Analysis of expression changes of apoptosis associated factors and tissue damage in the central nervous system in an animal model of Multiple Sclerosis

Titelblatt und Inhaltsverzeichnis Einleitung Fragestellung Methoden Ergebnisse Diskussion Zusammenfassung Literaturverzeichnis AnhangDie EAE ist ein anerkanntes tierexperimentelles Paradigma der Multiplen Sklerose. Nach subkutaner Immunisierung mit einem Myelinantigen oder Transfer myelinspezifischer T-Zellen, entwickeln suszeptible Spezies eine demyelinisierende Entzündung des ZNS mit klinisch gut graduierbaren neurologischen Defiziten. Der Apoptose wird eine Schlüsselrolle in der Pathogenese der EAE zugeschrieben, sie hat einerseits eine wichtige physiologische Funktion bei der Regulation des Immunsystems, spielt aber auch eine wesentliche Rolle als Schadensmechanismus aktivierter Immunzellen. und kann z.B. durch Interaktion eines Apoptose-induzierenden Rezeptors mit seinem Liganden ausgelöst werden. In der vorliegenden Arbeit wurden das TRAIL- und das CD95-System aus TNF/NGF-Superfamilie genauer untersucht. Dazu wurden in verschiedenen EAE-Erkrankungsstadien und in unterschiedlichen Regionen des ZNS die Expressionsänderungen apoptoseassoziierter Faktoren mittels real-time RT- PCR analysiert und mit der Milz als peripherem Immunorgan verglichen. Die Expressionsänderungen wurden mit dem klinischen Verlauf und ausgewählten histologischen Parametern, namentlich Inflammation, axonaler Schaden, Demyelinisierung und neuronale Apoptose korreliert. Nach den vorliegenden Daten lassen sich Theorien, nach denen es zuerst zu Demyelinisierung, dann sekundär als Langzeitfolge zu axonalem Schaden und erst als Folge dessen zu einem Untergang von Neuronen kommt nicht halten. In dem verwendeten Paradigma findet axonaler Schaden und neuronale Apoptose parallel zueinander, bereits vor der Demyelinisierung statt. Das ist ein Hinweis dafür, dass sowohl Axon als auch Neuron ein primäres Angriffsziel sein könnten und axonaler Schaden sowie neuronale Apoptose allein stehende Schadensmechanismen sind. Bei der Auswertung der Expressionsdaten der Apoptose-Systeme wurde festgestellt, dass die Expressionsänderungen vor allem im Rückenmark und Hirnstamm stattfinden und andere ZNS-Regionen so gut wie nicht betroffen waren. Die TRAIL-Expression im ZNS und in der Milz wurde hochreguliert, wohingegen die Expression des TRAIL-Rezeptors DR5 nur im ZNS anstieg, peripher hingegen sogar sank. Eine sehr wichtige neue Erkenntnis dieser Arbeit ist, dass DR5 im gesunden ZNS nur auf sehr niedrigem Niveau exprimiert wird, die Expression steigt aber bereits vor Symptombeginn und eher als die aller anderen untersuchten Faktoren auf ein Vielfaches an. Bekannt ist, dass DR5 im ZNS vor allem auf Neuronen und Oligodendrozyten exprimiert wird. Durch die frühe Hochregulation von DR5 ist der Weg für TRAIL- induzierten Gewebeschaden gebahnt. Im inflammatorisch veränderten Gewebe scheint also die Empfindlichkeit für TRAIL induzierten Zellschaden gesteigert zu sein.Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is a well known and widely accepted animal model for Multiple Sclerosis. After subcutaneous immunisation with a CNS antigen or transfer of myelinspecific T cells, susceptible species develop graduated neurological deficits. Apoptosis plays a key role in the pathogenesis of EAE. On the one hand, it is important for regulation of immune system but on the other hand it also contributes to tissue damage by activated immune cells. Apoptosis can be initiated by interaction of death ligand and its receptor. Thus, we concentrated on the TRAIL/DR5 and CD95L/CD95 systems, both members of the TNF/NGF family. We analyzed the expression of death- receptors and -ligands in different CNS regions and spleen at different time points in EAE course by real-time RT PCR. Receptor and ligand expression was correlated to histological parameters, namely axonal damage, neuronal apoptosis, inflammation, and demyelinisation. Taken together, the data contradicts the axonal and neuronal damage is a pure consequence of demyelination. Both, axonal damage and neuronal apoptosis occur very early in disease course and are evident even before demyelination starts. Thus it appears, that the axon and neuron itself are primary targets and are not just destroyed secondary to demyelination. It seems obvious that neuronal apoptosis and axonal damage are detached disease mechanism. There were remarkable changes in the expression of apoptosis associated factors in CNS and spleen. In the CNS, the observed changes were almost exclusively found in brainstem and spinal cord. Other CNS regions were almost not affected. TRAIL expression in CNS and spleen was upregulated, and expression of DR5 increased in CNS but decreased in spleen. An important and new observation is DR5 expression on a very low level in healthy CNS tissue, and its robust upregulation before clinical symptoms were observed and much earlier than those of the other investigated factors. DR5 is known to be expressed on the surface of neurons and oligodendrocytes, thus its upregulation might be interpreted as a precondition for TRAIL induced tissue damage in the CNS