Einfluss des GDNF-Rezeptors RET auf die akute MPTP-Toxizität in der Maus
Effect of the GDNF-receptor RET on the acute MPTP toxicity in mice
by Sebastian Kowsky
Date of Examination:2011-10-17
Date of issue:2011-09-26
Advisor:Prof. Dr. Jörg B. Schulz
Referee:Prof. Dr. Jörg B. Schulz
Referee:PD Dr. David Liebetanz
Referee:Prof. Dr. Jochen Staiger
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-1073
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Description:Dissertation
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Abstract
English
Idiopathic Parkinson's disease (PD) is a common age-related disease, associated with the degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta (SNpc). The loss of these neurons leads to the typical symptoms of akinesia, tremor, rigidity and postural instability. Current therapies are limited to treat the symptoms. Halting the degeneration of neurons, or promote their regeneration has so far proved unsuccessful. The activation of the RET (rearranged during transfection)-receptor by the neurotrophin glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) was identified in preclinical studies as an important factor for survival of dopaminergic neurons. Clinical trials with GDNF led to contradictory results. To investigate the relevance of GDNF receptor RET for neuroprotection in more detail, experimental animal studies in a model of PD were performed. For this purpose, the neurotoxin MPTP (1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine) was used, which reproduces best the neurodegenerative processes of PD. Mice were used with a selective RET deficiency in dopaminergic neurons. Mice with a RET deficiency and controls were treated with either MPTP or saline at a dose of 30 mg/kg i.p. over 5 consecutive days. Mice with a selective deficiency of RET showed no primary deficits and no spontaneous degeneration of dopaminergic neurons. MPTP led to a significant loss of dopaminergic neurons in the SNpc, associated with the decrease of catecholamine concentrations and optical fiber density in the striatum as well as the loss of nigrostriatal projections close to their origin in all genotypes. There were no differences between genotypes. Mice with a selective deletion of RET (DAT-Ret lx/lx) did not show a higher vulnerability against MPTP toxicity. The presence of RET resulted in no protection of dopaminergic neurons compared to the RET-deficient animals. Thus, the activation of the RET receptor by endogenous GDNF was not sufficient to protect dopaminergic neurons and their striatal projections against MPTP. In summary GDNF receptor RET did not mediate neuroprotection against acute MPTP toxicity in this experiment. This result might help to explain the negative clinical effects of GDNF in patients with PD.
Keywords: GDNF; Parkinson's disease; MPTP; RET
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Das idiopathische Parkinson-Syndrom (IPS) ist eine häufige altersassoziierte Erkrankung, die mit der Degeneration dopaminerger Neurone in der Substantia nigra pars compacta (SNpc) einhergeht. Der Verlust dieser Neurone führt im Verlauf zu den typischen Symptomen Akinese, Tremor, Rigor sowie posturaler Instabilität. Derzeitige Therapien beschränken sich auf die Behandlung der Symptome. Die Degeneration der Neurone aufzuhalten, bzw. deren Regeneration zu fördern, ist bisher ohne Erfolg geblieben. Die Aktivierung des RET (rearranged during transfection)-Rezeptors durch das Neurotrophin Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) wurde in präklinischen Untersuchungen als wichtiger Überlebensfaktor von dopaminergen Neuronen identifiziert. Klinische Studien mit GDNF führten zu widersprüchlichen Resultaten. Um den Einfluss des GDNF-Rezeptors RET im Zusammenhang mit neuroprotektiven Eigenschaften genauer untersuchen zu können, wurden tierexperimentelle Untersuchungen in einem Parkinson-Modell durchgeführt. Hierfür wurde das Neurotoxin MPTP (1-Methyl-4-Phenyl-1,2,3,6-Tetrahydropyridin) verwendet, welches am besten die neurodegenerativen Vorgänge des IPS reproduziert. Verwendet wurden Mäuse mit einer selektiven RET-Defizienz in dopaminergen Neuronen. Die Versuchstiere wurden gewichtsadaptiert an fünf aufeinander folgenden Tagen mit 30 mg/kg KG MPTP oder mit einem äquivalenten Volumen 0,9% Natriumchlorid-Lösung (NaCl) behandelt. Um die akuten Effekte von GDNF über den RET-Rezeptor auf die dopaminergen Neurone der SNpc im MPTP-Modell bewerten zu können, wurden die Mäuse 14 Tage nach MPTP-Injektion getötet und die Gehirne histologisch aufgearbeitet. Es folgte die Bestimmung der dopaminergen Neurone in der SNpc, der optischen Faserdichte und der Katecholaminkonzentrationen im Striatum sowie die Anzahl der nigrostriatalen Projektionen rostral der SNpc. Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass Mäuse mit einer selektiven RET-Defizienz kein primäres Defizit und keine spontane Degeneration von dopaminergen Neuronen aufwiesen. MPTP führte 14 Tage nach der letzten Injektion zu einem ausgeprägten Verlust dopaminerger Neurone in der SNpc, zu einer deutlichen Erniedrigung der Katecholaminkonzentrationen und der optischen Dichte im Striatum sowie zu einem Verlust von nigrostriatalen Projektionen rostral der SNpc bei allen Genotypen. Zwischen den einzelnen Genotypen bestand kein Unterschied. Mäuse mit einem Verlust von RET (DAT-Ret lx/lx) zeigten keine erhöhte Vulnerabilität gegenüber MPTP. Die Anwesenheit von RET führte zu keiner Protektion von dopaminergen Neuronen im Vergleich zu den RET-defizienten Tieren. Die Aktivierung des RET-Rezeptors durch endogenes GDNF reichte nicht aus, um dopaminerge Neurone und deren striatale Projektionen gegenüber MPTP zu schützen. Die Schlussfolgerung dieser Arbeit ist, dass der GDNF-Rezeptor RET in dem hier angewendeten akuten MPTP-Mausmodell keine Neuroprotektion vermittelte. Dieses Ergebnis kann möglicherweise helfen, die negativen klinischen Effekte von GDNF bei Patienten mit IPS zu erklären.
Schlagwörter: GDNF; Parkinson; MPTP; RET