31-03-2022 Schirmer te al. (Maarten)
Introductie
Waarom dit onderzoek?
Kir4.1 was al veel over bekend in astrocyten maar nog niet in oligodendrocyten
Speelt Kir4.1 een rol in re-myelinisatie in MS?
The gene KCNJ10 encodes for the Kir4.1 channel which imports K+ into the cell. Concentratie
K+ in de cel is heel hoog, en buiten de cel heel laag. K+ zou dus graag naar buiten gaan. Dit
kanaal houdt het juist tegen dat K+ ionen naar buiten gaan, dus K+ ionen gaan alleen de glia cel
in. Hiermee houdt het de extracellulaire K+ concentratie laag. Astrocyten en oligodendrocyten
hebben een hele negatieve membraan potentiaal, veel negatiever dan die van neuronen. Hierdoor
kunnen ze goed K+ naar binnen halen.
De heterotetrameren (Kir4.1-Kir5.1) komen voornamelijk voor in astrocyten. De knockout van
Kir4.1 zorgt ook voor een klein verlies van Kir5.1.
Oligodendorcyten (Ols) bieden metabole en trofische support aan axonen door lactaat af te geven
als reactie op axonaal vuren. Er vindt uitwisseling en buffering plaast van ionen tussen
astrocyten (AS) en neuronen. Er is niet veel bekend over oligodendrocyt regulatie van axonale
excitabiliteit door bufferen van ionen. In dit onderzoek is gefocust op Kir4.1 (KCNJ10) want een
geconserveerd ATP- en pH- gevoelig K+ kanaal is wat tot expressie komt in zowel astrocyten als
oligodendrocyten. Kir kanalen reguleren K+ transmembraan gradienten, die belangrijk zijn voor
actie potentialen, en ze reguleren K+ outflow wat belangrijk is in repolarisatie.
Homotetrameric Kir4.1 is de belangrijkste inward K+ kanaal in oligodendrocyten, en is
downregulated in glia cellen in CNS ziektes. Glia Kir4.1 helpt met verwijderen van extracellulair
K+ tijdens neuronale activiteit, het verlies hiervan leidt tot neurologische afwijkingen.
Human congenital KCNJ10 loss-of-function mutations in EAST/SeSAME syndrome cause
electrolyte imbalance, seizures, pathological changes in the retina, sensorineural deafness and
progressive motor deficits in affected individual
Voor alle experimenten hebben ze gebruikt gemaakt van 3 muizen. Een controle muis die Kir4.1
normaal tot expressie brengt. Een conditionele knockout muis van Kir4.1 onder de Olig2
promotor waardoor het al vanaf het begin van de neuronale ontwikkeling is uitgeschakeld. Een
conditionele knockout muis van Kir4.1 onder de CNP promotor waardoor het pas rond E10-
E11.5 is uitgeschakeld, waarmee je de latere effecten kan zien.
Figuur 1: Western blot, Immunohistochemistry , Transmission electron microscopy, immunogold
electron microscopy met immunogold labeling van Kir4.1 channels
Figuur 2: ultrastructure electron microscopy imaging, Immunostraining
, Figuur 3: behavior studies, single-flash light visual evoked potentials (VEPs), optical coherence
tomography (OCT)
Figuur 4: Western blot, Immunohistochemistry, Transmission electron microscopy
Figuur 5: Lysolecithing glial toxic injury model
Apc = oligodendrocyt marker
Gfap = astrocyte marker
G-ratio = A key measure of white matter health is the g-ratio, which is defined as the ratio
between the inner axon radius and the outer, myelinated, axon radius.
1. Wat zijn de 3 (of 4) belangrijkste bevindingen van de arikel?
- Oligodendrocyte Kir4.1 kanalen zijn upregulated tijdens de postnatale ontwikkeling en
lokaliseren zich op de peri-axonale ruimtes. Kir4.1 optical nerve levels waren
upregulated in de leeftijd tussen P40 en P140, terwijl Kir5.1 levels niet veranderde tijdens
de postnatale ontwikkeling. Er is een upregualtie van olygodendrocyt Kir4.1 tijdens de
postnatale ontwikkeling wat kan betekenen dat het kanaal belangrijker is later in het
leven.
- Kir4.1 reguleert early oligodendrocyte differentiatie maar is niet nodig voor myelinezatie.
Oligodendrocyte Kir4.1 is betrokken in het reguleren van de cell cycle exit en
oligodendrocyte differentiatie tijdens de vroege postnatale ontwikkeling maar is niet
noodzakelijk voor normale myelinezatie.
- Permanent verlies van Kcnj10 functie in oligodendrocyten resulteert in visuele dysfunctie
met retinale atrofie in volwassen muizen en motor aandoeningen en vroege mortaliteit.
- Oligodendrocyte Kir4.1 is belangrijk in long-term neuro-axonale onderhoud en integriteit
van lange white matter tracts van de optical nerve en spinal cord.
- Oligodendrocyte Kir4.1 is niet nodig voor (re)myelinisatie maar de functie is belangrijk
in de axon support en onderhoud na long-term demyelinesatie white matter injury.
1. Kir4.1 kanalen zijn zowel in het soma en aan de binnenste myeline membranen
gelokasliseerd
2. Conditionele knockout van oligodendrocyte kir4.1 resulteert in late schade van axonen
3. Deze axon schade correleert met het verlies van neuronale functies in bijv optische
zenuw, motor coördinatie en epilepsie
4. Oligodendrocyte Kir4.1 is belangrijk bij herstel van myeline na experimentele MS-laesies
De knock out wordt alleen in oligodendrocyten gedaan. Hiermee tonen ze aan dat dit kanaal
enorm belangrijk is in oligodendrocyten.
