Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2008

Thesis (doctoral)--Utrecht, 1983.

Autoantibodies against proteins of the node of Ranvier have been identified in a subset of patients with chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy (CIDP). Main antigens targeted by autoantibodies are the paranodal proteins contactin 1 (CNTN1), neurofascin (NF) 155 or contactin associated protein (Caspr) as well as the nodal NF186. Several studies investigated the role of anti-paranodal autoantibodies in the pathophysiology of CIDP leading to the current knowledge that immunoglobulin G (IgG)4 deposition leads to detachment of myelin from the axon at the paranodes. However, many questions remain unsolved. Thus, autoantibodies against NF155 have been well studied and their pathogenicity has been proven in an animal model in vivo. However, in some patients, autoantibodies against all isoforms of NF are detectable. These anti-pan-NF autoantibodies occur more rarely and lead to a very severe clinical phenotype. As the pathogenesis of patient-derived autoantibodies against pan-NF has never been investigated in vivo before, we used an animal model to study the effect of acute exposure to anti-pan-NF IgG3 by intraneural injections to the rat sciatic nerve. In addition, we used anti-NF155 IgG4 from a seropositive patient. Behavioral testings as well as nerve conduction studies did not re- veal any deficits after injected neither for anti-NF155 nor for anti-pan-NF autoantibodies. This leads to the suspicion that the disease is more likely induced by a chronic process. A common symptom in patients with anti-CNTN1 associated neuropathy is sensory ataxia and therefore, an involvement of dorsal root ganglia (DRGs) is hypothesized. We show that sera from anti-CNTN1 positive patients specifically bind to DRG neurons in vitro and reduce surface expression of CNTN1. This is most probably due to internalization mediated by coexisting IgG3 although IgG4 is the predominant subclass of autoantibodies. As it is known that CNTN1 interacts with the β1 subunit of specific sodium channels we analyzed channel expression and sodium currents of DRG neurons after incubation with anti-CNTN1 positive patients’ sera. We identified reduced sodium currents after long-term treatment with patients’ material although surface channel expression remained stable. We therefore concluded that CNTN1 might influence channel properties indirectly through auxiliary β1 subunits. Moreover, we suggest an involvement of DRG neurons in the pathogenesis of anti-CNTN1 associated CIDP as medium-large size neurons are more affected than small neurons. However, the exact mechanism of how anti-CNTN1 autoantibodies influence sodium channels should be subject of further studies. Furthermore, preliminary results indicate that the epitope for anti-CNTN1 autoantibodies from seropositive patients might be associated with distinct clinical features. We could show that autoantibodies might be either directed against a conformational epitope as binding is prevented after deletion of the first immunoglobulin (Ig) domain of CNTN1 or against the fibronectin type III (FnIII) domains. Strikingly, both patients with FnIII do- main specificity had very high titers of anti-CNTN1 autoantibodies and a chronic disease progression, whereas patients binding to a conformational epitope or to the Ig domains are related to a relapsing-remitting or even monophasic disease course. However, these results need to be further confirmed before a clear statement can be made. In conclusion, the present study contributes to elucidate the pathogenesis of peripheral neuropathies associated with anti-paranodal autoantibodies. However, further studies are required including a higher number of patients as well as considering effects on structures like DRGs besides the node of Ranvier to fully understand the disease mechanisms. / Autoantikörper gegen Proteine des Ranvierschen Schnürrings wurden bei einer Untergruppe von Patienten mit chronisch inflammatorischer demyelinisierender Polyradikuloneuropathie (CIDP) identifiziert. Antigene, gegen die sich die Autoantikörper hauptsächlich