Untersuchungen zum molekularen Mechanismus von Parkinson

Das Ziel dieses Projektes ist ein verbessertes Verständnis der molekularen Mechanismen der Parkinsonschen Krankheit (PD) im Allgemeinen und der Rolle von a-synuclein und endonuclease G (EndoG) im Verlauf dieser Zelldegeneration im Speziellen. Neuronaler Zelltod während PD wird in Verbindung gebracht mit zellulärem Alter, mitochondriellen Schäden und der Ansammlung von Proteinaggregaten ("Lewy bodies"), deren Hauptbestandteil a- synuclein darstellt. Mitochondrien und oxidativer Stress werden als entscheidende Faktoren bei der Modulierung der Toxizität von a-synuclein gesehen. Studien mit Modelorganismen wie Fliege, Wurm, und Maus implizieren unterscheidliche Funktionen von a-synuclein, unter anderem die Regulierung von synaptischer Plastizität, Vesikeltransport und Phosopholipase D2 Aktivität durch die Fähigkeit, an Membranen zu binden. Auch in Hefe lokalisiert a-synuclein hauptsächlich an der Plasmamembran, bildet intrazellulärer Aggregate, beeinflusst Lipidmetabolismus und Vesikeltransport und inhibiert Phospholipase D. Chronologisch gealterte Hefe stellt ein etabliertes Model für das Altern post-mitotischer Säugerzellen dar und bietet sich an, um altersinduzierte Neurodegeneration zu mimikrieren. Wir konnten bereits zeigen, dass eine Expression von a-synuclein in diesem alternden Hefemodel für PD sowohl apoptotischen als auch nekrotischen Tod induziert. Weiters zeigt diese Studie, dass der Tod durch a-synuclein zwar unbeeinflusst von verschiedenen apoptotischen Proteinen ist, jedoch von mitochondriellen Funktionen abhängt. Die Beseitigung der mtDNA führte zu deutlich reduziertem Zelltod, vermindertem oxidativem Stress und einer Verringerung der apoptotischen aber nicht der nekrotischen Marker durch a-synuclein Expression. Unsere neuesten Ergebnisse identifizieren Endonuclease G (EndoG) als einen möglichen Exekutor des a-synuclein induzierten Zelltodes (unveröffentlichte Daten). Diese Daten scheinen auf höhere Eukaryonten übertragbar zu sein. Auch in Drosophila melanogaster führt eine Erniedrigung des EndoG-Levels zur Inhibierung der durch a-synuclein induzierten Apoptose (unveröffentlichte Ergebnisse). Da diese Daten EndoG als mögliches Angriffsziel für neue PD Therapien nahelegen, sollen im Zuge diese Projekts mögliche Inhibitoren von EndoG identifiziert werden. In einem Mausmodel für PD soll außerdem die Rolle von EndoG auf a-synuclein induzierten neuronalen Zelltod und damit einhergehende Beeinflussung der motorischen Fähigkeiten, des Verhaltens und der Lernfähigkeit untersucht werden. Die Kombination von exakten Überlebensassays und durchflusscytometrischer Quantifizierung apoptotischer und nekrotischer Marker in unterschiedlichsten Stämmen soll näheres Verständnis des a-synuclein-vermittelten Todesweges liefern. Hierzu sollen Interaktoren von a-synuclein mittels "Pulldown assay" identifiziert und dann in weiteren Versuchen bezüglich ihres Einflusses auf die Toxizität und die Aggregation von a-synuclein charakterisiert werden. Zusätzlich sollen mit PD in Zusammenhang gebrachte mitochondriale Faktoren hinsichtlich Überlebensrate, oxidativem Stress, apoptotischen, nekrotischen und autophagischen Markern, Beeinflussung der Toxizität und Aggregation von a-synuclein und ihres Zusammenhangs mit EndoG und anderen Zelltodexekutoren untersucht werden (z.B. Toxine wie MPTP und Rotenon oder Mitochondrien-assoziierte Proteine wie parkin, DJ-1 oder pink). Vielversprechende im Hefesystem generierte Daten werden in Säugerzelllinien, Fliege und Maus überprüft. Das komplizierte Wechselspiel zwischen Funktion, Toxizität und Aggregation von a-synuclein, mitochondriellen Schäden, oxidativer Phosphorylierung und EndoG-vermitteltem Tod soll durch dieses Projekt näher aufgeklärt werden.