This thesis focuses on the study of the reprogramming of the immunometabolism of infiltrating monocytes during neuroinflammation. Three main results have been achieved. First, the development and validation of a method for analysing changes in the major metabolic pathways of cells. To do so, the analytical challenges presented by the high polarity of the targeted metabolites and the chelating properties of citrate and phosphates have been addressed and overcome. The developed method allows the simultaneous analysis of key-role metabolites with HPLC-ESI-QQQ-MS. It is a suitable tool for future studies to quickly, reliably, and reproducibly investigate the metabolism of cells in different conditions or under various stimulations. The proof of concept of this method is shown by the results of the following two points. Second, in vitro elucidation of monocyte metabolic alterations when infiltrating into the CSF from the bloodstream. These results provide an insight on the immunometabolism rewiring from the production of amino acids (serine and glycine) in normal conditions towards a more active TCA cycle and production of glutamine when stimulated with CSF. This knowledge gives a valuable overview of the effects caused by the compartment change of monocytes and provides the basis for understanding the metabolic adaptation of infiltrating immune cells under different conditions. Third, the display of the significant variations in the metabolism reprogramming of infiltrating monocytes in three study cases: in healthy individuals, in patients with AD and with MScl. These outcomes elucidate how a healthy donor CSF affects monocytes compared to that of patients. Moreover, it distinguishes the alterations caused by a disease more correlated to neurodegeneration, such as AD, from those caused by a disease primarily neuroinflammatory like MScl. The results presented in this thesis are of relevance for a more in-depth understanding of the metabolic fate of monocytes in CSF and to build solid bases for further studies of their role in neuroinflammation. It is one step forward in elucidating the complexity of alterations that occur in our CNS in the case of neurodegenerative or neuroinflammatory diseases.
Diese Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung der Umprogrammierung des Immunstoffwechsels von infiltrierenden Monozyten während einer Neuroinflammation. Es wurden drei Hauptergebnisse erzielt. Erstens, die Entwicklung und Validierung einer Methode zur Untersuchung von Veränderungen in den wichtigsten Stoffwechselwegen von Zellen. Zu diesem Zweck wurden die analytischen Herausforderungen, die sich aus der hohen Polarität der Zielmetaboliten und den chelatbildenden Eigenschaften von Citrat und Phosphaten ergeben, angegangen und überwunden. Die entwickelte Methode ermöglicht die gleichzeitige Analyse von essentiellen Metaboliten mittels HPLC-ESI-QQQ-MS. Diese ist ein geeignetes Werkzeug für zukünftige Studien, um schnell, zuverlässig und reproduzierbar den Stoffwechsel von Zellen unter verschiedenen Bedingungen oder Stimuli zu untersuchen. Der Beweis für die Wirksamkeit dieser Methode wird durch die Ergebnisse der folgenden zwei Punkte erbracht. Zweitens, in-vitro-Aufklärung der metabolischen Veränderungen von Monozyten, die aus dem Blutkreislauf in den Liquor eindringen. Die Ergebnisse geben einen Einblick in die Umstellung des Immunstoffwechsels von der Produktion von Aminosäuren (Serin und Glycin) unter normalen Bedingungen auf einen aktivierten Tricarbonsäurezyklus und die Produktion von Glutamin, wenn die Zellen mit Liquor stimuliert werden. Diese Erkenntnisse geben einen wertvollen Überblick über die Auswirkungen des Übergang der Monozyten in ein anderes Kompartiment und bilden die Grundlage für das Verständnis der metabolischen Anpassung von infiltrierenden Immunzellen unter verschiedenen Bedingungen. Drittens, die Darstellung der signifikanten Unterschiede in der Reprogrammierung des Stoffwechsels der infiltrierenden Monozyten in drei Studienfällen: bei gesunden Personen, bei Patienten mit Alzheimer und mit Multiple Sklerose. Diese Ergebnisse geben Aufschluss darüber, wie sich der Liquor eines gesunden Spenders auf die Monozyten auswirkt, im Vergleich zu demjenigen von Patienten. Darüber hinaus wird zwischen den Veränderungen unterschieden, die durch eine Krankheit verursacht werden, die eher mit Neurodegeneration korreliert, wie z.B. Alzheimer, und denen, die durch eine primär neuroinflammatorische Krankheit wie MScl verursacht werden. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse sind für ein tieferes Verständnis des metabolischen Schicksals der Monozyten im Liquor von Bedeutung und bilden eine solide Grundlage für weitere Studien über ihre Rolle bei Neuroinflammationen. Somit sind diese Erkenntnisse ein weiterer Schritt zur Aufklärung der komplexen Veränderungen, die in unserem zentralen Nervensystem bei neurodegenerativen oder neuroinflammatorischen Erkrankungen auftreten.
