Development of Viral Tools for CNS Gene Transfer: Adeno-Associated Viral Vectors in Gene Therapy of Parkinson's Disease

Abstract

Gentransfer in das Zentralnervensystem stellt eine vielversprechende therapeutische Strategie für die Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen incl. des Morbus Parkinson dar. Das wesentliche Merkmal der Parkinson´schen Erkrankung ist der progressive Verlust des nigro-striatalen dopaminergen Systems. Die Verwendung viraler Vektoren basierend auf dem Adeno-Assoziierten Virus (AAV) erlaubt langfristigen Gentransfer in das nigro-striatale System. Der AAV-Serotyp 2 (AAV-2) transduziert präferentiell dopaminerge Neurone in der Substantia Nigra, und wurde deshalb zur Expression von Bcl-XL und GDNF in diesem Areal verwendet. Der Serotyp 5 (AAV-5) eignet sich sehr gut für die Transduktion größerer Areale im Striatum, und wurde deshalb zur Expression von GDNF in den Basalganglien verwendet. Um die Transgenexpression eindeutig verfolgen zu können und um ektopisch exprimierte Proteine von endogen vorhandenen Proteinen unterscheiden zu können, wurde zudem die erste systematische Studie zur Verwendung von Epitop-Tags im Zentralnervensystem im Rahmen dieser Doktorarbeit durchgeführt.Als Model für die Parkinson´sche Erkrankung wurde die unilaterale Injektion von 6-OHDA in die nigro-striatale Projektionsbahn verwendet. Unter Kontrollbedingungen (AAV-EGFP Injektion in die Substantia Ngra) überlebten 25% der DA Neurone die Läsion für 2 Wochen und 7% für 6 Wochen. Bcl-Xl Überexpression steigerte das Überleben der DA Neurone auf 61% (2 Wochen) bzw. 31% (6 Wochen nach Läsion). Diese Resultate zeigten, das mitochondriale Protektion allein nicht hinreichend ist, um dopaminerge Neurone der Substantia Nigra nach 6-OHDA Läsion langfristig an der Degeneration zu hindern. Die Ko-Expression von Bcl-Xl mit GDNF erreichte nahezu vollständige Neuroprotektion zum Zeitpunkt 2 Wochen nach der Läsion (96 % überlebende DA Neurone) durch einen additiven Effekt von Bcl-Xl und GDNF. Zum Zeitpunkt 6 Wochen nach Läsion war allerdings kein additiver Effekt von Bcl-Xl und GDNF mehr feststellbar, das Überleben von 76 % der DA Neurone war alleine auf die Expression von GDNF zurückzuführen. Diese Resultate zeigten, das längerfristige Studien unbedingt notwendig sind um die therapeutische Potenz von potentiell neuroprotektiven Faktoren richtig einschätzen zu können. Versuche zur Regenerationsfähigkeit des nigro-strialen Systems nach vollständiger 6-OHDA Läsion ergaben, das GDNF keinen regenerative Effekt haben kann, wenn zu wenige dopaminerge Terminalen als Ausgangsmaterial zur Verfügung stehen.