Immunhistochemische Untersuchungen zur Blut-Hirn-Schranke im RG2-Gliom der Ratte

Abstract

Die Aufgabe der Blut-Hirn-Schranke besteht im Schutz des Gehirns vor toxischen Substanzen und Unregelmäßigkeiten in der Blutzusammensetzung. Dabei leisten Tight Junctions und die Verteilung von Kalium- und Wasserkanälen einen wichtigen Beitrag zur Elektrolyt- und Wasserhomöostase. Um dies zu gewährleisten ist eine Polarisierung der Astrozyten notwendig, die sich durch den Kontakt mit der Basallamina etabliert und die Basis für die Funktionstüchtigkeit des ZNS darstellt. Das RG2-Gliom gleicht humanen WHO Grad III und IV Tumoren und dient, wie in der vorliegenden Arbeit, als Modell zur Untersuchung der pathologischen Vorgänge und Effekte auf die BHS. Wichtig dabei ist, dass Hirntumore ihre destruktive Wirkung nicht nur durch reine Massenzunahme entfalten, sondern auch durch die Ausbildung vasogener Ödeme. Mit immunhistochemischen Methoden wurde in dieser Arbeit deshalb zunächst die Verteilung des Wasserkanals AQP4 und des Heparansulfat-Proteoglycans Agrin im RG2-Gliom untersucht. Beide Proteine waren im Tumor nicht mehr perivaskulär lokalisiert, was auf einen Verlust der Astrozytenpolarität hinweist. AQP4, welches normalerweise in den Orthogonalen Partikelkomplexen (OPK) an den perivaskulären Endfußmembranen organisiert ist, wird durch den Verlust von Agrin außerhalb der OPK-Struktur umverteilt. Das Tight-Junction-Molekül Claudin 5 zeigte an dilatierten Tumorgefäßen ein fleck- und punktförmiges Verteilungsmuster, wohingegen ZO1 auch im Tumor unverändert nachweisbar war. Der Verlust der Tight Junction-Integrität erklärt die Extravasation des löslichen Fibronektins. Beide Veränderungen, der Verlust der Astrozytenpolarität und die gestörte Tight-Junction-Integrität, könnten so zu einem Zusammenbruch der BHS-Barriere führen. Eine therapeutische Einflußnahme auf die AQP4-bedingte Polarität scheint weniger das vasogene, als vielmehr das zytotoxische Ödem zu betreffen, da für AQP4 keine protektive Rolle im vasogenen Ödem bei Gliomen beschrieben wurde. Im Falle des zytotoxischen Ödems könnte eine therapeutische Herunterregulation von AQP4 einen protektiven Effekt aufweisen, da AQP4-Null Mäuse im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen nach Wasserintoxikation ein besseres neurologisches Outcome zeigten. Hauptsächlich aber wäre eine Re-Induktion der astroglialen Polarität, vielleicht durch Stimulierung der Agrin-Produktion, eine wünschenswerte Therapie, deren klinische Realisierung jedoch noch in weiter Ferne liegen dürfte.

The role of the blood brain barrier is in the protection of the brain against toxic substances und irregularities of the blood-composition. Thereby the tight junctions and the distribution of potassium- and water-channels provide an important contribution to the electrolyte and water homeostasis. The RG2-glioma resembles the human WHO grade III and IV tumors and provides a model, as in the present thesis, for the investigation of the pathological processes and effects on the blood-brain barrier. For that it is important that brain tumors not only unfold their destructive effect by elevation of compound accession, but also by development of vasogenic edema. First of all distribution of the water channel protein aquaporin-4 (AQP4) and also of the heparansulfate proteoglycan agrin in the RG2 glioma was investigated by means of immunohistochemical methods. Both proteins were no more localized perivascularly, suggesting the loss of astrocyte polarity. AQP4 normally is organized within the orthogonal arrays of intramembranous particles (OAPs) at the perivascular endfoot membrane. In the tumor, it is redistributed outside of the OAPs, probably due to the loss of agrin. The tight junction molecule claudin5 showed a spot-like distribution pattern at the dilated tumor vessels, whereas ZO1 was detectable without change even in the tumor vessels. The loss of tight junction integrity explains the extravasation of soluble fibronectin. Both, the loss of astrocyte polarity and the disturbed tight junction integrity could therefore lead to the breakdown of the blood-brain barrier. A therapeutic influence on AQP4 dependent polarity seems to affect the cytotoxic rather than the vasogene edema, because for AQP4 no protective role was described in vasogenic edema in gliomas. In the case of cytotoxic edema, a downregulation of AQP4 could offer a protective effect, because AQP4 null mice have shown a better neurological outcome in comparison to wildtype mice after water intoxication. Basically a re-induction of astroglial polarity would be a desirable therapy, possibly by stimulation of the agrin production, but clinical realization still is a distant prospect.