C-to-U RNA editing has been implicated as possibly either adaptive or maladaptive mechanism in temporal lobe epilepsy (TLE), the most common form of focal epilepsy with a persistently high rate of pharmacoresistance, despite an abundance of available antiepileptic drugs. C-to-U RNA-edited glycine receptors (edGlyR) might present a novel drug target for treatment of pharmacoresistant TLE. Previous studies have shown elevated expression of edGlyR in resected hippocampi of TLE patients, which correlated with the degree of hippocampal sclerosis. C-to-U RNA editing of GlyR mRNA leads to a gain of function, resulting in an increased affinity for glycine. edGlyR act predominantly in presynaptic compartments, where they facilitate neurotransmitter release and, depending on neuron type afflicted with edGlyR expression, induce network hyper- or hypoexcitability. C-to-U RNA editing of GlyR mRNA could therefore contribute to seizure generation or represent an adaptive mechanism to decrease hyperexcitability. The aim of this thesis was to identify specific edGlyR antagonists and investigate their effect on epileptic activity in human brain ex vivo, as well as identify the neuronal cell type expressing edGlyR using a novel RNAediting sensor tool in human brain slice cultures. Using high-throughput screening methods and database research, I was unable to identify a specific edGlyR antagonist. However, one of the molecules tested as a potential edGlyR antagonist, dimethylethanolamine (DMEA), has been tested as treatment option for different neurological disorders, although detailed functional mechanisms are still unknown. Here, I showed that DMEA decreased spontaneous activity in primary neuronal cultures and displayed an antiepileptic effect in patient-derived brain tissue ex vivo. In addition, I established stable viral mediated expression of the RNA-editing sensor tool in human brain slice cultures and showed neuron-specific expression. I propose that application of DMEA as well as identification of RNA-editing on single cell level in human brain tissue present valuable tools for the development of novel therapeutic options in patients with pharmacoresistant TLE.
C-zu-U RNA-Editierung wurde sowohl als adaptiver als auch maladaptiver Prozess bei Temporallappenepilepsie (TLE) beschrieben. TLE ist die häufigste Form der fokalen Epilepsie, mit einem hohen Anteil an pharmakoresistenten Verläufen, trotz einer Vielzahl an verfügbaren antiepileptischen Substanzen. Einen neuen potentiell antiepileptischen Mechanismus stellen RNA-editierte Glyzinrezeptoren (edGlyR) dar. Hippocampi von Patienten mit pharmakoresistenter TLE zeigen eine Überexpression von edGlyR mRNA, welche mit der Schwere der Hippocampus-Sklerose korreliert. C-zu-U RNA-Editierung der GlyR mRNA führt zu einem Funktionsgewinn und zu einer erhöhten Affinität für Glyzin. edGlyR wirken überwiegend präsynaptisch, wo sie die Freisetzung von Neurotransmittern erhöhen und bedingt durch die Lokalisation auf inhibitorischen oder exzitatorischen Neuronen zu einer verstärkten oder verminderten neuronalen Erregbarkeit führen. Die C-zu-U RNA-Editierung der GlyR mRNA könnte daher zur Anfallsgenerierung beitragen oder einen adaptiven Mechanismus zur Verringerung der Übererregbarkeit darstellen. Ziel dieser Arbeit war es, spezifische edGlyR-Antagonisten zu identifizieren und ihren Einfluss auf epileptische Aktivität im humanen Gehirn ex vivo zu untersuchen sowie mit Hilfe eines RNA-Editierungssensors das Expressionsmuster von edGlyR auf Einzelzellebene in humanen Hirnschnittkulturen zu identifizieren. Weder mittels high-throughput Screening noch strukturbasierter Datenbankanalyse konnten jedoch in dieser Arbeit spezifische Antagonisten für edGlyR identifiziert werden. Eine der getesteten potentiellen edGlyR Antagonisten, Dimethylethanolamin (DMEA), wurde bereits in diversen präklinischen und klinischen Studien als Therapie für neurologische Erkrankungen getestet, jedoch ohne detailliertes Wissen über den Wirkmechanismus. In dieser Arbeit konnte ich zeigen, dass DMEA die spontane Aktivität von primären neuronalen Kulturen reduziert sowie antiepileptische Effekte in reseziertem humanem Hirngewebe von TLE Patienten aufweist. Zudem konnte ich eine stabile viral-vermittelte Expression des RNA-Editierungssensors spezifisch in Neuronen von humanen Hirnschnittkulturen zeigen. Die Anwendung von DMEA als antiepileptische Substanz sowie die Identifizierung von RNA-Editierung auf Einzelzellenebene stellen essentielle Werkzeuge für die Entwicklung neuartiger antiepileptischer Therapieansätze für Patienten mit pharmakoresistenter TLE dar.
