Neuroprotektion und Neurorestauration im MPTP Modell der Parkinson Erkrankung
Neuroprotection and Neurorestoration in the MPTP Model for Parkinson s Disease
by Anja Drinkut
Date of Examination:2010-06-21
Date of issue:2010-07-01
Advisor:Prof. Dr. Jörg B. Schulz
Referee:Prof. Dr. Jörg B. Schulz
Referee:Prof. Dr. Nils Brose
Referee:Prof. Dr. Ralf Heinrich
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
Parkinson s disease (PD) is the most common neurodegenerative movement disorder of the basal ganglia and is characterized by a progressive loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta (SNpc). The glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) has been identified in preclinical experiments as an important differentiation and survival factor for dopaminergic neurons of the midbrain, yet its application in clinical trials has shown inconsistent efficacy. Current gene therapies delivering neurotrophic factors via neuronal expression may not fulfil essential safety criteria for more elaborate strategies with higher dosages or younger patients. Given that neurotrophic factors are potent modulators of neuronal physiology and thus may potentially provoke unwanted side effects if present in brain areas not affected by PD, it seems preferable to restrict their impact to the immediate vicinity of the site of lesion. In this study it was investigated, whether adeno-associated virus (AAV)-5 vectors injected in low and high titre concentrations into the striatum of C57Bl/6-J mice leading to either neuronal or astrocytic production of GDNF have different effects on protective and neuroregenerative efficacy in the 1-Methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) mouse model of PD. Unilateral striatal vector application resulted in delivery of bio-functional GDNF to the striatum and SN of both brain hemispheres if GDNF was expressed in neurons, indicating distribution to sites far remote from the vector application. In contrast, effects of GDNF were restricted to the injected hemisphere by expression in astrocytes. Astrocytic GDNF expression was neuroprotective at low vector dosage thus representing a safe alternative to current gene therapeutic strategies for PD. It has been claimed that higher concentrations of GDNF may also signal through receptors other than the prototypical rearranged during transfection (RET) and glycosyl phosphatidylinositol linked GDNF family (GFR)α receptors. However, using mice with a tissue-selective ablation of the gene encoding Ret (DAT-Retlx/lx mice) no alternative to an intact GDNF-RET-mediated signalling in the nigrostriatal system to awaken the protective potential of GDNF after MPTP lesion was found.
Keywords: Parkinson s Disease; MPTP model; GDNF
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Parkinson ist die häufigste neurodegenerative Erkrankung der Basal Ganglien und ist charakterisiert durch den progressiven Verlust dopaminerger Neurone in der substantia nigra pars compacta (SNpc). Der glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) ist in präklinischen Studien als wichtiger Differenzierungs- und Überlebensfaktor für dopaminerge Neurone des Mittelhirnes identifiziert worden, jedoch hat seine Anwendung in klinischen Studien inkonistente Wirkung gezeigt. Aktuelle gentherapeutische Ansätze, in denen neurotrophe Faktoren neuronal exprimiert werden, könnten essentielle Sicherheitskriterien für zukünftige Strategien unter Verwendung höherer Dosierungen an jüngeren Patienten nicht erfüllen. Da neurotrophe Faktoren potente Modulatoren neuronaler Physiologie sind und daher, falls vorhanden in Hirnregionen, die nicht durch Parkinson betroffen sind, unerwünschte Nebeneffekte hervorrufen, scheint es vorteilhaft ihren Einfluss auf den unmittelbaren Bereich der betroffenen Hirnareale zu begrenzen. In der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob adeno-associated virus (AAV)-5 Vektoren, injiziert ins Striatum von C57Bl/6-J Mäusen in hoher und niedriger Titerkonzentration, neuronale oder astrozytäre Produktion von GDNF hervorrufend, unterschiedliche Einflüsse auf die protektive und neurorestaurierende Wirkung von GDNF im 1-Methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP) Maus Modell der Parkinson Erkrankung zeigen. Die unilaterale, striatale Vektorapplikation resultierte in der Bereitstellung von biofunktionalem GDNF im Striatum und der SN beider Hirnhemisphären, wenn GDNF in Neuonen exprimiert worden ist; dies spricht somit für eine Verteilung von neuronalem GDNF abseits der Vektorapplikation. Im Gegensatz hierzu konnten die Effekte von GDNF durch die Expression in Astrozyten auf die injizierte Hemisphäre beschränkt werden. Astrozytäre GDNF Expression zeigte neuroprotektive Effekte unter Einsatz der niedrigen Titer Dosierung und repräsentiert somit eine sichere Alternative zu der aktuellen Gentherapiestrategie für Parkinson. Höhere Konzentrationen von GDNF übermitteln Signale wahrscheinlich durch zusätzliche, als die prototypischen rearranged during transfection (RET) und glycosyl phosphatidylinositol linked GDNF family (GFR)α Rezeptoren. Jedoch ergab die Verwendung von Mäusen mit einer Gewebe-spezifischen Ablation des Ret codierenden Gens (DAT-Retlx/lx Mäuse), dass es keine Alternative zu einer intakten GDNF-RET-vermittelten Signaltransduktion im nigrostriatalen System für das protektive Potential von GDNF nach MPTP Intoxikation gibt.
Schlagwörter: Parkinson; MPTP Modell; GDNF