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