richten, sind die paranodalen Proteine Contactin 1 (CNTN1), Neurofascin (NF) 155 oder das Contactin-assoziierte Protein (Caspr) sowie das nodal exprimierte NF186. Mehrere Studien untersuchten die Rolle von anti-paranodalen Autoantikörpern in der Pathophysiologie der CIDP, was zu der aktuellen Erkenntnis führte, dass Immunglobulin G (IgG) 4-Ablagerungen die Ablösung des Myelins vom Axon an den Paranodien zur Folge haben. Viele Fragen bleiben jedoch ungelöst. So sind Autoantikörper gegen NF155 gut untersucht worden und ihre Pathogenität wurde in einem Tiermodell in vivo nachgewiesen. Bei einigen Patienten sind jedoch Autoantikörper gegen alle Isoformen von NF nachweisbar. Diese anti-pan-NF-Autoantikörper treten seltener auf und führen zu einem sehr schweren klinischen Phänotyp. Da die Pathogenese von Autoantikörpern gegen pan-NF bisher nicht in vivo untersucht wurde, haben wir in einem Tiermodell die Wirkung der akuten Exposition von anti-pan-NF IgG3 durch intraneurale Injektionen in den Ischiasnerv der Ratte untersucht. Zusätzlich verwendeten wir anti-NF155 IgG4 von einem seropositiven Patienten. Verhaltenstests sowie Nervenleitfähigkeitsuntersuchungen zeigten weder nach Injektion von anti-NF155 noch von anti-pan-NF-Autoantikörpern Defizite. Dies lässt den Verdacht aufkommen, dass die Erkrankung eher durch einen chronischen Prozess ausgelöst wird. Ein häufiges Symptom bei Patienten mit anti-CNTN1-assoziierter Neuropathie ist die sensorische Ataxie, weshalb eine Beteiligung der Spinalganglien vermutet wird. Wir zeigen, dass Seren von anti-CNTN1-positiven Patienten in vitro spezifisch an Spinalganglion- Neurone binden und die Oberflächenexpression von CNTN1 reduzieren. Dies ist höchstwahrscheinlich auf eine Internalisierung zurückzuführen, die durch koexistierendes IgG3 vermittelt wird, obwohl IgG4 die vorherrschende Subklasse der Autoantikörper ist. Da bekannt ist, dass CNTN1 mit der β1-Untereinheit von spezifischen Natriumkanälen interagiert, haben wir die Kanalexpression und die Natriumströme von Spinalganglion-Neuronen nach Inkubation mit anti-CNTN1-positiven Patientenseren analysiert. Wir stellten reduzierte Natriumströme nach Langzeitbehandlung mit Patientenmaterial fest, obwohl die Oberflächenkanalexpression stabil blieb. Daraus schlossen wir, dass CNTN1 die Kanaleigenschaften möglicherweise indirekt über die β1-Untereinheiten beeinflusst. Darüber hinaus legen wir eine Beteiligung von Spinalganglion-Neuronen an der Pathogenese der anti-CNTN1-assoziierten CIDP nahe, da mittelgroße bis große Neurone stärker betroffen sind als kleine Neurone. Der genaue Mechanismus, wie anti-CNTN1-Autoantikörper Natriumkanäle beeinflussen, sollte jedoch Gegenstand weiterer Studien sein. Darüber hinaus deuten vorläufige Ergebnisse darauf hin, dass das Epitop für anti-CNTN1- Autoantikörper von seropositiven Patienten mit unterschiedlichen klinischen Merkmalen assoziiert sein könnte. Wir konnten zeigen, dass die Autoantikörper entweder gegen ein konformationelles Epitop gerichtet sein könnten, da die Bindung nach Deletion der ersten Immunglobulin (Ig)-Domäne von CNTN1 verhindert wird, oder gegen die Fibronektin Typ III (FnIII)-Domänen. Auffallend ist, dass beide Patienten mit FnIII-Domänen-Spezifität sehr hohe anti-CNTN1-Autoantikörper Titer und einen chronischen Krankheitsverlauf aufwiesen, während Patienten, die an ein konformationelles Epitop beziehungsweise die Ig- Domänen binden, mit einem schubförmigen oder sogar monophasischen Krankheitsverlauf assoziiert sind. Diese Ergebnisse müssen jedoch noch weiter bestätigt werden, bevor eine klare Aussage getroffen werden kann. Zusammenfassend trägt die vorliegende Studie dazu bei, die Pathogenese von peripheren Neuropathien, die mit anti-paranodalen Autoantikörpern assoziiert sind, aufzuklären. Es sind jedoch weitere Studien erforderlich, die eine größere Anzahl von Patienten einschließen und auch Auswirkungen auf Strukturen wie beispielsweise Spinalganglien neben dem Ranvierschen Schnürring berücksichtigen, um die Krankheitsmechanismen vollständig zu verstehen.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Zugl.: Berlin, Freie Universiẗat, Diss., 2008.

