As leucemias correspondem a 30% dos tumores pediátricos, e constituem as neoplasias mais frequentes em indivíduos com menos de 15 anos. Apesar da elevada taxa de cura, frequentemente a ela está associada resistência à quimioterapia e efeitos colaterais tardios. Por isso, novas estratégias de tratamento, diagnóstico e prognóstico são necessárias. O fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF) e seus receptores de quinase relacionados à tropomiosina (tropomyosin related kinase, ou Trk) estão envolvidos com muitos processos na medula óssea (MO). Entretanto, o papel do BDNF em leucemias agudas (LA) pediátricas ainda não é bem conhecido. O objetivo desse estudo foi analisar os níveis de BDNF em amostras de MO ou sangue periférico (SP) de crianças com LA, e iniciar a caracterização dos efeitos de agonistas e antagonistas de neurotrofinas sobre culturas primárias de leucemias linfóides agudas em diferentes momentos terapêuticos Foram coletadas amostras de MO ou SP de crianças e adolescentes com leucemia linfóide aguda (LLA), crianças e adolescentes com leucemia mielóide aguda (LMA), e indivíduos saudáveis (IS) da mesma faixa etária. Para análise dos níveis séricos de BDNF utilizou-se kit de imuno-ensaio enzimático tipo sanduíche. Quando comparados aos IS os níveis de BDNF de pacientes com LA, ao diagnóstico, foram significativamente menores. Resultados similares foram observados nos pacientes durante indução, consolidação, diagnóstico e tratamento de recidiva. Da mesma forma, os níveis de BDNF foram inferiores em pacientes que receberam transfusão de plaquetas e, ao diagnóstico naqueles pacientes que foram a óbito. Para a caracterização dos efeitos de agonistas e antagonistas de neurotrofinas em cultura de células, amostras de pacientes ao momento do diagnóstico e no momento de indução do tratamento foram utilizadas. Os linfócitos foram extraídos e, após plaqueamento, as células foram tratadas com BDNF (Sigma, B3795), NGF (Sigma, SRP3015) e K252a (Sigma, 05288) por 72 horas. A viabilidade foi avaliada pelo método de exclusão por azul de Tripan. Devido às dificuldades no cultivo das células, esses dados ainda estão em análise. / Leukemias account for 30% of pediatric tumors and are the most frequent cancers in people under 15 years. Despite the high cure rate, often it is associated with resistance to chemotherapy and late side effects. Therefore, new strategies for treatment, diagnosis and prognosis are necessary. The brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and their kinase receptor related tropomyosin (tropomyosin related kinase, and Trk) are involved in many processes in bone marrow (BM), however, the role of BDNF in acute leukemias (AL) pediatric it is not well known. The aim of this study was to analyze the BDNF levels in BM samples or peripheral blood (PB) of children with AL, and start the characterization of the effects of agonists and antagonists on neurotrophin primary cultures of acute lymphoblastic leukemias in different therapeutic moments. BM or PB samples were collected from children and adolescents with acute lymphoblastic leukemia (ALL), children and adolescents with acute myeloid leukemia (AML), and healthy individuals (HI) of the same age. For analysis of serum levels of BDNF was used sandwich enzyme immunoassay kit. When compared to HI, BDNF levels in patients with AL at diagnosis were significantly lower. Similar results were observed in patients during induction, consolidation, diagnosis and treatment of relapse. Similarly, BDNF levels were lower in patients receiving platelet transfusion and at diagnosis in patients that died. To characterize the effects of agonists and antagonists for neurotrophin in cell culture, samples of patients at diagnosis and at the time of induction treatment were used. Lymphocytes were extracted and, after plating, cells were treated with BDNF (Sigma B3795), NGF (Sigma, SRP3015) and K252a (Sigma, 05288) for 72 hours. Viability was assessed by exclusion of trypan blue method. Due to difficulties in cell culture, these data are still under analysis.

