Veränderungen der Expression von Neurofilamenten und des DISC1-Proteins im Gehirn nach neonataler Infektion von Lewis-Ratten mit dem Borna Disease Virus

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2011

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http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-11765

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Ziel der experimentellen Infektion von neugeborenen Ratten mit dem BDV war, ein Modell einer lebenslangen Viruspersistenz im Zentralnervensystem zu erzeugen, ohne wesentliche immunpathologische Reaktionen auszulösen. Es dient als repräsentatives Modell zur Erforschung von Störungen der Hirnentwicklung und Hirnfunktion durch nicht zytopathogene RNA-Viren.In dieser Arbeit konzentrierten wir uns auf die Charakterisierung struktureller Veränderungen und die Untersuchung der Auswirkungen der Infektion auf Neurofilamente und andere neuronale Proteine, die vermutlich auch bei verschiedenen neuropsychiatrischen Krankheiten eine Rolle spielen. Bei der hier durchgeführten, nicht invasiven Infektion mit einem virushaltigen Aerosol ist der Grad der Immuntoleranz ungleich höher und entzündliche Reaktionen spielen eine wesentlich geringere Rolle als mögliche Ursache für neurodegenerative Veränderungen als bei der herkömmlichen intracerebralen Infektion immunkompromittierter Ratten.In den eigenen Untersuchungen wurden neugeboren infizierte Lewis-Ratten sowie gesunde Kontrolltiere verwendet. Von den Gehirnen der Tiere wurden Stufenschnitte angefertigt und neben Standardfärbungen immunhistochemische Färbungen mit Markern für BDV-Protein, DISC1-Protein und NUDEL-Protein durchgeführt. Um die hirnmorphologischen Veränderungen näher zu untersuchen, wurden Marker für phosphorylierte und nicht phosphorylierte Neurofilamente verwendet. Zwölf der 13 NBAE-Ratten zeigten das typische Bild der persistierenden toleranten Infektion ohne infiltrierende Immunzellen. Mit zunehmendem Alter exprimierten diese Ratten immer mehr BDV-Protein in Zellen aller Gehirnregionen und zeigten Mikrogliose und Astrozytose. Bis zu einem Alter von vier Wochen zeigten die infizierten Ratten eine physiologische Zelldichte, ab der sechsten Lebenswoche ließ sich eine fortschreitende Reduktion der Purkinje-Zellzahl beobachten, die sich bis zur 22. Woche steigerte. Bei zwei Ratten im Alter von sechs Wochen fanden sich perivaskuläre Mini-Infiltrate, dabei handelt es sich höchstwahrscheinlich um eine transiente unspezifische Immunantwort. Eine der vier Wochen alten Ratten zeigte eine ausgeprägte lymphozytäre Entzündungsreaktion. Wahrscheinlich war bei diesem Tier die Infektion am ersten Lebenstag nicht erfolgreich und die Aufnahme von BDV, vermutlich von infizierten und virusausscheidenden Geschwistertieren, führte im höheren immunkompetenten Alter zur Infektion. Mit fortschreitendem Alter der Ratten konnten zunehmend Veränderungen der Neurofilamente beobachtet werden. Die nicht phosphorylierten Neurofilamente stellten sich bei den infizierten Tieren weniger deutlich dar. Während sich bei den Kontrolltieren die nicht phosphorylierten Neurofilamente in höherem Alter auch in Dendriten und Axonen darstellen ließen, waren diese bei den infizierten Tieren nur schwach und diskontinuierlich zu erkennen. Die phosphorylierten Neurofilamente stellten sich bei den gesunden Kontrolltieren in jedem Alter als feiner, die Nervenzelle umgebender Saum dar. Dendriten und Axone waren deutlich zu erkennen. Im Vergleich dazu bildeten die phosphorylierten Neurofilamente bei den infizierten Tieren körnige Kondensationen und Aggregationen. Die Dendriten und Axone waren aufgetrieben, unterbrochen und wirkten an vielen Stellen perlschnurartig aufgetrieben. Bei den Kontrolltieren wurde das DISC1-Protein im Zytoplasma und Zellkern des Neurons exprimiert, während es bei den NBAE-Tieren nur im Zellkern exprimiert wurde. Die veränderte Expression des DISC1-Proteins war besonders im Sektor CA2 im Zellband des Hippocampus zu sehen. Die Anzahl der DISC1-exprimierenden Zellen, ebenso wie die Intensität der intranukleären Proteinexpression, nahm bei den infizierten Ratten deutlich zu. Ein Effekt, der sich mit zunehmendem Alter im Sinn einer Hyperexpression des DISC1-Proteins noch verstärkte. Diese Ergebnisse zeigen, dass BDV die Bildung, Entwicklung und Dynamik der Neurofilamente stört und auch einen direkten oder indirekten Einfluss auf die DISC1-Expression hat. Es bleibt zu klären, wie das BDV dabei in die Neurofilament-Entwicklung eingreift. Es ist bekannt, dass das DISC1-Protein für die Bildung und Aufrechterhaltung des Zytoskeletts einen hohen Stellenwert hat, was wiederum die gesamte Hirnfunktion betrifft. Daher ergibt sich die Annahme, dass Veränderungen am DISC1-Protein entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung der Neurofilamente haben. Diese pathologischen Befunde spielen daher möglicherweise eine signifikante Rolle bei der neurologischen Erkrankung neonatal BDV-infizierter Ratten. Veränderungen an Neurofilamenten sind ein häufiger Befund bei verschiedenen humanen neurodegenerativen Krankheiten. Somit scheinen die BDV-NBAE-Ratten ein geeignetes Modell darzustellen, um die Pathogenese solcher nicht immunvermittelter, neurodegenerativer Krankheiten besser verstehen zu lernen. Um genauere Aussagen über die Beteiligung der BDV-Infektion an der Entstehung von neuropsychiatrischen Krankheiten zu treffen, müssen in Zukunft Ausmaß, Spezifität und mögliche Folgen der beobachteten Veränderungen näher untersucht werden.

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