Pathogenese epileptiformer Krämpfe nach neurotroper BoDV1-Infektion: Rolle des TNF-Systems und aktivierter Mikroglia
Seiten
2025
VVB Laufersweiler Verlag
978-3-8359-7257-5 (ISBN)
VVB Laufersweiler Verlag
978-3-8359-7257-5 (ISBN)
Pathogenese epileptiformer Krämpfe nach neurotroper BoDV1-Infektion: Rolle des TNF-Systems und aktivierter Mikroglia
Ann-Kathrin Kühling
Die Arbeit hatte zum Ziel, den Einfluss der Mikroglia und von TNF sowie insbesondere seiner Rezeptoren auf die Pathogenese epileptiformer Krämpfe nach BoDV1-Infektion zu analysieren und gleichzeitig mögliche prädispositionierende Faktoren von proinflammatorischen Leveln als low level inflammation während einer Adipositas zu untersuchen.
Mikroglia spielen bei infektiös bedingten Enzephalitiden und Epilepsie eine große Rolle. Sie ändern bei Aktivierung ihre Morphologie und exprimieren eine Reihe von Zytokinen. So kann TNF sowohl prokonvulsive und neurodegenerative (TNFR1) als auch antikonvulsive und neuroprotektive (TNFR2) Eigenschaften aufweisen, je nachdem über welchen seiner beiden Rezeptoren es aktiviert wird. Von TNF-Tg-Mäusen ist bekannt, dass sie nach BoDV1-Infektion epileptiforme Krämpfe bzw. neurologische Symptome sowie eine Meningoenzephalitis mit Mikrogliaaktivierung zeigen. Des Weiteren beeinflussen Adipokine neuroinflammatorische Zustände. So hat Leptin proinflammatorische Eigenschaften, während Adiponektin eher antiinflammatorische Effekte hat.
In dieser Arbeit wurden in vivo und in vitro verschiedene Mäusstämme mit modifi-ziertem TNF-System (TNF-Tg-, TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäuse) sowie WT-Mäuse untersucht. Die funktionellen Aspekte der Mikrogliaaktivierung sollten an-hand von in vitro Untersuchungen bestimmt werden. Zur Untersuchung des Adipo-kin-Einflusses wurden Mikrogliakulturen der verschiedenen Mausstämme mit Leptin oder Adiponektin behandelt.
In den in vivo Untersuchungen der TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäuse wurde von der ursprünglichen Hypothese ausgegangen, dass TNFR1-KO-Mäuse auch nach BoDV1-Infektion eine geringe Anfälligkeit für epileptiforme Krämpfe und klinische Symptome aufweisen sowie eine verminderte Mikrogliaaktivierung aufweisen, wäh-rend diese Anfälligkeit und die Mikrogliaaktivierung bei TNFR2-KO-Mäusen erhöht ist.
Insgesamt hatte vor allem die BoDV1-Infektion in den klinischen Untersuchungen einen Einfluss auf feststellbare Abweichungen und die Entstehung eines Krampf-geschehens. Es traten zudem vermehrt Abweichungen bei den TNFR1-KO-Mäusen auf, entgegen der ursprünglichen Hypothese. Diese können möglicherweise auf Wechselwirkungen zwischen den Signalwegen der TNF-Rezeptoren zurückgeführt werden.