Οι όγκοι εγκεφάλου του ανθρώπου είναι φαινοτυπικά και γονοτυπικά ετερογενείς. Υπάρχουν σημαντικά κενά στην κατανόηση των μοριακών οδών που εμπλέκονται στην γένεση και ανάπτυξη των νεοπλασμάτων αυτών, καθώς και στη βιολογική και κλινική συμπεριφορά τους. Δεδομένου ότι: α) υπάρχει ένας αυξανόμενος όγκος πληροφοριών σχετικά με την εμπλοκή των υποδοχέων νευροτροφινών Trks (υποδοχείς κινάσης τυροσίνης) στην παθογένεια των νεοπλασμάτων του ΚΝΣ, β) οι νευροτροφίνες μπορούν να ρυθμίζουν τη γονιδιακή έκφραση στο νευρικό σύστημα μέσω του μεταγραφικού παράγοντα STAT-5 με μηχανισμό ανεξάρτητο της ενεργοποίησης της κινάσης JAK-2, γ) η οδός μεταγωγής σήματος JAK-2/STAT-5 ενεργοποιείται από την ερυθροποιητίνη (Epo) (μέσω δέσμευσής της με τον υποδοχέα της EpoR) η οποία πρόσφατα έχει θεωρηθεί ως παράγοντας-κλειδί της αύξησης των όγκων λόγω των αντιαποπτωτικών και αγγειογενετικών ιδιοτήτων και δυνητικός στόχος ογκολογικών θεραπευτικών στρατηγικών, δ) η Epo διαντιδρά με τον παράγοντα αγγειογένεσης VEGF ενδυναμώνοντας την αγγειοδραστικότητά του και συχνά οι δύο αυτοί αναπτυξιακοί παράγοντες συνεκφράζονται, ε) ερευνητικά δεδομένα υποδεικνύουν ένα δυνητικό ρόλο του άξονα VEGF/JAK-2/ STAT-5 στην αγγειογένεση στον καρκίνο και στ) σε πολλά νεοπλάσματα, τα κύτταρα του όγκου καθώς και τα μακροφάγα του στρώματος εκφράζουν τους παράγοντες λεμφαγγειογένεσης VEGF-C και VEGF-D οι οποίοι μέσω του υποδοχέα τους VEGFR-3 (υποδοχέας κινάσης τυροσίνης) έχει βρεθεί ότι προάγουν την αγγειογένεση στα νεοπλάσματα αυτά, ο στόχος της παρούσας εργασίας είναι η μορφολογική μελέτη της έκφρασης των υποδοχέων κινάσης τυροσίνης Trks (υποδοχείς νευροτροφινών) και VEGFR-3 και η συσχέτισή τους με την οδό μεταγωγής σήματος EpoR/ JAK-2/ STAT-5 στα νεοπλάσματα του εγκεφάλου στον άνθρωπο. Για την ανίχνευση των Trks, EpoR, JAK-2, STAT-5 και VEGFR-3, χρησιμοποιήθηκε η ανοσοϊστοχημική μέθοδος σε διαδοχικές τομές ιστού πάχους 4μm, μονιμοποιημένου σε φορμόλη και εγκλεισμένου σε παραφίνη. Χρησιμοποιήθηκαν ειδικά αντισώματα έναντι των προς μελέτη πρωτεϊνών. Εξετάσθηκαν συνολικά 92 όγκοι εγκεφάλου (50 αστροκυτώματα: 5 πιλοκυτταρικά αστροκυττώματα WHO grade I, 6 διάχυτα αστροκυττώματα WHO grade II, 10 αναπλαστικά αστροκυττώματα. WHO grade III και 29 πολύμορφα γλοιοβλαστώματα. WHO grade IV, 8 ολιγοδενδρογλοιώματα, 6 επενδυμώματα, 5 μυελοβλαστώματα και 23 μηνιγγιώματα). Επιπλέον, στη μελέτη συμπεριλήφθηκαν τομές ιστού φυσιολογικού εγκεφάλου. Στην παρούσα εργασία, η πλειονότητα των αστροκυττωμάτων ανεξαρτήτως βαθμού κακοήθειας, έδειξε μέτρια έως έντονη κυτταροπλασματική ανοσοδραστικότητα για τους υποδοχείς TrkA (57%), TrkB (56%) και TrkC (46%). Όλα τα ολιγοδενδρογλοιώματα και τα επενδυμώματα που εξετάσθηκαν ήταν αρνητικά για τους υποδοχείς Trk ενώ έκφραση των υποδοχέων ανιχνεύθηκε σε μικρό ποσοστό των μυελοβλαστωμάτων. Στις ανοσοθετικές περιοχές των όγκων, το τοίχωμα των αγγείων ήταν έντονα θετικό για τον υποδοχέα TrkB. Σε ένα σημαντικό ποσοστό αστροκυττωμάτων (41%), επενδυμωμάτων (33%) και μηνιγγιωμάτων (48%) ανιχνεύθηκε έκφραση του EpoR, ενώ τα ολιγοδενδρογλοιώματα και τα μυελοβλαστώματα που εξετάσθηκαν ήταν αρνητικά. Συνέκφραση των JAK-2/STAT-5 ανιχνεύθηκε στο 39% των αστροκυττωμάτων, στο 43% των ολιγοδενδρογλοιωμάτων, στο 50% των επενδυμωμάτων και σε όλα (100%) τα μυελοβλαστώματα που συμπεριλήφθηκαν στη μελέτη. Η πλειονότητα των μηνιγγιωμάτων έδειξε ασθενή έως μηδενική έκφραση των πρωτεινών JAK-2 και STAT-5. Σε κάποιους όγκους, ανιχνεύθηκε έκφραση της πρωτείνης STAT-5 ενώ ήταν αρνητικοί για την κινάση JAK-2. Επίσης, βρέθηκαν όγκοι JAK-2- ανοσοθετικοί/ EpoR-ανοσοαρνητικοί. Στα ενδοθηλιακά κύτταρα των αγγείων των όγκων ανιχνεύθηκε έκφραση των EpoR, JAK-2 και/ή STAT-5. Η μελέτη της έκφρασης του VEGFR-3 έδειξε την καθολική σχεδόν έκφραση του υποδοχέα στο ενδοθήλιο των αγγείων, στους όγκους εγκεφάλου που εξετάσθηκαν, καθώς και στο τοίχωμα