FORPRION

BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND PRIONEN

Wü 1 Pathogenese der Prionkrankheiten IV

Arbeitsfeld:

Oxidativer Stress während der präklinischen Phase von Maus-Scrapie Zahlreiche wissenschaftliche Studien belegen die Bedeutung von oxidativem Stress in der Pathogenese von neurodegenerativen Krankheiten, zu denen auch Prionkrankheiten gehören. Obwohl verschiedene Voruntersuchungen einen direkten Einfluss von oxidativem Stress bei Prionkrankheiten vermuten, konnte bisher nicht geklärt werden, ob Moleküle oder Produkte des oxidativen Stresses eine kausale Rolle bei der Krankheitsentstehung besitzen, oder aber nur ein sekundäres Phänomen darstellen. Um diesen Sachverhalt besser zu verstehen, wurde in einem etablierten Maus-Modell für Prionkrankheiten, Parameter des oxidativen Stresses zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach einer Infektion untersucht. Es zeigte sich, dass bereits während der Krankheitsentstehung im Gehirn der infizierten Mäuse ein signifikanter Konzentrationsanstieg von Markern der Lipid-Peroxidation wie Malondialdehyd (MDA) und 4-hydroxyalkenals (4-HNE) zu finden ist. Auf der RNA-Ebene zeigte sich zusätzlich ein Anstieg des oxidativen Stress Enzyms Häm-Oxygenase-1 (HO-1) in der frühen Phase der Erkrankung sowie im weiteren Verlauf einen Verlust von Synaptophysin, welches auf einen dramatischen Verlust neuronaler Synapsen hinweist. Diese Ergebnisse zeigen, dass oxidativer Stress bei der Krankheitsentstehung beteiligt ist und, dass vermutlich reaktive Sauerstoffspezies im Gehirn von mit Prionen infizierten Mäusen eine Prädisposition für die Neurodegeneration darstellen. Unveränderte Suszeptibilität für Scrapie in Serotonin-Transporter-defizienten Mäusen Untersuchungen anderer internationaler Arbeitsgruppen postulieren, dass das serotonerge System eine wichtige Rolle bei Prionkrankheiten besitzt. Es wird vermutet, dass eine 34 Hyperaktivität des serotonergen Systems bei menschlichen und experimentellen Prionkrankheiten durch einen gesteigerten Abbau des Neurotransmitters Serotonin (5- Hydroxytryptamin, 5-HT) verursacht wird. Der 5-HT Transporter (5-HTT) determiniert die serotonerge Neurotransmission durch Wiederaufnahme von freigesetztem 5-HT aus dem extra zellulären Raum. Die Verfügbarkeit von 5-HTT ist reduziert im Gehirn bei Patienten, die an der fatalen familiären Schlaflosigkeit (FFI) leiden, einer vererbbaren menschlichen Prionkrankheit. Um die Bedeutung und die mögliche Rolle von 5-HTT bei Prionkrankheiten besser zu verstehen, haben wir genetisch veränderte Mäuse, welche keinen 5-HT Transporter besitzen, mit Maus-Prionen infiziert. Überraschend zeigte sich, dass 5-HTT defiziente Tiere die Krankheit in einem vergleichbaren Zeitablauf wie wildtypische Kontrolltiere entwickeln. Auch der Nachweis des pathologischen Prion-Proteins PrPSc im Gehirn und das Ausmass der histologischen Veränderungen im Gehirn zeigte keine Unterschiede zwischen 5-HTT defizienten Mäusen und der Kontrollgruppe. Diese Ergebnisse zeigen, dass 5-HTT keine entscheidende Rolle bei der Pathogenese von Prionkrankheiten im experimentellen Mausmodell besitzt. Zellkulturmodell zur beta-Amyloid Plaquebildung und Prioninfektion mit adulten primären Nervenzellkulturen Primäre neuronale Zellkulturen werden üblicherweise aus Embryonen oder neonatalen Tieren gewonnen. Um das Verständnis molekularer und zellulärer Veränderungen bei Krankheitsprozessen besser zu analysieren, ist es jedoch notwendig Untersuchungen zu verschiedenen Entwicklungsstadien und besonders im ausgereiften adulten Stadium durchzuführen, um physiologische Aspekte und alterspezifische Veränderungen bestimmen zu können. In der laufenden Förderperiode haben wir ein primäres Zellkultursystem mit einer gemischten Population von Zellen des Nervensystems etabliert, welches mit den ausgewählten Konditionen über Monate stabil untersucht und charakterisiert werden kann. Mit diesem neuen Zellkultursystem wurden in ersten Studien unterschiedliche progressive neurodegenerative Krankheiten, wie die Alzheimersche Erkrankung und eine Prioninfektion getestet, um die Reliabilität des Modells zu verifizieren. Überraschend zeigte sich, dass es bei der Verwendung von Nervenzellen aus einem Alzheimer Maus-Modell zur Entstehung von typischen beta-Amyloiden Plaques kommt. In einem anderen Ansatz konnte gezeigt werden, dass sich primäre adulte Nervenzellen auch mit Prionen in vitro infizieren lassen und charakteristische Veränderungen für Prionkrankheiten zeigen. Mit diesem neu etablierten Model ist es somit möglich verschiedene Studien für altersbedingte Erkrankungen des Nervensystems durchzuführen.