Glial dysfunction and the involvment of spinal cord and olfactory

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ZUSAMMENFASSUNG
III.
Zusammenfassung
Morbus Parkinson ist eine weitverbreitete neurodegenerative Erkrankung mit ungeklärter
Ursache, deren Ätiologie bis heute nicht vollständig aufgeklärt ist. Es wird vermutet, dass die
Krankheit
durch
die
Kombination
einer
genetischen
Prädisposition
mit
toxischen
Umwelteinflüssen ausgelöst wird. Erbliche Formen der Krankheit werden durch Mutationen
in Genen wie z.B. α-Synuklein oder Parkin ausgelöst, deren krankheitsbringende Wirkung je
nach Gendefekt dominant oder rezessiv vererbt werden kann.
Histopathologisches Hauptmerkmal der Erkrankung ist der selektive Verlust dopaminerger
Neurone in der Substantia nigra pars compacta. Dennoch beschreiben neuere Studien, dass
Symptome des Morbus Parkinson zuerst im Rückenmark und dem Bulbus olfactorius
sichtbar werden und von dort zur Substantia nigra weiterziehen. Obwohl Morbus Parkinson
traditionell als neuronale Erkrankung beschrieben ist, zeigen neuere Publikationen, dass
Astrozyten an der Pathogenese der Parkinson-Erkrankung beteiligt sein könnten. Seit vielen
Jahren bereits ist bekannt, dass Parkinsoniker Defekte in der Atmungskette mesenzephaler
Mitochondrien haben. Auf zellulärer Ebene treten sichtbare Defekte von Mitochondrien auf.
Diese Beobachtungen deuten auf eine Rolle der Gliazellen und die Beteiligung von
Mitochondrien an der Pathogenese des Morbus Parkinson hin, welche ihren Ursprung
möglicherweise im Rückenmark und/oder im Bulbus olfactorius hat.
Um die Pathogenese weiter aufzuklären, wurden drei Mauslinien generiert, welche
Parkinson-induzierende Mutationen tragen. Eine Mauslinie trägt eine Deletion des Exon 3
des Parkin-Gens, weshalb kein funktionelles Parkin-Protein hergestellt werden kann (PaKO).
Ferner wurden zwei Mauslinien generiert, welche doppelt mutiertes humanes α-Synuklein
(A30P, A53T) unter Kontrolle des in Astrozyten aktiven ß-Aktin (BAsyn) Promoters oder des
in dopaminergen Neuronen aktiven Tyrosinhydroxylase (THsyn) Promoters exprimieren.
In dieser Arbeit wurden 3 Aspekte des Projektes bearbeitet:
Zunächst wurde das Rückenmark der transgenen Mäuse mittels Zelltod-Färbung,
Immunhistochemie und Elektronenmikroskopie analysiert. Die Doppelmutanten BAsyn/PaKO
und 2 von 4 analysierten BAsyn Monomutanten wiesen astrozytären Zelltod, strukturell
geschädigte Mitochondrien und massive Gliose auf, welche mit mikroglialer Aktivierung
einherging. Zu diesem Zeitpunkt waren keine histopathologischen Veränderungen im Hirn zu
beobachten. Darüber hinaus zeigte die Mauslinie schwerwiegende motorische Defizite im
Elevated-Plus-Test
und hatte
eine
reduzierte
Schrittlänge.
Diese Untersuchungen
bekräftigten die Hypothese, dass das Rückenmark am Ursprung der Parkinson-Erkrankung
beteiligt sein könnte.
Im zweiten Teil wurden die olfaktorische Wahrnehmung der verschiedenen Mauslinien und
der Einfluss des Neurotoxins 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) auf die
IV
ZUSAMMENFASSUNG
Geruchswahrnehmung
getestet.
MPTP
löste
eine
Reduktion
der
olfaktorischen
Wahrnehmung bei transgenen, aber auch bei nicht-transgenen Tieren aus. Sowohl
transgene als auch nicht-transgene Tiere wiesen zudem ein reduziertes Oberflächenpotential
des olfaktorischen Epithels auf. Jedoch löste die Kombination aus genetischer Disposition
und Behandlung mit MPTP keinen verstärkten Phänotyp aus.
Im dritten Teil wurde die Physiologie von Astrozyten der verschiedenen Mauslinien im Detail
charakterisiert sowie deren Einfluss auf die neuronale Differenzierung untersucht.
Mesenzephale Astrozyten wiesen massive strukturelle Schädigungen in ihren Mitochondrien
auf. Interessanterweise zeigen auch Astrozyten der THsyn Mäuse mitochondriale
Schädigungen, obwohl dieser Zelltyp das Transgen gar nicht exprimiert. Ich konnte
nachweisen, dass THsyn Astrozyten eine erhöhte Menge des endogenen α-Synukleins
aufweisen,
welches
offenbar
elektronenmikroskopische
für
Studien
die
Schädigungen
konnte gezeigt
verantwortlich
werden,
dass
die
ist.
Durch
ultrastruktuell
geschädigten Mitochondrien bereits bei neugeborenen transgenen Mäusen auftraten. Des
Weiteren wiesen kultivierte Astrozyten funktionelle Beeinträchtigungen auf. Mesenzephale
Astrozyten der Synuklein-transgenen Mäuse zeigten Defizite in der mitochondrialen Ca2+Speicherfähigkeit und eine erhöhte Expression des Proteins PINK1. Im Gegensatz dazu
wiesen PaKO Astrozyten einen Anstieg in der Proteinexpression von PINK1, DRP1 und
SOD2 nur nach Induktion durch oxidativen Stress auf.
Um mögliche Auswirkungen der Astrozytenschäden auf Neuronen sichtbar zu machen,
wurde ein indirektes Co-Kultur-Modell verwendet. Die Untersuchungen zeigten, dass der
Einfluss, den normale Astrozyten in diesem System auf das Neuritenwachstum haben, bei
den mesenzephalen, transgenen Astrozyten stark beeinträchtigt ist.
Kortikale PaKO Astrozyten, nicht aber solche aus Synuklein-transgenen Mäusen, hatten
ultrastrukturell und funktionell veränderte Mitochondrien. Das ist insbesondere bei BAsyn
Mäusen interessant, deren kortikale Astrozyten das Transgen exprimieren. Diese Ergebnisse
deuten darauf hin, dass die Synuklein-Überexpression pathologische veränderte Gliazellen
selektiv in den bei Morbus Parkinson betroffenen Arealen hervorruft.
Zusammenfassend bestärkt diese Arbeit die Hypothese, dass weniger die Substantia nigra,
sondern eher das Rückenmark und der Bulbus Olfactorius Ursprung der Morbus Parkinson
Erkrankung
sein
könnten.
Darüber
hinaus
zeigt
die
sehr
frühe
mitochondriale
Gliazellpathologie der Tiermodelle, dass Astrozyten ursächlich an der Pathogenese des
Morbus Parkinson beteiligt sein könnten.
V
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