Zellbiologische Untersuchung α-Mannosidase-defizienter und Enzym-behandelter Mäuse
Cell-biological characterisation of α-mannosidase-deficient and enzyme-treated mice
von Markus Damme
Datum der mündl. Prüfung:2009-06-26
Erschienen:2009-11-04
Betreuer:Prof. Dr. Torben Lübke
Gutachter:Prof. Dr. Tomas Pieler
Gutachter:Prof. Dr. Frauke Melchior
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http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-AD7C-5
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Description:Dissertation
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Zusammenfassung
Englisch
The deficiency of the lysosomal α-mannosidase leads to the lysosomal storage disease α-mannosidosis. A feasible option for the treatment of this disease is the substitution of the missing enzyme by intravenous injection of recombinant enzyme. Objective of the present study was the characterization of secondary effects resulting from the lysosomal storage and the impact of the therapy approach on these effects. The transcriptome profile of the liver from mice of an established knockout mouse model of α-mannosidosis should be compared by microarray analysis with wildtype mice and knockout mice treated with recombinant enzyme, to get insight into secondary alterations caused by lysosomal storage and their possible therapy by the recombinant enzyme. An increased expression of a number of genes whose expression is restricted to to Kupffer cells was shown in 58 weeks old mice. Alterations of the Kupffer cell morphology of the liver were detected by immunohistological stainings. These changes were reversible by enyzme replacement therapy. Furthermore, a regulatory effect on the expression of genes neighbouring the knocked out gene Man2B1 on chromosome 8 were shown by transcriptome analysis. An increased specific activity as well as a hyperglycosylation of lysosomal enzymes was shown by biochemical analysis of α-mannosidosis mice. While the increased specific activity of lysosomal enzymes was fully restored, hyperglycosylation was only partially reversible by enzyme replacement therapy. Examination of the brain from elder α-mannosidosis mice revealed an accumulation of cholesterol in the molecular layer of the cerebellum, an activation of microglia, hypertrophy of Bergmann-glia and missing purkinje cells. Lipofuscin was shown to be present in microglia. The results of the present study revealed secondary alterations of the liver caused by the lysosomal storage of oligosaccharides. These alterations were partially reversible by enzyme replacement therapy. Further examinations of pathogenic changes in the brain could give implications about the nature of autofluorescent material.
Keywords: lysosome; α-mannosidosis; lysosomal storage disease; enzyme replacement therapy
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Die Defizienz der lysosomalen α-Mannosidase führt zu der lysosomalen Speichererkrankung α-Mannosidose. Ein möglicher Therapieansatz zur Behandlung der Erkrankung bietet die Substitution des Enzyms durch die intravenöse Injektion rekombinanten Enzyms. Ziel der Arbeit war es, sekundäre Folgen der lysosomalen Speicherung und den Effekt der Therapie auf diese Veränderungen zu untersuchen. Anhand eines bereits etablierten knockout-Mausmodells der α-Mannosidose sollte mittels Microarray-Genexpressionsanalyse das Transkriptomprofil der Leber von knockout und Wildtyp-Mäusen, sowie mit rekombinantem Enzym behandelter knockout-Mäuse verglichen werden, um sekundäre Folgen der lysosomalen Speicherung und deren mögliche Therapierbarkeit durch das rekombinante Enzym abschätzen zu können. In 58 Wochen alten Tieren konnte die erhöhte Expression einer Reihe von Genen gezeigt werden, deren Expression auf Kupfferzellen beschränkt ist. Immunohistologisch konnte eine veränderte Morphologie der Kupfferzellen in der Leber nachgewiesen werden, die nach der Enzym Ersatz Therapie wieder auf Wildtyp-Niveau normalisiert wurde. Weiterhin konnte durch die Transkriptomanalyse ein regulatorischer Effekt auf die Expression von Genen detektiert werden, die dem knockout-Gen Man2B1 auf Chromosom 8 benachbart sind. Biochemische Untersuchungen zeigten, neben einer erhöhten spezifischen Aktivität, eine Hyperglykosylierung einiger lysosomaler Proteine. Während die spezifische Aktivität vollständig durch die Therapie normalisiert wurde, ließ sich für die Hyperglykosylierung im Rahmen der Therapiedauer eine partielle Korrektur feststellen. Die Untersuchung des Gehirns älterer α-Mannosidase-defizienter Tiere offenbarte in der Molekularschicht des Cerebellum die Akkumulation von Cholesterin, eine Aktivierung von Mikrogliazellen, hypertrophen Bergmann-Glia und Lücken in der Purkinjezellschicht. Zudem konnte Lipofuscin in Mikroglia nachgewiesen werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen neue sekundäre, durch die lysosomale Speicherung bedingte Veränderungen in der Leber auf, die durch die Enzym-Therapie teilweise therapierbar sind. Weitere Untersuchungen über pathogene Veränderungen im Gehirn könnten unter anderem Aufschluss über Zusammensetzung des autofluoreszenten Materials liefern.
Schlagwörter: Lysosom; α-Mannosidose; lysosomale Speichererkrankung; Enzym Ersatz Therapie