Zugl.: Leipzig, Univ., Diss., 2008

München, Techn. Univ., Diss., 2004.

The role of vessel wall-resident stem cells in the generation of microglia and angiogenisis in the adult CNS Das Zentralnervensystem (ZNS) wird kontinuierlich durch ein eigenes Immunsystem überwacht. Die Mikroglia sind ein wichtiger Vertreter dieses Immunsystems und ein besonderes Charakteristikum des ZNS. Für die Aufrechterhaltung der Hämostase im ZNS spielen die Mikroglia eine zentrale Rolle. Die Herkunft der Mikroglia war für lange Zeit Gegenstand der kontroversen wissenschaftlichen Diskussion. Zusammengefasst wurde deren Ursprung als hämatopoetisch, mesodermal und neuroektodermal beschrieben. Allerdings überwiegt derzeit die Meinung, dass die Mikroglia von Vorläuferzellen geliefert wird, die während der Embryonalentwicklung aus der Dottersackwand ins Gehirn migrieren, dort bis zum Erwachsenenalter persistieren und immer wieder zur Erneuerung der Mikroglia herangezogen werden. Wo genau im Hirngewebe derartige oder andere potenzielle Mikrogliavorläuferzellen im ZNS residieren, ist bis heute nicht abschließend geklärt. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass bereits die frisch präparierten Hirngefäße sowohl CD44+ als auch CD45+ Zellen in ihren Wänden aufweisen. Außerdem ließ sich beobachten, dass die CD44+ Zellen im BRA nach außen wanderten und sich zu Perizyten-ähnlichen und glatten Muskelzellen differenzierten. Diese Befunde ließen darauf schließen, dass die CD44+ Zellen mit diesen Eigenschaften das Potenzial haben, zur Gefäßneubildung beizutragen. Darüber hinaus konnten CD45+ Zellen in der Adventitia frisch isolierter Hirngefäße nachgewiesen werden, die im BRA teilweise für F4/80 und/oder Iba-1 positiv wurden. Dies wiederum lässt vermuten, dass aus der Wand der Hirngefäße Mikroglia- und Makrophagen-ähnliche Zellen generiert werden können. Es blieb jedoch offen, ob diese CD45+ Vorläuferzellen dauerhaft in der Adventitia der Hirngefäße residieren oder aber immer wieder durch im Blut zirkulierende Monozyten erneuert werden. Diese Frage zu klären, ist von klinischer Relevanz, bleibt jedoch zukünftigen Arbeiten überlassen. Das hier etablierte BRA könnte auch bei solchen Analysen hilfreich sein. / The central nervous system (CNS) is continuously monitored by its own immune system. The microglia are an important representative of this immune system and a special feature of the CNS. The microglia play a critical role in the maintenance of hemostasis in the CNS. The origin of microglia has long been a subject of debate. In summary, their origin has been described as hematopoietic, mesodermal and neuroectodermal. However, it is currently believed that the progenitor cells of the microglia originate from the yolk sac wall, migrate during embryonic development into the brain and persist there until adulthood. In this thesis it could be shown: I. already in the vascular wall of the freshly prepared cerebral vessels exist CD44 + and CD45 + cells. In addition, it could be observed that the CD44 + cells in the BRA migrated to the outside and differentiated into pericyte-like and smooth muscle cells. This suggested that the CD44 + cells with these properties have the potential to contribute to angiogenesis. II. In addition, CD45 + cells were detected in the adventitia of freshly isolated cerebral vessels. in the BRA these were partly positive for F4 / 80 and / or Iba-1. This suggests that microglial and macrophage-like cells can be generated from the wall of the cerebral vessels. However, it remained unclear whether these CD45 + precursor cells reside permanently in the adventitia of the cerebral vessels or are renewed by circulating monocytes in the blood

Tierärztl. Hochsch., Diss., 2004--Hannover.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--München.

Die vorliegende Studie bringt neue Erkenntnisse bezüglich der Rolle und Ver-teilung der Mikroglia und der eingewanderten Monozyten im Verlauf der Alz-heimer Erkrankung in postmortem Gehirnen. Im Gegensatz zu Studien an Tiermodellen konnten wir in unserer Kohorte eine nur sehr geringe Beteili-gung myeloischer Monozyten an der AD Pathologie beobachten, so dass man annehmen kann, dass bei Menschen die Immunantwort des Gehirns haupt-sächlich von den hirneigenen Mikrogliazellen getragen wird. Dies wurde an humanem postmortem Hirngewebe bis zu diesem Zeitpunkt noch nicht unter-sucht. Zudem konnte gezeigt werden, dass die vulnerablen, früh von Tangles und Plaques betroffenen Hirnregionen auch eine frühe Mikrogliareaktion aufwei-sen und insbesondere von proinflammatorischen Zellen besiedelt werden und dass die Reaktion in manchen Regionen im Verlauf zunimmt, während in an-deren eine Abflachung oder sogar Abnahme beobachtet wird. / The present study provides new insights into the role and distribution of microglia and migrated monocytes in the progression of AD in postmortem brains. In contrast to studies using animal models, we observed very little involvement of myeloid monocytes in AD pathology in our cohort, suggesting that in humans the immune response of the brain is mainly carried by the brain's own microglial cells. This has not yet been investigated in human postmortem brain tissue. In addition, it could be shown that the vulnerable brain regions affected early by tangles and plaques also exhibit an early microglial response and are colonized in particular by proinflammatory cells and that the response in some regions increases during the course, while in others a flattening or even decrease is observed.

