Verletzungen des zentralen Nervensystems lösen zelluläre Veränderungen der traumatisierten Neuronen, der benachbarten Gliazellen und der lokalen Umgebung aus. Diese Reaktion führt in mehreren Stadien zu einer Umorganisation des Gehirngewebes, die letztlich darauf zielt, die Integrität des zentralen Nervensystems zu wahren und im güngstigsten Falle zu einer funktionellen Regeneration führt. Eine wichtige Rolle bei der Reorganisation des Gehirnparenchyms nach Verletzung spielen die Veränderung der adhäsiven Eigenschaften und die Vermehrung von Zellen. Das Wissen um die molekularen Mechanismen dieser Reaktion ist aber noch lückenhaft. Die vorliegende Arbeit untersucht im verletzten Nervensystem und in vitro die zelluläre Regulation der Integrin-Zelladhäsionsmoleküle sowie die Steuerung der Proliferation der viele Integrine exprimierenden Mikroglia in der Zellkultur. Nach peripherer Durchtrennung des Fazialis-Nerven fanden sich im Kerngebiet deutliche Veränderungen der Integrin-Immunoreaktivität. Die Verletzung führte zu einem starken Anstieg verschiedener Integrine auf den axotomierten Neuronen, der Mikroglia, den Gefäßendothelien und den Lymphozyten mit jeweils charakteristischem Zeitverlauf. Die verletzten Neurone regulierten die bereits konstitutiv exprimierte b1-Integrin-Untereinheit hoch und das b1-Integrin fand sich auf axonalen Wachstumskegeln regenerierender Nervenzellen. Aktivierte Mikroglia zeigte einen Anstieg von a4b1, a5b1, a6b1, aMb2 und aXb2 mit je nach Aktivierungsstadium deutlich unterschiedlichen Mustern. Zum Zeitpunkt des neuronalen Zelltodes fand sich auch eine Einwanderung von a4b1, a4b7 und aLb2-positiven Lymphozyten und ein Anstieg des mikrovaskulären Integrins a5b1. Das endotheliale a6b1-Integrin und a4b1 auf Astrozyten der weißen Substanz zeigten keine Veränderung. In Zellkulturen entsprach die ramifizierte Mikroglia in Morphologie und Integrin-Muster der Mikroglia im normalen Gehirn. Sie eignet sich daher für das Studium der Steuerung der frühen Aktivierungsphänomene der Mikroglia wie der Proliferation. Hier waren nur die klassischen Makrophagen-Mitogene MCSF, GMCSF und IL3 in der Lage, die Proliferation der ramifizierten Mikroglia zu stimulieren. Die meisten anderen Zytokine (IL2, IL4, IL10, IFNg und TNFa) hatten dagegen eine hemmende Wirkung. Einige dieser Zytokine zeigten eine gegensätzliche Wirkung auf die kultivierte, ramifizierte Mikroglia und die von Mikroglia abstammenden Makrophagen. Diese Unterschiede unterstreichen die Bedeutung der Einordnung des Aktivitätszustandes der Mikroglia für die adäquate Beurteilung der Wirkung von Botenstoffen auf die Mikroglia-Aktivierung. Die Integrin-Immunoreaktivität bietet hierfür ein einfaches Werkzeug. Die Mikroglia wies nach Fazialisaxotomie einen besonders starken Anstieg vieler Integrin-Untereinheiten auf. Diese intrinsische, immunkompetente Zelle des zentralen Nervensystems (ZNS) reagiert auf viele verschiedene Noxen mit einer stereotypen Aktivierung, die besonders auf die Abwehr von Infektionen und die Phagozytose von neuralem Debris ausgelegt ist. So konnte in vorliegender Studie gezeigt werden, daß die periphere Injektion von Lipopolysacchariden (LPS), einem Zellwandbestandteil Gram-negativer Bakterien, zu einer Aktivierung der Mikroglia in vivo führt. Von der Morphologie und dem Integrin-Expressionsmuster gleicht sie der späten Mikroglia-Aktivierung in der Umgebung von phagozytischen Mikroglia-Knötchen um die untergehenden Neurone. Das Modell der LPS-Stimulation läßt sich besonders leicht in die Zellkultur übertragen.Auch hier bewirkt LPS analoge, morphologische Veränderungen und eineweitgehend übereinstimmende, immunhistochemische Integrin-Regulationder kultivierten, ramifizierten Mikrogliazellen. Wie die untersuchten Zytokine war auch LPS weder in vivo noch in vitro in der Lage, die ramifizierte Mikrogliazellen zu runden Makrophagen umzuwandeln oder die Phagozytose-assoziierten Integrine zu induzieren. Das unterstreicht die spezifische Wirkung des neuralen Zelldebris auf die Mikroglia und die Stabilität des ramifizierten Phänotyps der Mikroglia.     «