Zugl.: Leipzig, Univ., Diss., 2009

Zugl.: Berlin, Freie Univ., Diss., 2009

München, Techn. Univ., Diss., 2004.

No description available.

Since 2021, nodo-paranodopathies have been classified as a new disease entity of autoimmune-mediated neuropathies focusing on the node of Ranvier as the primary target of damage. Autoantibodies against the paranodal proteins contactin (CNTN1), contactin-associated protein (Caspr), and neurofascin (NF) 155 have already been identified. Most of these autoantibodies belong to the IgG4 subclass, less commonly to the IgG3 subclass. Binding of IgG4 to NF or CNTN1 often leads to a chronic, therapy-resistant polyneuropathy with subacute onset and a predominantly distal manifestation and/or ataxia, as well as tremor, sometimes accompanied by central demyelination. The pathogenicity of individual autoantibodies is increasingly understood. However, in recent years, patients have been identified who not only have autoantibodies against NF155 but also against the NF isoforms 140 and 186. Thus, in approximately 2% of patients with inflammatory polyneuropathies, autoantibodies against all isoforms of NF are detectable. Little is known about these so-called anti-pan-NF seropositive patients, except that they have a very severe clinical course of disease. The pathogenic impact of human anti-pan-NF autoantibodies has not yet been analyzed in animal models. Therefore, the primary aim of this study was to investigate the effects of chronic exposure to anti-pan-NF IgG3 and anti-NF155 IgG4 autoantibodies, purified from two patients with nodo-paranodopathies, in rats. Rotarod performance and Catwalk gait analysis tests were conducted to analyze the effects of intrathecally administered autoantibodies on the animals' motor function while sensory function was assessed using the von Frey and Hargreaves tests. Additionally, electrophysiological tests on nerve conduction velocities and F-wave latencies were performed before and after the 3-week injection period. Furthermore, immunohistochemical analysis aimed to provide insights into potential autoantibody depositions in the lumbar dorsal and ventral nerve roots. It was found that 67% of the animals treated with anti-NF155 IgG4 developed mild to severe symptoms in their hind limbs during the 3-week injection period with gradual deterioration in motor and sensory function. Changes in electrophysiology were not observed although specific bindings of anti-NF155 IgG4 autoantibodies to the nodes and paranodes in the lumbar nerve roots were visible in the subsequent immunohistochemical analysis. During the 3-week exposure of anti-pan-NF IgG3, the animals did not develop any clinical abnormalities. Significant physiological alterations were also not observed neither in the behaviour tests nor in the nerve conduction studies. However, weak and narrow bands of autoantibodies were visible in the nodal area of the ventral and dorsal nerve roots, even though they did not appear to be strong enough to induce a clinical phenotype in the rats. This might have also something to do with the fact that the morphometric analyses of the axoglial complex revealed no noticeable differences between patient animals and control animals in both passive transfer experiments with anti-NF155 IgG4 and anti-pan-NF IgG3 indicating that the administered autoantibodies did not induce structural changes, such as demyelination, degradation, or detachment of NF at the axoglial complex during the 3-week injection phase. In conclusion, this study is one of the first to demonstrate the pathogenetic effects of anti-NF autoantibodies after long-term administration in an animal model. This suggests that NF-associated nodo-paranodopathies may be initiated by chronic inflammation processes, particularly within the nerve roots. Thus, this study provided initial insights into elucidating the disease mechanism of nodo-paranodopathies. However, further studies are necessary to fully understand this complex pathomechanism. / Seit 2021 werden Nodo-/Paranodopathien als eigenständige Krankheitsentität autoimmunvermittelter Neuropathien