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Tumor necrosis factor-inducible gene 6 protein : A novel neuroprotective factor against inflammation-induced developmental brain injury

Bertling, Frederik

Introduction: Inflammation is an important factor contributing to developmental brain injury in preterm infants. Although tumor necrosis factor-inducible gene 6 protein (TSG-6) has immunomodulatory effects in several inflammatory conditions in adult animals, the role of TSG-6 in the developing brain, its impact on perinatal inflammation and its therapeutic potential is currently unknown. The aim of the current work was 1) to characterise the developmental expression of TSG-6 in the newborn rat brain, 2) to evaluate the impact of lipopolysaccharide (LPS) exposure on TSG-6 expression and 3) to assess the therapeutic potential of exogenous TSG-6 administration. Methods: Brain hemispheres of healthy Wistar rats (postnatal day 1-postnatal day 15 (P1-P15)) were evaluated with regard to the physiological expression of TSG-6. LPS-treated rats (0.25 mg/kg LPS intraperitoneally (i.p.) on P3) were analysed for inflammation-induced changes in TSG-6 and cytokine expression. To evaluate whether exogenous recombinant human (rh)TSG-6 affects inflammation-induced brain injury, Wistar rats exposed to LPS on P3 were treated with rhTSG-6 i.p. (4 repetitive doses of 2.25 mg/kg every 12 h, first dose 3 h before LPS injection). Results: TSG-6 is physiologically expressed in the developing brain with a linear increase in expression from P1 to P15 at the messenger ribonucleic acid (mRNA) level. At P6, regional differences in TSG-6 expression in the cortex, thalamus and striatum were detected at mRNA and protein level. Furthermore, TSG-6 gene expression was significantly increased by inflammation (induced by LPS treatment). Combined treatment with LPS and TSG-6 vs. LPS exposure alone resulted in significant down-regulation of cleaved caspase-3, a marker of apoptosis and neuronal plasticity. In addition, several inflammatory serum markers were decreased after TSG-6 treatment. Conclusion: TSG-6 is physiologically expressed in the developing brain. Changes of TSG-6 expression associated with inflammation suggest a role of TSG-6 in neuroinflammation. Reduction of cleaved caspase-3 by TSG-6 treatment demonstrates the putative neuroprotective potential of exogenous TSG-6 administration in inflammation-induced developmental brain injury.

Einleitung: Inflammation spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Hirnschädigungen bei Frühgeborenen. Obwohl Tumor necrosis factor-inducible gene 6 protein (TSG-6) immun-modulatorische Eigenschaften unter unterschiedlichen inflammatorischen Bedingungen in erwachsenen Tieren zeigte, sind eine Rolle von TSG-6 im sich entwickelnden Gehirn, ein Einfluss während einer perinatalen Inflammation und ein therapeutisches Potential noch unerforscht. Das Ziel dieser Arbeit war 1) die entwicklungsabhängige Expression von TSG-6 im Rattenhirn zu charakterisieren 2) den Einfluss von Lipopolysaccharide (LPS) auf die TSG-6 Expression zu evaluieren 3) das therapeutische Potential einer externen TSG-6 Gabe zu beurteilen. Methoden: Hirnhälften von gesunden Wistar Ratten (postnatal Tag 1-postnatal Tag 15 (P1-P15)) wurden hinsichtlich der physiologischen Expression von TSG-6 untersucht. Die Expression von Cytokinen und TSG-6 unter inflammatorischen Bedingungen wurde bei LPS-behandelten Ratten untersucht (0,25 mg/kg LPS intraperitoneal (i.p.) an P3). Um zu evaluieren, ob rekombinantes, humanes (rh)TSG-6 einen Einfluss auf inflammatorische Schädigungen während der Hirnentwicklung hat, wurden Wistar Ratten mit LPS an P3 und zusätzlichem rhTSG-6 i.p. behandelt (4 repetitive Dosen von 2,25 mg/kg alle 12 h, erste Dosis 3 h bevor LPS Behandlung). Resultate: TSG-6 messenger Ribonukleinsäure (mRNA) wird physiologisch im sich entwickelnden Gehirn exprimiert mit linearem Anstieg von P1 zu P15. An P6 wurden regionale Unterschiede in der TSG-6 Expression zwischen Cortex, Thalamus und Striatum auf Gen- und Proteinebene nachgewiesen. Zudem wird die TSG-6 Gen-expression durch LPS-induzierte Inflammation signifikant erhöht. Zusätzliche Therapie mit TSG-6 im Vergleich zu alleiniger Gabe von LPS zeigte eine signifikante Verringerung der cleaved caspase-3 Menge, einem Marker für Apoptose und neuronaler Plastizität. Außerdem zeigte sich eine verringerte Expression einiger inflammatorischer Moleküle im Serum nach TSG-6 Therapie. Schlussfolgerung: TSG-6 wird physiologisch exprimiert im sich entwickelnden Gehirn. Änderungen der TSG-6 Expression im Rahmen einer Inflammation deuten auf eine Rolle von TSG-6 während einer Neuroinflammation hin. Die Reduktion der cleaved caspase-3 Menge durch TSG-6 demonstriert ein mögliches neuroprotektives Potential von exogenem TSG-6 bei inflammatorischen Schädigungen während der Hirnentwicklung.

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Bertling, Frederik: Tumor necrosis factor-inducible gene 6 protein. A novel neuroprotective factor against inflammation-induced developmental brain injury. 2017.

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