Anti-Apoptosis and Regeneration in the Visual System: Effects of BAG1 (Bcl-2-associated athanogene-1)
Antiapoptosis und Regeneration in den optischen System: Effekte von Bcl-2-associated-athanogene-1
by Anne-Véronique Planchamp
Date of Examination:2007-11-01
Date of issue:2008-04-28
Advisor:Prof. Dr. Rüdiger Hardeland
Referee:Prof. Dr. Gerhard Braus
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
In the present work, we investigated Bcl-2-associated athanogene-1 (BAG1) as a therapeutic molecule in the lesioned visual system in vivo. The effects of BAG1 were tested in two in vivo models of apoptosis and regeneration, the optic nerve axotomy and optic nerve crush. BAG1 was overexpressed in retinal ganglion cells (RGCs) under the control of a neuron-specific promoter using Adeno-associated virus (AAV) vectors. AAV-mediated overexpression of BAG1 significantly increased RGC survival compared to PBS and AAV.EGFP-treated controls, what was confirmed in BAG1+/- transgenic mice. BAG1 overexpression also significantly increased in vivo regeneration and in vitro neurite outgrowth of RGCs. Following AAV.BAG1 application, a significant increase in the number and length of regenerating axons after optic nerve crush was observed. In primary RGCs, BAG1 overexpression resulted in an approximately three-fold increase in neurite length and growth cone surface. The molecular mechanisms of BAG1-mediated regeneration were further investigated in in vitro studies in two different cell types, the primary RGCs and the rat neuronal CSM cell line stably transfected with BAG1. BAG1 induced translocation of Raf-1 and ROCK2 from the membrane to the cytoskeleton and the perinuclear regions, respectively. Most importantly, ROCK activity was significantly reduced in a Raf-1-dependent manner upon BAG1 overexpression. In summary, we show that BAG1 acts on three different levels, by inhibition of lesion-induced apoptosis, increase of the intrinsic regeneration potential and interaction with the inhibitory ROCK signaling cascade. Thus, BAG1 is a promising candidate for the development of future therapeutic strategies targeting CNS regeneration in vivo.
Keywords: Apoptosis; regeneration; BAG1 (Bcl-2-associated-athanogene-1); ROCK (Rho-associated kinase); retinal ganglion cell; adeno-associated virus
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In der folgenden Arbeit wurde
Bcl-2-associated athanogene-1 (BAG1) als therapeutisches Molekül
bei Läsionen im visuellen System in vivo untersucht. Die Effekte
von BAG1 wurden auf zwei in vivo Modelle für Apoptose und
Regeneration getestet: Axotomie und Crush des optischen Nervs. BAG1
wurde unter einem neuronspezifischen Promoter mit Adeno-associated
virus (AAV) Vektoren in Retinalganglionzellen (RGC) überexprimiert.
AAV-mediierte Überexpression von BAG1 steigert deutlich das
Überleben von RGCs im Vergleich zu PBS und AAV.EGFP-behandelten
Kontrollen. Dieses Ergebnis wurde darauf in BAG1+/- transgenen
Mäusen bestätigt. BAG1 Überexpression steigerte auch deutlich die
in vivo Regeneration als auch das Wachstum der RGC Neuriten in
vitro. Weiterhin erhöhte die Behandlung mit AAV.BAG1 die Anzahl und
Länge von regenerierenden Axonen deutlich. In primären RGCs führte
BAG1 Überexpression zu einer dreifachen Steigerung in Neuriten
Länge und Growth cone Oberfläche.
Die molekularen Mechanismen der BAG1-mediierten Regeneration wurden
durch weitere in vitro Untersuchungen in zwei verschieden
Zelltypen, den primären RGCs und der neuronalen mit BAG1 stabil
transfizierten CSM Zelllinie, aufgeklärt. BAG1 führte zu einer
Translokation der Proteinkinase Raf-1 von der Zellmembran in das
Zytoplasma. Weiterhin wurde eine Verschiebung des Moleküls ROCK2 in
die perinukleare Region beobachtet. Letztendlich senkte BAG1
Überexpression die ROCK Aktivität deutlich und in einer
Raf-1-abhängigen Weise.
Zusammenfassend wurde gezeigt, dass BAG1 auf drei verschiedenen
Ebenen eine Rolle in der Regeneration spielt: Inhibition von
Läsions-mediierter Apoptose, Steigerung des intrinsischen
Regenerationspotential der Zellen sowie Interaktion mit der
inhibitorischen ROCK-Signalkaskade. BAG1 ist ein viel
versprechender Kandidat für die Entwicklung von therapeutischen
Strategien zur Regeneration des zentralen Nervensystems in
vivo.
Schlagwörter: Apoptose; Regeneration; BAG1; ROCK; Retinalganglionzellen; Adeno-assoziierten Viren