Untersuchungen zur Rolle des p75 Neurotrophinrezeptors nach experimentellem Schädel-Hirn-Trauma in der Maus

Das SHT gilt als die häufigste Todesursache des jungen Erwachsenen und ist auch in der veterinärmedizinischen Praxis oftmals Vorstellungsgrund von Klein- und Großtieren. Die Therapie besteht bisher vornehmlich aus der Akutversorgung der Patienten und somit beschäftigt sich die Forschung mit der Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze, deren besonderes Augenmerk auf der Reduktion des sekundären Schadenswachstums liegt. Der p75NTR steht im Fokus dieser Arbeit. Er ist nur während der Synaptogenese vermehrt in Neuronen exprimiert und wird erst infolge eines SHT erneut hochreguliert. Über die Bindung von Neurotrophinen kann er neuronale Apoptose auslösen. Neurotrophine werden als Pro-Form sezerniert und im synaptischen Spalt enzymatisch in ihre mature Form gespalten. Nach zerebralen Insulten oder unter Anästhetika-Einfluss kommt es zu einer Dysregulation, die mit einer Konzentrationserhöhung der Pro-Form einhergeht. Die für diese Arbeit eingesetzten Mäuse sind gekennzeichnet durch eine Modifizierung des p75NTR, was zu einem Verlust der Bindungsstelle von Neurotrophinen führt. Als Modell für ein experimentelles SHT wurde das CCI gewählt. Die über die Bindung von Pro-Neurotrophinen an p75NTR ausgelösten apoptotischen Signalkaskaden kristallisieren sich als zentrales Element bei der Entstehung des Sekundärschadens heraus, da sowohl in der Akutphase 24 h postoperativ als auch nach einer verlängerten Überlebenszeit von 5 d die KO-Tiere ein verringertes Läsionsvolumen zeigen. Zudem weisen sie eine verbesserte motorische Funktion, eine weniger starke postoperative Beeinträchtigung aufgrund eines geringeren Gewichtsverlusts und verminderten Zelltod im Vergleich mit ihren WT-Wurfgeschwistern auf. Die schnellere Regeneration der KO-Tiere spiegelt sich auch in einer reduzierten pro-inflammatorischen Zytokinproduktion (il-6) sowie einer früher einsetzenden Re-Expression neurotropher Rezeptoren und Effektormoleküle (trk b und bdnf) wider. TAT-Pep5, das als intrazellulärer Inhibitor des p75NTR wirkt, bedingt nach i.v. und s.c. Injektion einen dosisabhängigen neuroprotektiven Effekt, was sich in einer Verringerung des Kontusionsvolumens nach Gabe von 10 µM TAT-Pep5 niederschlägt. Propofol wirkt im adulten Tier nach experimentellem SHT neurotoxisch indem es die Transformation von Pro-Neurotrophinen in ihre mature Form beeinträchtigt, sodass vermehrt Pro-Neurotrophine an p75NTR binden und Zelltod auslösen können. Gegenstand dieser Arbeit ist es die Rolle von p75NTR hierbei näher zu beleuchten und es zeigt sich, dass die Hemmung durch TAT-Pep5 Gabe zur Egalisierung des nervenschädigenden Effekts führt und somit eine direkte Verbindung zwischen Propofol-Neurotoxizität und den durch p75NTR ausgelösten Signalwegen besteht. Die in der Literatur beschriebene essenzielle Funktion von Sortilin als Co-Rezeptor des p75NTR-Sortilin-Pro-Neurotrophin-Komplexes kann nicht mit den hier vorliegenden Daten in Einklang gebracht werden. Die fehlende Beeinträchtigung der Parameter Läsionsvolumen, neurologische und motorische Funktion durch eine genetische Deletion von Sortilin sowie die nur geringe Beeinflussung der Expressionsmuster von Inflammationsparametern und Neurotrophinen und ihren Rezeptoren in Früh- und Spätphase nach experimentellem SHT lässt auf eine untergeordnete Relevanz von Sortilin bei der Ausbildung des Sekundärschadens schließen. Abschließend lässt sich festhalten, dass sowohl die genetische Deletion als auch die pharmakologische Inhibition des p75NTR vielversprechende Ergebnisse bei der Reduktion des Sekundärschadens liefern. Die Verbesserung der neurologischen und motorischen Fähigkeiten und die Verminderung der durch Propofol induzierten