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Das Ausmaß der permanenten klinischen Defizite bei Multiple-Sklerose-Patienten entsteht durch axonale Schädigung und axonalem Verlust. In dieser Studie wird eine entscheidende Rolle des niedrigaffinen Neurotrophinrezeptors p75NTR in Bezug auf axonale Schädigung in der experimentellen autoimmunen Encephalitomyelitis (EAE) gezeigt. Nach EAE Induktion per aktiver Immunisierung mit dem Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein-Peptid MOG35-55 zeigten p75NTR KO Mäuse einen verschlechterten Krankheitsverlauf, stärkere Demyelinisierung und erhöhte axonale Schädigung. Um festzustellen, ob die erhöhten Defizite von einer aggressiveren Inflammation oder von einem vulnerableren zentralen Nervensystem (ZNS) stammen, wurden das Immunsystem während der peripheren Krankheitsentstehung und der darauffolgenden Krankheitsphase und Zellen des ZNS in vivo, ex vivo und in vitro untersucht. Es wurde kein Unterschied in der Qualität der Inflammation mit Hilfe von immunohistochemischen, durchfluss-zytometrischen, ELISA- und mRNA-Analysen gefunden, wodurch eine entscheidende Rolle der untersuchten Immunzellpopulationen ausgeschlossen werden kann. Notzdestrotrotz legt die konstitutive Expression von p75NTR auf B-Zellen eine Rolle für p75NTR während der Generation der Immunantwort innerhalb der Lymphknoten nahe, da p75NTR KO Mäuse von Anfang an einen erhöhten Krankheitsverlauf zeigten. Um die Effekte der p75NTR-Defizienz während des peripheren Primings zu umgehen, wurde die EAE auch durch adoptiven Transfer eines encephalitogenen MOG35-55-spezifischen T-Zell-Klones in p75NTR KO und Wildtyp (wt) Mäusen iduziert. Sie zeigten ähnliche Inzidenz, Beginn und Kinetik der Krankheit. Ein vergleichbares Ausmaß und eine vergleichbare Qualität der Inflammation wurde mit immunohistochemischen und mRNA-Analysen in beiden Mausstämmen am Höhepunkt der Krankheit gefunden. Nichtsdestotrotz leideten p75NTR KO Mäuse an signifikant erhöhten Krankheits-Scores in der chronischen Phase infolge von erhöhtem axonalen Schaden und Verlust. Dies deutet auf eine protektive Rolle von p75NTR im ZNS hin. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass Astrozyten, aber nicht Mikroglia, p75NTR konstitutiv exprimieren. Jedoch wurde keine p75NTR-mediierte Regulation von Cytokinen/Chemokinen und der Produktion von reaktiven Sauerstoff-Spezies in vitro gefunden. Aktive Immunisierung von Knochenmark-Chimären, in denen nur Immun- oder ZNS-Zellen einen funktionierenden p75NTR tragen, bestätigen diese Resultate. Während p75NTR KO in wt- und wt in p75NTR KO-Chimären im Vergleich zu wt in wt-Chimären unter einem stärker ausgeprägten Krankheitsverlauf am Höhepunkt der Krankheit leideten, zeigten nur wt in p75NTR KO-Tiere erhöhten axonalen Schaden und Verlust. Zusammengefaßt deuten diese Daten darauf hin, dass p75NTR-Defizienz zu einer aggressiveren peripheren Immunantwort führt (namentlich durch B-Zellen). Desweiteren hat p75NTR auch neuroprotektive Eigenschaften innerhalb des ZNS (namentlich auf Neuronen) unter experimentellen inflammatorischen Bedingungen im ZNS.

