Zur Identifizierung früher Veränderungen im Krankheitsverlauf der HD wurde in dieser Arbeit ein Großgel-2D-Elektrophorese-gestützter Proteomics-Ansatz in Kombination mit Massenspektrometrie verwendet. Als Krankheitsmodell diente das transgene CAG-51-Rattenmodell, das mit einem verzögerten Krankheitsbeginn und progredienter motorischer, emotionaler und kognitiver Symptomatik wesentliche pathogenetische Momente bei HD gut abbildet. Es eignet sich in besonderem Maße zur Untersuchung früher Veränderungen. Es wurden zwei unterschiedliche Gehirnregionen untersucht: das Striatum als primärer Ort der Pathologie bei HD und das Cerebellum als deutlich später betroffene Region. Untersucht wurden drei Altersstufen: eine präsymptomatische, eine frühe und eine mittlere, wobei die präsymptomatische mit 10 Tagen den frühesten bisher in einer Proteomstudie für HD im Tiermodell untersuchten Zeitpunkt darstellt. Als wichtigstes Ergebnis dieser Arbeit zeigte sich, dass es bereits im präsymptomatischen Stadium zu deutlichen Veränderungen auf Proteinebene im Striatum kommt, welche sich beim Cerebellum nicht in diesem Ausmaß finden. Eine Pathwayanalyse ergab im Striatum jeweils sechs signifikant veränderte Pathways, von denen fast alle (fünf) eine verminderte Proteinexpression zeigten. Im Cerebellum zeigte sich hingegen kein einziger signifikant veränderter Pathway. Die Veränderungen im Striatum betreffen in erster Linie den Energiehaushalt der Zelle im Sinne eines frühen Hypometabolismus im Gehirn, der sich auch beim Menschen findet. Allerdings sind auch andere zentrale Bereiche der Zelle betroffen: Axonleitung, Aminosäuremetabolismus und Zelltod. Auf der Ebene nicht-pathway- assoziierter Proteine finden sich Veränderungen in den Bereichen Zytoskelett, Ubiquitin-Proteasom-System, mitochondrialer Stoffwechsel, Transkription, oxidativer Stress, Heat-shock-Antwort und Vesikeltransport. Es konnte hier zum ersten Mal gezeigt werden, dass diese Veränderungen bereits sehr früh im Krankheitsverlauf Bestandteil der Pathologie bei HD sind. Ein weiteres, unerwartetes Ergebnis war ein Peak der Proteinveränderungen, der beim Striatum und beim Cerebellum bei etwa 2 Monaten liegt – ein frühes Erkrankungsstadium mit sehr milder Symptomatik. Der Peak ist damit von der Schwere der Erkrankung unabhängig. Analog zu Erkenntnissen bei HD und AD im Mausmodell wird hier die Vermutung geäußert, dass die fortschreitende HD-Pathologie zu einer Unterdrückung oder Verschiebung der physiologischen hohen Plastizität im Gehirn adoleszenter Ratten bei etwa 2 Monaten führen könnte, was den hier gefundenen Peak erklären würde. Dies würde eine schon früh gestörte Plastizität im Gehirn implizieren und könnte ein Korrelat für die frühen kognitiven Störungen bei HD sein. In jedem Fall zeigte sich deutlich, dass eine Theorie von im Krankheitsverlauf linearen Veränderungen der Anzahl der Proteine nicht zutreffend sein kann. Striatum und Cerebellum divergieren zu Beginn der Erkrankung noch stark, was die Anzahl der Veränderungen betrifft, nähern sich aber schon früh im Verlauf (ab 70 Tagen) einander an. Dies könnte dafür sprechen, dass HD schon früher als bisher angenommen andere Gehirnregionen als Striatum und Cortex betrifft. Allerdings legt die gefundene unterschiedliche Dynamik der Veränderung pro Isoform in Striatum und Cerebellum einen in beiden Gehirnregionen unterschiedlichen Krankheitsverlauf nahe. Zur Klärung dieser Frage müssten die Proteine der beiden späteren Altersstufen massenspektrometrisch identifiziert werden. Dies würde Aussagen zur Krankheitsspezifität der Veränderungen zu allen drei Untersuchungszeitpunkten im Striatum und im Cerebellum erlauben. Für das Striatum konnte ein deutlicher Expressionsoverlap mit Proteinen nachgewiesen werden, die auch bei anderen neurodegenerativen Erkrankungen wie AD, PD und ALS verändert sind. Dies spricht für die Theorie, dass weniger die Art der Veränderungen krankheitsspezifisch ist, als vielmehr der Ort im Gehirn und das spezifische Milieu, in dem sie stattfinden.
Huntington disease (HD) is fatal in humans within 15-20 years of symptomatic disease. Although late stage HD has been studied extensively, protein expression changes that occur at the early stages of disease and during disease progression have not been reported. In this study, a large two- dimensional gel/mass spectrometry-based proteomics approach was used to investigate HD-induced protein expression alterations and their kinetics at a very early stage and during the course of disease. The HD CAG-51 rat model was investigated at 10, 70 and 465 days of age, corresponding to absence of disease, very early and late stage HD. Two brain regions were investigated: striatum as a region that is very early affected by HD and cerebellum that is affected much later in the disease course. It could be shown that already in presymptomatic HD rats lots of protein changes occur mainly in the striatum. Early changes included mainly proteins that are part of the energy metabolism, dna synthesis, cellular death and axon guidance. There is a peak of protein changes at 70 days for both striatum and cerebellum.