angesehen, bei denen der Ranviersche Schnürring als primärer Schädigungsort im Fokus liegt. Es wurden bereits unter anderem Autoantikörper gegen die paranodalen Proteine Contactin (CNTN1), Contactin-assoziiertes Protein (Caspr) und Neurofascin (NF) 155 identifiziert. Die meisten dieser Autoantikörper gehören der IgG- Subklasse IgG4, seltener der IgG- Subklasse IgG3, an. So führen Bindungen von IgG4 an NF oder CNTN1 häufig zu einer subakut beginnenden und anschließend chronisch verlaufenden, oft therapieresistenten Polyneuropathie mit prädominanter distaler Manifestation und/oder Ataxie sowie zu einem Tremor. Die Pathogenität der einzelnen Autoantikörper wird zunehmend besser verstanden, allerdings wurden in den letzten Jahren Patienten identifiziert, die nicht nur Autoantikörper gegen NF155 gerichtet haben, sondern auch gegen die nodal lokalisierten NF Isoformen 140 und 186. So sind bei ca. 2% der Patienten mit inflammatorischen Polyneuropathien Autoantikörper gegen alle Isoformen von NF nachweisbar. Bislang ist über diese sogenannten anti-pan-NF seropositiven Patienten nur wenig bekannt, außer dass sie einen sehr schweren klinischen Verlauf haben. Im Tiermodell wurde die Pathogenese menschlicher Anti-pan-NF-Autoantikörper bisher noch nicht analysiert, weshalb das primäre Ziel dieser Arbeit war, die Wirkung der chronischen Exposition von Anti-pan-NF-IgG3 und Anti-NF155-IgG4-Autoantikörpern, extrahiert aus zwei Patienten mit Nodo-/Paranodopathien, im Rattenmodel zu untersuchen. Um mögliche Effekte von den intrathekal applizierten Autoantikörpern auf die Motorik der Tiere zu analysieren, wurden der Rotarod- Performance-, und der Catwalk-Ganganalysen-Test durchgeführt, während Auswirkungen auf die Sensibilität mittels dem Von-Frey- und dem Hargreaves-Test untersucht wurden. Zusätzlich wurden elektrophysiologische Testungen zu Nervenleitgeschwindigkeiten und F-Wellen-Latenzen vor und nach der 3-wöchigen Injektionsphase durchgeführt. Des Weiteren sollte eine immunhistochemische Analyse Aufschluss über mögliche Autoantikörperbindungen in den lumbal liegenden dorsalen und ventralen Nervenwurzeln geben. Es stellte sich heraus, dass 67% der mit anti-NF155 IgG4 behandelten Tiere während der Injektionsperiode milde bis schwere Symptome in ihren Hinterläufen entwickelten und graduelle Verschlechterungen in ihrer Motorik und Sensorik aufwiesen. Veränderungen in ihrer Elektrophysiologie konnten nicht beobachtet werden, obwohl bei der anschließenden immunhistochemischen Analyse spezifische Bindungen von Anti-NF155-IgG4-Autoantikörpern an den Nodien und Paranodien der lumbalen Nervenwurzeln sichtbar waren. Bei der 3-wöchigen Exposition von Anti-pan-NF IgG3 stellte sich heraus, dass die Tiere keine klinischen Auffälligkeiten entwickelten und weder in den Verhaltenstests noch in den Neurographien signifikante Veränderungen zeigten. Interessanterweise waren jedoch schwache, schmale Banden von Autoantikörpern im nodalen Bereich der ventralen und dorsalen Nervenwurzeln sichtbar, die jedoch nicht stark genug zu sein schienen, um einen klinischen Phänotyp in den Ratten hervorzurufen. Auch die morphometrischen Analysen des axoglialen Komplexes zeigten sowohl bei den Passiv-Transfer-Experimenten mit Anti-NF155 IgG4 als auch mit Anti-pan-NF-IgG3 keine signifikanten Unterschiede zwischen Patiententieren und Kontrolltieren, was darauf hindeutet, dass die applizierten Autoantikörper keine strukturellen Veränderungen wie beispielsweise eine Demyelinisierung oder gar den Abbau von NF in der 3-wöchigen Injektionsphase induzierten. In dieser Arbeit konnten pathogenetische Effekte von Anti-NF-Autoantikörpern nach längerer Verabreichung in einem Tiermodell gezeigt werden. Dies lässt den Verdacht aufkommen, dass NF-assoziierte Nodo-/Paranodopathien durch chronische Prozesse, die insbesondere an den Nervenwurzeln stattfinden, ausgelöst werden können. Somit wurden in dieser Arbeit erste Ansätze unternommen, um den Krankheitsmechanismus von Nodo-/Paranodopathien aufzuklären. Allerdings sind weitere Studien notwendig, um diesen komplexen Pathomechanismus vollständig zu verstehen.