Hermokasvutekijöiden rakenne, vaikutusmekanismit ja kulkeutuminen aivoissa : uusien hermokasvutekijöiden CDNF:n ja MANF:n vaikutukset rotan aivojen neurotransmission mikrodialyysimenetelmällä tutkittuna
| Title: | Hermokasvutekijöiden rakenne, vaikutusmekanismit ja kulkeutuminen aivoissa : uusien hermokasvutekijöiden CDNF:n ja MANF:n vaikutukset rotan aivojen neurotransmission mikrodialyysimenetelmällä tutkittuna |
| Author(s): | Renko, Juho-Matti |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Pharmacy |
| Discipline: | Pharmacology |
| Language: | Finnish |
| Acceptance year: | 2012 |
| Abstract: |
Review of the literature: The purpose of the review is to go through what is known about mechanisms of actions of different neurotrophic factors (GDNF, neurturin, CDNF and MANF) and how they are transported within the brain. Neurotrophic factors are endogenous and secreted proteins which have a pivotal role in the development and maintenance of neurons. They support the survival of neurons and they can help them to recover from different injuries. Due to these functions neurotrophic factors might be beneficial for the treatment of neurodegenerative disorders like Parkinson's disease. There are a great deal of studies that clearly show the neuroprotective and neurorestrorative function of GDNF and neurturin on dopaminergic neurons. They are also studied in clinical studies with Parkinson's patients but the results have been partly contradictory. The signalling route of GDNF and neurturin via RET tyrosinekinasereceptor is fairly well known but the other mechanisms of action of these factors needs to be studied further.
CDNF and MANF constitute a novel, evolutionarily conserved family of neurotrophic factors. They are shown to have neuroprotective and neurorestrorative actions on dopaminergic neurons both in vitro and in vivo in a rodent model of Parkinson's disease. The mechanisms of action of CDNF and MANF are not quite clear at the moment. There are two different domains in their structure both of which are likely to carry different functions. The N-terminal domains of these proteins are close to saposins, lipid and membrane binding proteins, some of which are shown to have neurotrophic and anti-apoptotic effects. The C-terminal domain of MANF, in turn, is structurally close to the SAP-domain of Ku70-protein which binds Bax in the cytoplasm and thus inhibits apoptosis mediated by Bax. CDNF and MANF might protect neurons both via intracellular mechanisms and extracellularly acting like a secreted neurotrophic factor. CDNF and GDNF are transported retrogradially from striatum to substantia nigra. MANF, unlike the others, is transported from striatum to the frontal cortex. MANF and CDNF are shown to have better diffusion properties in the brain parenchyma than GDNF.
Experimental part: We studied, by means of microdialysis, the effects of CDNF, MANF and GDNF on the dopaminergic neurotransmission of naive rats within the striatum. Neurotrophic factors (10 µg) and PBS as a negative control were injected into the left striatum in stereotaxic surgery. After this rats recovered one week before the first mircodialysis. The second mircodialysis was performed three weeks after the surgery. The samples were collected from the left striatum of freely moving rats. During the microdialysis neurotransmission was stimulated by replacing the perfusion solution with hypertonic potassium solution and with amphetamine solution. The concentration of dopamine, DOPAC, HVA and 5-HIAA was measured from the dialysate samples. In vivo TH-activity experiment was carried out for three rats in each group. NSD1015 was injected i.p.after which rats were decapitated and their striatums were dissected. The concentration of L-DOPA, dopamine and metabolites on the treated and untreated hemisphere were analyzed from the tissue samples. The amount of L-DOPA in the striatum after NSD1015-treatment indicates how active TH-enzyme is.
There were no significant differences in the concentrations of dopamine and metabolites during the baseline. MANF and CDNF increased the release of dopamine from the nerve terminals compared to GDNF and PBS one week after the surgery. Three weeks after the surgery there was still significant increase in the release of dopamine in MANF group compared to GDNF group. Also the dopamine-DOPAC-turnover was increased significantly in MANF group compared to GDNF and PBS groups one week after the surgery. DOPAC/HVA -ratio was significantly smaller in GDNF group than in other groups one week after the surgery. These findings suggest that MANF potentiates dopaminergic neurotransmission most drasticly. The effects of MANF seem to last longer time than the effects of other neurotrophic factors. CDNF seems to increase the release of dopamine from the nerve terminals as well. The potentiation of dopaminergic neurotransmission could be due to increased biosynthesis of dopamine or due to the potentiation of the function of nerve terminals. In the results of the TH-activity experiment there was a trend according to which L-DOPA is synthesized less after the neurotrophic factor treatment that after the PBS treatment. This suggests that neurotrophic factors might decrease the activity of TH-enzyme.
Pro gradu -tutkielman kirjallisuuskatsauksen tarkoituksena on selvittää, mitä tällä hetkellä tiedetään erilaisten hermokasvutekijöiden (GDNF, neurturiini, CDNF ja MANF) vaikutusmekanismeista ja kulkeutumisesta aivoissa. Hermokasvutekijät ovat elimistön omien solujen erittämiä proteiineja, joilla on keskeinen tehtävä hermosolujen kehityksessä ja toiminnan ylläpidossa. Ne myös suojaavat hermosoluja erilaisilta vaurioilta. Nämä ominaisuudet tekevät hermokasvutekijöistä lupaavia yhdisteitä hermorappeumasairauksien kuten Parkinsonin taudin hoitoon. GDNF:stä ja neurturiinista on tehty runsaasti tutkimuksia, joissa niillä on todettu olevan dopaminergiä hermosoluja suojaavia ja niiden vaurioita korjaavia vaikutuksia. Niitä tutkittu myös Parkinsonin tautia sairastavilla potilailla ristiriitaisin tuloksin. GDNF:n ja neurturiinin RET-välitteinen signalointi tunnetaan nykyisin melko hyvin, mutta niiden muut vaikutusmekanismit tarvitsevat vielä lisää tutkimusta.
