Investigating the role of glial cells in neurodegenerative disorders by depleting astrocytes and oligodendrocytes in a model of amyloid-beta induced cytotoxicity in organotypic hippocampal slice cultures

The etiology of Alzheimer’s disease, the most common cause of dementia, is still under debate. On the molecular level, AD is characterized by the accumulation of the beta-Amyloid protein as well as neurofibrillary tangles. Additionally, evidence pinpoints to a crucial role of inflammatory processes...

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Main Author: Vidovic, Natascha
Contributors: Dodel, Richard (Prof. Dr. med.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2020
Nervenheilkunde
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Table of Contents: Die Ätiologie der Alzheimer-Krankheit, der häufigsten Ursache einer Demenz, ist immer noch Gegenstand der wissenschaftlichen Diskussion. Auf molekularer Ebene ist die Alzheimer-Krankheit durch die Anhäufung des beta-Amyloid-Proteins sowie durch die Ansammlung neu-rofibrillärer Bündel gekennzeichnet. Darüber hinaus gibt es Hinweise auf eine entscheidende Rolle von Entzündungsprozessen beim Fortschreiten der Erkrankung. Die bei der Alzheimer-Krankheit beobachteten zellulären Mechanismen, die zu Neuro-inflammation und neuronalem Tod führen, sind jedoch weitestgehend noch unklar. Lange Zeit ist man davon ausgegangen, dass das Immunsystem des Gehirns einzigartig ist und durch die Blut-Hirn-Schranke vom Blut und dem übrigen Organismus getrennt ist. Tatsächlich verfügt das zentrale Nervensystem über eigene Abwehrmechanismen gegen Krankheitser-reger und Eindringlinge, die sich vom angeborenen oder adaptiven Immunsystem unter-scheiden. Wichtige Akteure dieses Abwehrsystems sind die Gliazellen. Gliazellen sind nicht-neuronale Zellen, die in drei Zelltypen unterteilt werden, darunter fallen Mikroglia, Astrozyten und Oligodendrozyten, welche unterschiedliche Wirkungen und Funktionen ausüben. Astro¬zyten und Mikroglia nehmen dabei aktiv am Abwehrprozess teil, während Oligodendrozyten eine eher unterstützende Funktion zu haben scheinen. Um die Rolle der Gliazellen bei neuro-inflammatorischen Prozessen zu verstehen und zu charakterisieren, ist es entscheidend, ein Modellsystem zu etablieren, das die Pathologie der Alzheimer-Krankheit darstellt und eine individuelle Untersuchung dieser Zellen ermöglicht. Es konnte bereits gezeigt werden, dass Mikroglia erfolgreich mit dem Bisphosphonat Clodronat aus organotypisch hippocampalen Schnittkulturen depletiert werden konnten. Es fehlt jedoch noch ein System, um die indivi-duelle Rolle von Astrozyten und Oligodendrozyten ex vivo zu untersuchen. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei verschiedene Ansätze auf ihre Eignung für Ablationsstudien an Astrozyten und Oligodendrozyten in vitro und ex vivo getestet. Für die in vitro Versuche wurden ge-wonnene Primärzellen entweder von embryonalen oder postnatalen Mäusen verwendet. Die ex vivo Versuche wurden an Schnittkulturen von Mäusen durchgeführt, die im Allgemeinen ein ausgezeichnetes Modellsystem zur Untersuchung von Zell-Zell-Interaktionen und -Kom-munikationen darstellen. Die Depletion von Astrozyten durch Antikörper-Toxin-Konjugate zeigte in vitro vielversprechende Ergebnisse, diese konnten ex vivo aber nicht bestätigt werden. Der Zelloberflächentransporter GLAST-1 erwies sich als ein vielversprechender Kan-didat, da die Internalisierungssignale am stärksten waren und die Behandlung der Schnitte konzentrationsabhängig ansprach. Die Behandlung der Schnitte mit der L-α-Aminoadipinsäure führte zu einer Reduktion von Astrozyten in vitro und liefert Hinweise auf deren Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Zytoarchitektur und damit für die Beeinflussung der Lebens-fähigkeit neuronaler Zellen. Antikörper-Toxin-Konjugate wurden auch für die Ablation von Oli-neu Zellen in vitro verwendet. Unter diesen Konjugaten zeigte die Kombination mit dem Ober-flächenprotein-Antikörper Claudin-11 größere Auswirkungen auf die Lebensfähigkeit als eine Kombination mit dem Rezeptor-Antikörper GPR17. Die zugrundeliegenden Prozesse für die In-ternalisierung sind von großem Interesse, da diese Methode für Studien zur Verabreichung von Medikamenten an verschiedene spezifische Zellen weiterentwickelt werden könnte. Die-se Methode könnte zu einem breiteren Spektrum von Möglichkeiten für die gezielte Verab-reichung von Medikamenten führen, wie sie in der Krebsbehandlung eingesetzt wird.