Verletzungen des zentralen Nervensystems lösen zelluläre Veränderungen der traumatisierten Neuronen, der benachbarten Gliazellen und der lokalen Umgebung aus. Diese Reaktion führt in mehreren Stadien zu einer Umorganisation des Gehirngewebes, die letztlich darauf zielt, die Integrität des zentralen Nervensystems zu wahren und im güngstigsten Falle zu einer funktionellen Regeneration führt. Eine wichtige Rolle bei der Reorganisation des Gehirnparenchyms nach Verletzung spielen die Veränderung der...     »

Injury to the central nervous system (CNS) is followed by a cellular reaction of the damaged neurons, the adjacent glia and the local environment. This reaction proceeds through different stages to a reorganisation of the nervous tissue, aiming ultimatively at maintaining the integrity of the CNS and enabling neural regeneration. Change of the cellular adhesion and proliferation are important for the remodelling process of the brain parenchyma after injury. However the molecular mechanisms of this reaction are only beginning to be understood. The present study describes the cellular regulation of integrin cell adhesion molecules in the brain and in vitro, and the control of the proliferation of the many integrin expressing microglia in cell culture. Following peripheral transection of the facial nerve, there are marked nuclear changes in integrin-immunoreactivity. This injury leads to a strong increase of different integrins on the axotomized neurons, the microglia, the blood vessel endothelia and lymphocytes, each with a charateristic time course. Neurons upregulate the constitutively expressed b1 integrin subunit on their cell body and on growth cones of regeneration nerve cells. Activated microglia show a strong increase in a4b1, a5b1, a6b1, aMb2 and aXb2 with different pattern depending on the stage of activation. At the time of neuronal cell death, there is the influx of a4b1, a4b7 and aLb2-positive lymphocytes and an increase in the microvascular integrin a5b1. The endothelial integrin a6b1, and a4b1 on astrocytes in the white matter remained unchanged. The morphology and integrin pattern of the ramified microglia in cell culture resembled the microglia in the normal brain. Hence, this culture method is suitable to study the control of the early microglial activation phenomena like proliferation. Here, only the classical macrophage mitogens, MCSF, GMCSF and IL3, were able to stimulate the proliferation of ramified microglia. Most of the remaining cytokines (IL2, IL4, IL10, IFNg and TNFa) lead to an inhibition. Some cytokines showed different effects on cultured, ramified microglia and microglia-derived macrophages. These differences point to the importance of carefully defining the cellular activation stage when studying the influence substances have on microglia in vitro. Staging by integrin immunoreactivity provides an easy to use tool. Microglia showed a strong increase in many different integrin subunits following facial nerve axotomy. These intrinsic, immunocompetent cells of the CNS react to different types of injury with a rather stereotypical pattern, with is tailored to fight infection and phagocytose neural debris. In the present study, peripheral injection of lipopolysaccharides (LPS), a component of the cell wall of gram negative bacteria, lead to a strong activation of the microglia in vivo. In morphology an integrin expression pattern the LPS-stmulated microglia resembled the late activation pattern seen after facial nerve transection in the vincinity of phagocytotic, microglial nodules surrounding dead neurons. The LPS activation model can easily be transferred into cell culture. Here, LPS results in a simular morphological reaction and a similar change in integrin immunoreactivity of the cultured, ramified microglia. However, neither LPS nor any of the cytokines tested, was able to change the morphology of the ramified microglia to round macrophagesin in vivo or in vitro, and none could induce the phagocytosis-associated integrins. This points to the specific effect of neural debris on the microglia and the stabilty of their ramified phenotype.     «

Injury to the central nervous system (CNS) is followed by a cellular reaction of the damaged neurons, the adjacent glia and the local environment. This reaction proceeds through different stages to a reorganisation of the nervous tissue, aiming ultimatively at maintaining the integrity of the CNS and enabling neural regeneration. Change of the cellular adhesion and proliferation are important for the remodelling process of the brain parenchyma after injury. However the molecular mechanisms of th...     »