Introductie
Waarom dit onderzoek?
Kir4.1 was al veel over bekend in astrocyten maar nog niet in oligodendrocyten
Speelt Kir4.1 een rol in re-myelinisatie in MS?
The gene KCNJ10 encodes for the Kir4.1 channel which imports K+ into the cell. Concentratie
K+ in de cel is heel hoog, en buiten de cel heel laag. K+ zou dus graag naar buiten gaan. Dit
kanaal houdt het juist tegen dat K+ ionen naar buiten gaan, dus K+ ionen gaan alleen de glia cel
in. Hiermee houdt het de extracellulaire K+ concentratie laag. Astrocyten en oligodendrocyten
hebben een hele negatieve membraan potentiaal, veel negatiever dan die van neuronen. Hierdoor
kunnen ze goed K+ naar binnen halen.
De heterotetrameren (Kir4.1-Kir5.1) komen voornamelijk voor in astrocyten. De knockout van
Kir4.1 zorgt ook voor een klein verlies van Kir5.1.
Oligodendorcyten (Ols) bieden metabole en trofische support aan axonen door lactaat af te geven
als reactie op axonaal vuren. Er vindt uitwisseling en buffering plaast van ionen tussen
astrocyten (AS) en neuronen. Er is niet veel bekend over oligodendrocyt regulatie van axonale
excitabiliteit door bufferen van ionen. In dit onderzoek is gefocust op Kir4.1 (KCNJ10) want een
geconserveerd ATP- en pH- gevoelig K+ kanaal is wat tot expressie komt in zowel astrocyten als
oligodendrocyten. Kir kanalen reguleren K+ transmembraan gradienten, die belangrijk zijn voor
actie potentialen, en ze reguleren K+ outflow wat belangrijk is in repolarisatie.
Homotetrameric Kir4.1 is de belangrijkste inward K+ kanaal in oligodendrocyten, en is
downregulated in glia cellen in CNS ziektes. Glia Kir4.1 helpt met verwijderen van extracellulair
K+ tijdens neuronale activiteit, het verlies hiervan leidt tot neurologische afwijkingen.
Human congenital KCNJ10 loss-of-function mutations in EAST/SeSAME syndrome cause
electrolyte imbalance, seizures, pathological changes in the retina, sensorineural deafness and
progressive motor deficits in affected individual
Voor alle experimenten hebben ze gebruikt gemaakt van 3 muizen. Een controle muis die Kir4.1
normaal tot expressie brengt. Een conditionele knockout muis van Kir4.1 onder de Olig2
promotor waardoor het al vanaf het begin van de neuronale ontwikkeling is uitgeschakeld. Een
conditionele knockout muis van Kir4.1 onder de CNP promotor waardoor het pas rond E10-
E11.5 is uitgeschakeld, waarmee je de latere effecten kan zien.
Figuur 1: Western blot, Immunohistochemistry , Transmission electron microscopy, immunogold
electron microscopy met immunogold labeling van Kir4.1 channels
Figuur 2: ultrastructure electron microscopy imaging, Immunostraining
, Figuur 3: behavior studies, single-flash light visual evoked potentials (VEPs), optical coherence
tomography (OCT)
Figuur 4: Western blot, Immunohistochemistry, Transmission electron microscopy
Figuur 5: Lysolecithing glial toxic injury model
Apc = oligodendrocyt marker
Gfap = astrocyte marker
G-ratio = A key measure of white matter health is the g-ratio, which is defined as the ratio
between the inner axon radius and the outer, myelinated, axon radius.
1. Wat zijn de 3 (of 4) belangrijkste bevindingen van de arikel?
- Oligodendrocyte Kir4.1 kanalen zijn upregulated tijdens de postnatale ontwikkeling en
lokaliseren zich op de peri-axonale ruimtes. Kir4.1 optical nerve levels waren
upregulated in de leeftijd tussen P40 en P140, terwijl Kir5.1 levels niet veranderde tijdens
de postnatale ontwikkeling. Er is een upregualtie van olygodendrocyt Kir4.1 tijdens de
postnatale ontwikkeling wat kan betekenen dat het kanaal belangrijker is later in het
leven.
- Kir4.1 reguleert early oligodendrocyte differentiatie maar is niet nodig voor myelinezatie.
Oligodendrocyte Kir4.1 is betrokken in het reguleren van de cell cycle exit en
oligodendrocyte differentiatie tijdens de vroege postnatale ontwikkeling maar is niet
noodzakelijk voor normale myelinezatie.
- Permanent verlies van Kcnj10 functie in oligodendrocyten resulteert in visuele dysfunctie
met retinale atrofie in volwassen muizen en motor aandoeningen en vroege mortaliteit.
- Oligodendrocyte Kir4.1 is belangrijk in long-term neuro-axonale onderhoud en integriteit
van lange white matter tracts van de optical nerve en spinal cord.
- Oligodendrocyte Kir4.1 is niet nodig voor (re)myelinisatie maar de functie is belangrijk
in de axon support en onderhoud na long-term demyelinesatie white matter injury.
1. Kir4.1 kanalen zijn zowel in het soma en aan de binnenste myeline membranen
gelokasliseerd
2. Conditionele knockout van oligodendrocyte kir4.1 resulteert in late schade van axonen
3. Deze axon schade correleert met het verlies van neuronale functies in bijv optische
zenuw, motor coördinatie en epilepsie
4. Oligodendrocyte Kir4.1 is belangrijk bij herstel van myeline na experimentele MS-laesies
De knock out wordt alleen in oligodendrocyten gedaan. Hiermee tonen ze aan dat dit kanaal
enorm belangrijk is in oligodendrocyten.
