Neuroprotektion und Aktivierung von Neurotrophin-Signaltransduktionswegen durch Hemmung von Protein-Tyrosin-Phosphatasen und durch NO-Donatoren

Trotz des enormen Fortschrittes der Medizin und neuen Erkenntnissen über die pathologischen Mechanismen des neuronalen Zelltodes steht bislang keine wirkungsvolle, kausale Therapie zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen zur Verfügung. Obwohl unterschiedliche Ursachen für den...

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Gerling, Norbert
Beteiligte: Krieglstein, Josef (Prof. Dr. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2004
Pharmakologie und Toxikologie
Schlagworte:
Akt
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:Trotz des enormen Fortschrittes der Medizin und neuen Erkenntnissen über die pathologischen Mechanismen des neuronalen Zelltodes steht bislang keine wirkungsvolle, kausale Therapie zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen zur Verfügung. Obwohl unterschiedliche Ursachen für den neuronalen Zelluntergang verantwortlich sein können, gibt es zunehmend Hinweise dafür, dass apoptotische Prozesse am Zelltod der neurodegenerativen Erkrankungen beteiligt sind. Eine Möglichkeit, die neuronale Apoptose im Verlauf neurodegenerativer Erkrankungen zu blockieren, stellt die Behandlung mit neurotrophen Wachstumsfaktoren dar. Durch Aktivierung verschiedenster Rezeptoren und Signaltransduktionskaskaden werden Schlüsselproteine aktiviert, die für die Hemmung der neuronalen Apoptose und somit für das neuronale Überleben notwendig sind. Aufgrund der molekularen Struktur der Wachstumsfaktoren ergeben sich aber insbesondere bei der Applikation Probleme, da diese Proteine die Blut-Hirn-Schranke nicht überwinden können. Eine mögliche Lösung dieses Problems besteht darin, die Wachstumsfaktor-induzierte, neuroprotektive Wirkung mittels Hemmung der Protein-Tyrosin-Phosphatasen zu imitieren. Anhand von quantitativen Untersuchungen konnten neuroprotektive Effekte für den Protein-Tyrosin-Phosphatase(PTP)-Inhibitor Orthovanadat festgestellt werden. Als zugrunde liegender Mechanismus wurde eine Phosphorylierung des hochaffinen NGF-Rezeptors TrkA nach Behandlung embryonaler, hippokampaler Neurone mit dem PTP-Inhibitor nachgewiesen. Sowohl die Phosphorylierung und Aktivierung von TrkA, als auch die Neuroprotektion waren dabei unabhängig von der Anwesenheit von NGF. Die NGF-vermittelte Neuroprotektion wird nach Aktivierung und Phosphorylierung des TrkA-Rezeptors überwiegend mittels Aktivierung zweier Signaltransduktionswege vermittelt: mittels des PI3-K/Akt- und des Ras/Raf/MEK/MAPK-Signalweges. Mit Hilfe verschiedener molekularbiologischer und biochemischer Methoden konnte an dieser Stelle eine Beteiligung dieser Signaltransduktionskaskaden infolge der TrkA-Aktivierung auch für die Orthovanadat-vermittelte Neuroprotektion nachgewiesen werden. Aus den durchgeführten Untersuchungen der vorliegenden Arbeit geht eindeutig hervor, dass eine Hemmung der Protein-Tyrosin-Phosphatasen durch Orthovanadat die Phosphorylierung und Aktivierung des hochaffinen NGF-Rezeptors TrkA auch in Abwesenheit von NGF induziert und dieses zu neuroprotektiven Effekten mittels Aktivierung der PI3-K/Akt-Signaltransduktionskaskade und der Aktivierung der Ras/Raf/MEK-MAPK-Kaskade führt. Die Hemmung von Protein-Tyrosin-Phosphatasen könnte somit eine neue, vielversprechende Strategie sein, die neuroprotektive Wirkung der Wachstumsfaktoren zu imitieren, um so im Verlauf chronisch degenerativer Hirnerkrankungen vor neuronalem Zelltod zu schützen. Die für die Dephosphorylierung des TrkA-Rezeptors verantwortliche Protein-Tyrosin-Phosphatase war bis dato unbekannt. In der vorliegenden Arbeit konnte sowohl eine Verlängerung der NGF-induzierten TrkA-Phosphorylierung durch den spezifischen PTP-1B-Inhibitor Compound 2 nachgewiesen werden, als auch eine konzentrations- und zeitabhängige Dephosphorylierung des hochaffinen NGF-Rezeptors nach Behandlung mit rekombinanter PTP-1B. Aufgrund der hier durchgeführten Experimente besteht Anlass zur Hoffnung, dass die PTP-1B die für die TrkA-Dephosphorylierung verantwortliche Phosphatase ist. Somit könnte die Hemmung der PTP-1B ein probater Mechanismus zur Induktion der TrkA-Phosphorylierung und der dadurch vermittelten Neuroprotektion sein. Studien früherer Arbeiten zeigen das ambivalente Verhalten von Stickstoffmonoxid hinsichtlich der neuronalen Degeneration. Hohe Konzentrationen induzieren toxische Effekte, niedrige Konzentrationen hingegen vermitteln antiapoptotische Effekte, deren Mechanismen gerade auf neuronaler Ebene nahezu unbekannt sind und durch die durchgeführten Experimente weiter aufgedeckt wurden. In der vorliegenden Arbeit konnten nicht nur eine NO-Freisetzung für bestimmte Dephostatin-Derivate gemessen werden, sondern auch antiapoptotische Effekte. Die hierfür verantwortlichen Mechanismen ließen eine Beteiligung der löslichen Guanylatcyclase vermuten, welche sowohl für die neuroprotektiven Effekte der Dephostatin-Derivate als auch für den NO-Donator SNAP demonstriert wurden. Für einige NO-Donatoren sind hemmende Eigenschaften hinsichtlich diverser Protein-Tyrosin-Phosphatasen beschrieben worden. Die dadurch vermittelten Effekte waren aber nahezu unbekannt. Mittels der dargestellten Ergebnisse konnten nicht nur eine SNAP-induzierte TrkA-Phosphorylierung belegt werden, sondern auch gezeigt werden, dass die Dephostatin-Derivate neben der Neuroprotektion eine transiente Phosphorylierung des hochaffinen NGF-Rezeptors induzieren. Ferner konnte aufgrund dieser TrkA-Aktivierung die Beteiligung des PI3-K/Akt- und des Ras/Raf/MEK/MAPK-Signaltransduktionsweges an der NO-induzierten Neuroprotektion nachgewiesen werden. Somit erlauben die Befunde der vorliegenden Arbeit die Schlussfolgerung, dass ein positiver Zusammenhang zwischen NO-induzierter Neuroprotektion und Aktivierung der neuroprotektiven PI3-K/Akt- und der MEK/MAPK-Signalwege besteht. Die Aktivierung des hochaffinen NGF-Rezeptors TrkA und nachgeschalteter neuroprotektiver Signaltransduktionswegen durch die NO-Donatoren könnte eine neue, vielversprechende Strategie sein, um in die pathophysiologischen Mechanismen des neuronalen Zelltods einzugreifen und so neue Arzneistoffe zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen zu entwickeln.