Die Tiere mit Symptomen/Krämpfen wiesen die deutlichste Mikrogliaaktivierung von den TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäusen auf. Bei allen Mausstämmen war die Mikrogliaaktivierung nach BoDV1-Infektion, verglichen zur Mock-Infektion, hoch-signifikant erhöht. Insgesamt war die Mikrogliaaktivierung bei den TNF-Tg-Mäusen am stärksten ausgeprägt, die WT-Tiere wiesen hingegen die geringste Aktivierung auf. Somit stehen diese Ergebnisse in Einklang mit den Ergebnissen vorangegan-gener Untersuchungen. Die Aktivierung der Mikroglia bei TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäusen lag in dieser Studie ungefähr auf dem gleichen Level. Die vermehrten Auffälligkeiten der TNFR1-KO-Mäuse in den klinischen Tests konnten somit nicht durch Ergebnisse der immunhistologischen Untersuchung der Mikroglia untermau-ert werden. Somit scheint eine Wechselwirkung zwischen den Signalwegen der beiden TNF-Rezeptoren wahrscheinlich zu sein. Der Einfluss der BoDV1-Infektion zeigte sich hingegen sowohl in den klinischen als auch in den immunhistologi-schen Untersuchungen zum Nachweis der Mikrogliaaktivierung. Die Aktivierung der Mikroglia betraf auch Tiere, bei denen keine epileptiformen Krämpfe beobachtet wurden. Dies zeigt, dass die BoDV1-Infektion auch ohne klinische Veränderungen zu einer Mikrogliaaktivierung führen kann. Die nachhaltige Aktivierung der Mikrog-lia durch die BoDV1-Infektion kann erklären, warum Virusinfektionen einen Trigger für epileptiforme Krämpfe und eine Epilepsie darstellen und warum unmittelbar oder auch erst Monate oder Jahre nach der eigentlichen Infektion und Erkrankung eine Epilepsie auftreten kann.
In den in vitro Untersuchungen konnte eine Mikrogliaaktivierung, wie die in vivo, nicht festgestellt werden. Es konnte bei keiner Behandlung eine morphologische und funktionelle deutliche Aktivierung erreicht werden. Die pro- bzw. antiinflamma-torischen Marker CD16/32 und CD206 wurden nachgewiesen, dies zum Teil in denselben Zellen. Bei den TNF-Tg-Kulturen ist die rein neuronale TNF-Überexpression als Ursache der fehlenden Aktivierung, im Gegensatz zu den in vivo Untersuchungen, anzunehmen. Den Neuronen scheint dabei eine Schlüssel-rolle in der Aktivierung der Mikroglia nach BoDV1-Infektion zuzukommen. Hinsicht-lich der Entstehung epileptiformer Krämpfe bedeutet dies, dass der Zellzusammen-halt und die Interaktion zwischen den Zellen ein wichtiger Punkt in der Pathogene-se ist und Untersuchungen im Gewebe, z.B. an organotypischen Slice-Kulturen, für weitere Untersuchungen besser geeignet sind.
Im Gegensatz zu der fehlenden Mikrogliaaktivierung durch die verschiedenen BoDV1-Behandlungen in vitro, zeigten die Mikroglia nach Behandlung mit Leptin oder Adiponektin eine hochsignifikant stärker aktivierte Morphologie als nach Mock-Behandlung. Auch die Zytokinwerte im Überstand waren nach der Behandlung mit Leptin oder Adiponektin signifikant erhöht. Die bisherigen Untersuchungen zeich-nen insgesamt ein gemischtes Bild der Eigenschaften dieser Adipokine, da es bei beiden Substanzen ebenfalls Hinweise auf die jeweils entgegengesetzte Reaktion gibt. Diese scheinbar gegensätzlichen Ergebnisse können auch in Zusammenhang mit den unterschiedlichen Eigenschaften der Mikroglia und ihrer Aktivierungszu-stände stehen, die ebenfalls nicht immer klar in pro- und antiinflammatorisch ge-trennt werden können. So wurden in dieser Studie auch hier sowohl CD206 als auch CD16/32 nachgewiesen, zum Teil dies in denselben Zellen. Aufgrund der Er-gebnisse der vorliegenden Studie kann jedoch von einer starken Aktivierung der Mikroglia auf allen Ebenen durch die Behandlung mit Leptin oder Adiponektin aus-gegangen werden. Nach Adipokin-Behandlung konnten zwar auch immer wieder signifikante Unterschiede zwischen den Kulturen aus verschiedenen Mausstäm-men festgestellt werden, jedoch waren diese zwischen den untersuchten Parame-tern sehr unterschiedlich. Daher sind hier zu den Mausstämmen nach Adipokin-Behandlung weitere Untersuchungen nötig, um die genauen Wechselwirkungen aufzuklären.
