Das Oberflächenprotein OspC

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1 Schematischer Querschnitt von Borrelia burgdorferi Axonaler Schaden im Mausgehirn nach intraventrikulärer Infusion des OspC von Borrelia burgdorferi Torsten Heinz Klinik für Neurochirurgie, Westpfalz-Klinikum Kaiserslautern & AG Neuroinfektiologie, Abt. Neuropathologie, Georg-August- Universität Göttingen Satz N: Klinik der Lyme-Borreliose, 3. Auflage; Verlag Hans Huber, Bern 2010, Seite 15 Klinische Manifestationsformen der Lyme-Borreliose Das Oberflächenprotein OspC Outer surface protein C (22 kda) auf der äußeren Hüllmembran gelegen verstärkte Expression während der Übertragung von der Zecke auf den Wirt und in der Frühphase einer Infektion bietet Borrelia burgdorferi Schutz vor dem Immunsystem des Wirts Nau R, Christen HJ, Eiffert H (2009): Lyme-Borreliose Aktueller Kenntnisstand. Dtsch Arztebl Int 106, 72-81

2 Stimulation von Mikrogliazellen durch OspC in vitro Zeitlicher Ablauf der 28-tägigen intraventrikulären Applikation von OspC im Tierexperiment Stimulation primärer Mikrogliazellen der Maus mit OspC dosisabhängig 1. Aktivierung der Mikrogliazellen und Freisetzung von NO [A] 2. Freisetzung von TNF-, IL-6 und CXCL1 (KC) [B, C und D] Tauber SC et al (2011): Long-Term Intrathecal Infusion of Outer Surface Protein C From Borrelia burgdorferi Causes Axonal Damage. J Neuropathol Exp Neurol 70, Versuchsvorhaben in vivo Ziel: Simulation einer kontinuierlichen, 28- tägigen Exposition des ZNS mit OspC hierzu Implantation einer Kanüle in den rechten Seitenventrikel von 20 Mäusen kontinuierliche, 28-tägige Infusion von OspC oder einer Pufferlösung über ein osmotisches Pumpensystem kontinuierliche Überprüfung der motorischen und neuropsychologischen Leistungsfähigkeit Alzet Brain Infusion Kit II Das Operationsverfahren und das Pumpensystem Verbindungskatheter zwischen Pumpe und Ventrikelkanüle Implantation einer osmotischen Pumpe zwischen die Schulterblätter von 20 männlichen C57BL/6- Labormäusen Platzierung einer Kanüle über ein präcoronar und parasagittal liegendes Bohrloch in den rechten Seitenventrikel Einteilung der 20 Mäuse in zwei Versuchsgruppen und Applikation einer täglichen Dosis von ca. 5 g OspC- oder einer Pufferlösung in den Ventrikelraum

3 Klinische Überwachung der Tiere Ergebnis Seiltest: kein signifikanter Unterschied Klinischer Score: 0 = gesund, unauffällig 1 = leicht lethargisch 2 = deutlich lethargisch, aber noch gehfähig 3 = deutlich lethargisch, nicht mehr gehfähig 4 = verstorben Zusätzlich erfolgte eine Beurteilung der Leistungsfähigkeit der Tiere über zwei motorische und ein neuropsychologisches Testverfahren Versuchsphase Trainingsphase Wellmer A, Noeske C, Gerber J, Munzel U, Nau R (2000): Spatial Memory and learning deficits after experimental pneumococcal meningitis in mice. Neurosci Lett 296, Motorische Testverfahren: Seiltest und Rotarod Ergebnis Rotarod: kein signifikanter Unterschied Seiltest Rotarod Internet: wikipedia.de Zeitlimit: 60 Sekunden Internet: Zeitlimit: 300 Sekunden

4 Neuropsychologische Testverfahren: Morris-Watermaze Ergebnis Morris-Watermaze: kein signifikanter Unterschied Startposition der Tiere Plattform einheitlich weiß gefärbtes Wasserbecken (104 cm im Durchmesser, 60 cm in der Höhe) gefüllt bis 17,5 cm mit Wasser 1 cm unter der Wasseroberfläche befindet sich eine durchsichtige Plattform (10 cm im Durchmesser) Zeitlimit: 90 Sekunden um die Plattform zu erreichen Zur Orientierung in dem einheitlich weißen Becken sind für die Tiere äußere Reize im Raum (z.b. Poster und Bilder an der Wand) erforderlich Strecke und Geschwindigkeit wurden ebenfalls berücksichtigt! Startposition versetzte Plattform Versuchsablauf im Morris-Watermaze Histologische Aufarbeitung der Gehirnschnitte keine Nekrose, kein ependymaler Schaden und keine Demyelinisierung neuronaler Axone kein Nachweis von B-Zellen, T-Zellen oder Makrophagen signifikant vermehrte Aktivierung von Mikrogliazellen bei den OspC-Mäusen signifikanter axonaler Schaden bei den OspC- Mäusen

5 Semiquantitative Skala zur Beurteilung des axonalen Schadens Vermehrte Aktivierung von Mikroglia im Gyrus dentatus der OspC-Mäuse Iba-1 im Gyrus dentatus bei einem OspC-Tier Axonale Schäden im Corpus Callosum durch Anfärbung von APP (Amyloid Precursor Protein) bei einem Tier mit OspC-Infusion Tauber SC et al (2011): Long-Term Intrathecal Infusion of Outer Surface Protein C From Borrelia burgdorferi Causes Axonal Damage. J Neuropathol Exp Neurol 70, C D OspC-Maus Kontroll-Maus Neuronale Schädigung bei experimenteller Neuroborreliose: Intraventrikuläre Infusion von OspC über 4 Wochen Tauber SC et al (2011): Long-Term Intrathecal Infusion of Outer Surface Protein C From Borrelia burgdorferi Causes Axonal Damage. J Neuropathol Exp Neurol 70, Langzeitfolgen einer Neuroborreliose beim Menschen: Ergebnisse aus Norwegen Eikeland R et al (2012): European neuroborreliosis: neuropsychological findings 30 months post-treatment. Eur J Neurol 19, A schwere Schäden, mehr als 4 Läsionen (3 Punkte) C moderate Schäden, 3-4 Läsionen (2 Punkte) E nur einzelne APP-positive Axone (0 Punkte)

6 Defizite bei Patienten 30 Monate nach Neuroborreliose in den Bereichen Aufmerksamkeit/Exekutivfunktionen, Verarbeitungsgeschwindigkeit, visuelles Gedächtnis und verbales Gedächtnis Eikeland R et al (2012): European neuroborreliosis: neuropsychological findings 30 months post-treatment. Eur J Neurol 19, Zusammenfassung 1. Die 28-tägige intraventrikuläre Infusion von OspC verursachte nachweisbare neuronale Schäden. 2. Diese Schäden ließen sich jedoch durch einfache motorische/neuropsychologische Testverfahren nicht nachweisen. 3. Die Ergebnisse dieser Arbeit bestätigen klinische Beobachtungen am Menschen, welche gezeigt haben, dass es nach einer ZNS-Infektion mit Borrelia burgdorferi zu lang andauernden subtilen neurokognitiven Störungen kommen kann.