Bei der vorliegenden Arbeit handelt es sich um eine experimentell durchgeführte Charakterisierung von CD11c-positiven Zellen des Gehirns im direkten Vergleich zu CD11c-positiven Zellen aus Lunge, Leber und Milz. Mittels Konfokal- und Fluoreszenzmikroskopie wurde die Existenz von intraparenchymalen Zellen nachgewiesen, welche den Zellmarker für Dendritische Zellen CD11c exprimieren. Durch die Etablierung einer einheitlichen Isolierungsmethode von CD11c-positiven mononukleären Zellen aus dem Gehirn, Milz, Lunge und Leber, war es uns möglich, diese mittels Durchflusszytometrie, auf die Expression wichtiger Marker für mononukleäre Zellen zu untersuchen und phänotypisch miteinander zu vergleichen. Durch diese Zellanalysen zeigten wir, dass CD11c-positive Zellen des Gehirns sowohl aufgrund ihrer spezifischen CD45-Expression, als auch durch die Expression von CD11b einen Mikrogliaphänotyp aufwiesen. Dabei konnten wir beobachten, dass CD11c-positive Zellen aus dem Gehirn einzigartig in der Eigenschaft ihrer geringen Major Histocompatibility Complex (MHC)-II-Expression sind. Mit Hilfe einer transgenen Mauslinie, welche unter dem Promotor von MHC-II das grün-fluoreszierende Protein (GFP) exprimiert, konnten wir nachweisen, dass Mikroglia selbst in der Umgebung von MHC-II-positiven Zellen, kultiviert auf Schnittkulturen der Milz, ihre MHC-II-Negativität behalten. Im Vergleich dazu adaptierten sich MHC-II-positive Splenozyten, kultiviert auf Schnittkulturen vom Hippocampus, an die neue Umgebung und verringerten die Expression von MHC-II. Unsere Daten lassen also die Schlussfolgerung zu, dass sich CD11c-positive Mikroglia hinsichtlich ihrer Expression von MHC-II intrinsisch von CD11c-positiven Zellen anderer Organe unterscheiden. Ebenso scheinen auch lokale Faktoren im Gehirn dazu beizutragen, die Expression von MHC-II unter physiologischen Bedingungen wirkungsvoll zu unterdrücken.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktion des G-Protein-gekoppelten Rezeptors 34 (GPR34) in Mikroglia untersucht. Dieser Rezeptor weist eine hohe Expression auf Gliazellen auf, jedoch ist über dessen Aufgabe innerhalb dieser Zellpopulation bisher nichts bekannt. In bisherigen Arbeiten wurde dem GPR34 eine Rolle in der Immunantwort zugeschrieben. Knock-out (ko)-Mäuse, welche mit Cryptococcus neoformans infiziert wurden, zeigten im Vergleich zum infizierten Wildtyp (wt) eine deutlich höhere Pathogenlast in verschiedenen Geweben u.a. im Gehirn, was für eine inadäquate Immunantwort spricht. In dieser Arbeit konnte mittels morphologischer Studien gezeigt werden, dass eine GPR34- Defizienz zu einer veränderten Gestalt der Mikroglia im Cortex sowie der Retina führt. Mikrogliazellen aus ko-Mäusen sind kleiner und deutlich weniger ramifiziert. Mit Hilfe von Transkriptomanalysen wurde eine große Vielfalt an unterschiedlich exprimierten Genen zwischen ko- und wt-Tieren identifiziert. Hierunter befanden sich Gene, die die Motilität, aber auch die Phagozytose der Mikroglia beeinflussen. Um den Einfluss der GPR34-Defizienz auf diese Vorgänge zu untersuchen, wurden zahlreiche funktionelle Untersuchungen an murinen Mikrogliazellen durchgeführt. Mittels basalen Motilitätsstudien aber auch unter Stimulation durch Laserläsion und Läsion des entorhinalen Cortex konnten keine Unterschiede in der Beweglichkeit von Mikroglia aufgedeckt werden. Jedoch zeigten ko- Mikrogliazellen des Cortex und der Retina eine deutlich geringere Phagozytoseaktivität. Dies ist ein möglicher Erklärungsansatz für die beschriebene erhöhte Pathogenlast in den GPR34- defizienten Tieren. Da die Phagozytoseaktivität von Mikroglia in neurodegenerativen Erkrankungen wie Multipler Sklerose oder der Alzheimer´schen Demenz eine bedeutende Rolle spielt, sollte zukünftig die Relevanz des GPR34 bei diesen Erkrankungen untersucht werden.

