| dc.contributor.advisor | Müller, Michael Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | Schuster, Ann-Kathrin | |
| dc.date.accessioned | 2021-11-26T12:31:23Z | |
| dc.date.available | 2021-12-21T00:50:17Z | |
| dc.date.issued | 2021-11-26 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0008-59AC-3 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8982 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8982 | |
| dc.language.iso | deu | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 610 | de |
| dc.title | Einfluss der Rett-Syndrom-assoziierten MeCP2-Defizienz auf die DNA-Oxidation, strukturelle und inflammatorische Marker in zerebralem Gewebe | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.title.translated | Influence of the Rett-syndrome-associated MeCP2-defiency on DNA oxidation, structural and inflammatory markers in cerebral tissue | de |
| dc.contributor.referee | Müller, Michael Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2021-12-13 | |
| dc.description.abstractger | Das Rett-Syndrom stellt eine neuronale Entwicklungsstörung dar, bei welchem Mutationen auf dem MECP2-Gen zu schweren motorischen und kognitiven Beeinträchtigungen führen. Zur komplexen Symptomatik gehören daneben auch eine gestörte kardiorespiratorische Kontrolle, epileptische Anfälle und autistische Merkmale. Aufgrund der X-chromosomalen Lage des MECP2-Gens und der Vererbung, die im Rett-Syndrom meist vom Vater ausgeht, ergibt sich bei weiblichen Patienten ein X-chromosomales Mosaik aus intaktem und mutiertem MECP2-Gen, welches durch inhomogene Aktivierungsmuster zu stark variierenden Phänotypen bei betroffenen Patientinnen führt. In den seltenen Fällen, in denen Jungen mit dem Rett-Syndrom geboren werden, zeigt sich ein grundsätzlich schwerer Phänotyp, bei dem die Patienten meist das erste Lebensjahr nicht überschreiten. Das methyl-CpG-bindende Protein 2, für welches das MECP2-Gen kodiert, wirkt als Transkriptionsmodulator an vielen verschiedenen Genen, wodurch eine komplexe Störung verschiedene Stoffwechselwege erzeugt wird. Dazu gehört unter anderem die basale Atmung, bei der im Rett-Syndrom der Ablauf der Atmungskette hochreguliert und damit die Erzeugung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) erhöht ist. Diese stören das Redoxgleichgewicht durch die oxidative Schädigung verschiedener Gewebebestandteile.
Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, die übermäßige Oxidation von DNA im Rett-Syndrom nachzuweisen, nachdem dies für Proteine und Lipide längst gezeigt werden konnte. Dazu wurde DNA aus dem Cortex von Mäusen aus dem Mecp2 tm1.1Bird-Modell extrahiert. Durch Verwendung eines speziellen ELISA-Assays und der anschließenden spektrometrischen Analyse konnte die DNA-Oxidation der Proben quantifiziert werden. Ergänzend wurden histochemische und immunhistochemische Färbungen an PFA-fixierten Hirnschnitten ausgewertet, um einen möglichen Einfluss der Redoximbalance über die Fenton-Reaktion auf den Eisenmetabolismus, aber auch auf andere zerebrale Gewebemarker zu identifizieren und einen Beitrag zu der Frage zu liefern, ob dem Rett-Syndrom wirklich kein inflammatorischer Vorgang zugrunde liegt.
Die Auswertung der erhobenen Daten zeigte, dass die DNA-Oxidation bei MeCP2-defizienten Mäusen im Vergleich zum Wildtyp signifikant erhöht war. Besonders hoch fiel dies bei 50 Tage alten Rett-Männchen und -Weibchen aus, obwohl Rett-Weibchen in diesem Alter präsymptomatisch sind. Als potenzielles Therapeutikum wurden einige Tiere mit einem Futter ernährt, das mit Antioxidantien angereichert war, mit dem Ziel dadurch ROS abzufangen und die oxidative Gewebeschädigung reduzieren zu können. Der gewünschte Effekt konnte in Bezug auf die DNA-Oxidation aber nur bei jungen Wildtypen nachgewiesen werden. Bei jungen Rett-Mäusen blieb diese Wirkung aus, bei allen älteren Tieren konnte durch diese Art der Fütterung eine weitere Zunahme der DNA-Oxidation beobachtet werden. Die Auswertung der (immun )histochemischen Gewebeschnitte ergab Hinweise auf eine Verschiebung des Redoxgleichgewichtes im Eisenmetabolismus, da ein dezenter Mangel an Fe2+-Ionen und eine leichte Zunahme an Fe3+-Ionen im Cortex heterozygoter Weibchen nachgewiesen werden konnte. Außerdem konnte ein signifikanter Mangel an astrozytärem GFAP in Cortexgewebe bei MeCP2-defizienten Tieren festgestellt werden; bei entzündlichen Vorgängen wäre eine GFAP-Zunahme zu erwarten gewesen. Dass sich eine eventuelle subklinische Inflammation nicht auf zellulärer Ebene widerspiegelt, wird auch durch die Beobachtung bestärkt, dass eine vermehrte Aktivierung von Mikroglia durch die immunhistochemische Färbung von Mac3 nicht nachgewiesen werden konnte.