μεγαλύτερων αγγείων εκτός της περιοχής των όγκων. Επίσης, σε κάποιες περιπτώσεις, παρατηρήθηκε έκφραση του υποδοχέα σε νεοπλασματικά κύτταρα. Στα αστροκυτταρικά γλοιώματα, η έκφραση των pan-Trk, TrkB και TrkC σχετίζεται στατιστικά σημαντικά με την έκφραση STAT-5 ενώ δεν υπάρχει στατιστικά σημαντική συσχέτιση της έκφρασης του υποδοχέα TrkA με την έκφραση των JAK-2 και STAT-5, καθώς και της έκφρασης των Trks με την έκφραση της κινάσης JAK-2. Στα αστροκυτταρικά γλοιώματα, η έκφραση JAK-2 σχετίζεται στατιστικά σημαντικά με την έκφραση STAT-5, ενώ η έκφραση των JAK-2 και STAT-5 δεν σχετίζεται σημαντικά με την έκφραση EpoR. Στα επενδυμώματα υπάρχει στατιστικά σημαντική συσχέτιση μεταξύ της έκφρασης JAK-2, STAT-5 και EpoR. Επίσης, στα μυελοβλαστώματα υπάρχει στατιστικά σημαντική συσχέτιση μεταξύ της έκφρασης JAK-2 και STAT-5. Σε σημαντικό ποσοστό των εξετασθέντων όγκων –ιδιαίτερα των γλοιωμάτων- συνεκφράζονται οι υποδοχείς EpoR και VEGFR-3 στο ενδοθήλιο και στα λεία μυικά κύτταρα των αγγείων. Συγκεκριμένα, έκφραση και των δύο υποδοχέων στο τοίχωμα των αγγείων του όγκου, ανιχνεύθηκε, στο 58% των αστροκυτταρικών γλοιωμάτων, στο 67% των ολιγοδενδρογλοιωμάτων, στο 50% των επενδυμωμάτων, στο 20% των μυελοβλαστωμάτων και στο 33% των μηνιγγιωμάτων. Επίσης συνέκφραση των υποδοχέων TrkB και VEGFR-3 στο ενδοθήλιο των αγγείων των όγκων ανιχνεύθηκε στο 57% των αστροκυτταρικών γλοιωμάτων. Η έκφραση στο ενδοθήλιο των αγγείων των όγκων (α) του υποδοχέα TrkB στην πλειονότητα των TrkB-ανοσοθετικών όγκων, (β) των EpoR, JAK-2 και/ή STAT-5 σε αρκετούς όγκους ανεξάρτητα της ανοσοθετικότητας των νεοπλασματικών κυττάρων για τις πρωτεΐνες αυτές και (γ) του VEGFR-3 σχεδόν σε όλους του εξετασθέντες όγκους, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι οι παραπάνω παράγοντες πιθανόν συνεργάζονται στην αγγειογενετική διαδικασία στους όγκους εγκεφάλου. Η παρούσα μελέτη απέδειξε την παρουσία των: Trks, EpoR, JAK-2, STAT-5 και VEGFR-3 σε σημαντικό ποσοστό των όγκων εγκεφάλου στον άνθρωπο. Είναι απαραίτητο να διενεργηθούν λειτουργικές μελέτες των σηματοδοτικών οδών που προκύπτουν από την ενεργοποίηση των Trks, EpoR και VEGFR-3, προκειμένου να αποσαφηνισθούν οι πιθανές διαντιδράσεις αυτών των οδών στη διαδικασία της ογκογένεσης, γεγονός που θα μπορούσε να οδηγήσει στο σχεδιασμό νέων θεραπευτικών στρατηγικών για την αποτελεσματική αντιμετώπιση των όγκων εγκεφάλου στον άνθρωπο. / Brain tumors are phenotypically and genotypically heterogeneous. Significant gaps exist in current understanding of the molecular pathways involved in the genesis, progression, and biological and clinical behavior of brain tumors. Considering that : a) there is a growing amount of evidence implicating the neurotophin receptors Trks (receptor tyrosine kinases) in the pathogenesis of CNS tumors, b) neurotrophins may regulate neuronal gene expression via transcription factor STAT-5 in a JAK-2 independent manner, c) the JAK-2/STAT-5 signaling pathway is activated by Epo (recently characterized as a key factor for tumor growth) through its receptor EpoR, d) Epo is known to interact synergistically with vascular endothelial growth factor (VEGF), a potent angiogenic factor, and enhance its vascular activity, and these two growth factors, are often co-expressed, e) recent data suggest a potential role for a VEGF/JAK-2/STAT-5 axis in tumor angiogenesis and f) in many tumors, VEGF-C and -D are produced by tumor cells as well as by tumor-associated macrophages and through their receptor VEGFR-3 are involved in tumor angiogenesis and growth, the aim of this thesis is the morphological study of the expression patterns of the receptor tyrosine kinases Trks (neurotrophin receptors) and VEGFR-3 and their correlation with the EpoR/ JAK-2/ STAT-5 signaling pathway in human brain tumors. Immunohistochemistry was performed on formalin-fixed, paraffin-embedded, 