CDNF ja MANF kuuluvat uuteen evoluutiossa hyvin säilyneeseen CDNF/MANF -proteiiniperheeseen. Niillä on osoitettu olevan dopaminergisia hermosoluja suojaavia ja niiden vaurioita korjaavia vaikutuksia sekä in vitro että in vivo Parkinsonin tautia kuvaavassa jyrsijämallissa. CDNF:n ja MANF:n hermosoluja suojaavat vaikutusmekanismit tunnetaan melko huonosti. Niiden rakenteesta löytyy kaksi erillistä domeenia, joilla on todennäköisesti erilaiset tehtävät. Proteiinien N-terminaalidomeenit muistuttavat lipideihin ja membraaneihin sitoutuvia saposiineja, joista osalla on havaittu oleva neurotrofisia ja apoptoosia estäviä vaikutuksia. MANF:n C-terminaalidomeenin on puolestaan havaittu muistuttavan Ku70-proteiinin SAP-domeenia, joka sitoutuu solulimassa Bax:iin estäen Bax:n proapoptoottista vaikutusta. CDNF ja MANF saattavat suojata hermosoluja sekä solun sisäisesti vaikuttavan proteiinin että solun ulkoisesti eritettävän hermokasvutekijän tavoin. CDNF:ää ja GDNF:ää kuljetetaan striatumista retrogradisesti substantia nigraan. MANF:ia kuljetetaan sen sijaan striatumista aivokuorelle. MANF:lla ja CDNF:llä on paremmat diffuusio-ominaisuudet aivokudoksessa kuin GDNF:llä.
Kokeellisessa osassa tutkittiin CDNF:n, MANF:n ja GDNF:n vaikutuksia naiivien rottien dopamiinineurotransmissioon aivojen striatumin alueella mikrodialyysimenetelmää hyväksi käyttäen. Hermokasvutekijät (10 µg) ja negatiivisena kontrollina käytetty PBS injisoitiin rottien vasempaan striatumiin stereotaktisessa leikkauksessa, jonka jälkeen rottien annettiin toipua viikon ajan ennen ensimmäistä mikrodialyysikoetta. Toinen mikrodialyysikoe suoritettiin kolmen viikon kuluttua leikkauksesta. Näytteet kerättiin vapaasti liikuvien rottien vasemmasta striatumista. Kokeiden aikana neurotransmissiota stimuloitiin koettimen kautta striatumiin annostellulla hypertonisella kaliumliuoksella ja amfetamiiniliuoksella. Dialysaattinäytteistä mitattiin dopamiinin, DOPAC:n, HVA:n ja 5-HIAA:n pitoisuudet. Kolme rottaa kustakin käsittelyryhmästä otettiin in vivo TH-aktiivisuusmääritykseen, jossa rotille annettiin NSD1015-käsittely. Tämän jälkeen rotat dekapitoitiin ja niiden striatumeista valmistetuista kudosnäytteistä määritettiin L-DOPA:n dopamiinin ja metaboliittien määrät käsitellyllä ja käsittelemättömällä aivopuoliskolla. Striatumiin kerytyvän L-DOPA:n määrä kertoo TH-entsyymin aktiivisuudesta ja hermokasvutekijöiden mahdollisista vaikutuksista tähän aktiivisuuteen.
Dopamiinin ja metaboliittien perustason pitoisuuksissa ei havaittu merkitseviä eroja käsittelyryhmien välillä. MANF- ja CDNF-käsittely lisäsi dopamiinin vapautumista hermopäätteistä GDNF- ja PBS-käsittelyyn verrattuna viikko leikkauksen jälkeen suoritetuissa kokeissa. Kolme viikkoa leikkauksen jälkeen MANF:n dopamiinineurotransmissiota lisäävä vaikutus GDNF:ään verrattuna oli yhä nähtävissä. Viikko leikkausen jälkeen myös dopamiinin metaboloituminen DOPAC:ksi oli lisääntynyt MANF-ryhmässä GDNF- ja PBSryhmään verrattuna. DOPAC/HVA -suhde oli merkitsevästi pienempi GDNF-ryhmässä kuin muissa ryhmissä viikko leikkauksen jälkeen. Tulosten perusteella MANF on eniten dopaminergista neurotransmissiota voimistava hermokasvutekijä. Sen vaikutukset myös kestävät muita hermokasvutekijöitä kauemmin. CDNF näyttää myös lisäävän dopamiinin vapautumista hermopäätteistä. Dopamiinitransmission voimistuminen saattaa johtua dopamiinin kiihtyneestä biosynteesistä ja lisääntyneestä varastoitumisesta tai hermopäätteiden toiminnan voimistumisesta. TH-aktiivisuusmäärityksen tuloksissa oli havaittavissa trendi, jonka mukaan hermokasvutekijällä käsittellyissä ryhmissä muodostui vähemmän L-DOPA:a kuin PBS:llä käsittellyissä ryhmissä. Hermokasvutekijät näyttävät siis laskevan TH-entsyymin aktiivisuutta.
|
| Keyword(s): | CDNF MANF GDNF neurotrophic factors microdialysis neurotransmission dopamine vaikutusmekanismit mikrodialyysi neurotransmissio dopamiini hermokasvutekijät |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Renko.pdf | 92.84Mb |
This item appears in the following Collection(s)
-
Faculty of Pharmacy [572]