Somit konnte die erhöhte Oxidation von DNA im Rett-Syndrom bei allen untersuchten Mausgruppen signifikant nachgewiesen werden. Es wurden Hinweise auf eine Beeinflussung des Redoxgleichgewichtes von Eisenionen durch die vermehrte ROS-Synthese gefunden und Anzeichen für einen inflammatorischen Prozess auf zellulärer Ebene widerlegt. | de |
| dc.description.abstracteng | Rett-Syndrome is a disorder with impaired neuronal development, in which mutations in the MECP2 gene lead to severe motor and cognitive impairment. Part of a complex clinical appearance are a disturbed cardiorespiratory control as well as epileptic seizures and autistic features.
Because of the x-chromosomal location of the MECP2 gene and the fact that the mutated gene is usually forwarded by the father, a x-chromosomal mosaic results in the female patients. The presence of one intact and one impaired X-chromosome, leads to widely varying phenotypes due to inhomogeneous activation patterns. In some rare cases boys are born with Rett syndrome, but they show a severe phenotype and do not survive their first year after birth.
The methyl-CpG-binding protein 2, which is encoded by MECP2 gene, acts as a transcription modulator of many different genes, which results in a complex disorder affecting multiple metabolic pathways. Basal mitochondrial respiration is clearly affected among other pathways, and the turnover rate of the respiratory chain seems upregulated. This culminates in an increased synthesis of reactive oxygen species (ROS), which disturb the cellular redox balance by damaging tissue components due to oxidation.
The aim of this research was to detect an increased degree of oxidation in DNA in Rett-syndrome. Therefore, DNA was extracted from cortex tissue of mice, belonging to the Mecp2 tm1.1Bird model. By using a respective ELISA assay and spectrometric analyses, DNA oxidation of cortical tissue was quantified. In addition, histochemical and immunohistochemical staining of PFA-fixed brain tissue slices were evaluated to detect a possible interdependence of the redox imbalance and cellular iron metabolism via the Fenton’s reaction. Also, other cerebral tissue markers were assessed to explore whether Rett syndrome may also include an inflammatory condition.
Analysis of the data showed a significantly increased DNA oxidation in MeCP2-deficient mice compared to their wildtype siblings. This was particularly evident in 50 days old Rett males and females, even though females of this age are still presymptomatic. As a potential treatment some of the mice received a special diet enriched with antioxidants. The aim of this treatment was to improve ROS buffering and to reduce oxidative tissue damage. The desired effect in terms of DNA oxidation could only be proven in young wildtypes but not in young Rett mice. In both, older Rett and wildtype mice, this antioxidant diet led to a further increase in DNA oxidation.
Evaluation of (immune-)histochemical tissue markers indicated a shifted redox balance in iron metabolism, in which a subtle lack of Fe2+ ions and a slight increase in Fe3+ ions were detected in cortical tissue of heterozygous Rett-females. Moreover, a significant lack of astrocytic GFAP was evident in the same tissue. Yet, in inflammatory processes rather a gain of GFAP would be expected. The presence of subclinical inflammations on the cellular level could not be proven, which is reinforced by the fact that an increased activation of microglia could not be proven in the cortex of Rett mice by immunohistochemical Mac3-staining.
In conclusion, a significantly increased oxidation of DNA could be proven in each of the analyzed groups of mice. Indications were found for an interaction of the redox imbalance and iron redox balance and signs for subclinical inflammatory processes can be ruled out at the cellular level. | de |
| dc.contributor.coReferee | Bogeski, Ivan Prof Dr. | |
| dc.subject.ger | Rett Syndrom | de |
| dc.subject.ger | MeCP2 | de |
| dc.subject.ger | Reaktive Sauerstoffspezies | de |
| dc.subject.ger | Redoximbalance | de |
| dc.subject.ger | Eisen-Redoxbalance | de |
| dc.subject.ger | DNA-Oxidation | de |
| dc.subject.ger | oxidative Schädigung | de |
| dc.subject.eng | Rett syndrome | de |
| dc.subject.eng | MeCP2 | de |
| dc.subject.eng | reactive oxygen species | de |
| dc.subject.eng | redox imbalance | de |
| dc.subject.eng | iron redox balance | de |
| dc.subject.eng | GFAP | de |
| dc.subject.eng | DNA oxidation | de |
| dc.subject.eng | oxidative damage | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0008-59AC-3-6 | |
| dc.affiliation.institute | Medizinische Fakultät | de |
| dc.subject.gokfull | Medizin (PPN619874732) | de |
| dc.description.embargoed | 2021-12-21 | |
| dc.identifier.ppn | 1779639279 | |