Abschließend kann festgehalten werden, dass sich epileptiforme Krämpfe und neurologische Symptome nach einer BoDV1-Infektion bei TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäusen in Grenzen halten. Auf (immun)histologischer Ebene ist davon auszugehen, dass die Mikrogliaaktivierung zu der Entstehung von epileptiformen Krämpfen in dem hier untersuchten Mausmodell beiträgt, obwohl in den in vitro Untersuchungen bestätigt werden konnte, dass diese nicht von BoDV1 infiziert werden. Durch die fehlende Reaktion der Mikroglia nach den verschiedenen Behandlungen in vitro ist die Wechselwirkung zwischen Neuronen und Astrozyten als Hauptauslöser der Mikrogliaaktivierung bei einer BoDV1-Infektion anzunehmen. Die hier untersuchten verschiedenen TNF-Systeme unterscheiden sich nahezu nur in vivo, wobei das knockout eines TNF-Rezeptors nicht den erwarteten Effekt hervorrief. Dahingegen wurden die Mikroglia durch Behandlung mit Leptin oder Adiponektin sehr stark stimuliert, was auf eine Wechselwirkung zwischen Mikrogliaaktivierung, möglicherweise Krämpfen, und einer systemischen low level inflammation, zum Beispiel bei einer Adipositas, hinweisen kann. Ein Einfluss des geänderten TNF-Systems ließ sich hier ebenfalls nicht nachweisen. Die möglichen Wechselwirkungen der Adipokine mit Mikroglia sollten weiter untersucht werden, möglicherweise an organotypischen Slice-Kulturen, wo der Zusammenhalt des Gewebes weiterhin gegeben ist, oder in vivo. Auch Modelle mit mikroglialer TNF-Überexpression könnten zur weiteren Aufklärung ihrer Rolle bei epileptiformen Krämpfen beitragen. Jedoch zeigt diese Studie, dass die Vernetzung der Signalwege komplexer zu sein scheint als bisher angenommen. Pathogenesis of epileptic seizures after neurotropic viral infection: role of TNF-system and activated microglia
Ann-Kathrin Kühling
The aim of the work was to analyse the influence of microglia and TNF and in particular its receptors on the pathogenesis of epileptiform seizuress after BoDV1 infection and at the same time to investigate possible predisposing factors of proinflammatory levels as low level inflammation during obesity.
Microglia play a major role in infectious encephalitis and epilepsy. They change their morphology when activated and express a number of cytokines. Thus, depending on which of its two receptors it is activated via, TNF can exhibit both proconvulsive and neurodegenerative (TNFR1) as well as anticonvulsive and neuroprotective (TNFR2) effects. TNF-Tg mice are known to show epileptiform seizures or neurological symptoms and meningoencephalitis with microglial activation after BoDV1 infection. Furthermore, adipokines influence neuroinflammatory conditions. Leptin has proinflammatory properties, while adiponectin has more anti-inflammatory effects.
In this study, different strains of mice with modified TNF systems (TNF-Tg, TNFR1-KO and TNFR2-KO mice) and WT mice were analysed in vivo and in vitro. The functional aspects of microglial activation should be determined by means of in vitro investigations. To investigate the influence of adipokines, microglial cultures of the different mouse strains were treated with leptin or adiponectin.
The in vivo studies of TNFR1-KO and TNFR2-KO mice were based on the original hypothesis that TNFR1-KO mice exhibited a low susceptibility to epileptiform seizures and clinical symptoms and reduced microglial activation even after BoDV1 infection, whereas this susceptibility and microglial activation were increased in TNFR2-KO mice.
Overall, BoDV1 infection in particular had an influence on detectable abnormalities and the development of seizures in the clinical studies. There were also more abnormalities in the TNFR1-KO mice, contrary to the original hypothesis. These can possibly be attributed to interactions between the signalling pathways of the TNF receptors.
