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Analysis of Interleukin-1β, Interleukin-1β Receptor and Caspase-1 in Rasmussen’s Encephalitis

Quemada Garrido, Lucia (2017) Analysis of Interleukin-1β, Interleukin-1β Receptor and Caspase-1 in Rasmussen’s Encephalitis.
Masterarbeit, University of Vienna. Zentrum für Molekulare Biologie
BetreuerIn: Bauer, Jan

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-13168.61171.302269-2
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Abstract in English

Rasmussen Encephalitis (RE) is a rare progressive epileptic disorder with unknown etiology (Thompson and Tsirka, 2017). It is characterized by unilateral hemispheric inflammation, drug-resistant focal epilepsy and progressive neurological and cognitive deterioration (Varadkar et al., 2014). Inflammatory mediators, such as cytokines like interleukin 1β (IL-1β), have been shown to be highly epileptogenic in animal models (Teresa Ravizza et al., 2006). However, little is known about the role of IL-1β in the course of RE. To analyze the presence and cell-type localization of IL-1β and its receptor interleukin 1 receptor 1 (IL-1R1) formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) and cryo tissues were used from human RE patients and controls. Firstly, the amount of IL-1β was analyzed by western blot but the results revealed only the detection of the control protein β-actin but not the cytokine. Therefore, we decided to determine the amount of IL-1β and IL-1R1 by real-time quantitative polymerase chain reaction (qPCR) as well as by immunohistochemical (IHC) stainings and cell countings for IL-1β. Moreover we analyzed the cell-type specific expression of IL-1β, IL-1R1 and Caspase-1, an enzyme which plays a key role in the production of IL-1β by double and triple confocal fluorescence stainings with markers for astrocytes (GFAP), microglia (Iba-1 and CD68) and neurons (NeuN). The qPCR data revealed that at all stages RE patients have a significantly higher expression of IL-1β and IL-1R1 mRNA compared to controls. Furthermore we could confirm the results obtained by qPCR by showing the presence of IL-1β in RE by immunhistochemistry and quantification of IL-1β positive cells. Our confocal fluorescence stainings showed that IL-1β and Caspase-1 were expressed in microglia but not in astrocytes, with Caspase-1 positive cells being more abundant than IL-1β positive cells. IL-1R1 on the other hand was expressed in microglia as well as in astrocytes and neurons. This study shows the upregulation of the cytokine in RE and reveals a possible role of IL-1β in this disease. Moreover, it provides a better understanding of the cells in the Central Nervous System (CNS) that express IL-1β, IL-1R1 and Caspase-1 and therefore contributes to a better understanding of the function of these cells in human pathology.

Schlagwörter in Englisch

Rasmussen’s encephalitis / IL-1beta / IL-1beta receptor / Caspase-1 / epilepsy / epileptic seizure / neuroinflammation / microglia

Abstract in German

Rasmussen Enzephalitis (RE) ist eine seltene progressive Form der Epilepsie mit unbekannter Ätiologie. Die Hauptcharakteristika sind unilaterale hemisphärische Entzündung, arzneimittelresistente fokale Epilepsie und progressive neurologischer und kognitiver Verfall. In Tiermodellen wurde gezeigt, dass entzündliche Faktoren, wie beispielsweise Interleukin 1β (IL-1β), hoch epileptogen sind. Nichts desto trotz, ist noch wenig über die Rolle von IL-1β in RE bekannt. Um diese Frage zu beantworten, wurde die Menge an IL-1β sowie dessen Rezeptor, Interleukin 1 Rezeptor 1 (IL1-R1) in verschiedenen Stadien der RE sowie in Kontrollgewebe bestimmt. Außerdem wurde anhand von Formalin fixierten, Paraffin eingebetteten (FFPE) sowie Cryo Gewebe histologische Auswertung der genauen Zelltypen, die oben genannten Proteine exprimieren, festgestellt. Zuerst wurde eine Proteinmengenbestimmung mittels Western Blot durchgeführt, um die genaue Menge von IL-1β zu evaluieren. Die IL-1β Menge befand sich unter dem Detektionslimit, da nur die Kontrollproteine aber nicht IL-1β detektiert werden konnten. Daraufhin wurde das Expressionslevel des Zytokines IL-1β sowie dessen Rezeptor mittels qPCR bestimmt. Zusätzlich wurden immumohistochemische Färbungen für IL-1β quantitative ausgewertet. Zusätzlich wurden mittels Doppel- beziehungsweise Trippelmarkierungen Zelltyp spezifische Lokalisation von IL-1β, IL1R1 sowie Caspase-1, ein Enzyme involviert in IL-1β Aktivierung und Sekretion, mittels Konfokalem Laser Mikroskop bestimmt. Dafür wurden Marker für Astrozyten (GFAP), Mikroglia (Iba-1 und CD68) und Neuronen (NeuN) verwendet. Die Expressionslevel Analysen zeigten, dass IL-1β sowie IL1-R1 in allen Stadien der RE im Vergleich zu den Kontrollen deutlich aufreguliert sind. Diese Daten wurden mittels immunohistochemischer Quantifizierung für IL-1β validiert. Die Konfokal Laser Mikroskop Analysen zeigten auf, dass IL-1β sowie Caspase-1 in Mikroglia sowie Astrozyten expremiert wird und Caspase-1 um einiges häufiger vorhanden ist als IL-1β. IL1-R1 wird auf Mikroglia sowie Astrozyten und auch Neuronen exprimiert. Diese Studie zeigt die drastische Aufregulierung von IL-1β sowie IL1-R1 in RE und weist auf eine mögliche Rolle des Zytokines in dieser Krankheit hin. Außerdem zeigt diese Arbeit auf, welche Zelltypen die jeweiligen Proteine exprimieren und gibt dadurch einen besseren Einblick in die Funktion dieser Zellen in humaner Pathologie.

Schlagwörter in Deutsch

Rasmussen Enzephalitis / IL-1beta / IL-1beta Rezeptor / Caspase-1 / Epilepsie / Krampfanfall / Neuroinflammation / Mikroglia

Item Type: Hochschulschrift (Masterarbeit)
Author: Quemada Garrido, Lucia
Title: Analysis of Interleukin-1β, Interleukin-1β Receptor and Caspase-1 in Rasmussen’s Encephalitis
Umfangsangabe: 69 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institution: University of Vienna
Faculty: Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Masterstudium Molekulare Mikrobiologie, Mikrobielle Ökologie und Immunbiologie
Publication year: 2017
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Bauer, Jan
Assessor: Bauer, Jan
Classification: 44 Medizin > 44.45 Immunologie
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
44 Medizin > 44.90 Neurologie
AC Number: AC13796380
Item ID: 46783
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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