4μm thick serial sections using the anti-Mouse/ Rabbit Poly HRP IHC Detection kit (CHEMICON International, Inc.). Antibodies against the Trk receptors, EpoR, JAK-2, STAT-5 and VEGFR-3, were used. A total of 92 brain tumors (50 astrocytic gliomas: 5 pilocytic astrocytomas; WHO grade I, 6 diffuse fibrillary astrocytomas; WHO grade II, 10 anaplastic astrocytomas; WHO grade III and 29 glioblastomas multiforme; WHO grade IV, 8 oligodendrogliomas, 6 ependymomas, 5 medulloblastomas, and 23 meningiomas) were included in this study. Normal human brain tissue was obtained postmortem (2 males). The present study demonstrated moderate to strong, granular cytoplasmic immunoreactivity in the majority of astrocytomas, for TrkA (57%), TrkB (56%) and TrkC receptors (46%), independently of grade. All the oligodendrogliomas and the ependymomas examined, were Trk immunonegative while a small percentage of medulloblastomas exhibited Trk immunopositivity. The endothelium of tumor vessels, in the immunopositive areas of the tumors, showed conspicuous immunoreactivity for TrkB receptor. A significant percentage of astrocytomas (41%), ependymomas (33%) and meningiomas (48%) displayed EpoR immunoreactivity. Oligodendrogliomas and medulloblastomas were EpoR- immunonegative. JAK-2/STAT-5 co-expression was detected in 39% of astrocytomas, 43% of oligodendrogliomas, 50% of ependymomas and in all (100%) the medulloblastomas examined. In contrast, most of the meningiomas showed weak or no immunoreactivity for JAK-2 and STAT-5 proteins. Some tumors exhibited STAT-5 immunoreactivity being JAK-2-immunonegative and others were JAK-2-immunopositive being EpoR- immunonegative. In some tumors - independently of EpoR immunoreactivity in tumors cells- the endothelium of tumor capillaries as well as florid angioproliferative changes and/or proliferations of smooth muscle cells showed conspicuous immunoreactivity for EpoR. Furthermore, endothelial cells of some tumor vessels showed JAK-2 and/or STAT-5 immunoreactivity. The present study demonstrated the almost catholic VEGFR-3 expression in the endothelium of tumor vessels in the brain tumor specimens examined, as well as in the smooth muscle cells in peritumoral vessels. In some tumors, the tumor cells expressed VEGFR-3receptor. In astrocytic gliomas, pan-Trk, TrkB and TrkC expression was significantly correlated with STAT-5 expression but not with JAK-2 whereas TrkA expression was not significantly correlated with either JAK-2 or STAT-5 expression. In astrocytic gliomas, JAK-2 expression was significantly correlated with STAT-5 expression whereas JAK-2 and STAT-5 expression were not significantly correlated with EpoR expression. In ependymomas, strong relationship between JAK-2, STAT-5 and EpoR expression was confined. Furthermore, in medulloblastomas, strong relationship between JAK-2 and STAT-5 expression was detected. A significant percentage of astrocytomas (58%), oligodendrogliomas (67%), ependymomas (50%), medulloblastomas (20%) and meningiomas (33%), displayed EpoR and VEGFR-3 co-expression in tumor vessels. Additionally, TrkB and VEGFR-3 co-expression was detected in the endothelium of tumor capillaries in 57% of the astrocytomas examined. The above results indicate the existence of a ligand (other than Epo)-dependent or independent JAK-2 activation that leads to the constitutive activation of STAT-5 as well as the existence of at least one mechanism, other than the Trk - dependent gene induction by STAT-5 that results to the latter’s constitutive activation in these tumors. Furthermore, the finding of EpoR, JAK-2 and/or STAT-5 immunoreactivity in endothelial cells of tumor vessels, supports the ongoing notion of an angiogenic role of Epo in tumor neovascularization. The presence of TrkB, EpoR, JAK-2, STAT-5 and VEGFR-3 in the endothelium of tumor vessels