The animals with symptoms/seizures showed the most marked microglial activation of the TNFR1-KO and TNFR2-KO mice. In all mouse strains, microglial activation was highly significantly increased after BoDV1 infection compared to mock infection. Overall, microglial activation was most pronounced in the TNF-Tg mice, whereas the WT animals showed the lowest activation. Thus, these results are consistent with the results of previous studies. The activation of microglia in TNFR1-KO and TNFR2-KO mice was at approximately the same level in this study.
The increased abnormalities of the TNFR1-KO mice in the clinical tests could therefore not be substantiated by the results of the immunohistological examination of the microglia. Thus, an interaction between the signalling pathways of the two TNF receptors seems likely. The influence of the BoDV1 infection, on the other hand, was evident in both the clinical and immunohistological tests for the detection of microglial activation. The activation of microglia also affected animals in which no epileptiform seizures were observed. This shows that BoDV1 infection can lead to microglial activation without clinical changes. The sustained activation of microglia by BoDV1 infection explain why viral infections are a trigger for epileptiform seizures and epilepsy and why epilepsy can occur immediately or even months or years after the actual infection and disease.
In the in vitro studies, microglial activation, like that in vivo, could not be detected. No significant morphological and functional activation could be achieved with any treatment. The pro- and anti-inflammatory markers CD16/32 and CD206 were detected, in some cases in the same cells.
In the TNF-Tg cultures, purely neuronal TNF overexpression can be assumed to be the cause of the lack of activation, in contrast to the in vivo studies. The neurones appear to play a key role in the activation of microglia after BoDV1 infection. With regard to the development of epileptiform seizuress, this means that cell cohesion and the interaction between the cells is an important point in the pathogenesis and that investigations in tissue, e.g. on organotypical slice cultures, are better suited for further investigations.
In contrast to the lack of microglial activation by the different BoDV1 treatments in vitro, microglia showed a highly significant more activated morphology after treatment with leptin or adiponectin than after mock treatment. Cytokine levels in the supernatant were also significantly increased after treatment with leptin or adiponectin. Overall, the studies to date paint a mixed picture of the properties of these adipokines, as there is also evidence of the opposite reaction for both substances. These seemingly contradictory results may also be related to the different properties of microglia and their activation states, which also cannot always be clearly separated into pro- and anti-inflammatory. In this study, for example, both CD206 and CD16/32 were detected, in some cases in the same cells. Based on the results of the present study, however, it can be assumed that the microglia are strongly activated at all levels by treatment with leptin or adiponectin. After adipokine treatment, significant differences between the cultures from different mouse strains were repeatedly observed, but these were very different between the analysed parameters. Therefore, further studies on the mouse strains after adipokine treatment are necessary to clarify the exact interactions.
In conclusion, it can be stated that epileptiform seizures and neurological symptoms following BoDV1 infection in TNFR1-KO and TNFR2-KO mice are limited. At the (immuno)histological level, it can be assumed that microglial activation contributes to the development of epileptiform seizures in the mouse model investigated here, although it was confirmed in the in vitro studies that these are not infected by BoDV1. The lack of response of microglia after the different treatments in vitro suggests that the interaction between neurons and astrocytes is the main trigger of microglial activation in BoDV1 infection. The different TNF systems investigated here differ almost only in vivo, whereby the knockout of a TNF receptor did not produce the expected effect. In contrast, microglia were very strongly stimulated by treatment with leptin or adiponectin, which may indicate an interaction between microglial activation, possibly seizures, and systemic low-level inflammation, for example in obesity. An influence of the altered TNF system could not be proven here either. The possible interactions of adipokines with microglia should be investigated further, possibly in organotypical slice cultures, where the cohesion of the tissue is still present, or in vivo. Models with microglial TNF overexpression may also help to further elucidate their role in epileptiform seizures. However, this study shows that the networking of the signalling pathways appears to be more complex than previously assumed.
