Role of salt accumulation in the skin for neuroinflammatory processes in multiple sclerosis

Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2022-07-25
Issue Year
2022
Authors
Dreher, Johanna
Editor
Abstract

Background: Multiple sclerosis (MS) is a chronic inflammatory disorder of the cen- tral nervous system (CNS) with a variety of neurological symptoms. It is most likely caused by autoreactive T cells that get activated in the periphery and then migrate to the CNS, leading to an inflammatory response and thus to neurodegeneration. The most com- mon animal model replicating this disease is experimental autoimmune encephalomyeli- tis (EAE), either caused by external immunization, or by introducing a myelon specific transgenic T cell receptor (TCR) (2D2 mouse), which leads to spontaneous development of EAE. Both T helper 1 (TH1) and TH17 cells, as well as antigen presenting cells (APC) are involved in the pathomechanisms of EAE. Next to genetic factors, environmental fac- tors also play a role for the development of MS and dietary habits in particular have come into focus. High-salt conditions induce highly pathogenic TH17 cells and aggravate the course of EAE by a pathway involving certain ”salt related” genes. In the context of hypertension, it has been shown that the skin acts as a storage compartment for salt and high-salt conditions lead to lymphangiogenesis in the skin via vascular endothelial growth factor C (VEGF-C). With salt levels in the skin rising indepently of the diet during EAE, this thesis investigated a possible role of the skin for inflammatory processes during MS. Methods: The occurence of T cells and APCs and the expression of salt related genes in the skin of mice was analyzed in active EAE and the 2D2 model via quanti- tative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR), flow cytometry and immunofluo- rescence staining. Additionally, markers for the lymphatic system were examined in the skin of both animal models via qRT-PCR and visualized via immunofluorescence stain- ing. Some immune cell specific and salt related genes were also analyzed in the skin of mice after a high-salt diet. Results: EAE is accompanied by infiltration of different immune cells in the skin already during the priming phase of the disease. Likewise, salt related genes are expressed at higher frequency. The same results were seen in the 2D2 model, excluding effects only caused by the subcutaneous immunization. Lymphatic markers are upregulated early during EAE and correlate with lymphangiogenesis in the skin. A high-salt diet further promotes the upregulation of VEGF-C and immune cell specific genes. Conclusions: The skin may participate in the inflammatory processes during MS and EAE, possibly by acting as a site of activation for immune cells. Along this line, lym- phangiogenesis via upregulation of VEGF-C possibly promotes the migration of activated 1 immune cells to the CNS. The storage of salt in the skin and the higher expression of salt related genes correlate with neuroinflammation and render the skin a potential organ of interest for further sudies on risk factors for MS.

Abstract

Hintergrund und Ziele: Die Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche Erkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS) mit einer Vielfalt an neurologischen Symptomen. Sie wird höchstwahrscheinlich von auto-reaktiven T Zellen verursacht, die in der Peripherie aktiviert werden und dann ins ZNS wandern, wo sie eine Immunreaktion auslösen und zu Neurodegeneration führen. Die häufigsten Tiermodelle für diese Erkrankung sind die experimentelle autoimmune Encephalomyelitis (EAE), die entweder durch eine externe Immunisierung unter die Haut ausgelöst wird oder durch transgene Expression eines Myelin-spezifischen T-Zell Rezeptors (2D2 Maus), was zu einer spontanen Form der EAE führt. Sowohl T-Helfer 1 (TH1) und TH17 Zellen, wie auch Antigen präsentierende Zellen (APC) sind an den Pathomechanismen von EAE beteiligt. Neben genetischen Faktoren spielen auch Umwelt-Faktoren eine Rolle für die Entstehung der MS. Speziell Ernährungsgewohnheiten rücken dabei in den Fokus. Hohe Salzkonzentrationen induzieren stark pathogene TH17 Zellen und verschlimmern den Verlauf der EAE über eine Kaskade an ”Salz-bezogenen” Genen. Im Zusammenhang mit Bluthochdruck wurde gezeigt, dass die Haut einen Speicher für Salz darstellt und dass hohe Salzkonzentrationen durch den vascular endothelial growth factor (VEGF-C) zu einer Lymphangiogenese führen. Da während der EAE die Salzkonzentrationen in der Haut unabhängig von der Ernährung anstiegen, beschäftigt sich diese Arbeit mit einer möglichen Rolle der Haut für entzündliche Prozesse in MS. Methoden: Das Vorkommen von T Zellen und APCs, sowie die Expression von salz- bezogenen Genen wurde in der Haut von Mäusen mit aktiv induzierter EAE und im 2D2 Modell mittels qRT-PCR, Durchflusszytometrie und Immunfluoreszenz analysiert. Zusätzlich wurden lymphatische Marker in der Haut beider Modelle mit qRT-PCR untersucht und durch Immunfluoreszenz dargestellt. Einige Immunzell-spezifische und salz-bezogene Gene wurden nach einer Hoch-Salz-Diät ebenfalls in der Haut von Mäusen analysiert. 3 Ergebnisse und Beobachtungen: Die aktive EAE geht mit einer Infiltration der Haut mit verschiedenen Immunzellen einher, insbesondere bereits während der Anfangsphase. Auch salz-bezogene Gene werden vermehrt exprimiert. Dieselben Ergebnisse wurden im 2D2 Modell gesehen und lassen die Annahme zu, dass diese Effekte nicht nur durch die externe Immunisierung ausgelöst werden. Lymphatische Marker werden während EAE hochreguliert und sind mit einer Lymphangiogenese in der Haut assoziiert. Eine Hoch-Salz-Diät begünstigt die Hochregulierung von Immunzell-spezifischen Genen und VEGF-C noch weiter. Schlussfolgerungen: Die Haut ist bei der MS und ihren Tiermodellen an denentzündlichen Prozessen beteiligt, indem sie potentiell einen Ort für die Aktivierung von Immunzellen darstellt. Die VEGF-C vermittelte Lymphangiogenese fördert vermutlich die Migration der aktivierten Immunzellen zum ZNS in der EAE. Die Speicherung von Salz in der Haut und die Hochregulierung von salz-bezogenen Genen korrelieren mit der Neuroinflammation und machen die Haut zu einem potentiell interessantem Organ für weitere Untersuchungen bezüglich Risikofaktoren für MS.

DOI
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