Die Bedeutung der Area postrema als zentralnervöser Sensor für inflammatorische Signale
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Zusammenfassung
Die Area postrema (AP) gehört zu den sensorischen zirkumventrikulären Organen, die durch eine unvollständige Blut-Hirn-Schranke gekennzeichnet sind und liegt in direkter Nähe zum vierten Ventrikel. Die Expression von Toll-like Rezeptoren (TLRs) zur Erkennung bestimmter Pathogen-assoziierter Molekülstrukturen (PAMPs) und Rezeptoren zur Erkennung von proinflammatorischen Zytokinen wie z.B. Tumor Nekrose Faktor-a (TNF-a) und Interleukin-1b (IL-1b) innerhalb der AP machen dort eine direkte Interaktion von PAMPs oder Zytokinen mit zellulären Strukturen möglich. Um eine potentielle PAMP- oder Zytokin-induzierte zelluläre Aktivierung näher zu untersuchen, wurde eine primäre Zellkultur der AP der Ratte etabliert. Hierzu wurde das topographisch exakt präparierte Hirngewebe von 3-4 Tagen alten Ratten verwendet. Zum ersten Mal wurde die Fura-2 Ratio-Imaging-Technik genutzt, um PAMP-induzierte Kalziumsignale in einer AP Zellkultur, stimuliert durch Lipopolysaccharid (LPS), Muramyldipeptid (MDP), Fibroblasten-stimulierendes Lipopeptid-1 (FSL-1) oder Polyriboinosin:Polyribocytosinsäure (PI:PC) näher zu charakterisieren. Das Resultat dieser Studie ergab eine niedrige Responsivität von Neuronen (3%), Astrozyten (2%) und Oligodendrozyten (1%), jedoch antworteten 10-12% der untersuchten Mikrogliazellen mit einem Anstieg der [Ca2+]i als Reaktion auf eine Stimulation mit LPS, nicht aber mit MDP oder FSL-1. Die Stimulation mit PI:PC hingegen aktivierte 8% der untersuchten Neurone und 2% der Astrozyten, hatte aber keinerlei Einfluss auf die [Ca2+]i der Mikrogliazellen. Mit Hilfe spezifischer Bioassays konnte in den Überständen von LPS-stimulierten AP Zellkulturen eine beachtliche Freisetzung der proinflammatorischen Zytokine TNF-a und IL-6 nachgewiesen werden, die eine Zeitabhängigkeit aufwies. Eine erhöhte Expression von immunreaktivem TNF-a konnte eigens nur im perinukleären Trans-Golgi-Aparat von AP Mikrogliazellen detektiert werden. Auch die Stimulation der AP Kulturen mit FSL-1 und PI:PC hatte eine erhöhte Freisetzung von bioaktivem TNF-a und IL-6 in den Kulturüberstand zur Folge, die aber wesentlich moderater ausfiel, verglichen mit der Zytokinfreisetzung nach LPS-Stimulation. Die Vorinkubation der AP Zellkultur für 18 Stunden mit LPS führte zu einer vollständigen Unterdrückung von LPS-induzierten Ca2+-Signalen und zu einer starken Abschwächung der LPS-induzierten Zytokinsekretion der AP Zellen. Der Nachweis einer direkten zellulären Antwort auf eine LPS-Stimulation, insbesondere von AP-intrinsischen Mikrogliazellen, führt zu der berechtigten Annahme, dass die AP als Sensor für zirkulierende PAMPs, vor allem aber den TLR-4-Agonisten LPS, agiert. Die Unterdrückung der LPS-abhängigen Responsivität der Mikrogliazellen nach Vorinkubation der AP Zellkultur mit LPS, nicht aber mit MDP oder FSL-1, lässt die Enstehung einer spezifischen Endotoxin-Toleranz innerhalb der AP vermuten. Die Applikation von TNF-a, IL-1b oder dem Stickstoff-Monoxid (NO)-Donor Diethylamino-diazenolat-2-oxid (DEA) führte zu einer raschen vorübergehenden Erhöhung der [Ca2+]i bei bestimmten Zellpopulationen der AP Primärkultur. Auf Stimulation mit TNF reagierten 8% aller untersuchten Neurone und Astrozyten und nur vereinzelt Mikrogliazellen und Oligodendrozyten mit einem Anstieg der [Ca2+]i. Hingegen antworten 15% der untersuchten Neurone auf IL-1, während nur 5-7% der restlichen Zelltypen Veränderungen ihrer [Ca2+]i zeigten. Der deutlichste Effekt war nach der Applikation von DEA zu beobachten, wobei mehr als 20% der untersuchten Astrozyten und Oligodendrozyten, 15% der Neurone und 10% der Mikrogliazellen reagierten. Diese Studie beweist, dass die AP als Sensor für zirkulierendes TNF-a, IL-1b, oder für lokal produzierte Zytokine und NO während Infektion und Inflammation, eine bedeutende Rolle spielt. Zusammenfassend kann man feststellen, dass die Ergebnisse dieser Arbeit ganz klar beweisen, dass die AP als sensorisches zirkumventrikuläres Organ die Fähigkeit besitzt, eine direkte und schnelle zelluläre Antwort sowohl auf exogene, als auch endogene Pyrogene zu entwickeln. Die postulierte Rolle der sensorischen CVOs innerhalb der komplexen Vorgänge der Kommunikation zwischen Immunsystem und Gehirn wird damit weiter untermauert.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler 2008