Ann-Kathrin Kühling
Die Arbeit hatte zum Ziel, den Einfluss der Mikroglia und von TNF sowie insbesondere seiner Rezeptoren auf die Pathogenese epileptiformer Krämpfe nach BoDV1-Infektion zu analysieren und gleichzeitig mögliche prädispositionierende Faktoren von proinflammatorischen Leveln als low level inflammation während einer Adipositas zu untersuchen.
Mikroglia spielen bei infektiös bedingten Enzephalitiden und Epilepsie eine große Rolle. Sie ändern bei Aktivierung ihre Morphologie und exprimieren eine Reihe von Zytokinen. So kann TNF sowohl prokonvulsive und neurodegenerative (TNFR1) als auch antikonvulsive und neuroprotektive (TNFR2) Eigenschaften aufweisen, je nachdem über welchen seiner beiden Rezeptoren es aktiviert wird. Von TNF-Tg-Mäusen ist bekannt, dass sie nach BoDV1-Infektion epileptiforme Krämpfe bzw. neurologische Symptome sowie eine Meningoenzephalitis mit Mikrogliaaktivierung zeigen. Des Weiteren beeinflussen Adipokine neuroinflammatorische Zustände. So hat Leptin proinflammatorische Eigenschaften, während Adiponektin eher antiinflammatorische Effekte hat.
In dieser Arbeit wurden in vivo und in vitro verschiedene Mäusstämme mit modifi-ziertem TNF-System (TNF-Tg-, TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäuse) sowie WT-Mäuse untersucht. Die funktionellen Aspekte der Mikrogliaaktivierung sollten an-hand von in vitro Untersuchungen bestimmt werden. Zur Untersuchung des Adipo-kin-Einflusses wurden Mikrogliakulturen der verschiedenen Mausstämme mit Leptin oder Adiponektin behandelt.
In den in vivo Untersuchungen der TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäuse wurde von der ursprünglichen Hypothese ausgegangen, dass TNFR1-KO-Mäuse auch nach BoDV1-Infektion eine geringe Anfälligkeit für epileptiforme Krämpfe und klinische Symptome aufweisen sowie eine verminderte Mikrogliaaktivierung aufweisen, wäh-rend diese Anfälligkeit und die Mikrogliaaktivierung bei TNFR2-KO-Mäusen erhöht ist.
Insgesamt hatte vor allem die BoDV1-Infektion in den klinischen Untersuchungen einen Einfluss auf feststellbare Abweichungen und die Entstehung eines Krampf-geschehens. Es traten zudem vermehrt Abweichungen bei den TNFR1-KO-Mäusen auf, entgegen der ursprünglichen Hypothese. Diese können möglicherweise auf Wechselwirkungen zwischen den Signalwegen der TNF-Rezeptoren zurückgeführt werden.
Die Tiere mit Symptomen/Krämpfen wiesen die deutlichste Mikrogliaaktivierung von den TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäusen auf. Bei allen Mausstämmen war die Mikrogliaaktivierung nach BoDV1-Infektion, verglichen zur Mock-Infektion, hoch-signifikant erhöht. Insgesamt war die Mikrogliaaktivierung bei den TNF-Tg-Mäusen am stärksten ausgeprägt, die WT-Tiere wiesen hingegen die geringste Aktivierung auf. Somit stehen diese Ergebnisse in Einklang mit den Ergebnissen vorangegan-gener Untersuchungen. Die Aktivierung der Mikroglia bei TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäusen lag in dieser Studie ungefähr auf dem gleichen Level. Die vermehrten Auffälligkeiten der TNFR1-KO-Mäuse in den klinischen Tests konnten somit nicht durch Ergebnisse der immunhistologischen Untersuchung der Mikroglia untermau-ert werden. Somit scheint eine Wechselwirkung zwischen den Signalwegen der beiden TNF-Rezeptoren wahrscheinlich zu sein. Der Einfluss der BoDV1-Infektion zeigte sich hingegen sowohl in den klinischen als auch in den immunhistologi-schen Untersuchungen zum Nachweis der Mikrogliaaktivierung. Die Aktivierung der Mikroglia betraf auch Tiere, bei denen keine epileptiformen Krämpfe beobachtet wurden. Dies zeigt, dass die BoDV1-Infektion auch ohne klinische Veränderungen zu einer Mikrogliaaktivierung führen kann. Die nachhaltige Aktivierung der Mikrog-lia durch die BoDV1-Infektion kann erklären, warum Virusinfektionen einen Trigger für epileptiforme Krämpfe und eine Epilepsie darstellen und warum unmittelbar oder auch erst Monate oder Jahre nach der eigentlichen Infektion und Erkrankung eine Epilepsie auftreten kann.
