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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| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Beteiligte: | |
| Format: | Dissertation |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Philipps-Universität Marburg
2004
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| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | PDF-Volltext |
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| 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. |
|---|---|
| DOI: | 10.17192/z2004.0032 |