Die Entstehung der Parkinson'schen Krankheit wird sowohl auf schädliche Umwelteinflüsse als auch auf genetische Prädisposition zurückgeführt. Einerseits führen diverse rezessive und dominante genetische Mutationen zum Auftreten der hereditären Form der Krankheit. Andererseits tritt sie auch sporadisch ohne erkennbaren genetischen Hintergrund auf oder wird erst durch Kontakt mit Neurotoxinen ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Die Entstehung der Parkinson'schen Krankheit wird sowohl auf schädliche Umwelteinflüsse als auch auf genetische Prädisposition zurückgeführt. Einerseits führen diverse rezessive und dominante genetische Mutationen zum Auftreten der hereditären Form der Krankheit. Andererseits tritt sie auch sporadisch ohne erkennbaren genetischen Hintergrund auf oder wird erst durch Kontakt mit Neurotoxinen ausgelöst. In der vorliegenden Arbeit wurden nach Faktoren gesucht, die beiden Formen der Krankheit gemeinsam sind. Dafür wurden genetische und Neurotoxin-basierende Modellsysteme der Degeneration dopaminerger Neurone von Drosophila melanogaster etabliert.
Es wurde beobachtet, dass die gezielte Expression humanem alpha-Synucleins zu altersabhängigem und spezifischem Verlust dopaminerger Neurone führt. Hereditäre Mutationen im alpha-Synuclein-Gen, beschleunigen die Degenerationsrate. Zumindest im Fall von alpha-SynA30P könnte die erhöhte Toxizität mit gestörtem axonalen Transport in Zusammenhang stehen. Außerdem sind dopaminerge Neurone anfällig gegenüber oxidativem Stress. Mittels Hyperoxie, Rotenon, Paraquat und genetisch bedingter Dysfunktion der zellulären Stressantwort war es möglich, Zellverluste am dopaminergen System auszulösen. Außerdem konnte beobachtet werden, dass die Toxizität von alpha-Syn, alpha-SynA30P und alpha-SynA53T unter Hyperoxie stark zunimmt. Daher erscheint es möglich, dass der Degeneration dieser Neurone bei den verschiedenen Modellsystemen ähnliche und synergetisch wirkende Mechanismen zugrunde liegen. Um diese Hypothese zu überprüfen wurde untersucht, ob die Neurodegeneration durch Verringerung der oxidativen Belastung der Zellen aufgehalten werden kann. Die Entfernung von Superoxid-Radikalen durch Expression humaner Zn/Cu- Superoxid-Dismutase war ausreichend, alpha-SynA30P-induzierte Neurodegeneration signifikant zu reduzieren. Allerdings war es dadurch nicht möglich, den Verlust der Neurone unter Rotenon- und Paraquatstress bedeutend zu verlangsamen. Alternativ zum Abfangen der Superoxid-Radikale wurde versucht, durch eine Reduktion der Dopamin-Produktion die Entstehung toxischer Dopamin- Metabolite zu verhindern. Durch die Unterdrückung des Dopamin-Stoffwechsels durch Silencing des Gens pale werden die dopaminergen Neurone vor der Toxizität von alpha-Synuclein und Rotenon geschützt. Die Paraquat-Neurotoxizität wurde wiederum nicht beeinflusst. Weiterhin wurde untersucht, ob auch die, bei der Parkinson'schen Krankheit auftretende alpha-Syn-Aggregation durch oxidativen Stress beeinflusst wird. Dafür wurde eine Fliegenlinie hergestellt, die C-terminal-modifiziertes alpha-Syn exprimiert. Die Expression dieses Konstrukts führte zu einem robusten Aggregations-Phänotyp in dopaminergen Neuronen. An diesem Modell konnte beobachtet werden, dass Rotenon und Paraquat den Aggregationsprozess des modifizierten alpha-Synucleins beschleunigen.
Die Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass oxidativer Stress im Allgemeinen und oxidativer Stress aus dem Dopamin-Stoffwechsel im speziellen ein bedeutender Faktor bei der Entstehung und dem Fortschreiten der Parkinson'schen Krankheit sein könnte.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Parkinson's disease can occur due to exposition environmental toxins as well due to genetic predisposition. On the one side, multiple recessive and dominant genetic mutations lead to the occurrence of the hereditary form of the disease. On the other side, it occurs sporadic without genetic background, or is triggered by contact with environmental toxins. In this study, I established genetic and ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Parkinson's disease can occur due to exposition environmental toxins as well due to genetic predisposition. On the one side, multiple recessive and dominant genetic mutations lead to the occurrence of the hereditary form of the disease. On the other side, it occurs sporadic without genetic background, or is triggered by contact with environmental toxins. In this study, I established genetic and neurotoxin- based models of dopaminergic degeneration in Drosophila melanogaster to search for commonalities of both forms of the disease.
Here, targeted expression of human alpha-Synuclein induced age-dependent, selective loss of dopaminergic neurons. Hereditary mutations in alpha-Synuclein increase the Rate of degeneration. At least in context of alpha-Synuclein A30P this heightened toxicity could be due to impairments of the axonal transport process. Additionally, dopaminergic Neurons are sensitive to oxidative Stress. Rotenon, Paraquat and dysfunction of cellular stress- response pathways can be used to trigger cell loss in the dopaminergic system. Therefore, similar and synergistic mechanisms of degeneration seems seem to exist in both model systems.
To verify this hypothesis, I attempted to attenuate neurodegenerative phenotypes by reduction of oxidative stress. The removal of superoxide radicals through expression of human zn/cu- Superoxide Dismutase was sufficient to significantly reduce alpha-Synuclein, but not Rotenon and Paraquat- induced neurodegeneration. In an alternative approach, suppression of the dopamine- pathway was used to minimize the formation of toxic dopamine metabolites. Silencing of the pale-gene resulted in protection against alpha-Synuclein and Rotenone, but not Paraquat toxicity.
In addition, I tested, whether oxidative stress also can also influence aggregation of alpha-Synuclein, which is another hallmark of Parkinson's disease. To answer this question, a transgenic fly- line expressing C-terminal-modified alpha-Synuclein was generated. The expression of this construct results in a robust aggregation- phenotype in dopaminergic neurons. In this model, Rotenon and Paraquat accelerated the aggregation-process of the modified alpha-Synuclein- Protein.
This results support the hypothesis, that oxidative stress in general and especial oxidative stress derived from dopamine- metabolism are important factors for emergence and progression of Parkinson's disease.
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