posttraumatischen Neurotoxizität sind die herausragenden Eigenschaften, die p75NTR als interessanten therapeutischen Angriffspunkt für die Behandlung von SHT-Patienten auszeichnen. Besonders da TAT-Fusionsproteine i.v. appliziert werden können und zuletzt auch kleine nicht-peptidale Moleküle entdeckt wurden, die p75NTR erfolgreich inhibieren können.Traumatic brain injury (TBI) is the leading cause of high mortality among young adults and is also seen regularly in veterinarian clinics as reason for consultation. Initial therapy mainly targets patient’s acute intervention. Therefore, research is focused on the development of new therapeutic approaches addressing the reduction of the secondary brain damage formation. This work focuses on p75NTR, which is highly expressed only during synaptogenesis and is again upregulated following TBI. Binding of its ligands, the neurotrophins, leads to neuronal apoptosis. Neurotrophins are released as pro-neurotrophins into the synaptic cleft where they are enzymatically cleaved into their mature forms. Dysregulation and augmented pro-neurotrophin concentration is seen following cerebral insults and under the influence of anesthetics. The genetic modification of the mice used in this study, leads to a deletion of the p75NTR’s ligand-binding domain. CCI was used as experimental TBI model. Apoptotic signal cascades, set off by the binding of pro-neurotrophins to p75NTR, seem to be crucial for the expansion of the secondary damage. This is proved by the fact that KO-animals display smaller lesion size in the acute phase 24 h post surgery and after an expanded survival period of 5 d. Moreover they show improved motor function, less post-surgical impairment indicated by reduced loss of weight and decreased cell death when compared to their wildtype littermates. Reduced pro-inflammatory cytokine production (IL-6) and faster onset of the re-expression of neurotrophic receptors and effector molecules (Trk B and BDNF) reflect the ameliorated recovery of KO-animals. TAT-Pep5, an intracellular inhibitor of p75NTR, has a dose-dependent neuroprotective effect that is revealed by a decreased contusion volume after i.v. and s.c. injection of 10 µM TAT-Pep5. Propofol shows neurotoxic potential in adult animals after CCI by impairing the transformation of the pro-neurotrophins into their mature forms, leading to augmented binding of pro-neurotrophins to p75NTR followed by increased apoptosis. Part of this work is to elucidate the role of p75NTR in this context and it could be seen that inhibition by TAT-Pep5 neutralize the neurotoxic effect of propofol, proving the role of p75NTR signaling in propofol neurotoxicity. The decisive function of sortilin as co-receptor in the p75NTR-sortilin-pro-neurotrophin-complex, as described in literature, cannot be conciliated with the present data. Missing influence of a genetic deletion of sortilin on lesion volume, neurological and motor function and the minor changes in inflammatory gene expression as well as neurotrophins and their receptors in the early and late phase after experimental TBI indicate an inferior role for sortilin’s contribution to secondary brain damage formation. Concluding that genetic deletion as well as pharmacological blocking of p75NTR provides promising results p75NTR can be seen as an interesting therapeutic target for the treatment of patients suffering from TBI. Reduction of the secondary damage, improvement of neurological and motorfunctional outcome and reduction of the posttraumatic neurotoxicity of propofol reveal the most outstanding features of inhibiting the function of p75NTR. Additionally TAT-fusion proteins as TAT-Pep5 can be administered i.v. and recently even small non-peptidal molecules have been detected that inhibit p75NTR successfully