In den in vitro Untersuchungen konnte eine Mikrogliaaktivierung, wie die in vivo, nicht festgestellt werden. Es konnte bei keiner Behandlung eine morphologische und funktionelle deutliche Aktivierung erreicht werden. Die pro- bzw. antiinflamma-torischen Marker CD16/32 und CD206 wurden nachgewiesen, dies zum Teil in denselben Zellen. Bei den TNF-Tg-Kulturen ist die rein neuronale TNF-Überexpression als Ursache der fehlenden Aktivierung, im Gegensatz zu den in vivo Untersuchungen, anzunehmen. Den Neuronen scheint dabei eine Schlüssel-rolle in der Aktivierung der Mikroglia nach BoDV1-Infektion zuzukommen. Hinsicht-lich der Entstehung epileptiformer Krämpfe bedeutet dies, dass der Zellzusammen-halt und die Interaktion zwischen den Zellen ein wichtiger Punkt in der Pathogene-se ist und Untersuchungen im Gewebe, z.B. an organotypischen Slice-Kulturen, für weitere Untersuchungen besser geeignet sind.
Im Gegensatz zu der fehlenden Mikrogliaaktivierung durch die verschiedenen BoDV1-Behandlungen in vitro, zeigten die Mikroglia nach Behandlung mit Leptin oder Adiponektin eine hochsignifikant stärker aktivierte Morphologie als nach Mock-Behandlung. Auch die Zytokinwerte im Überstand waren nach der Behandlung mit Leptin oder Adiponektin signifikant erhöht. Die bisherigen Untersuchungen zeich-nen insgesamt ein gemischtes Bild der Eigenschaften dieser Adipokine, da es bei beiden Substanzen ebenfalls Hinweise auf die jeweils entgegengesetzte Reaktion gibt. Diese scheinbar gegensätzlichen Ergebnisse können auch in Zusammenhang mit den unterschiedlichen Eigenschaften der Mikroglia und ihrer Aktivierungszu-stände stehen, die ebenfalls nicht immer klar in pro- und antiinflammatorisch ge-trennt werden können. So wurden in dieser Studie auch hier sowohl CD206 als auch CD16/32 nachgewiesen, zum Teil dies in denselben Zellen. Aufgrund der Er-gebnisse der vorliegenden Studie kann jedoch von einer starken Aktivierung der Mikroglia auf allen Ebenen durch die Behandlung mit Leptin oder Adiponektin aus-gegangen werden. Nach Adipokin-Behandlung konnten zwar auch immer wieder signifikante Unterschiede zwischen den Kulturen aus verschiedenen Mausstäm-men festgestellt werden, jedoch waren diese zwischen den untersuchten Parame-tern sehr unterschiedlich. Daher sind hier zu den Mausstämmen nach Adipokin-Behandlung weitere Untersuchungen nötig, um die genauen Wechselwirkungen aufzuklären.