in the brain tumors specimens included in this study, implicate these factors as possible critical players in the process of angiogenesis. The present study demonstrates the expression of Trks, EpoR, JAK-2, STAT-5 and VEGFR-3 in a significant percentage of human brain tumors. Functional studies of the Trks, EpoR and VEGFR-3-activated signaling pathways, are necessary in order to clarify the meaning of a possible cross-talking between these pathways in the process of oncogenesis, the deep understanding of which, could lead to innovative new strategies for drug targeting to human brain tumors.

Thesis (M.S.)--Miami University, Dept. of Zoology, 2004. / Title from first page of PDF document. Includes bibliographical references (p. 36-47).

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε το ντοπαμινεργικό και γλουταμινεργικό σύστημα των βασικών γαγγλίων, χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικά μοντέλα ζώων. Ο πρώτος στόχος ήταν να εξεταστεί εάν η μεταφορά του γονιδίου TrkA σε νευρώνες της μέλαινας ουσίας (SN) ενήλικων επίμυων επιδρά στις νευροχημικές τους ιδιότητες, απουσία ή παρουσία εξωγενούς νευροαυξητικού παράγοντα (NGF) στο ραβδωτό σώμα. Η εκτοπική έκφραση του TrkA στην SN οδήγησε σε σημαντική μείωση του mRNA της υδροξυλάσης της τυροσίνης (TH), της TH ανοσοδραστικότητας και του mRNA του DAT στη δεξιά SN σε σύγκριση με την ετερόπλευρη, ενώ δεν βρέθηκε καμία διαφορά στο mRNA των υποδοχέων ντοπαμίνης D2 και της ειδικής δέσμευσης του [3Η]raclopride στην SN. Δεν παρατηρήθηκαν μεταβολές στις θέσεις δέσμευσης του [3Η]WIN35428 και της ανοσοδραστικότητας του DAT στο ομόπλευρο ραβδωτό σώμα, καθώς και στις θέσεις δέσμευσης των μετασυναπτικών υποδοχέων ντοπαμίνης D1 και D2, όπως καθορίζεται από τους ιχνηθέτες [3H]SCH23390 και [3Η] raclopride, αντίστοιχα. Επιπλέον, δεν βρέθηκαν σημαντικές μεταβολές στους υποδοχείς NMDA και AMPA. Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι η εκτοπική έκφραση του TrkA στην SN ρυθμίζει αρνητικά την ΤΗ και οδηγεί σε ανεξάρτητες από τον NGF αποκρίσεις. O δεύτερος στόχος της διατριβής ήταν η μελέτη του ντοπαμινεργικού συστήματος σε ένα μοντέλο DYT1 δυστονίας μυός. Σε διαγονιδιακούς μυς με υπερκινητική και μη υπερκινητική συμπεριφορά παρατηρήθηκε μείωση των υποδοχέων ντοπαμίνης D2 στο ραβδωτό σώμα, όπως προσδιορίστηκε από τη δέσμευση του [3H]raclopride, και τoυ mRNA των D2 στην SNpc, σε σχέση με μη διαγονιδιακούς μυς. Δεν παρατηρήθηκε διαφορά στη δέσμευση του [3H]SCH23390 ή του [3H]WIN35428 στο ραβδωτό σώμα διαγονιδιακών μυών. Τα δεδομένα προτείνουν μία πιθανή εμπλοκή της ντοπαμινεργικής νευροδιαβίβασης στην παθοφυσιολογία της DY1 δυστονίας. / In the present thesis we examined the dopaminergic and glutamatergic neurotransmission systems of basal ganglia, using two different animal models. The first goal was to investigate whether TrkA gene transfer into substantia nigra (SN) neurons of adult rats influence some of their neurochemical properties, in the absence or presence of exogenous nerve growth factor (NGF) delivery in the striatum. Ectopic expression of TrkA in SN resulted in a significant decrease of tyrosine hydroxylase (TH) immunoreactivity, TH mRNA and DAT mRNA expression in the right SN compared to the contralateral side, while no difference was found in the mRNA expression of D2 DA receptors and [3H]raclopride binding in SN. No significant changes were seen in the density of DAT by measuring [3H]WIN35428 binding sites and DAT immunoreactivity in the ipsilateral striatum, as well as in the number of postsynaptic striatal D1 and D2 receptor binding sites, as determined by [3H]SCH23390 and [3H]raclopride, respectively. Furthermore, no significant changes were found in NMDA and AMPA receptors. These data suggest that ectopic TrkA expression in SN downregulates TH in nigral dopaminergic neurons and elicits NGF-independent