Die Rolle der Neuropeptide Calcitonin gene-related Peptide und Pituitary adenylate cyclase-activating Peptide im Superoxiddismutase 1 Mausmodell der amyotrophen Lateralsklerose

Bei der amyotrophen Lateralsklerose (ALS) handelt es sich um eine tödlich verlaufende, neurodegenerative Erkrankung, für die bisher keine effektiven Therapiemöglichkeiten zur Verfügung stehen. Gekennzeichnet ist die ALS durch den Verlust der Motoneurone, der zur Denervierung der Muskulatur und letztendlich dem Tod durch Atemlähmung führt. Die molekularen Ursachen der ALS sind vielfältig und bis heute nur unzureichend aufgeklärt, aktuell stehen die Rolle der begleitenden Neuroinflammation und die molekularen Unterschiede zwischen ALS-vulnerablen und ALS-resistenen Motoneuronen im Zentrum der Forschung. Obwohl der neuroprotektive Einfluss verschiedener Neuropeptide in anderen neurodegenerativen Erkrankungen, Ischämie oder Axotomie lange bekannt ist, wurde deren Rolle bei der ALS bisher kaum untersucht. In der vorliegenden Arbeit sollte die Beteiligung der aussichtsreichsten Kandidaten Calcitonin gene-related Peptide (CGRP) und Pituitary adenylate cyclaseactivating Polypeptide (PACAP) am Krankheitsverlauf des SOD1G93A-Mausmodells der ALS aufgeklärt werden. Im Gegensatz zu Axotomie oder peripherer Inflammation war in somatomotorischen Neuronen keine Hochregulation der CGRP-Expression in ALS-kranken Mäusen zu beobachten. Doch traten beginnend am postnatalen Tag (P) 40 CGRP-immunoreaktive Vakuolen in den Neuriten auf, die im Zeitverlauf deutlich an Volumen zunahmen und nach der Degeneration der Motoneurone frei im Neuropil vorlagen. Diese Veränderung der CGRPImmunoreaktivität ging dem Einsetzen der klinischen Symptomatik an P90-100 deutlich voraus und war räumlich und zeitlich eng mit einer Aktivierung der Astrozyten assoziiert. Zudem traten die Vakuolen, ebenfalls beginnend an P40, in extramotorischen Arealen wie dem Hypothalamus und der Substantia nigra auf. Da auch bei ALS-Patienten Störungen nigraler und extramotorischer Funktionen beobachtet werden, ist diese Beobachtung im Mausmodell ein wichtiger Hinweis darauf, dass es sich bei der ALS nicht ausschließlich um eine Motoneuronen-, sondern eine Multisystemerkrankung mit unterschiedlichen Subtypen handeln könnte. Desweiteren wurde mit CGRP erstmalig ein Biomarker für vulnerable Motoneurone identifiziert. So konnte gezeigt werden, dass es einerseits Motoneurone ohne CGRP-Expression (nonCGRP) gibt und diese gegen die ALS-Pathologie resistent zu sein scheinen, während andererseits Motoneurone mit starker oder schwacher CGRP-Expression (high und lowCGRP) im Zeitverlauf der Erkrankung selektiv degenerieren, und zwar umso früher und umso stärker, je mehr CGRP sie exprimieren. Die bisher vorgenommene Abgrenzung der resistenten, oculomotorischen Nuclei von den vulnerablen motorischen Nuclei im Hirnstamm resultiert ebenfalls aus der CGRP-Expression, da nachgewiesen werden konnte, dass sich die oculomotorischen Kerne in der Mehrheit aus nonCGRP-Neuronen zusammensetzen, während stark vulnerable Kerne wie der Nucleus ambiguus hauptsächlich aus highCGRP-Motoneuronen bestehen. Während eine Deletion von αCGRP keinen Effekt auf den Krankheitsverlauf des SOD1G93A-Mausmodell hatte, resultierte die Deletion der CGRP-spezifischen Rezeptorkomponente Receptor activity modifying protein 1 (RAMP1) in einem früheren motorischen Krankheitsbeginn mit einem anschließend verlangsamten Verlauf der Symptomatik. Histopathologisch waren diese Veränderungen mit einer reduzierten Neuroinflammation, insbesondere einer geringeren Aktivierung der Astrozyten und einem Ausbleiben der Lymphozyteninfiltration assoziiert. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass CGRP in der ALS-Pathologie einen stimulierenden Einfluss auf die Neuroinflammation hat und diese zu Beginn der Erkrankung einen protektiven, später einen toxischen Effekt auf die Motoneurone ausübt. Im bereits erkrankten Patienten könnte der therapeutische Einsatz von CGRP-Antagonisten ebenfalls einen hemmenden Einfluss auf die neurotoxischen Komponenten der Neuroinflammation ausüben und somit die Krankheitsprogression verlangsamen. Während Motoneurone auf Axotomie mit einer starken Induktion der PACAP-Expression reagieren, war im Zuge der hier untersuchten ALS-Pathologie nur in wenigen Einzelneuronen eine Induktion des Neuropeptids zu beobachten. In früheren Studien an anderen neuronalen Erkrankungen bzw. Schädigungen wie Morbus Parkinson und Alzheimer, Ischämie oder Axotomie hatte PACAP grundsätzliche eine neuroprotektive Wirkung, ein Unterbinden der Signalkaskade sollte also in einem progressiveren Krankheitsverlauf resultieren. Entgegen dieser Erwartung verlängerte sich bei der Einkreuzung einer PACAP-Defizienz in das SOD1G93A-Mausmodell die durchschnittliche Lebenserwartung der Tiere jedoch um ca. 5,5%. Im Gegensatz zu anderen neurdegenerativen Erkrankungen scheint PACAP in der ALS also keinen protektiven Effekt auszuüben, sondern die Pathogenese zu beschleunigen. Histopathologisch war im Endstadium SOD1G94A-transgener Tiere unter der PACAP-Deletion eine amöbiode Morphologie der Mikroglia zu beobachten, während PACAP-kompetente Tiere bereits hypertrophe und degenerierende Mikroglia aufwiesen. Dies deutete auf eine geringere oder verzögerte Aktivierung der Mikroglia in PACAP-defizienten Tieren hin. Die damit einhergehende Reduktion der neurotoxischen Wirkung der Neuroinflammation könnte die Verzögerung des Krankheitsverlaufs erklären. Entsprechend besitzt auch im Falle von PACAP der Einsatz von Antagonisten ein therapeutisches Potential bezüglich einer Hemmung der Krankheitsprogression in der ALS-Pathogenese