Abschließend kann festgehalten werden, dass sich epileptiforme Krämpfe und neurologische Symptome nach einer BoDV1-Infektion bei TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäusen in Grenzen halten. Auf (immun)histologischer Ebene ist davon auszugehen, dass die Mikrogliaaktivierung zu der Entstehung von epileptiformen Krämpfen in dem hier untersuchten Mausmodell beiträgt, obwohl in den in vitro Untersuchungen bestätigt werden konnte, dass diese nicht von BoDV1 infiziert werden. Durch die fehlende Reaktion der Mikroglia nach den verschiedenen Behandlungen in vitro ist die Wechselwirkung zwischen Neuronen und Astrozyten als Hauptauslöser der Mikrogliaaktivierung bei einer BoDV1-Infektion anzunehmen. Die hier untersuchten verschiedenen TNF-Systeme unterscheiden sich nahezu nur in vivo, wobei das knockout eines TNF-Rezeptors nicht den erwarteten Effekt hervorrief. Dahingegen wurden die Mikroglia durch Behandlung mit Leptin oder Adiponektin sehr stark stimuliert, was auf eine Wechselwirkung zwischen Mikrogliaaktivierung, möglicherweise Krämpfen, und einer systemischen low level inflammation, zum Beispiel bei einer Adipositas, hinweisen kann. Ein Einfluss des geänderten TNF-Systems ließ sich hier ebenfalls nicht nachweisen. Die möglichen Wechselwirkungen der Adipokine mit Mikroglia sollten weiter untersucht werden, möglicherweise an organotypischen Slice-Kulturen, wo der Zusammenhalt des Gewebes weiterhin gegeben ist, oder in vivo. Auch Modelle mit mikroglialer TNF-Überexpression könnten zur weiteren Aufklärung ihrer Rolle bei epileptiformen Krämpfen beitragen. Jedoch zeigt diese Studie, dass die Vernetzung der Signalwege komplexer zu sein scheint als bisher angenommen. Pathogenesis of epileptic seizures after neurotropic viral infection: role of TNF-system and activated microglia
Ann-Kathrin Kühling
The aim of the work was to analyse the influence of microglia and TNF and in particular its receptors on the pathogenesis of epileptiform seizuress after BoDV1 infection and at the same time to investigate possible predisposing factors of proinflammatory levels as low level inflammation during obesity.
Microglia play a major role in infectious encephalitis and epilepsy. They change their morphology when activated and express a number of cytokines. Thus, depending on which of its two receptors it is activated via, TNF can exhibit both proconvulsive and neurodegenerative (TNFR1) as well as anticonvulsive and neuroprotective (TNFR2) effects. TNF-Tg mice are known to show epileptiform seizures or neurological symptoms and meningoencephalitis with microglial activation after BoDV1 infection. Furthermore, adipokines influence neuroinflammatory conditions. Leptin has proinflammatory properties, while adiponectin has more anti-inflammatory effects.
In this study, different strains of mice with modified TNF systems (TNF-Tg, TNFR1-KO and TNFR2-KO mice) and WT mice were analysed in vivo and in vitro. The functional aspects of microglial activation should be determined by means of in vitro investigations. To investigate the influence of adipokines, microglial cultures of the different mouse strains were treated with leptin or adiponectin.
The in vivo studies of TNFR1-KO and TNFR2-KO mice were based on the original hypothesis that TNFR1-KO mice exhibited a low susceptibility to epileptiform seizures and clinical symptoms and reduced microglial activation even after BoDV1 infection, whereas this susceptibility and microglial activation were increased in TNFR2-KO mice.
Overall, BoDV1 infection in particular had an influence on detectable abnormalities and the development of seizures in the clinical studies. There were also more abnormalities in the TNFR1-KO mice, contrary to the original hypothesis. These can possibly be attributed to interactions between the signalling pathways of the TNF receptors.
The animals with symptoms/seizures showed the most marked microglial activation of the TNFR1-KO and TNFR2-KO mice. In all mouse strains, microglial activation was highly significantly increased after BoDV1 infection compared to mock infection. Overall, microglial activation was most pronounced in the TNF-Tg mice, whereas the WT animals showed the lowest activation. Thus, these results are consistent with the results of previous studies. The activation of microglia in TNFR1-KO and TNFR2-KO mice was at approximately the same level in this study.
