Authors:	Pramanik, Gautam Kumar
Title:	Cortical hyperactivity beyond immune attack : pivotal role of TNF-alpha in early Multiple Sclerosis
Online publication date:	17-May-2017
Year of first publication:	2017
Language:	english
Abstract:	The central nervous system (CNS) is the primary target in both multiple sclerosis (MS) and the animal model of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). The disease is mainly driven by infiltrating myelin specific T cells that are peripherally activated by antigen presenting cells (APCs), yet little known about how the disease itself affects neuronal activity patterns in the different cortices in vivo. In the last decades, growing advancement in functional imaging has been successfully applied in several other CNS diseases but its real-time application in CNS autoimmunity has not been achieved. Here, we employed in vivo two-photon Ca2+ imaging to study the activity patterns of neurons in the visual cortex of mice with different phases of the EAE. By using this method, we identified spontaneous activity of the network in the visual cortex that had drastically increased followed by increased hyperactive cells in remission (disease phase with no or mild symptoms present) rather than in relapse where the disease symptoms were less prominent. In addition, frontal cortex also displayed similar activity pattern supporting that it is a cortex-wide phenomenon and such alteration of activity is independent of demyelination or cellular infiltration. Furthermore, cortical TNF-α level had significantly elevated throughout the cortex in remission mice and a reversal of increased cortex activity was achieved by intraventricular injections of infliximab, a monoclonal antibody specific against TNF-α. CamKII+ excitatory neurons were found to be surrounded by soluble TNF-α. Taken together, this thesis furnishes advances of two-photon microscopy to enable functional studies of visual and frontal cortices neuronal activity in vivo in different disease states of EAE. Das zentrale Nervensystem (ZNS) ist sowohl bei Multipler Sklerose (MS) als auch im Tiermodel der experimentellen autoimmunen Encephalomyelitis (EAE) das primäre Ziel. Die Krankheit wird vor allem durch myelin-spezifische T-Zellen, die in der Peripherie durch Antigen-präsentierende Zellen (APZ) aktiviert werden, vorangetrieben. Dennoch ist relativ wenig darüber bekannt, wie das die neuronalen Aktivitätsmuster in den verschiedenen Kortizes in vivo beeinflusst. Die Fortschritte im funktionellen Imaging in den letzten Jahrzehnten konnten erfolgreich in anderen Erkrankungen des ZNS angewandt werden, jedoch wurde der Einsatz dieser „real-time“ Methoden bei Autoimmunerkrankungen des ZNS noch nicht umgesetzt. Hier haben wir in vivo 2-Photonen-Kalzium-Imaging eingesetzt um das Aktivitätsmuster der Neuronen im visuellen Kortex der Mäuse in den verschiedenen Phasen der EAE zu untersuchen. Durch diese Technik war es uns möglich eine drastische Erhöhung der spontanen Aktivität des neuronalen Netzwerkes im visuellen Kortex festzustellen, gefolgt von einem Anstieg hyperaktiver Zellen während der Remissions-Phase (Krankheitsphase mit keinen oder sehr schwachen Symptomen). Im Gegensatz dazu traten die Krankheitssymptome in der Relaps-Phase weniger auf. Zusätzlich zeigte auch der frontale Kortex ein ähnliches Aktivitätsmuster. Dies unterstützt die Annahme, dass es sich um ein Phänomen handelt, welches im gesamten Kortex auftritt und dass die Änderung der Aktivität unabhängig von der Demyelinisierung oder der zellulären Infiltration ist. Außerdem war das kortikale TNF-α bei Mäusen in der Remission im gesamten Kortex signifikant erhöht und die gesteigerte kortikale Aktivität konnte durch eine intraventrikuläre Gabe von Infliximab, ein monoklonaler Antikörper gegen TNF-α, rückgängig gemacht werden. Besonders außergewöhnlich war, dass CamKII+ exzitatorische Neuronen von löslichem TNF-α umgeben waren. Zusammengenommen zeigt diese Arbeit neue Wege der 2-Photonen-Mikroskopie auf, die es ermöglichen funktionelle Studien der neuronalen Aktivität in frontalen und visuellen Kortizes in den unterschiedlichen Krankheitsstadien der EAE durchzuführen.
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie FB 04 Medizin
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-835
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000013089
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	150 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen