Determination of ER stress in the experimental 6-OHDA rat model of Parkinson´s disease
| Title: | Determination of ER stress in the experimental 6-OHDA rat model of Parkinson´s disease |
| Author(s): | Granqvist, Riikka |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Pharmacy |
| Degree program: | Master 's Programme in Pharmacy |
| Specialisation: | Pharmacology |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2021 |
| Abstract: |
Parkinsonin tauti on toiseksi yleisin hermorappeumasairaus Alzheimerin taudin jälkeen. Vielä ei ole löydetty lääkettä, joka vaikuttaisi taudin etenemiseen. Yhdeksi taudin mekanismiksi on ehdotettu solulimakalvoston (ER) stressi. ER-stressiä tapahtuu laskostumattomien proteiinien kasautumisen seurauksena. ER-stressi laukaisee laskostumattomien proteiinien signalointireitin (UPR), joka suojaa ER-stressiä vastaan vähentämällä proteiinien kasautumista. Aluksi laskostumattomien proteiinien vasteella on suojaavia vaikutuksia, mutta ER stressin pitkittyessä UPR käynnistää ohjelmoidun solukuoleman. UPR-reitillä on useita viestinvälittäjiä. Parkinsonin taudin eläinmallien ER-stressin karakterisoinnista voi olla hyötyä lääkekehitykseen. Jos ER-stressi on merkittävä osa taudin kehittymistä, olisi tärkeää löytää UPR-reittiin vaikuttava lääkeaine.
Parkinsonin taudin eläinmallien, kuten 6-OHDA- (6-hydroksidopamiini) ja MPTP-mallin (1-metyyli-4-fenyyli-1,2,3,6-tetrahydropyridiini) mekanismeissa on samankaltaisuuksia. ER-stressiä on havaittu tapahtuvan sekä Parkinson-potilaiden aivoissa että taudin eläinmalleissa. Täten tautimallien karakterisointi on järkevää.
Tämän erikoistyön tavoitteena oli 6-OHDA rottamallin ER-stressin karakterisointi. Työssä määritettiin UPR-reitin viestinvälittäjien ilmentymisen määrää. Tässä erikoistyössä käytettiin uros ja naaras Sprague Dawley -rottia. Stereotaksisella leikkauksella injisoitiin joko 6-OHDA- tai suolaliuosta kolmeen kohtaan rotan striatumia. Kaksi viikkoa leesioiden indusoinnin jälkeen rotille tehtiin amfetamiinilla indusoitu pyörimiskoe. Tulosten avulla rotat jaettiin ryhmiin leesion koon perusteella. Rotat lopetettiin joko viikolla 2 tai 4 leesioinnin jälkeen. Rotat lopetettiin käyttäen hiilidioksidia, ja kuolema varmistettiin pään katkaisulla. Aivot otettiin talteen ja säilytettiin -80 °C:een. Aivoista kerättiin myöhemmin striatum ja substantia nigra molemmista aivopuoliskoista. Seuraavaksi striatumista ja substantia nigrasta eristettiin RNA. Osaa tästä RNA:sta käytettiin kunkin striatum- ja substantia nigra-näytteen käänteiskopiointiin cDNA:ksi. Lopuksi näistä cDNA-näytteistä määritettiin UPR-reitin geenien Atf4, Ire1α, Xbp1s, Xbp1t, Grp78 and Chop tasot qPCR:llä (Reaaliaikainen polymeraasiketjureaktio).
qPCR-data kuvaa tietyn geenin ilmentymistä. Dataa muokattiin ennen tilastollista analyysiä, jossa vertailtiin 6-OHDA:lla käsiteltyä ja vehikkeliryhmää keskenään. Lisäksi vertailtiin viikoilla 2 ja 4 lopetettuja ryhmiä keskenään.
Tulosten mukaan vain tekijän Chop ilmentyminen viikolla 2 lopetettujen 6-OHDA-leesioitujen rottien striatumissa oli merkittävästi suurempi kuin kontrollilla. Muissa geeneissä ei ollut eroja verrattuna kontrolliin. On kuitenkin julkaistu tutkimuksia, joiden mukaan näidenkin tekijöiden ilmentyminen olisi lisääntynyt. 6-OHDA-rottamallin ER-stressin karakterisointi vaatiikin lisätutkimusta, mahdollisesti otoskokoa kasvattamalla ja testaamalla myöhempiä aikapisteitä.
Parkinson´s disease (PD) is the second most common neurodegenerative disease in the world after Alzheimer´s disease. There is still no drug that alters the state of the disease. It has been found that Endoplasmic reticulum (ER) stress is one mechanism in PD. ER stress occurs due to accumulation of unfolded proteins. ER stress triggers Unfolded protein response (UPR) that protects against ER stress by decreasing unfolding of proteins. In the beginning, UPR has protective effect, but in prolonged ER stress UPR triggers apoptotic cell death. There are several key mediators in the UPR pathway. Characterisation of ER stress in PD models may be important for the current and future drug development of PD. If ER stress is a significant factor that affects the disease development, it would be important to find a drug that alters these mechanisms and UPR. This may be a way to halt the disease development.
Different animal models of PD, like 6-OHDA (6-hydroxydopamine) and MPTP (1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine) model, have similarities in their mechanisms. It has been found that ER stress occurs both in the brain of PD patients and animal models of PD. That is why studying and further characterisation in animal models is relevant.
The aim of this study was to characterize ER stress in 6-OHDA rat model. The expression of some key mediators of the UPR were determined in this study. There were male and female Spraque Dawley rats in this experiment. 6-OHDA or saline was injected intrastriatally in 3 spots by stereotaxic surgery. Two weeks after 6-OHDA lesions, amphetamine-induced rotation test was conducted to the rats. The rats were divided into groups based on lesion size according to the results. For this study, the rats were euthanised at week 2 or week 4 post lesion. The rats were euthanised by carbondioxide, and the death was confirmed by decapitation. The brains were collected and stored in -80°C. Striatum and substantia nigra were collected later. Total RNA was isolated from these samples. Part of the RNA sample was used to conduct cDNA synthesis. Finally, the gene expression of Atf4, Ire1α, Xbp1s, Xbp1t, Grp78 and Chop was measured from these cDNA samples by qPCR (quantitative polymerase chain reaction).
The qPCR data describes the expression of exact gene. The data was processed prior to statistical analysis. By statistical analysis, it was possible to compare the expression of these genes between 6-OHDA group and vehicle group. In addition, comparison was made between 6-OHDA treated groups at week 2 and 4.
According to the results, only Chop expression had increased in 6-OHDA lesioned rats at week 2 compared to the vehicle group. In other genes there were no statistical differences, unlike in several other studies where the expression was found to be increased. Thus, the characterisation of this model requires further studying, possibly by increasing the sample size and studying later time points as well.
|
| Keyword(s): | ER stress 6-OHDA UPR Parkinson |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Granqvist_Riikka_Pro_gradu_2021.pdf | 1.117Mb |
This item appears in the following Collection(s)
-
Faculty of Pharmacy [538]