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Specific enhancement of TLR2 activity in astrocytes, previously activated by microglia

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Spezifische Verstärkung der TLR2 Aktivität in Astrocyten, welche durch Mikroglia voraktiviert wurden
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Dissertation
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Zusammenfassung

The role of glial cells in neurodegeneration, toxicology and immunity is an expanding area of biomedical research requiring large numbers of animals. Use of the murine microglial cell line BV-2 would accelerate many research programs, and reduce the necessity of continuous cell preparations, provided that the cell line reproduces the situation in primary microglia (PM) with high fidelity. As recently doubt has been raised on their suitability, here, we re-evaluated strengths and potential shortcomings of BV-2. Their inflammatory response was compared to that of PM. Transcriptome analysis after stimulation by lipopolysaccharide (LPS) indicated a reaction pattern of BV-2 with many similarities to that of PM, although the average upregulation of genes was less pronounced. The cells showed a normal regulation of NO production and a functional response to IFNgamma;, which is important for their interaction with T-cells and neurons. BV-2 were also able to stimulate other glial cells. They triggered the translocation of NF-kB, and a subsequent production of IL-6 in astrocytes. Thus, BV-2 appear to be a good substitute for PM in many experimental settings, including complex cell-cell interaction studies.
In CNS inflammation, microglia and astrocytes interact with respect to the regulation of local innate immune reactions. However, up to now the knowledge about microgliaastrocyte interaction under repeated inflammatory stress is relatively scarce. Precedent inflammatory episodes may drastically modify the function and reactivity of cells. We investigated whether priming of astrocytes by microglia-derived cytokines may enhance their subsequent reaction to pathogen-associated danger signals not recognized in the quiescent state. Resting primary murine astrocytes expressed little Toll-like receptor 2 (TLR2), and its ligands FSL1 or Pam3Cys failed to trigger IL-6 release, as functional readout, and translocation or phosphorylation of the transcription factors NF-kB or c-Jun, respectively, as easily detectable and sharply regulated upstream indicators of an inflammatory response. Cells, pre-stimulated with IL-1, with a complete cytokine mix (CCM) consisting of TNFalpha, IL-1ß and IFN-gamma, with conditioned medium of BV-2 cells, which have been activated with LPS, but also directly by activated microglia, showed a fulminant response to FSL1 or Pam3Cys, while other pattern recognition receptors were not sensitized. The heterologous sensitization of transcription factor responses to TLR2 ligands was paralleled by initial upregulation of TLR2, displayed a memory window of at least 6 days, and was largely independent of the length of pre-stimulation. The altered signaling was reflected by altered function, as FSL1 or Pam3Cys triggered the release of IL-6 and other mediators in primed cells. These data confirmed the hypothesis that sensitization towards TLR2 ligands represents a memory of earlier cell activations persisting beyond the initial stimulation by inflammatory mediators.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Mit dem steigenden Forschungsinteresse an Gliazellen und ihrer Rolle in Neurodegeneration, Toxikologie und Immunologie geht auch ein erhöhter Tierverbauch einher. Die Verwendung der murinen Glia-Zelllinie BV-2 würde die Forschung beschleunigen und aufwändige Primärzellpräparationen vermeiden, vorrausgesetzt, das Verhalten von BV-2-Zellen wäre vergleichbar mit dem von primären Microglia (PM). Da kürzlich Zweifel an der Vergleichbarkeit aufgekommen sind, evaluierten wir hier die inflammatorische Immunantwort von BV-2 und PM. Eine Transkriptomanalyse von BV-2 und PM nach Stimulation mit Lipopolysaccharid (LPS) brachte ähnliche Reaktionsmuster, obwohl die erhöhte Genregulation in BV-2 weniger stark ausgeprägt war. BV-2 zeigten normale Regulation von NO, sowie eine funktionelle Immunantwort auf IFNgamma;. Dies wäre für ihre Interaktion mit T-Zellen und Neuronen wichtig. Die Zelllinie interagierte auch mit Astrocyten. Sie vermittelte NF-kB Translokation und nachfolgende IL-6-Produktion. Folglich, scheinen BV-2 Zellen für viele experimentelle Anwendungen eine gute Alternative zu PM darzustellen. Dies schließt komplexe Zell-Zell-Interaktionen mit ein.
Bei Entzündungen des ZNS interagieren Mikroglia und Astrozyten miteinander. Es gibt jedoch bis heute wenig Wissen über ihre Interaktion unter wiederholtem inflammatorischem Stress. Vorangehende Entzündungen des ZNS könnten die Funktion und Reaktivität von Zellen drastisch verändern. Wir untersuchten, ob Astrocyten, die mit Zytokinen von Microglia voraktiviert wurden, verstärkt auf nachfolgende pathogenvermittelte Signale reagieren, die ohne Voraktivierung keinen Effekt hätten. Ruhende murine primäre Astrocyten exprimierten nur wenig Toll-like Rezeptor 2 (TLR2) und die spezifischen TLR2 Liganden FSL1 und Pam3Cys konnten in niedrigen Konzentrationen weder IL-6 Ausschütung bewirken, noch NF-kB Translokation oder Phoshorylierung von c- Jun auslösen, was ein Indikator für eine Entzündungsreaktion wäre. Zellen, die mit einem Zytokin-Mix (CCM) aus TNFalpha, IL-1ß und IFNgamma, mit konditioniertem Medium von aktivierten BV-2 Zellen oder mit IL-1ß allein vorstimuliert wurden zeigten eine erhöhte Immunreaktion auf FSL1 oder Pam3Cys, ebenso wie Astrocyten die direkt durch Mikroglia voraktiviert und mit TLR2 Liganden restimuliert wurden. Für andere TLR hingegen wurde keine Sensitivierung bewirkt. Die Aktivierung von Transkriptionsfaktoren durch heterologe Sensitivierung ging mit einer anfänglichen Erhöhung der Expression von TLR2 einher. Der Sensitivierungseffekt hielt mindestens 6 Tage an und war von der Dauer der Vorstimulierung weitestgehend unabhängig. In voraktivierten Astocyten lösten Pam3Cys und FSL1 die Ausschüttung von IL-6 und anderer Mediatoren aus. Demzufolge bewirkte die veränderte Signalgebung auch eine funktionelle Veränderung der Astrocyten. Unsere Untersuchungen stützen die Hypothese, dass sich über die initiale Stimulierung von Astrocyten durch entzündungsfördernde Mediatoren hinaus, in diesen Zellen ein Gedächtnis-Effekt zeigt und Sensitivierung für TLR2 Liganden bewirkt.

Fachgebiet (DDC)
570 Biowissenschaften, Biologie

Schlagwörter

Astrocyten, Primärzellpräparation, Toll-like receptors, astrocytes, microglia

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ISO 690HENN, Anja, 2010. Specific enhancement of TLR2 activity in astrocytes, previously activated by microglia [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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September 15, 2010
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