Universität zu Köln

Behnke, Verena ORCID: 0000-0002-7483-3190 (2022). IFN-β immunomodulation and complement receptor analysis in a mouse model of age-related macular degeneration (AMD). PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Chronic activation of microglia is associated with retinal degeneration, which makes them a potential therapeutic target for retinal degenerative diseases including age-related macular degeneration (AMD). Furthermore, overactivation of the alternative complement pathway is generally accepted as the main driver for AMD disease progression and microglia are important producers of local complement and express complement receptors themselves. Interferon-beta (IFN-β) is a potent immune regulator, commonly used for the treatment of multiple sclerosis patients. Here, we aim to elucidate whether modulation of microglia via IFN-β may dampen mononuclear phagocyte reactivity and thereby protect from retinal degeneration in a light damage paradigm mimicking some features of dry AMD. We further investigate the involvement of anaphylatoxin signaling during retinal degeneration using anaphylatoxin receptor knockout mice. BALB/cJ mice received intraperitoneal injections of 10,000 U IFN-β or vehicle every other day; starting at the day of exposure to 15,000 lux white light for one hour. Systemic treatment with IFN-β partially enhanced IFN-α/β receptor (IFNAR) signaling in the retina and reduced the number of reactivated microglia in the subretinal space. However, four days after light damage neither decreased expression of complement factors nor rescue of retinal thickness was observed. Bright white light with an intensity of 10,000 lux for 30 minutes was applied for complement component 3a receptor 1 (C3ar1) or complement component 5a receptor 1 (C5ar1) mice. Full body knockout mice of either C3aR1 or C5aR1 were tested, but none led to mitigated microglia migration to the subretinal space or decreased expression of complement factors after light damage compared to wildtype. However, a partial rescue of retinal thickness was shown in C3aR1 knockout mice, which was mirrored by significant less membrane attack complex (MAC) occurrence in the outer retina. We conclude that IFNAR signaling modulate retinal microglia but cannot prevent strong retinal degeneration as elicited by acute white light damage. Contrarily, deletion of the anaphylatoxin receptor C3aR1 cannot modulate retinal microglia but decelerate retinal degeneration through interference in the complement pathway and thus decreased MAC assembling.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language IFN-β Immunomodulation und Analyse der Komplementrezeptoren in einem Mausmodell der altersabhängigen Makuladegeneration (AMD) German
Translated abstract:	Abstract Language Chronische Aktivierung von Mikroglia ist assoziiert mit retinaler Degeneration, wodurch diese als potentielle therapeutische Zielstrukturen für retinale Degenerationskrankheiten wie die altersabhängige Makuladegeneration (AMD) dienen können. Außerdem wird übermäßige Aktivierung des alternativen Komplementwegs als Hauptursache für das Fortschreiten der AMD angesehen. Mikroglia sind wichtige Produzenten von lokalem Komplement und besitzen selbst Komplementrezeptoren. Interferon-beta (IFN-β) ist ein potenter Immunregulator, der gewöhnlich zur Behandlung von Patienten mit Multipler Sklerose genutzt wird. In dieser Studie soll aufgeklärt werden, ob die Modulation von Mikroglia mittels IFN-β in einem Licht-induzierten Degenerationsmodell, welches einige Merkmale der trockenen AMD nachahmt, die Reaktivität von mononukleären Phagozyten dämpfen und dadurch vor Netzhautdegeneration schützen kann. Des Weiteren soll mithilfe von Anaphylatoxinrezeptor Knockout Mäusen die Beteiligung der Anaphylatoxin Signalübertragung an der Netzhautdegeneration untersucht werden. BALB/cJ Mäuse erhielten jeden zweiten Tag intraperitoneale Injektionen von 10.000 U IFN-β oder Vehikel, beginnend am Tag der Lichtexposition mit 15.000 Lux weißen Lichts für eine Stunde. Die systemische Behandlung mit IFN-β verstärkte teilweise die IFN-α/β-Rezeptor (IFNAR) Signalübertragung in der Netzhaut und verringerte die Anzahl an reaktivierten Mikroglia im subretinalen Raum. Vier Tage nach Lichtschaden wurde jedoch weder eine verringerte Expression an Komplementfaktoren noch eine Verbesserung der Netzhautdicke festgestellt. Bei den Mauslinien Komplementkomponente 3a Rezeptor 1 (C3ar1) oder Komplementkomponente 5a Rezeptor 1 (C5ar1) wurde 30 Minuten lang helles weißes Licht mit einer Intensität von 10.000 Lux angewendet. C3aR1 oder C5aR1 Ganzkörper Knockout Mäuse wurden getestet, aber keiner der Knockouts führte zu einer verminderten Migration von Mikroglia in den subretinalen Raum oder einer verringerten Expression von Komplementfaktoren nach Lichtschaden im Vergleich zum Wildtyp. Bei C3aR1 Knockout Mäusen konnte jedoch eine teilweise Rettung der Netzhautdicke gezeigt werden, was sich in einem signifikant geringeren Vorkommen des Membranangriffskomplexes (MAC) in der äußeren Netzhaut widerspiegelte. Zusammenfassend schlussfolgern wir, dass die IFNAR Signalübertragung retinale Mikroglia moduliert, aber eine starke Netzhautdegeneration durch akute Lichtschädigung nicht verhindern kann. Im Gegensatz dazu kann die Deletion des Anaphylatoxinrezeptors C3aR1 retinale Mikroglia nicht modulieren, aber die Degeneration der Netzhaut durch die Störung des Komplementwegs und die dadurch verringerte MAC-Assemblierung verlangsamen. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Behnke, Verena behnke.verena@web.de orcid.org/0000-0002-7483-3190 UNSPECIFIED
Corporate Creators:	Universität zu Köln, Zentrum für Augenheilkunde, Experimentelle Immunologie des Auges
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-556970
Date:	2022
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Natural sciences and mathematics Life sciences Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Age-related macular degeneration English Microglia English Complement English Anaphylatoxin receptors English IFN-β English Retina English Inflammation English
Date of oral exam:	1 February 2022
Referee:	Name Academic Title Langmann, Thomas Prof. Dr. Rugarli, Elena Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/55697