Inflammation and Viruses in Epilepsy

Epilepsie stellt eine der häufigsten neurologischen Erkrankungen des Menschen dar. Ein Drittel der Patienten zeigt trotz pharmakologischer Ansätze keine Besserung. Diese leiden häufig an einer Immun vermittelten Epilepsie, die vom angeborenen oder vom adaptiven Immunsystem ausgelöst werden kann, leiden. Das adaptive Immunsystem kann mit einer T-Zell-vermittelten oder einer Antikörper-vermittelten Immunantwort reagieren, welche eine Vielzahl an Symptomen auslösen kann. Die Anti-Leucin-rich glioma-inactivated (LGI)-1 Enzephalitis, welche eine Antikörper-vermittelte Form darstellt, führt zu einer limbischen Enzephalitis, vergesellschaftet mit Gedächtnisstörungen, einer Psychose und Anfällen. Hingegen zeigt sich die T-Zell-vermittelte Rasmussen Enzephalitis (RE) mit Anfällen und schwerwiegender Hirnatrophie welche zu kognitiven Defekten führt. Viele Fragen bezüglich Immun-vermittelter Epilepsien sind ungeklärt, was unter anderem an dem Mangel an verfügbarem Gewebe liegt. So sprechen LGI-1 Enzephalitis Patienten sehr gut auf Therapien an, was eine chirurgische Intervention vermeidbar macht. Wird Material entnommen, stammt es nur aus dem Hippocampus. Neue Magnetresonanz-Studien (MRI) haben jedoch gezeigt, dass Regionen außerhalb des Hippocampus von dieser Krankheit betroffen sind. RE Patienten müssen eine Hemispherektomie durchführen, aufgrund der Seltenheit dieser Erkrankung steht jedoch nur wenig Materials zur Verfügung. Um die Veränderungen außerhalb des Hippocampus bei LGI1-Enzephalitis zu analysieren, nutzten wir ein Tiermodel, nämlich Katzen, die natürlich LGI1-Antikörper entwickeln und ähnliche Symptome der menschlichen Erkrankung zeigen. Die Vielzahl an euthanasierten Tieren machte es uns möglich, Hirn-weite Studien durchzuführen. Mit Immunehistochemie (IHC) konnten wir eine T-Zell Infiltration nachweisen, welche nicht auf Regionen mit Defekten der Blut-Hirn Schranke (BBB) beschränkt. Des Weiteren zeigte sich ein Verlust eines tight-junction Proteins im Hippocampus und der Amygdala. Dieser führt zu einem Austreten von Immunglobulinen und einer Komplementablagerung auf Neuronen mit folgender Neurodegeneration. Um Transcriptom Studien mit minimalen Mengen an Formalin-fixiertem und Paraffin eingebettetem (FFPE) Gewebe durchführen zu können, etablierten wir eine Methode, mit der wir die Immunantwort in RE erforschten. In Kombination mit IHC und qPCR konnten wir zeigen, dass Mikroglia-Knötchen schon vor der T-Zell Infiltration entstehen. Diese stellen durch Toll-like Rezeptor (TLR) und Inflammosom Aufregulierung ein entzündliches Mikroenvironment für die Infiltration zur Verfügung. Im Verlauf der Krankheit wandern T-Zellen in die Knötchen, was zum Absterben von Neuronen führt. In Kultur zeigten TLR3-stimuliere Mikroglia ein ähnliches ‚Transcriptom, was für eine TLR vermittelte Entzündung spricht. Zusammenfassend war es uns möglich, die am Menschen mithilfe von MRI beobachtete Pathologie der LGI1-Enzephalitis zu erklären. Zusätzlich konnten wir zeigen, dass eine Entzündungsreaktion des angeborenen Immunsystems der T-Zell-vermittelten Enzephalitis vorausgeht.Epilepsy is one of the most common neurological diseases but a third of patients do not respond to pharmacological treatment. Of those, many suffer from immune-mediated epilepsy, which can arise from the innate but also from the adaptive immune system. Adaptive immune reactions can comprise of a T cell response or a humoral response. Depending on the immunological pathway activated and the brain area affected, the symptoms vary. Antibody-mediated encephalitis, such as anti-leucine-rich glioma-inactivated (LGI)-1 encephalitis, leads to limbic encephalitis, accompanied by memory disturbances, psychosis and seizures. T cell-mediated encephalitis, for example Rasmussen encephalitis (RE), causes seizures and severe brain atrophy, and hence cognitive defects. Many questions regarding immune-mediated epilepsies have not been answered yet and are difficult to address due to lack of tissue or its scarcity. LGI1-encephalitis patients nowadays respond well to therapy and therefore do not undergo surgery. The little resected material available is from the hippocampus. However, recent magnetic resonance imaging (MRI) studies have indicated pathological changes outside this area. RE patients have to undergo surgery, often hemispherectomy, but the disease is very rare and therefore material is scarce. To analyze changes outside the hippocampus in LGI1-encephalitis, we took advantage of a natural animal model, in which cats develop antibodies against LGI1 and show symptoms similar to the human disease. Since many of these cats were euthanized, brain-wide analysis was feasible. By using immunohistochemistry (IHC), we could show that T cell infiltrates occur brain-wide and do not overlap with blood-brain-barrier (BBB) leakage. Further a tight-junction protein, is lost in the hippocampus and the amygdala, causing immunoglobulin (Ig) leakage, leading to complement deposition on neurons and hence neurodegeneration. In addition, we established a method to perform whole-genome transcriptomic studies on minimal amounts of formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) tissue to identify innate and adaptive immune responses in RE, a prime model of T cell-mediated diseases. By combining this method with IHC and qPCR, we were able to show that small microglia nodules precede the T cell influx, providing an inflammatory microenvironment characterized by endosomal Toll-like receptor (TLR) and inflammasome upregulation. With disease progression, T cells intermingle with the microglia nodules, where they attack and kill neurons. Neonatal microglia cultures showed similar expression profiles upon TLR3 stimulation to what was observed in RE, indicating a TLR induced inflammatory reaction. Taken together, we were able to explain human pathology observed in MRI in LGI1-encephalitis by performing a brain-wide analysis of a natural animal model. Additionally, in RE, we could show initial innate inflammatory reactions, preceding T cell influx and degeneration of neurons.Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersArbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüftMedizinische Universität Wien, Diss., 2019(VLID)365241