The Effect of Brain-Derived Neurotrophic Factor on Pre-Formed Fibril Induced Alpha-Synuclein Aggregation in Mouse Dopaminergic Neurons
| Title: | The Effect of Brain-Derived Neurotrophic Factor on Pre-Formed Fibril Induced Alpha-Synuclein Aggregation in Mouse Dopaminergic Neurons |
| Author(s): | Kulmala, Veera |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Pharmacy |
| Degree program: | Master 's Programme in Pharmacy |
| Specialisation: | Pharmacology |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2022 |
| Abstract: |
Parkinsonin tauti on parantumaton ja hitaasti etenevä hermostoa rappeuttava sairaus, jonka yhtenä tunnusmerkkinä on Lewyn kappale -patologia. Lewyn kappaleet ovat hermosolun sisäisiä kertymiä, jotka sisältävät epänormaalisti laskostunutta α-synukleiiniproteiinia sekä soluelimiä. Kertymät vahingoittavat etenkin dopamiinia välittäjäaineenaan käyttäviä hermosoluja aivojen mustatumakkeessa, mikä johtaa solujen rappeutuessa liikehäiriöihin. Lääkkeet, joita Parkinsonin tautiin tällä hetkellä käytetään, ovat oireita lievittäviä eivätkä hidasta tai pysäytä taudin kulkua. Siksi uusia hoitomuotoja tarvitaan. Hermosolujen kasvutekijät ovat olleet Parkinsonin taudin hoidon tutkimuksen kiinnostuksen kohteina jo useamman vuosikymmenen ajan, sillä niillä on hermosoluja suojaavia vaikutuksia. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, vähentääkö aivoperäinen hermokasvutekijä BDNF (brain-derived neurotrophic factor) α-synukleiinin kertymistä hiiren dopamiinihermosoluissa, jotka on altistettu α-synukleiiniproteiinisäikeille. Proteiinisäikeet käynnistävät solujen oman α-synukleiinin kertymisen, joten niitä käytettiin tässä tutkimuksessa mallintamaan Lewyn kappaleiden muodostumista hermosoluissa. Lisäksi tutkimuksessa haluttiin selvittää BDNF:n annosriippuvuus sekä tropomyosiini-reseptorikinaasi B (TrkB)-signalointireitin yhteys α-synukleiinin kertymiseen käyttäen TrkB-reseptorin agonisteja sekä antagonisteja.
Tutkimuksessa viljeltiin hiiren dopamiinihermosoluja, jotka altistettiin α-synukleiiniproteiinisäikeille kahdeksan päivää soluviljelyn aloittamisesta. BDNF- tai kontrollikäsittelyt tehtiin kahdessa aikapisteessä joko tunti tai neljä päivää proteiinisäiealtistuksesta. TrkB-agonisteilla käsittely tehtiin yhdessä aikapisteessä tunti proteiinisäiealtistuksen jälkeen ja antagonisteilla aikapiste oli neljä päivää proteiinisäiealtistuksesta. Solujen viljely lopetettiin päivänä 15, jonka jälkeen solut värjättiin vasta-aineilla ja kuvattiin. Dopamiinihermosolut sekä α-synukleiinikertymät määritettiin kuvista CellProfilerTM-tietokoneohjelman avulla.
Sekä positiivinen kontrolli GDNF (glial cell line-derived neurotrophic factor) että BDNF vähensivät Lewyn kappaleiden kaltaisia α-synukleiinikertymiä dopaminergisissa hermosoluissa molemmissa aikapisteissä verrattuna kontrolliryhmään. BDNF vähensi proteiinikertymiä merkittävästi molemmissa aikapisteissä. GDNF oli molemmissa aikapisteissä tehokkaampi kuin BDNF. Molemmat testatut BDNF-annokset vähensivät α-synukleiinikertymien määrää dopaminergisissa hermosoluissa, mutta voimakkaampi vaikutus nähtiin suuremmalla annoksella. Korkein TrkB-agonistien annos oli dopamiinihermosoluille toksinen, kun taas muut annokset eivät vaikuttaneet hermosolujen eloonjäämiseen tai α-synukleiinikertymien muodostumiseen. BDNF edisti dopamiinihermosolujen eloonjäämistä TrkB-antagonisti K252a käsittelystä huolimatta. Tutkimus antoi uutta tietoa eksogeenisesti annostellun BDNF:n vaikutuksesta α-synukleiinin kertymiseen solumallilla, jossa käytettiin proteiinisäiealtistusta. Tutkimalla α-synukleiinin kertymisen sekä hermokasvutekijöiden suojaavien vaikutusten taustalla olevia mekanismeja, voidaan edistää Parkinsonin taudin uusien hoitomuotojen kehittämistä.
Parkinson’s disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder with the neuropathological hallmark of intraneuronal inclusions called Lewy bodies (LB). Accumulation of α-synuclein (α-syn) and cellular components into LBs coincides with degeneration of dopaminergic neurons in the midbrain, substantia nigra. Degeneration of dopaminergic neurons eventually leads to motor dysfunctions. Currently, the treatments for PD are symptomatic. For this reason, new disease-modifying treatments are needed to slow down or prevent the disease progression. Neurotrophic factors (NTFs) have been an interest of research for a couple of decades because of their neuroprotective properties. The main aim of this study was to investigate if brain-derived neurotrophic factor (BDNF) reduces pre-formed fibril (PFF) induced aggregation of α-syn in dopaminergic neurons. PFF-model was used to mimic the accumulation of LBs in neurons, as PFFs induce aggregation of endogenous α-syn in neurons. Additionally, the dose dependence of BDNF was tested. The secondary objective was to investigate the interaction of tropomyosin receptor kinase B (TrkB) signaling pathway and α-syn aggregation using TrkB agonists and antagonists.
The cultured dopaminergic neurons isolated from the midbrain of mouse embryos were treated with PFFs on the day in vitro (DIV) 8. BDNF or control treatments were added either 1 hour after the PFF-treatment or on DIV 12. Neurons were fixed on DIV 15 and fluorescent immunohistochemistry was performed. After the detection of fluorescence with automated, high-content imaging, image analysis was done for quantifying dopaminergic neurons, and dopaminergic neurons positive for LB-like aggregates by using unbiased image analysis CellProfilerTM software.
Both BDNF and positive control glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) significantly reduced LB-like aggregates in dopaminergic neurons at both timepoints. GDNF was more effective at both timepoints than BDNF. Both tested doses of BDNF lowered the number of LB-like aggregates, but a more robust effect was seen with the higher dose. The highest tested dose for the TrkB agonists was toxic to the cultured dopaminergic neurons, whereas the lower doses did not affect either the survival or the number of LB-like aggregates. BDNF promoted the survival of the dopaminergic neurons despite the survival-reducing adverse effect of TrkB antagonist K252a. This study provided new information on the effects of exogenously added BDNF on PFF-model with primary neuronal culture. Research on the underlying mechanisms of α-syn aggregation and the protective effects of NTFs can forward the development of new therapies against PD.
|
| Keyword(s): | brain-derived neurotrophic factor (BDNF) neurotrophic factor α-synuclein dopaminergic neuron Lewy body Parkinson’s disease tropomyosin receptor kinase B (TrkB) |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Kulmala_Veera_MasterThesis_2022.pdf | 1.321Mb |
This item appears in the following Collection(s)
-
Faculty of Pharmacy [524]