated with the development of large demyelinated plaques, oligodendrocyte destruction, and axonal degeneration. Underlying mechanisms of demyelination and neurodegeneration in MS are still poorly understood. In many studies, anti-CC1 antibodies, presumably recognizing the protein adenomatous polyposis coli (APC) antigen, are used to label mature, myelinating oligodendrocytes. However, anti-CC1 antibodies could as well recognize other cell populations, particularly astrocytes, under pathological conditions. To examine this hypothesis, we used the cuprizone animal model, which is an appropriate model to study the mechanism of the apoptosis of oligodendrocytes and demyelination. We applied transgenic mice in which astrocytes are labeled by an eGFP under the control of the human GFAP promoter. Furthermore, we investigated the co-localization of oligodendrocyte markers, including anti-OLIG2, anti-CC1, anti-NG2, and the astrocyte marker anti-GFAP in the control and five weeks curprizone intoxicated eGFP-GFAP mice. Results of this study suggest that not all CC1+ cells are mature oligodendrocytes, and a continuum might exist between activated astrocytes and oligodendrocytes in cuprizone intoxicated mice. In the context of elucidating underlying mechanism of MS lesion development, some results suggest that inflammatory lesion development starts with a degenerative process within the brain, most likely oligodendrocyte stress, or even degeneration. Therefore, appropriate animal models to study the interplay of inflammation and metabolic injury are necessary. To this end, we introduced a combinatory Cup-EAE animal model, in which lymphocyte recruitment into the forebrain occurs as a consequence of simultaneous cuprizone intoxication and active EAE induction. This model recapitulates important histopathological characteristics of type III MS lesions. In summary, we provide a protocol that allows to study the direct interplay of immune-mediated and metabolic oligodendrocyte injury, and its consequences for the cerebral white and gray matter., Bei der Multiplen Sklerose handelt es sich um eine immunvermittelte chronische Erkrankung des Zentralnervensystems, die mit der Zerstörung von Oligodendrozyten, großen demyelinisierten Plaques und axonaler Schädigung einhergeht. Der genaue Mechanismus der Demyelinisierung und Neurodegeneration bei MS ist noch unklar. In vielen Studien werden anti-CC1 Antikörper, die das adenomatous polyposis coli (APC) Protein binden, verwendet um reife und myelinisierende Oligodendrozyten darzustellen. Studien weißen allerdings darauf hin, dass Antikörper gegen CC1 unter pathologischen Bedingungen auch andere Zell-Populationen, insbesondere Astrozyten binden können. Um diese Hypothese zu testen, habe ich das Cuprizone-Tiermodell verwendet, welches ein geeignetes Modell zur Untersuchung der Apoptose von Oligodendrozyten und der Demyelinisierung darstellt. Im Rahmen meiner Experimente habe ich transgene Mäuse verwendet, in deren Astrozyten eGFP unter Kontrolle des Promotors für das humane GFAP exprimiert wird. Zusätzlich führte ich Immunofloureszenz-Dopplemarkierung mit anti-CC1, anti-OLIG2 und anti-NG2 in den transgenen Tieren durch. Die Ergebnisse meiner Untersuchungen zeigen eine deutlichen Co-Lokalisation von eGFP und verschiedenen Oligodendrozyten Markerproteinen. In dieser Arbeit konnte ich somit zeigen, dass nicht alle CC1+-Zellen reife Oligodendrozyten sind, sondern dass vermutlich auch aktivierten Astrozyten CC1 exprimieren können. Zur Entwicklung von MS Läsionen gibt es einige Hinweise, dass die Bildung inflammatorischer Läsionen mit degenerativen Prozessen im Gehirn beginnen, insbesondere Stress oder Degeneration von Oligodendrozyten. Zu genaueren Untersuchung dieses Wechselspiels zwischen Entzündung und Stoffwechselschädigung sind geeignete Tiermodelle notwendig. Hierfür haben wir ein kombiniertes Cup-EAE-Tiermodell etabliert, bei dem durch die gleichzeitige Behandlung mit Cuprizone und der Induktion einer aktiven EAE eine Rekrutierung von Lymphozyten ins Vorderhirn induziert wird. Dieses Modell spiegelt wichtige histopathologische Eigenschaften von Typ-III MS Läsionen wider. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass wir ein geeignetes Protokoll erarbeiten konnten, mit dem es möglich ist, das Wechselspiel der immunvermittelten und der metabolischen Oligodendrozytenschädigung und deren Auswirkung auf die die weiße und graue Substanz des Gehirns zu untersuchen.
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Behrangi, Newshan
2021
English
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Behrangi, Newshan (2021): Phenotypes and glia-immune cell interactions in animal models of multiple sclerosis. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

