dc.contributor.author
Motz, Claudia
dc.date.accessioned
2018-06-07T16:00:01Z
dc.date.available
2016-06-03T08:54:11.277Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/1910
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-6112
dc.description.abstract
Die Parkinsonerkrankung ist eine epidemiologisch bedeutsame Erkrankung des
höheren Lebensalters, bei der es zur fortschreitenden Degeneration
monoaminerger und cholinerger Neurone des zentralen Nervensystems kommt.
Parkin-Funktionsverlust verursacht 50% der Fälle mit autosomal rezessiver
Vererbung. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Parkinson-Mausmodell mit
Parkin-Exon-3-Knockout im Stamm 129/Sv untersucht. Es wurden zehn Knockout-
mit zehn Wildtypmäusen desselben Stamms verglichen. Mittels zweidimensionaler
Großgel-Elektrophorese, Silberfärbung, softwaregestützter Bildverarbeitung
(Proteomweaver), statistischer Auswertung (Wilcoxon-Test) und
Massenspektrometrie wurden ventrales Mittelhirn (M) und Großhirn (C) auf
Proteomveränderungen untersucht. Die Proteomanalyse zweier Hirnregionen des
vorliegenden Parkin-Knockouts ergab zum einen Spotvolumenminderungen von
Proteinen des antioxidativen Systems und der mitochondrialen Atmungskette
(Peroxiredoxin 1, C und M, p=0,008 bzw. 0,037; Peroxiredoxin 2, M, p=0,037;
Glyoxalase 1, C, p=0,047; CytochromC-Oxidase-Untereinheit Vb, M, p=0,025). Zum
anderen fanden sich Spotvolumenänderungen synaptisch bzw. perisynaptisch
lokalisierter Proteine: eine Spotvolumenminderung von Lasp-1 (M, p=0,028) und
eine Spotvolumensteigerung von Complexin 2 (C, p=0,037). Die erstgenannten
Ergebnisse bestätigen prominente Pathomechanismen des M. Parkinson:
Veränderungen des antioxidativen Systems und der mitochondrialen Atmungskette.
Mit den letztgenannten Ergebnissen dagegen rückt die vorliegende Untersuchung
einen pathogenetischen Aspekt ins Blickfeld, der bisher kaum Beachtung findet:
frühe Veränderungen der synaptischen Funktion. Synaptische Veränderungen
werden bisher als späte, kompensatorische Vorgänge bei manifestem M. Parkinson
mit fortgeschrittenem Neuronenverlust thematisiert. Da die Knockout-Mäuse
jedoch nur eine dezente Klinik und keinerlei histopathologische
Auffälligkeiten zeigen, stellen die beobachteten synaptischen
Proteinveränderungen offenbar frühe, funktionelle Veränderungen dar, die
möglicherweise ursächlich am späteren Neuronenverlust beteiligt sind. Die
Ergebnisse weisen der glutamatergen Exzitotoxizität eine bedeutendere
pathogenetische Rolle zu als bisher angenommen. So stehen Complexin 2 und
Lasp-1 in Zusammenhang mit glutamaterger Transmission und synaptischer
Plastizität, ebenso die Serinracemase (Tendenz, M, p=0,059). Da bereits vor
einem signifikanten Neuronenverlust die glutamaterge Transmission verändert
ist, spielt die glutamaterge Exzitotoxizität möglicherweise nicht nur eine
verstärkende, sondern eine auslösende Rolle für den dopaminergen
Zelluntergang. Mit einer veränderten glutamatergen Transmission sind auch
andere Untersuchungsergebnisse am Mausmodell erklärbar. So beobachten Goldberg
et al. eine Erhöhung der striatalen extrazellulären Dopaminkonzentration.
Diese kann durch eine vermehrte glutamaterge Stimulation nigraler dopaminerger
Neurone hervorgerufen werden, die ihrerseits durch eine Konzentrationserhöhung
von Complexin 2 und Serinracemase bedingt sein könnte. Die beobachtete
Erhöhung der striatalen extrazellulären Dopaminkonzentration, die im Gegensatz
zum Dopaminmangel bei manifester, idiopathischer Parkinsonerkrankung steht,
stellt möglicherweise eine Besonderheit des parkinbedingten M. Parkinson dar.
