Modulation des Progranulin-abhängigen FTLD-Risikos durch TMEM106B

Werner, Georg (2021): Modulation des Progranulin-abhängigen FTLD-Risikos durch TMEM106B. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Im Fokus meiner Dissertation stehen die mit Frontotemporaler Demenz (FTD)-assoziierten Proteine Progranulin (PGRN) und Transmembranprotein106b (TMEM106B). Heterozygote Mutationen in dem PGRN-kodierenden Gen (GRN), haben eine reduzierte Expression und einen Funktionsverlust zur Folge und führen zur FTD. Pathologische Merkmale der GRN-assoziierten FTD sind die Frontotemporale Lobärdegeneration (FTLD) und TDP-43 (engl.: Transactive response DNA binding protein 43 kDa) Aggregate. Einzel-Nukleotid-Polymorphismen (SNP) in TMEM106B wurden im Zusammenhang mit GRN-Mutationen als Risikofaktor für die Entwicklung der FTD identifiziert. Es war jedoch unklar, ob ein Funktionsverlust, oder eine erhöhte Aktivität von TMEM106B, das Risiko an FTD zu erkranken erhöht. Um die Funktion von TMEM106B besser zu verstehen, habe ich zunächst Tmem106b-/- Mauszelllinien generiert. In diesen Zellen konnte ich beobachten, dass der Funktionsverlust von TMEM106B zu einer generellen Reduktion der lysosomalen Kapazität und damit verbunden zu einem Problem in der Autophagie führt. In einem weiteren Schritt wurde eine Tmem106b-/- Mauslinie etabliert und in Zusammenarbeit mit Dr. Markus Damme (Universität Kiel) charakterisiert. Mit Hilfe dieser Mäuse konnte ich bestätigen, dass ein Funktionsverlust von TMEM106B zu einer Beeinträchtigung der lysosomalen Kapazität führt. Interessanterweise wiesen die Motoneuronen dieser Mäuse vergrößerte lysosomale Kompartimente auf. Diese Anhäufung von Vesikeln trat vor allem im Bereich des Axon-Initiationssegments auf. Proteinexpressions-Analysen von Mausgehirnproben ergaben, dass TMEM106B die Maturierung von Cathepsin D beeinflusst und somit auch die Proteindegradation in Lysosomen. Eine Akkumulation der Autophagie-Marker Ubiquitin, p62 und LC3 in diesen Proben deutet darauf hin, dass TMEM106B das Zusammenspiel von Autophagosomen und Lysosomen durch den Transport der Lysosomen reguliert (Lüningschrör et al., 2020). Für das hauptsächlich von Mikroglia-Zellen exprimierte PGRN, war nicht geklärt, ob es die Aktivität der Mikroglia beeinflusst. Daher habe ich in meiner Doktorarbeit Mikroglia-Zellen aus Grn / Mäusen isoliert und diese auf charakteristische krankheitsassoziierte Mikroglia (DAM) Proteine analysiert. Ich konnte zeigen, dass diese Mikroglia-Zellen eine erhöhte Protein-Expression von CLEC7A, CD68, APOE und TREM2 aufweisen. Diese erhöhte Expression der typischen DAM-Proteine führte zu einer erhöhten Phagozytose-Kapazität in aus Grn / Mäusen isolierten Mikroglia und in von mir generierten Grn / Mikroglia-Zelllinien. Es war bekannt, dass der TREM2-Funktionsverlust (engl.: Triggering receptor expressed on myeloid cells 2) zu homöostatischen Mikroglia (HM) führt. Außerdem war beschrieben, dass der TREM2-Funktionsverlust im Mausgehirn eine starke Reduktion im Glukose-Metabolismus, gekennzeichnet durch ein reduziertes Fluordesoxyglucose-Signal (FDG) in der Positronen-Emissions-Tomographie (PET), bewirkt. Überraschenderweise, verursachten auch die hyperaktiven DAM in Grn-/- Mäusen eine starke Reduktion des FDG-PET Signals, damit haben sowohl hypo- als auch hyperaktive Mikroglia einen negativen Einfluss auf Neuronen (Götzl et al., 2019). Um zu untersuchen, welchen Effekt die Reduktion der TMEM106B-Level auf die GRN-abhängige FTD-Pathologie haben könnte, etablierte ich eine Grn-/-/Tmem106b-/- Mauslinie. Diese charakterisierte ich bezüglich Genexpression, Proteinexpression und Verhaltensauffälligkeiten im Vergleich zu den Wildtyp und Einzel-Defizienten Grn-/- und Tmem106b-/- Mäusen. Während eine Reduktion der PGRN-Expression, in älteren Tieren, mit einer Hyperaktivierung der Mikroglia einherging, kam es durch den Verlust der TMEM106B-Aktivität zu dem oben beschriebenen, lysosomalen Phänotyp in Neuronen. Bei vier Monaten alten Tieren beobachtete ich sowohl in den Grn-/- und als auch in Tmem106b-/- Mäusen eine geringe Aktivierung der Mikroglia, gekennzeichnet durch eine erhöhte Expression von TREM2, APOE, C1Q sowie CD68. Der kombinierte Verlust beider Proteine führte zum Auftreten einiger FTLD-TDP Merkmale, wie zum Beispiel zur Phosphorylierung und Aggregation von TDP-43, gepaart mit einer signifikanten Astrogliose und Mikrogliose. Die zusätzliche Akkumulation von p62, LC3 und Ubiquitin deutete auf eine beeinträchtigte Fähigkeit der Proteindegradation in Lysosomen und dem Abbau über das Autophagie-System hin. Die p62 Aggregate waren hauptsächlich in Neuronen und teilweise in Mikroglia lokalisiert. Daraus folgt, dass ein TMEM106B-Funktionsverlust, durch eine gestörte Funktion der Lysosomen und dem Autophagie-System, das GRN-abhängige FTD-Risiko erhöht. Die Hypothese, dass ein Verlust der TMEM106B-Expression einen positiven Effekt auf die GRN-abhängige FTD-Pathologie hat, konnte ich widerlegen. Es ist mir gelungen ein FTD-Mausmodell mit prominenter TDP-43 Pathologie zu generieren, welches zusätzlich eine starke Neuroinflammation und Probleme in der Proteindegradation aufweist. (Werner et al., 2020).

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 14. Dezember 2021
• 1. Bericht­erstatter:in: Haass, Christian