Die dieser Arbeit zugrundliegenden Untersuchungen am postmortalen Hirngewebe und an den korrespondierenden Proben postmortalen Liquor cerebrospinalis (CSF) konnten einen Zusammenhang der Dichte der parenchymalen TMEM119-positiven Mikroglia und der der CSF belegen. Innerhalb der analysierten Kompartimente bestehend aus Kortex, Marklager und CSF ergaben sich weit gefächerte Messwerte zur jeweiligen Dichte der immuno-positiven Mikroglia. Die Ergebnisse implizierten eine schnelle Reaktion der Mikroglia im Hirngewebe und einen zeitverzögerten Nachweis von immuno-positiven Mikroglia in der CSF. Signifikante Effekte von Alter, Geschlecht, Hirngewicht und insbesondere einem steigenden Postmortalintervall konnten als potenzielle Einflussfaktoren hinsichtlich der CSF-Intensität ausgeschlossen werden. Eine positive Korrelation ergab sich hingegen zwischen der Mikroglia-Dichte der CSF und den Angaben bezüglich erfolgter Reanimationsmaßnahmen der eingeschlossenen Sterbefälle als Hinweis auf einen relevanten Zusammenhang mit dem zerebralen Blutfluss. Neben dem ursprünglich angestrebten isolierten Vergleich zwischen der TMEM119-positiven Mikroglia-Profildichte der CSF, des Kortex und der des Markraums ergaben sich nach Analyse weiterhin morphologische Auffälligkeiten der identifizierten Mikroglia und teils spezifische Verteilungsmuster. Die abschnittsweise laminäre Anordnung der Zellen in den kortikalen Gewebeanteilen wies insbesondere in den supragranulären Schichten nahe der Hirnoberfläche strukturell auffällige Mikroglia-Profile mit annähernd rundem Zellkörper und wenigen bis keinen Zellfortsätzen auf. Ein annähernd identisches Bild konnte im perivaskulären Marklager festgestellt werden und wies auf einen Zusammenhang zum Übertritt der Mikroglia in die CSF sowie eine Assoziation zu den medullären Gefäßen hin. Der erstmalige Nachweis des aktiven Übertritts der TMEM119-positiven Mikroglia durch die weiche Hirnhaut implizierte einen aktiven Zugangsweg der Zellen in die CSF unter Ausbildung eines amöboid erscheinenden Phänotyps neben einem lediglich diffusen und passiven Übertritt der Zellen unter pathologischen Bedingungen. Die durchgeführten Untersuchungen belegen das enorme Potenzial der postmortalen CSF als Untersuchungsmedium insbesondere im Hinblick auf die Erhebung der Mikroglia-Dichte und die Analyse der Mikroglia-Morphologie in Bezug auf neuropathologische Beteiligung im ZNS und damit verbundenen Fragestellungen. / This study on postmortem brain tissue and the corresponding samples of postmortem cerebrospinal fluid (CSF) was able to demonstrate a correlation between the density of parenchymal TMEM119-positive microglia cell profiles and that of CSF. Within the analyzed cortex, medulla and CSF, there was a wide range of measured values for the respective density of immuno-positive microglia cell profiles. The results implied a rapid response of microglia in the brain tissue and a time-delayed detection of immuno-positive microglia in the CSF. Significant effects of age, gender, brain weight and especially an increasing postmortem interval could be excluded as potential influencing factors regarding CSF intensity. However, a positive correlation was found between the microglia density of the CSF and cardiopulmonary resuscitation measures performed in the included deaths as an indication of a relevant connection with cerebral blood flow. In addition to the originally intended comparison between the TMEM119-positive microglia cell profile density of the CSF, the cortex and the medulla, the analysis also revealed morphological abnormalities of the identified microglia and in some cases specific distribution patterns. The laminar arrangement of the cells in the cortical tissue showed structurally conspicuous microglia profiles with almost round cell bodies and few to no cell processes, especially in the supragranular layers near the brain surface. An almost identical impression was observed in the perivascular medullary layer and indicated a transition of the microglia into the CSF as well as an association with the medullary vessels. The first demonstration of the active crossing of TMEM119-positive microglia through the soft meninges implied an active access pathway of the cells into the CSF with the formation of an amoeboid phenotype in addition to a merely diffuse and passive passage of the cells under pathological conditions. The investigations demonstrate the enormous potential of postmortem CSF as an examination medium, particularly with regard to the analysis of microglia density and the analysis of microglia morphology in relation to neuropathological involvement in the CNS and related issues.

Würzburg, Univ., Diss., 2001. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2001