Innerhalb des letzten Jahrzehnts wurde immer deutlicher, dass einwärts-gleichrichtende Kaliumkanäle (Kir) neben ihrer klassischen Rolle im Aufbau und der Konstanthaltung des Ruhemembranpotentials weitere zellspezifische Aufgaben erfüllen.In der vorliegenden Arbeit konnte mittels transgener Maustechnologie gezeigt werden, dass Kir4.1 früh postnatal zunächst Zellkörper-assoziiert auf Oligodendrozyten in der weißen Substanz des Rückenmarks exprimiert wird. Im weiteren Verlauf der Entwicklung kommt es zu einer Hochregulation der Proteinexpression auf perivaskulären und perineuralen astrozytären Fortsätzen in der grauen Substanz. Hier konnte die Kolokalisation von Kir4.1 und einem Wasserkanal (AQP4) auf astroglialen Endfüßen nachgewiesen werden. Das Kir4.1-Expressionsmuster im Rückenmark legt eine Rolle des Kanals in der Kaliumpufferung und möglicherweise in der Kalium-gesteuerten Volumenregulation nahe.Basierend auf den Ergebnissen der Expressionsstudie dieser Arbeit wurde die konkrete Hypothese aufgestellt, dass Kir4.1-Kanäle mittels Kontrolle des transmembranösen Kaliumtransports einen Einfluss auf die osmotische Volumenregulation von Astrozyten haben. Anhand eines Modellsystems konnte unter Verwendung konfokaler 2-Photonen-Lasermikroskopie gezeigt werden, dass die genetische Inaktivierung von Kir4.1 im Knock-Out-Mausmodell zu einer Beeinträchtigung der Wassersekretion aus astrozytären Fortsätzen mit nachfolgender Schwellung führt. Dies zeigt, dass Kir4.1-Kanäle wesentlich zur Volumenregulation in Astrozyten beitragen und dass der Kalium-sekretorische Volumenausgleich über astrogliale Endfüße vermittelt wird. Eine Beeinträchtigung von Expression oder Funktion astroglialer Kir4.1-Kanäle könnte unter pathophysiologischen Bedingungen zu einer Anschwellung von Astrozyten und Verringerung des extrazellulären Raumes beitragen.Eine mögliche pathogenetische Bedeutung von glialen Kir4.1-Kanälen bei neurodegenerativen Erkrankungen wurde anhand eines etablierten Tiermodells für die Motoneuronerkrankung Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) untersucht. Erstmals konnte eine Krankheits-assoziierte, fortschreitende Reduktion der Kir4.1-Expression im Ventralhorn des Rückenmarks im SOD1-vermittelten ALS-Mausmodell nachgewiesen werden. Die daraus resultierende extrazelluläre Akkumulation von Kalium könnte durch chronische Depolarisation der Membran der Motoneurone zu deren Tod beitragen. Diese Schlussfolgerung unterstützend konnte in einem in vitro Modellsystem gezeigt werden, dass eine erhöhte extrazelluläre Kaliumkonzentration neurotoxisch wirkt. Die differentielle Expression von Kir4.1 im Rückenmark und die daraus abgeleitete Bedeutung für die Neuron-Glia Interaktion unter physiologischen und pathophysiologischen Aspekten unterstützt die Sichtweise einer dynamischen Interaktion von neuronalen und glialen Zellen im gesunden und kranken Gewebe.

Darmepithelzellen entwickeln eine spezielle apikale Oberfläche zur Aufnahme von Nährstoffen aus dem Darminhalt. Diese Oberfläche besteht aus F-Aktin Protrusionen und werden als Mikrovilli (MV) bezeichnet. MV regulieren die kommensalen Bakterien und schützen die inneren Gewebe gegen den Angriff pathogener Mikroorganismen. Dennoch kann das Enteropathogen Salmonella enterica (Salmonella) die MV auslöschen und zerstört durch sein Typ-3-Sekretionssystem und dessen sekretierte Virulenzsproteine die Epithelschicht. Diese Virulenzproteine werden in das Zytoplasma der Wirtzellen injiziert und führen während des Eindringens von Salmonella zur F-Aktin Umlagerung. Durch Untersuchungen des Einflusses einiger T3SS-1 Effektorproteine auf die Zerstörung der MV konnte nachgewiesen werden, dass allein die Translokation von SopE die MV-Auslöschung verursachte und ausreichend für die Wiederherstellung der Invasion war. Echtzeitlebend-zellmikroskopie zeigte, dass MV ausgelöscht werden während Membranausstülpungen (Ruffles) gebildet werden. Diese Ruffle-Bildung vereinfachte ein paralleles Eindringen nicht-invadierender Stämme von Salmonella. Es konnte beobachtet werden, dass die Ausschaltung von Villin und Myosin 1a durch shRNA in C2BBe1 Zellen die Invasionsrate von Salmonella ermäßigte. Darüber hinaus wurde Ezrin zu den intrazellulären Bakterien aber nicht zur apikalen Seite rekrutiert. Außerdem verhinderte die durch das SopE verursachte Umlagerung des F-Aktins, welche die MV-Auflösung zur Folge hatte, die Makropinozytose der infizierten Zellen. Es lässt sich daraus schließen, dass die Zerstörung der MV für eine effiziente Invasion von Salmonella nötig ist. Die F-Aktin Umlagerung begünstigt zudem das Eindringen von nicht-invadierenden Bakterien. Des Weiteren benötigt Salmonella MV-Proteine zur F-Aktin Polymerisierung und Invasion in polarisierten Epithelzellen, was die Makropinozytose der Zellen beeinträchtigt. Möglicherweise tragen diese Phänotypen zur Infektion in vivo bei und verursachen das klinische Bild des Durchfalls.