Universität zu Köln

Akhtar-Schäfer, Isha (2019). Role of the complement system and HtrA1 in microglia and age-related macular degeneration. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Age-related macular degeneration (AMD) is a retinal degenerative and neovascular disease and the most common cause of blindness in the elderly. Advanced AMD includes the late stages geographic atrophy (GA) and choroidal neovascularization (CNV). A characteristic hallmark of AMD is the chronic over-activation of the innate immune system leading to devastating neuron demise and the promotion of pathologic vessel growth. Microglia, the resident immune cells of the retina, are significant drivers of this tissue harming inflammation during AMD. Interestingly, immunomodulatory approaches attenuating pathologic microgliosis have demonstrated beneficial effects on disease progression. Genome wide association studies (GWAS) identified single nucleotide polymorphisms (SNPs) in genes of the complement system and AMD. Uncontrolled complement activation, owing to genetic mutations, results in increased expression of the anaphylatoxins C3a and C5a, which promote disease progression. However, the underlying mechanism of complement anaphylatoxins remains elusive. Hence, the role of microglia and the C3a and C5a mediated retinal degeneration was investigated. Indeed, activated microglia were found to have increase expression of the anaphylatoxin receptors C3aR and C5aR during inflammatory conditions. Furthermore, microglia were found to be the sole cells in the retina to express C3a and C5a receptors during degeneration. Hence, inhibition of microglial anaphylatoxin receptors represents an exploitable therapy strategy. Furthermore, a strong correlation between polymorphisms on the gene for high-temperature requirement A serine peptidase 1 (HTRA1) and AMD was found. HtrA1 is known to inhibit transforming growth factor β (TGF-β) signaling, a pathway involved in the induction of a homeostatic microglia state. Hence, the effect of AMD-associated variants of HtrA1 on microglial activation was studied. For this purpose, TGF-β and HtrA1 variants, including the wildtype and AMD-associated isoform, were applied on pro-inflammatory microglia. As expected, TGF-β exerted protective anti-inflammatory effects on challenged microglia. However, HtrA1 variants did not alter transcript expression of TGF-β response genes and neither induced a reactive microglial phenotype. This study shows HtrA1 did not change the quiescent state of microglia secondary to TGF-β stimulation.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Die altersabhängige Makuladegeneration (AMD) ist eine degenerative Erkrankung der Netzhaut, welche zugleich die häufigste Ursache für Erblindung bei älteren Menschen ist. Die fortgeschrittene Form der AMD umfasst die trockene atrophische und die feuchte neovaskuläre Form. Ein Merkmal der AMD ist die chronische Aktivierung des angeborenen Immunsystems, die zu einem verheerenden Neuronensterben und der Förderung des pathologischen Gefäßwachstums führt. Die Immunzellen der Netzhaut, die Mikrogliazellen, sind wichtige Treiber dieser Entzündungsreaktion. Interessanterweise konnte man durch immunomodulatorische Ansätze die pathologische Mikrogliose abschwächen, welche sich positiv auf das Fortschreiten der Krankheit auswirkte. Genetische Assoziationsstudien identifizierten Mutationen in Genen des Komplementsystems, welche zur AMD Manifestation beitragen. Eine unkontrollierte Komplementaktivierung aufgrund genetischer Mutationen führt zu einer erhöhten Expression der Anaphylatoxine C3a und C5a, die das Fortschreiten der Krankheit fördern. Der zugrundeliegende Mechanismus von Komplement-Anaphylatoxinen bleibt jedoch schwer fassbar. Daher wurde die Rolle der Mikrogliazellen und der Anaphylatoxine untersucht. Tatsächlich wiesen aktivierte Mikrogliazellen eine erhöhte Expression der Anaphylatoxin-Rezeptoren C3aR und C5aR auf. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass Mikrogliazellen als einzige Zellart in der Retina Rezeptoren für C3a und C5a exprimieren. Daher stellt die Hemmung von Anaphylatoxin-Rezeptoren eine Therapiestrategie dar. Darüber hinaus wurde eine starke Korrelation zwischen Polymorphismen auf dem Gen für die Serinprotease HTRA1 und der AMD gefunden. Es ist bekannt, dass HtrA1 den Signalweg des Wachstumsfaktors TGF-β, welcher die Mikrogliose reduziert, hemmt. Daher wurde die Wirkung von AMD-assoziierten Varianten von HtrA1 auf die Mikrogliazell-Aktivierung untersucht. Zu diesem Zweck wurden aktivierte Mikroglia mit TGF-β- und HtrA1-Varianten behandelt. Wie erwartet, wirkt TGF-β entzündungshemmend. Jedoch zeigten die HtrA1-Varianten keinen Einfluss auf die Antwortgene von TGF-β und den dadurch induzierten homöostatischen Mikrogliazell-Phänotypen. Diese Studie zeigt, dass AMD-assoziierte Mutationen im HtrA1 Protein keinen Einfluss auf Mikrogliazellen haben. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Akhtar-Schäfer, Isha isha.akhtar@googlemail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
Corporate Creators:	Exprimentelle Immunologie des Auges, Augenklinik Köln
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-93483
Date:	2019
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 inflammation English microglia English complement system English high-temperature requirement A serine peptidase 1 UNSPECIFIED
Date of oral exam:	15 January 2019
Referee:	Name Academic Title Rugarli, Elena Prof. Dr. Hoppe, Thorsten Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/9348