Role of endosomal toll-like receptors in epilepsy

Epilepsie ist eine der häufigsten neurologischen Erkrankungen und betrifft ca. 60 Millionen Menschen weltweit. Trotz neuer Medikamente und Behandlungsmethoden der letzten Jahre kann bei 30% der Patienten keine Anfallsfreiheit erreicht werden. Die Auslöser für die Entstehung einer Epilepsie sind vielfältig, bislang können jedoch nur bereits manifeste Epilepsien erkannt werden. Epilepsien sind durch wiederkehrende, spontane Anfälle gekennzeichnet und führen zu erhöhter Mortalitätsrate, eingeschränkter Lebensqualität und Sozialleben (Henshall et al. 2016). Weiterhin gehören Entwicklungsstörungen und neuronale Degeneration zu den Symptomen (Yehezkel Ben-Ari and Holmes 2006). Der Hippokampus, ein Teil des limbischen Systems, ist die am häufigsten bei Epilepsie betroffene Hirnstruktur. Bisher sind keine Verfahren bekannt, die die Entstehung einer Epilepsie (Epileptogenese) erkennen oder verhindern können, deshalb besteht weiterhin großer Forschungsbedarf zur Pathogenese. Das angeborene Immunsystem bildet die erste Abwehrlinie gegen eingedrungene Pathogene (Akira 2003). Toll-like-Rezeptoren (TLRs) gehören zum angeborenen Immunsystem und wurden zuerst in Drosophila melanogaster entdeckt. TLRs erkennen als Teil des angeborenen Immunsystems frühzeitig pathogen- oder schadens-assoziierte molekulare Strukturen (PAMPs/DAMPs) und können auch Phagozyten wie Neutrophile, Makrophagen und dendritische Zellen erkennen (Akira 2003). Die Aktivierung der TLR-Signalwege führt zu veränderten Genexpressionen verschiedener Entzündungsreaktionen. Im Zusammenhang mit Epilepsien wurden TLRs zuerst 2004 beschrieben (Turrin and Rivest 2004). Bei den bisher dabei beschriebenen TLRs handelt es sich ausschließlich um TLRs an der Zelloberfläche (z.B. TLRs 2, 4 ) (Maroso et al. 2010). TLRs 3, 7 und 9 werden intrazellulär exprimiert, TLRs 1, 2, und 4 dagegen an der Zelloberfläche. TLR3 erkennt doppelsträngige DNA (dsDNA), TLR7 einzelsträngige DNA (ssDNA) jeweils im Rahmen der viralen Abwehr. TLR9 erkennt für DNA-Viren und Prokaryotengenome typische, unmethylierte CpG-DNA-Motive. TLR4 ist bestens für die Erkennung von Lipopolysacchariden (LPS) in Bakterien bekannt. Nur TLR2 und 4 wurden im Zusammenhang mit Epilepsie sowohl im Experiment als auch in Patienten erwähnt. Endosomale TLRs (eTLRs) dagegen sind weitestgehend unbeschrieben. Mäuse, denen bestimmte TLRs fehlen, zeigten im Labor epilepsie-typisch spontane Anfälle. Ein Zusammenhang zwischen fehlenden TLRs und Epilepsie ist anzunehmen. Deshalb sollten im Rahmen dieser Arbeit folgende Fragen geprüft werden: 1. Welche TLRs sind für die Epilepsie verantwortlich? 2. Kann die Aktivierung von TLRs eine Epilepsie verhindern? Es wurden zwei Tiermodelle der hippokampalen Epilepsie verwendet: 1. Stimulation des Tractus perforans (PPS) 2. Systemische Injektion von Kainat und Lorazepam (KaL) Eine Hochregulation von TLR-mRNAs im Hippokampus konnte in der Epileptogenese und der manifesten Epilepsie durch qPCR-Messungen in beiden Modellen gezeigt werden. Die mRNAs assoziierter Zytokine und Chemokine waren ebenfalls hochreguliert. Erhöhte TLR-Proteinkonzentrationen konnten während der manifesten Epilepsie gezeigt werden. Ein Knock-down der Expression von TLR 3/7 hatte keinen Einfluss auf eine Anfalls-Reduktion. Zusammenfassend konnten in dieser Arbeit Änderungen der TLR-mRNA- und Protein-Expression während der Epileptogenese und der manifesten Epilepsie gezeigt werden. Ein Knock-down mittels siRNA konnte weder die Epileptogenese, noch das Auftreten spontaner Anfälle verhindern. Da die Zusammenhänge von eTLRs und Epilepsie weitestgehend ungeklärt sind, bieten sich hier viele Möglichkeiten für weitere Untersuchungen, die eine Erkennung und Behandlung der Epileptogenese zum Ziel haben.