responses. The second goal of the present thesis was to examine the dopaminergic system of basal ganglia in a mouse model of DYT1 dystonia. A decrease in striatal D2 binding sites, measured by [3H]raclopride binding, and D2 mRNA expression in substantia nigra pars compacta (SNpc) was revealed in affected and unaffected transgenic mice when compared with non-transgenic. No difference in D1 receptor binding and DAT binding, measured by [3H]SCH23390 and [3H]WIN35428 binding, respectively, was found in striatum of transgenic animals. These data suggest a possible involvement of dopamine neurotransmission in the pathophysiology of DYT1 dystonia.

Basal forebrain cholinergic neurons (BFCNs) are critical for learning and memory. Profound and early BFCN degeneration is a hallmark of aging and Alzheimer’s disease (AD). BFCNs depend for their survival on the retrograde axonal transport of neurotrophins, proteins critical for neuronal function. Neurotrophins like brain derived neurotrophic factor (BDNF) and pro-nerve growth factor (proNGF) are retrogradely transported to BFCNs from their synaptic targets. In AD, neurotrophin levels are increased within BFCN target areas and reduced in the basal forebrain, implicating dysfunctional neurotrophin transport in AD pathogenesis. However, neurotrophin transport within this highly susceptible neuronal population is currently poorly understood. We began by establishing protocols for the accurate quantification of axonal transport in BFCNs using microfluidic culture. We then determined the effect of age on neurotrophin transport. BFCNs were left in culture for up to 3 weeks to model aging in vitro. BFCNs initially displayed robust neurotrophin transport, which diminished with in vitro age. We observed that the levels of proNGF receptor tropomyosin-related kinase-A (TrkA) were reduced in aged neurons. Additionally, neurotrophin transport in BFCNs derived from 3xTg-AD mice, an AD model, was also impaired. Next, we sought to determine a mechanism for these transport deficits. First, we determined that proNGF transport was solely contingent upon the levels of TrkA. We then found that elevation of oxidative stress, an established AD contributor, significantly reduced both TrkA levels and proNGF retrograde transport. TrkA levels are partially regulated by protein tyrosine phosphatase-1B (PTP1B), an enzyme whose activity is reduced by oxidation. PTP1B antagonism significantly reduced TrkA levels and proNGF retrograde transport in BFCNs. Treatment of BFCNs with PTP1B-activating antioxidants rescued TrkA levels, proNGF transport, and proNGF-mediated axonal degeneration. Our results suggest that oxidative stress contributes to BFCN degeneration in aging and AD by impairing retrograde neurotrophin transport via oxidative PTP1B-mediated TrkA loss. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD) / During aging and Alzheimer’s disease (AD), the connections between neurons, a type of brain cell, break down, causing memory loss. This breakdown begins in a brain area called the basal forebrain. Basal forebrain neurons rely upon the transport of nutrients along their connections with other neurons, called axons, for proper function. This transport process becomes impaired in AD. Our goal was to understand why this happens. First, we determined that axonal transport was impaired with age and in basal forebrain neurons of mice genetically predisposed to develop AD. We recreated these impairments by increasing the levels of harmful molecules called reactive oxidative species (ROS). ROS levels increase with age and become abnormally high during AD. We found that increased ROS impair axonal transport and contribute to the breakdown of basal forebrain neurons. Our work suggests that reducing ROS will help prevent the breakdown of basal forebrain neurons in AD.

