Function of Sodium-dependent Vitamin C Transporter 2 in myelination, myelin-maintenance and neuroprotection in the peripheral nervous system
Final Report Abstract
In diesem Projekt haben wir die Entwicklung und die Regeneration der Nerven außerhalb des Gehirns und Rückenmarks – des sogenannten peripheren Nervensystems (PNS) - untersucht. Insbesondere die Funktion von Vitamin C für die Collagenbildung und Myelinisierung im PNS stand im Fokus unserer Studien. Erkrankungen des PNS wie zum Beispiel die erblichen, diabetischen Neuropathien oder auto-immun entzündlichen Neuropathien sind bislang noch schwer zu behandeln. Erkenntnisse zu den Mechanismen der Myelinisierung und Regeneration der peripheren Nerven könnten wir uns gegebenenfalls für die Entwicklung neuer Therapien zunutze machen. Unsere Studien haben ergeben, dass der Natrium-abhängige Vitamin C Transporter 2 (SVCT2) und mit ihm das Vitamin C notwendig für die regelrechte Myelinisierung des PNS sind. Dieses zeigte sich sowohl in Bezug auf die Myelinisierung im Rahmen der postnatalen Entwicklung des PNS als auch in Bezug auf die Re-Myelinisierung nach einer Nervenverletzung. In beiden Fällen zeigte sich, dass Mäuse, denen eine Kopie des SVCT2-Gens fehlte (SVCT2+/-), dünnere Myelinscheiden der peripheren Nervenfasern ausbildeten. Außerdem waren die im extrazellulären Raum der peripheren Nerven zu findenden Collagene sowohl in der Entwicklung als auch in der Regeneration des PNS bei SVCT2+/- Mäusen reduziert. Des Weiteren untersuchten wir die Art und Weise, in der Vitamin C die Myelinisierung und Collagenbildung beeinflussen könnte. Hierzu nutzten wir das Modell der Myelinisierung von Hinterwurzelganglien (DRG) Kulturen in vitro. In DRG Kulturen von SVCT2+/- Mäusen waren die Myelinscheiden ebenfalls dünner. Wenn die Kulturschalen vorher mit Collagenen (Typ I und IV) beschichtet wurden, konnte dieses Myelindefizit wieder aufgehoben werden. Dies bestätigte die Hypothese, dass die verringerte Myelinisierung im PNS durch eine verminderte Collagenbildung und Collagenablagerung im extrazellulären Raum bedingt sein könnte. Wir wollten weiterhin wissen, wie Vitamin C die Bildung von Collagen im PNS reguliert. Dieser Frage wurde ebenfalls in DRG Kulturen in vitro weiter nachgegangen. Ten-eleven-translocation (Tet) Enzyme demethylieren Promoter einer Vielzahl von Genen und benötigen hierfür Vitamin C als Kofaktor. Wir analysierten daher die Enzymaktivität der Tet-Enzyme in DRG und fanden heraus, dass die Tet- Aktivität in SVCT2+/- oder auch Vitamin C-frei kultivierten DRG niedriger war als in Wild-Typ bzw. mit Vitamin C kultivierten DRG. Da die Tet-Enzyme die Methylierung von Genpromotern regulieren, untersuchten wir als nächstes die Methylierung von Collagen-Genpromotern. Wir fanden eine hypermethylierte Region im einer Promoterregion des Collagen IV Gens. Zusammenfassend konnten zeigen, dass der reguläre Vitamin C Transport in die peripheren Nerven notwendig für die korrekte Myelinisierung im PNS ist. Der Mechanismus könnte darin liegen, dass Vitamin C für die Funktion von Tet Enzymen notwendig ist, die Collagenpromoter demethylieren und somit zu einer Expression von Collagenen führen. Die Bildung der extrazellulären Matrix führt wahrscheinlich zu einer erhöhten mechanischen Stabilität, die als Grundlagen für die korrekte Myelinisierung notwendig ist. Unsere Ergebnisse bieten eine Grundlage für diese Hypothese, die allerdings bei weitem noch nicht als bewiesen bezeichnet werden kann. Hierfür sind weitere Studien notwendig, die als Weiterführung dieses Projekts geplant werden können. Eine Anwendung der hier in Tier- und Zellkulturmodellen gewonnenen Erkenntnisse im humanen System ist gut denkbar, z.B. eine diagnostische Untersuchung der Vitamin C Spiegel bei Patienten mit hereditären Neuropathien oder Polyneuropathien ungeklärter Ätiologie. Der Ausgleich eines eventuellen Vitamin C Mangels könnte diesen Patienten möglicherweise helfen, der Erkrankungsverlauf positiv zu beeinflussen. Hierfür wären jedoch ebenfalls weitere umfangreiche Studien, die wir auf Grundlage dieses Projekts gerne beginnen werden, bzw. teilweise schon begonnen haben. In einem Seitenprojekt, das hauptsächlich von einer kooperierenden Arbeitsgruppe in Porto durchgeführt wurde, konnte gezeigt werden, dass Vitamin C im zentralen Nervensystem (ZNS) eine anti-inflammatorische Funktion haben könnte, da SVCT2+/- Mäuse einer vermehrte Inflammation durch Aktivierung von Mikroglia zeigten. Somit konnten wir in diesem Projekt unser Ziel erreichen, die Funktion von SVCT2 und Vitamin C in der Neurobiologie des PNS und ZNS näher zu ergründen und die Grundlage für weitere interessante Studien zu legen.
Publications
- Ascorbic acid for the treatment of Charcot-Marie-Tooth disease. Cochrane Database Syst Rev. 2015;(12):CD011952
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(See online at https://doi.org/10.1002/14651858.CD011952) - Caveolin-1-mediated internalization of the vitamin C transporter SVCT2 in microglia triggers an inflammatory phenotype. Sci Signal. 2017 Mar 28;10(472)
Portugal CC, Socodato R, Canedo T, Silva CM, Martins T, Coreixas VSM, Loiola EC, Gess B, Röhr D, Santiago AR, Young P, Minshall RD, Paes-de-Carvalho R, Ambrósio AF, Relvas JB
(See online at https://doi.org/10.1126/scisignal.aal2005) - Sodium-dependent Vitamin C transporter 2 deficiency impairs myelination and remyelination after injury: Roles of collagen and demethylation. Glia. 2017 Jul;65(7):1186–200
Röhr D, Halfter H, Schulz JB, Young P, Gess B
(See online at https://doi.org/10.1002/glia.23152)
