Pathomechanisms of autoantibody-induced autoimmunity to AMPA receptors
Final Report Abstract
Das Projekt konnte einen bedeutenden Anteil zum Verständnis der Pathogenität von Autoantikörpern gegen die GluA2 Untereinheit (AK gegen GluA2) bei der AMPA-Rezeptor Autoimmunenzephalitis beitragen. Zuerst wurden für die Untersuchung von autoimmunen Enzephalitiden verschiedene Passiv-Transfer-Tiermodelle entwickelt, mit denen die pathogene Wirkweise von AK untersucht werden kann. Das Tiermodell der intrazerebralen Mikroinjektionen ist gut geeignet, um lokale Effekte auf die synaptische Transmission in einem kurzen Zeitraum und unter Verwendung geringster Mengen humanen Probenmaterials zu untersuchen. Hierbei werden kleine Mengen humaner IgG-Fraktionen mit AK mit einem Nanoliter-Injektor intrazerebral appliziert. In einem anderen Tiermodell werden Mäusen subkutan osmotische Pumpen implantiert, die es erlauben humane IgG-Fraktionen über einen langen Zeitraum (z. B. 14 Tage) in die Seitenventrikel des Gehirns der Tiere zu infundieren. Vom ventrikulären System können sich die AK dann weiträumig im Gehirn verteilen, so dass eine gleichförmigere Applikation der Proben mit Betonung des hippokampalen Bereichs erreicht wird. Dieses Modell eignet sich besonders, um Verhaltenstests durchzuführen, bei denen verschiedene Hirnregionen beteiligt sind. Mit unseren Untersuchungen konnte die bereits vorher beschriebene Internalisierung von AMPA-Rezeptoren durch pathogene AK durch verschiedene mikroskopische Techniken in-vitro in primären hippokampalen Zellkulturen – und in-vivo in den beschriebenen Tiermodellen bestätigt werden. Hierzu kamen unter anderem höchstauflösende Mikroskopiemethoden wie z.B. dSTORM zum Einsatz. Die zugrundeliegenden Mechanismen wurden weiterführend durch elektrophysiologische Messungen evaluiert. Hierbei wurde die Hypothese einer gestörten synaptischen Übertragung durch den Verlust von AMPA-Rezeptoren auf den ersten Blick nicht bestätigt, da die basale synaptische Transmission sowohl für mEPSCs als auch eEPSCs unverändert war. Genauere Untersuchungen zeigten stattdessen, dass AK zu pathologischer Plastizität führen, indem internalisierte GluA2 AMPA-Rezeptoren durch AMPA-Rezeptoren ohne die GluA2 Untereinheit mit grundsätzlich anderen Kanaleigenschaften ersetzt werden. AMPA-Rezeptoren ohne die GluA2 Untereinheit haben eine höhere Einzelkanalleitfähigkeit, leiten neben Natrium und Kalium zusätzlich auch Kalzium und sind einwärts-gleichrichtend. Somit bleibt die basale synaptische Transmission der untersuchten Neurone zwar intakt, komplexere Abläufe wie die Langzeitpotenzierung kann die Nervenzelle danach jedoch nicht aufrechterhalten. Diese Störung im synaptischen System kann die Störungen im Lernen und Gedächtnis, sowie erhöhtem Angstverhalten in den verschiedenen Tiermodellen dieser Erkrankung erklären. Diese Verhaltensauffälligkeiten wurden im Projekt mit standardisierten Verhaltenstests ermittelt. Die Studie liefert somit einen zentralen Beitrag zur Aufklärung der Pathomechanismen von GluA2 AK, indem zentrale Symptome wie Gedächtnisstörungen erklärt werden können. Dies liefert die Grundlage zur Entwicklung von spezifischen Therapieansätzen, die zusätzlich zur Immuntherapie die Behandlung der GluA2 Autoimmunenzephalitis deutlich verbessern kann.
Publications
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(2015) Interactions of Human Autoantibodies with Hippocampal GABAergic Synaptic Transmission - Analyzing Antibody-Induced Effects ex vivo. Front Neurol 6:136
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Grunewald B., Lange M.D., Werner C., O'Leary A., Weishaupt A., Popp S., Pearce D.A., Wiendl H., Reif A., Pape H.C., Toyka K.V., Sommer C., Geis C.
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(2018) Human Autoantibodies against the AMPA Receptor Subunit GluA2 Induce Receptor Reorganization and Memory Dysfunction. Neuron 100:91-105 e109
Haselmann H., Mannara F., Werner C., Planaguma J., Miguez-Cabello F., Schmidl L., Grunewald B., Petit-Pedrol M., Kirmse K., Classen J., Demir F., Klocker N., Soto D., Doose S., Dalmau J., Hallermann S., Geis C.
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(2018) LGI1 antibodies alter Kv1.1 and AMPA receptors changing synaptic excitability, plasticity and memory. Brain 141:3144-3159
Petit-Pedrol M., Sell J., Planaguma J., Mannara F., Radosevic M., Haselmann H., Ceanga M., Sabater L., Spatola M., Soto D., Gasull X., Dalmau J., Geis C.
