Dissecting nucleolar functions in dopaminergic neurons and Parkinson’s disease by targeted inactivation of the transcription-initiation factor IA (TIF-IA)

Die bekannteste neurodegenerative Krankheit, welche mit dem Verlust von dopaminergen Neuronen zusammenhängt, ist die Parkinsonsche Erkrankung. Das Hauptmerkmal dieser Krankheit ist der langsam fortschreitende Verlust der dopaminergen Neuronen. Dieser Verlust führt zu einer Verminderung der Dopaminkonzentration im Striatum, welche verantwortlich ist für motorische Störungen wie Muskelstarre, Muskelzittern und Bewegungsarmut. Obwohl die pathologischen Veränderungen sehr genau beschrieben sind, ist der zugrundeliegende Mechanismus nicht bekannt. Jedoch haben Studien gezeigt, dass erhöhter oxidativer Stress in dopaminergen Neuronen die Schlüsselrolle bei der Entstehung der Parkinsonschen Krankheit einnimmt. Zellen registrieren diesen Stress mit Hilfe spezifischer Sensoren wie bspw. des Nukleolus, welcher auf wachsenden oxidativen Stress mit der Stabilisierung des Transkriptionsfaktor p53 reagiert. Das Ziel dieser Arbeit ist, die Funktion des Nukleolus in dopaminergen Neuronen bei der oxidativen Stress-Antwort zu ermitteln, sowie dessen Rolle bei der Parkinsonschen Erkrankung. Durch das Nervengift 1-Methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP) ausgelöste Erhöhung des oxidativen Stress, führte zu einer Beeinträchtigung der nucleolären Struktur sowie zu einer starken Reduktion der Transkriptionsrate der ribosomalen DNA. Es wurde gezeigt, dass die Regulation der rDNA-Transkription hauptsächlich durch den Transkriptions-Initiations-Faktor-IA (TIF-IA) erfolgt, welcher für die Abstimmung der biosynthetischen Aktivität der Zelle auf die jeweiligen Umgebungsbedingungen verantwortlich ist. Um die Funktionen des Nukleolus dabei näher untersuchen zu können, wurden Mausmutanten mit Hilfe des Cre/loxP Rekombinationssystems erzeugt (TIF-IADATCre), bei denen die Funktion des Nukleolus durch die Inaktivierung des TIF-IA Gens in dopaminergen Neuronen beeinträchtigt wurde. Diese Mutation führte zu einem langsamen Absterben der dopaminergen Neurone, reduziertem Dopamingehalt im Striatum und einer daraus resultierenden beeinträchtigten Motorik, welche die Symptome der Parkinsonschen Erkrankung widerspiegelt. Bemerkenswerterweise führt der Verlust von nukleolärer Funktion zu einer direkten Beeinträchtigung der mitochondrialen Aktivität, weit früher als die ersten strukturellen Veränderungen sichtbar werden. Um diese Sachlage näher analysieren zu können, wurden Mausmutanten, in denen zu einem festgelegten Zeitpunkt die Inaktivierung des TIF-IA Gens erfolgt, hergestellt (TIF-IADATCreERT2). Unter Zuhilfenahme einer Cre Reporter Mauslinie wurde die hohe Spezifität der Expression des Transgenes (DATCreERT2), sowie dessen geringe Hintergrundaktivität nachgewiesen. Die Aktivierung des Ablationssystems führt zu einer Beeinträchtigung der nukleolären Funktionen, dann zu p53 Hochregulation, gefolgt von mitochondrialer Beeinträchtigung und steigendem oxidativen Stress, welcher schließlich zu einem progressiven Verlust von dopaminergen Neuronen führte. Ferner wurde durch TIF-IADATCreERT2 und Kontrollmäuse, welche mit MPTP zwei Wochen nach Aktivierung des Ablationssystems behandelt wurden, gezeigt, dass zur Kompensation von oxidativem Stress ein intakter Nukleolus notwendig ist. Des Weiteren ergab die Analyse von Gewebe von Parkinsonpatienten eine deutlich geringere Anzahl an intakten Nukleoli in dopaminergen Neuronen im direkten Vergleich mit Kontrollgewebe. Die Ergebnisse, welche hier präsentiert werden, zeigen die Bedeutung nukleolärer Aktivität bei der oxidativen Stress-Antwort in dopaminergen Neuronen, beschreiben eine Interaktion zwischen dem Nukleolus und dem Mitochondrium und liefern neue Mausmodelle bzw. Denkansätze für die Erforschung und das Verständnis der Parkinsonschen Erkrankung