No description available.

No description available.

No description available.

Das Körpergewicht und die Nahrungsaufnahme werden unter anderem vom Hypothalamus reguliert. Dort werden Hormonelle Signale der Peripherie und neuronale Signale integriert. Die G-Protein gekoppelten Melanocortinrezeptoren 3 und 4 (MC3R und MC4R) werden von ihren Agonisten, den Melanocortinen aktiviert und durch den inversen Agonisten/Antagonisten Agouti-Related Peptide (AgRP) inaktiviert. Als weiterer Downstream-Mediatoren der MC4R-Aktivierung wurden kürzlich Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF) und dessen Rezeptor TrkB (Tropomyosin-Related –Kinase) identifiziert. Mutationen im MC4R gelten als häufigste monogenetische Ursache für Adipositas. Da viele dieser Mutationen aber in vitro funktionell nicht relevant sind, wurde ein Amosäurevergleich von orthologen MC4R aus 70 verschiedenen Spezies erstellt. Funktionsverlustmutationen waren häufiger an koservierten Positionen, während Mutationen ohne Effekt überwiegend an schwach konservierten Positionen zu finden waren. Funktionelle Charakterisierung der von in Mausmodellen identifizierten Punktmutationen I194F und Y302C ergaben eine gute in-vivo/in-vitro Korrelation. Desweiteren wurden in der Normalbevölkerung in normalgewichtigen Personen identifizierte MC4R-Punktmutationen funktionell charakterisiert. Die Mutationen R7C, A70T, T112K, Q156R, M200V, V166I und R236H hatten keinen Effekt auf die Rezeptorfunktion, die H158R. Mutation zeigte eine hohe Basalaktivität, die aber durch AgRP erniedrigt werden konnte. Die in adipösen Patienten gefundenen Mutationen S136F und S139R wiesen einen kompletten Funktionsverlust auf, erstere verursachte zudem sogar einen dominant-negativen Effekt bei Koexpression mit dem Wildtyprezeptor. Für den MC3R wurde das zum Translationsstart bevorzugte Startcodon identifiziert. Für die Rezeptortyrosinkinase TrkB konnte in Hefe-2-Hybridscreens der neue Interaktionspartner Sept3 identifiziert werden. Dieses Protein bindet phosphorylierungsunabhängig an die intrazelluläre Juxtamembrandomäne. / Bodyweight and food intake are regulated by the hypothalamus which integrates peripheral hormonal and neural signals. The G-protein-coupled melanocortin-receptors 3 and 4 (MC3R and MC4R) are activated by melanocortins or inhibited by agouti-related pepetide (AgRP) and signal via the cAMP pathway. Brain-derived neurotrophic Factor (BDNF) was recently shown to signal downstream the MC4R via its receptor TrkB (tropomyosin-related kinase). Mutations in the MC4R are the most common cause of monogenetic obesity. However, many of these mutations are not functionally relevant in vitro. Here, an amino acid alignment of orthologous MC4R from over 70 species was used to evaluate reported mutations. Loss-of-function mutations were predominantly located at highly conserved positions whereas mutations without effect were located at non-conserved positions. Functional characterization of MC4R point mutations I194F (partial loss of function) and Y302C (complete loss of function) identified in mouse models showed good in vitro/in vivo correlation. Furthermore mutations found in normal weight persons were characterized: R7C, A70T, T112K, Q156K, M200V, V166I and R236H had no effect on receptor function in vitro, whereas the H158R Mutation showed high constitutive activity, which however could be diminished by AgRP. The mutations S136F and S139F identified in obese patients were characterized as complete loss-of-function mutations, the former additionally caused a dominant-negative effect on wildtype MC4R in vitro. For the MC3R the preferred start-codon for initiation of translation was identified. For TrkB Sept3 could be identified as a new interaction partner in a yeast-2-hybrid screen. This Protein belonging to the septin family binds to the intracellular juxtamembrane domain of TrkB independent of phosphorylation of the Shc-binding site.

