Decreased Expression of the EAAT5 Glutamate Transporter at Photoreceptor Synapses in Early, Pre-Clinical Experimental Autoimmune Encephalomyelitis, a Mouse Model of Multiple Sclerosis

Abstract

Multiple sclerosis (MS) is a prevalent neuroinflammatory and neurodegenerative disease that affects the CNS, leading to structural and functional alterations in both the white and gray matter of the brain. Among the systems frequently impacted by MS is the visual system, which is particularly susceptible to changes linked to disease progression. Glutamate excitotoxicity has been hypothesized as a contributing factor to the pathogenesis of MS. To explore this, we focused on the role of the EAAT5 (SLC1A7) glutamate transporter, a key presynaptic component located near glutamatergic photoreceptor ribbon synapses. EAAT5 is essential for regulating glutamate levels and maintaining synaptic integrity. In this study, we utilized the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) mouse model of MS to investigate whether alterations in EAAT5 contribute to the observed structural and functional changes at photoreceptor ribbon synapses during the disease. Through a combination of qualitative and quantitative immunofluorescence microscopy and Western blot analyses, we assessed EAAT5 expression and localization at various stages of disease progression. Our findings revealed a significant reduction in EAAT5 at photoreceptor synapses in EAE retinas compared to controls, an alteration detectable as early as nine days post-immunization. This reduction was corroborated by Western blot data, which demonstrated decreased EAAT5 protein expression in EAE retinas. These results point to early disruptions in glutamate transport at photoreceptor synapses during the pre-clinical phase of EAE, suggesting a potential role for EAAT5 in the synaptic dysfunctions observed in MS. This study highlights the importance of EAAT5 in maintaining synaptic homeostasis and raises questions about the mechanisms underlying its dysregulation in MS. Further research is needed to elucidate the precise pathways through which EAAT5 alterations contribute to neurodegenerative and neuroinflammatory processes, particularly in the context of the visual system's vulnerability in MS. These findings contribute to a deeper understanding of the molecular underpinnings of MS and may inform future therapeutic strategies targeting synaptic dysfunction in this disease.

Multiple Sklerose (MS) ist eine weit verbreitete neurologische Erkrankung, die sowohl durch neuroinflammatorische als auch neurodegenerative Komplikationen gekennzeichnet ist. Diese Krankheit führt häufig zu erheblichen Veränderungen in der strukturellen und funktionellen Integrität der weißen und grauen Substanz des Gehirns. Besonders anfällig für Störungen, die mit dem Fortschreiten der MS einhergehen, ist das visuelle System. Ein vermuteter Faktor in der Pathogenese der MS ist die Glutamat-Exzitotoxizität. Die vorliegende Studie konzentriert sich auf den EAAT5 (SLC1A7) Glutamat-Transporter, der eine entscheidende Rolle bei der Regulation von Glutamat an den Synapsen spielt und sich in der Nähe der aktiven Zonen der Photorezeptor-Ribbon-Synapsen befindet. In meiner Dissertation habe ich das experimentelle Modell der autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE) bei Mäusen verwendet, um zu untersuchen, wie Veränderungen in EAAT5 die Struktur und Funktionalität von Photorezeptor-Ribbon-Synapsen bei MS beeinflussen könnten. Ich setzte qualitative und quantitative Methoden ein, darunter Immunfluoreszenzmikroskopie und Western-Blot-Analysen, um die Expression und Lokalisation von EAAT5 am neunten Tag nach der Immunisierung während der präklinischen Phase der EAE zu messen. Meine Ergebnisse zeigen einen signifikanten Rückgang von EAAT5 an den Photorezeptor-Synapsen in von EAE betroffenen Retinas im Vergleich zu Kontrollen, beginnend ab dem neunten Tag nach der Immunisierung. Dieser Rückgang wurde durch Western-Blot-Analysen bestätigt, die eine reduzierte EAAT5-Proteinexpression zeigten. Solche frühen Beeinträchtigungen im Glutamattransport deuten auf eine mögliche Beteiligung von EAAT5 an den synaptischen Anomalien bei MS hin. Diese Untersuchung unterstreicht die Rolle von EAAT5 bei der Aufrechterhaltung des synaptischen Gleichgewichts und schlägt ein Ungleichgewicht von EAAT5 als möglichen Mechanismus vor, der zu den neurodegenerativen und neuroinflammatorischen Manifestationen der MS beiträgt. Diese Erkenntnisse vertiefen unser Verständnis der molekularen Grundlagen der MS und könnten zukünftige therapeutische Strategien zur Zielsetzung der synaptischen Dysfunktion bei dieser Krankheit informieren.