The increased abnormalities of the TNFR1-KO mice in the clinical tests could therefore not be substantiated by the results of the immunohistological examination of the microglia. Thus, an interaction between the signalling pathways of the two TNF receptors seems likely. The influence of the BoDV1 infection, on the other hand, was evident in both the clinical and immunohistological tests for the detection of microglial activation. The activation of microglia also affected animals in which no epileptiform seizures were observed. This shows that BoDV1 infection can lead to microglial activation without clinical changes. The sustained activation of microglia by BoDV1 infection explain why viral infections are a trigger for epileptiform seizures and epilepsy and why epilepsy can occur immediately or even months or years after the actual infection and disease.
In the in vitro studies, microglial activation, like that in vivo, could not be detected. No significant morphological and functional activation could be achieved with any treatment. The pro- and anti-inflammatory markers CD16/32 and CD206 were detected, in some cases in the same cells.
In the TNF-Tg cultures, purely neuronal TNF overexpression can be assumed to be the cause of the lack of activation, in contrast to the in vivo studies. The neurones appear to play a key role in the activation of microglia after BoDV1 infection. With regard to the development of epileptiform seizuress, this means that cell cohesion and the interaction between the cells is an important point in the pathogenesis and that investigations in tissue, e.g. on organotypical slice cultures, are better suited for further investigations.
In contrast to the lack of microglial activation by the different BoDV1 treatments in vitro, microglia showed a highly significant more activated morphology after treatment with leptin or adiponectin than after mock treatment. Cytokine levels in the supernatant were also significantly increased after treatment with leptin or adiponectin. Overall, the studies to date paint a mixed picture of the properties of these adipokines, as there is also evidence of the opposite reaction for both substances. These seemingly contradictory results may also be related to the different properties of microglia and their activation states, which also cannot always be clearly separated into pro- and anti-inflammatory. In this study, for example, both CD206 and CD16/32 were detected, in some cases in the same cells. Based on the results of the present study, however, it can be assumed that the microglia are strongly activated at all levels by treatment with leptin or adiponectin. After adipokine treatment, significant differences between the cultures from different mouse strains were repeatedly observed, but these were very different between the analysed parameters. Therefore, further studies on the mouse strains after adipokine treatment are necessary to clarify the exact interactions.
In conclusion, it can be stated that epileptiform seizures and neurological symptoms following BoDV1 infection in TNFR1-KO and TNFR2-KO mice are limited. At the (immuno)histological level, it can be assumed that microglial activation contributes to the development of epileptiform seizures in the mouse model investigated here, although it was confirmed in the in vitro studies that these are not infected by BoDV1. The lack of response of microglia after the different treatments in vitro suggests that the interaction between neurons and astrocytes is the main trigger of microglial activation in BoDV1 infection. The different TNF systems investigated here differ almost only in vivo, whereby the knockout of a TNF receptor did not produce the expected effect. In contrast, microglia were very strongly stimulated by treatment with leptin or adiponectin, which may indicate an interaction between microglial activation, possibly seizures, and systemic low-level inflammation, for example in obesity. An influence of the altered TNF system could not be proven here either. The possible interactions of adipokines with microglia should be investigated further, possibly in organotypical slice cultures, where the cohesion of the tissue is still present, or in vivo. Models with microglial TNF overexpression may also help to further elucidate their role in epileptiform seizures. However, this study shows that the networking of the signalling pathways appears to be more complex than previously assumed.
| Erscheinungsdatum | 22.10.2025 |
|---|---|
| Reihe/Serie | Edition Scientifique |
| Verlagsort | Gießen |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Gewicht | 843 g |
| Themenwelt | Veterinärmedizin ► Allgemein |
| Schlagworte | Borna-Disease-Virus (BoDV-1) • Epileptiforme Krämpfe • Infektionen • Mikrogliaaktivierung • Neuroinflammation • Pathogenese • Tumornekrosefaktor (TNF) |
| ISBN-10 | 3-8359-7257-X / 383597257X |
| ISBN-13 | 978-3-8359-7257-5 / 9783835972575 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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