Sie ist mit den bei Parkin-Patienten prominenten Dyskinesien vereinbar, die
vermutlich durch einen Dopaminüberschuss bedingt sind. Auch die oben genannten
funktionellen synaptischen Veränderungen könnten von besonderer Relevanz für
die parkinbedingte Erkrankung sein: In PET-Untersuchungen zeigt sich eine
ausgedehnte Dysfunktion bei eher umschriebenem Neuronenverlust und nur langsam
progredienter Klinik. Neben Erkenntnissen zur Pathogenese der
Parkinsonerkrankung liefert die Proteomanalyse auch Hinweise auf die Funktion
des Proteins Parkin. Parkin zeigt in vitro Ubiquitinligase-Aktivität; jedoch
wies die Proteomanalyse keine in-vivo-Konzentrationsänderungen der in-vitro-
Substrate nach. Sie lässt allerdings auf die mittelbare Proteinfunktion
schließen. So werden zum einen antioxidative und mitochondriale Funktion durch
Parkin beeinflusst, zum anderen die synaptische Funktion - mit Auswirkungen
auf glutamaterge und dopaminerge Transmission sowie Motorik und Lernverhalten
der Maus. Das in einem anderen Parkin-Knockout akkumulierende in-vitro-
Substrat p38 mag seinen Einfluss auf Wachstum und Differenzierung via Lasp-1
entfalten. In methodischer Hinsicht widerlegt die vorgelegte Arbeit die
Behauptung, Parkin-Knockout-Effekte stellten im Wesentlichen confounding-
Effekte durch Mausstammunterschiede dar; denn sie weist Veränderungen an
Tieren mit homogenem genetischen Hintergrund nach. Die Ergebnisse der
vorliegenden Untersuchung dürften auch für den idiopathischen M. Parkinson
(IPD) relevant sein. Erstens rekapituliert das Modell prominente Merkmale des
IPD: Veränderungen des antioxidativen und mitochondrialen Systems. Zweitens
wird Wildtyp-Parkin durch oxidative Modifikation in seiner Funktion
beeinflusst, so dass der bei IPD frühzeitig erhöhte oxidative Stress über
einen Parkin-Funktionsverlust zu ähnlichen Defiziten wie der Parkin-Knockout
führen kann.
de
dc.description.abstract
Parkinson´s disease (PD) is a frequent, age dependent neurodegenerative
disease that is characterised by loss of monoaminergic and cholinergic neurons
in the central nervous system. Loss-of-function mutations in the parkin gene
cause 50% of autosomal recessive cases. We examined proteome alterations in
ventral midbrain (M) and cerebrum (C) of 129/Sv mice (n=10) due to knockout of
exon 3 of the parkin gene, performing two dimensional large-gel
electrophoresis and silverstaining, using image processing software and mass
spectrometry. For statistical analysis we applied the Wilcoxon test. Proteome
analysis showed decreased spot volume of antioxidant and mitochondrial
proteins (peroxiredoxin 1, C, p= 0,008, M, p=0,037; peroxiredoxin 2, M,
p=0,037; glyoxalase 1, C, p=0,047; cytochromeC oxidase subunit Vb, M,
p=0,025). Moreover, we found changes in synaptic proteins and and proteins
located in the perisynaptic compartment: increased spot volume of complexin 2
(C, p=0,037) and decreased spot volume of Lasp-1 (M, p=0,028). Whereas
deficits in the antioxidant and mitochondrial systems reproduce well-known
features of PD pathogenesis, the discovery of (peri-)synaptic protein changes
leads to new insights: So far, synaptic changes have been discussed as a late,
compensatory process after major loss of dopaminergic neurons. Since parkin
k.o. mice show only slight motor deficits and no histological pathology, we
suspect early alterations of synaptic function. Complexin 2 seems to be
involved in glutamatergic synaptic vesicle exocytosis; Lasp-1 might play a
role in synaptic plasticity. Parkin protein shows ubiquitin ligase activity in
vitro, but none of its in-vitro substrates were found to show altered spot
volumes in k.o. mice. Nevertheless, our results implicate that parkin, via
unknown mechanisms, influences the antioxidative, mitochondrial and synaptic
function. The latter seems to involve complexin 2 and Lasp-1 and, as
demonstrated in different parkin knockout models, leads to altered motor and
learning behaviour of the mouse. The results of this trial are expected to be
relevant not only to parkin related disease, but to idiopathic PD (IPD), as
well. Firstly, the model seems to be valid because it reproduces the most
prominent features of IPD pathogenesis: alterations of the antioxidant and
mitochondrial systems. Secondly, parkin function is influenced by oxidative
modification, so that early oxidative stress in IPD can lead to similar
consequences as parkin knockout.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
proteome alterations
dc.subject
Parkinson´s disease
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Proteomveränderungen im ventralen Mittelhirn und Großhirn durch Knockout von
Exon 3 des Parkin-Gens (PARK2) bei der Maus (Stamm 129/Sv)
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Dr. J. Klose
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. M. Schülke-Gerstenfeld, Prof. Dr. rer. nat. H. Lehrach
dc.date.accepted
2009-11-20
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000102117-3
dc.title.translated
Proteome alterations in ventral mesencephalon and cerebrum caused by knockout
of exon 3 of the parkin gene (PARK2) in mice (129/Sv)
en
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000102117
refubium.note.author
frühere Ausgabe
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000019271
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access