MS is a complex chronic immune-mediated disease of the central nervous system that is associated with the development of large demyelinated plaques, oligodendrocyte destruction, and axonal degeneration. Underlying mechanisms of demyelination and neurodegeneration in MS are still poorly understood. In many studies, anti-CC1 antibodies, presumably recognizing the protein adenomatous polyposis coli (APC) antigen, are used to label mature, myelinating oligodendrocytes. However, anti-CC1 antibodies could as well recognize other cell populations, particularly astrocytes, under pathological conditions. To examine this hypothesis, we used the cuprizone animal model, which is an appropriate model to study the mechanism of the apoptosis of oligodendrocytes and demyelination. We applied transgenic mice in which astrocytes are labeled by an eGFP under the control of the human GFAP promoter. Furthermore, we investigated the co-localization of oligodendrocyte markers, including anti-OLIG2, anti-CC1, anti-NG2, and the astrocyte marker anti-GFAP in the control and five weeks curprizone intoxicated eGFP-GFAP mice. Results of this study suggest that not all CC1+ cells are mature oligodendrocytes, and a continuum might exist between activated astrocytes and oligodendrocytes in cuprizone intoxicated mice. In the context of elucidating underlying mechanism of MS lesion development, some results suggest that inflammatory lesion development starts with a degenerative process within the brain, most likely oligodendrocyte stress, or even degeneration. Therefore, appropriate animal models to study the interplay of inflammation and metabolic injury are necessary. To this end, we introduced a combinatory Cup-EAE animal model, in which lymphocyte recruitment into the forebrain occurs as a consequence of simultaneous cuprizone intoxication and active EAE induction. This model recapitulates important histopathological characteristics of type III MS lesions. In summary, we provide a protocol that allows to study the direct interplay of immune-mediated and metabolic oligodendrocyte injury, and its consequences for the cerebral white and gray matter.

Abstract

Bei der Multiplen Sklerose handelt es sich um eine immunvermittelte chronische Erkrankung des Zentralnervensystems, die mit der Zerstörung von Oligodendrozyten, großen demyelinisierten Plaques und axonaler Schädigung einhergeht. Der genaue Mechanismus der Demyelinisierung und Neurodegeneration bei MS ist noch unklar. In vielen Studien werden anti-CC1 Antikörper, die das adenomatous polyposis coli (APC) Protein binden, verwendet um reife und myelinisierende Oligodendrozyten darzustellen. Studien weißen allerdings darauf hin, dass Antikörper gegen CC1 unter pathologischen Bedingungen auch andere Zell-Populationen, insbesondere Astrozyten binden können. Um diese Hypothese zu testen, habe ich das Cuprizone-Tiermodell verwendet, welches ein geeignetes Modell zur Untersuchung der Apoptose von Oligodendrozyten und der Demyelinisierung darstellt. Im Rahmen meiner Experimente habe ich transgene Mäuse verwendet, in deren Astrozyten eGFP unter Kontrolle des Promotors für das humane GFAP exprimiert wird. Zusätzlich führte ich Immunofloureszenz-Dopplemarkierung mit anti-CC1, anti-OLIG2 und anti-NG2 in den transgenen Tieren durch. Die Ergebnisse meiner Untersuchungen zeigen eine deutlichen Co-Lokalisation von eGFP und verschiedenen Oligodendrozyten Markerproteinen. In dieser Arbeit konnte ich somit zeigen, dass nicht alle CC1+-Zellen reife Oligodendrozyten sind, sondern dass vermutlich auch aktivierten Astrozyten CC1 exprimieren können. Zur Entwicklung von MS Läsionen gibt es einige Hinweise, dass die Bildung inflammatorischer Läsionen mit degenerativen Prozessen im Gehirn beginnen, insbesondere Stress oder Degeneration von Oligodendrozyten. Zu genaueren Untersuchung dieses Wechselspiels zwischen Entzündung und Stoffwechselschädigung sind geeignete Tiermodelle notwendig. Hierfür haben wir ein kombiniertes Cup-EAE-Tiermodell etabliert, bei dem durch die gleichzeitige Behandlung mit Cuprizone und der Induktion einer aktiven EAE eine Rekrutierung von Lymphozyten ins Vorderhirn induziert wird. Dieses Modell spiegelt wichtige histopathologische Eigenschaften von Typ-III MS Läsionen wider. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass wir ein geeignetes Protokoll erarbeiten konnten, mit dem es möglich ist, das Wechselspiel der immunvermittelten und der metabolischen Oligodendrozytenschädigung und deren Auswirkung auf die die weiße und graue Substanz des Gehirns zu untersuchen.