Οι νευροτροφίνες (ΝΤs), Nerve Growth Factor (NGF), Brain-Derived Neurotrophin Factor (BDNF), NΤ-3, ΝΤ-4, ΝΤ-5 και ΝΤ-6 ανήκουν σε μια οικογένεια πολυπεπτιδικών αυξητικών παραγόντων οι οποίοι απαιτούνται για την ανάπτυξη του νευρικού συστήματος στα σπονδυλωτά. Εμπλέκονται στην επιβίωση, στη διαφοροποίηση, στην ωρίμανση των νευρώνων, στη συναπτική πλαστικότητα, στη μάθηση, στη μνήμη, καθώς επίσης και στην έκφραση και ενεργότητα σημαντικών πρωτεϊνών, όπως ιοντικών καναλιών και νευροδιαβιβαστικών υποδοχέων. Οι λειτουργίες αυτές επιτελούνται μέσω της δέσμευσής τους σε δύο είδη μεμβρανικών υποδοχέων, της οικογένειας κινάσης-τυροσίνης TrkA, TrkB και TrkC (tropomyosinerelated kinase) και του pan-neurotrophin (με ικανότητα δέσμευσης με όλες τις νευροτροφίνες) υποδοχέα p75NTR που είναι μέλος των υποδοχέων Tumor Necrosis Factors (TNFs). Οι νευροτροφίνες εκφράζονται σε κύτταρα του Κ.Ν.Σ. και Π.Ν.Σ. αλλά και σε ιστούς-όργανα εκτός νευρικού συστήματος, όπως είναι η υπόφυση. Σκοπός της εργασίας ήταν να μελετήσουμε την έκφραση των υποδοχέων των νευροτροφινών με σύγχρονες μεθόδους ανοσοϊστοχημείας σε αδενώματα της υπόφυσης και να συσχετίσουμε την έκφρασή τους με τα κλινοκοπαθολογικά χαρακτηριστικά των ασθενών. Όλα τα αδενώματα της μελέτης που συμπεριλήφθησαν στη μελέτη (10ανδρών και 8 γυναικών) εμφάνισαν ανοσοϊστοχημική χρώση για τον υποδοχέα TrkA και συγκεκριμένα έντονη χρώση (+3) τα 9/18 (50%) των περιστατικών, μέτρια χρώση (+2) τα 8/18 (45%) των περιστατικών και ασθενή χρώση (+1) 1/18 (5%) των περιστατικών. Ο υποδοχέας TrkB εμφάνισε θετικότητα στο 83% (15/18) των περιπτώσεων. Τα 6/15 (40%) περιστατικά παρουσίασαν έντονη χρώση (+3), τα 4/15 (27%) περιστατικά μέτρια χρώση (+2) και τα 5/15 (33%) περιστατικά ασθενή χρώση (+1). Ανοσοϊστοχημική χρώση για τον υποδοχέα TrkB παρατηρήθηκε επίσης στα αγγεία 4/15 (27%) των αδενωμάτων. Τα 11/18 (61%) των αδενωμάτων παρουσίασαν ανοσοθετικότητα για τον TrkC και συγκεκριμένα τα 3/11 (27%) περιστατικά εμφάνισαν μέτρια χρώση (+2) και 8/11 (73%) περιστατικά ασθενή (+1). Χρώση για τον υποδοχέα TrkC εντοπίστηκε σε αγγεία σε 4/11 περιστατικά (36%). Τέλος έκφραση για τον p75 υποδοχέα δεν παρατηρήθηκε σε κανένα αδένωμα. Με δεδομένο ότι οι υποδοχείς TrkB και TrkC εκφράζονται στα αγγεία των αδενωμάτων, μελετήθηκε η έκφραση των υποδοχέων των νευροτροφινών σε σχέση με την αγγειογένεση, ένας μηχανισμός που αφορά άμεσα την πρόγνωση και την ανταπόκριση στην αντίστοιχη θεραπεία των όγκων. Μελετήθηκε η έκφραση του CD31(platelet endothelial cell adhesion molecule) και του VEGFR3 (Vascular Endothelial Growth Factor Receptor 3). Ο παράγοντας VEGFR3 συμβάλλει επίσης και στην ανάπτυξη λεμφαγγείων στο στρώμα του όγκου επάγοντας την ανάπτυξή του. Η εκτίμηση της ανοσοεντόπισης για τον CD31 και τον VEGFR3 για κάθε νεόπλασμα έγινε κατόπιν επιλογής τριών αγγειοβριθέστερων περιοχών, την καταμέτρηση των αγγείων σε κάθε περιοχή και τον υπολογισμό του μέσου όρου (MCV Microvessel Count). Για τον παράγοντα VEGFR3 το 89% των περιστατικών ήταν θετικά εμφανίζοντας ένα εύρος MCV της τάξης των 2 έως 32,67, ενώ για τον παράγοντα CD31 το 100% των αδενωμάτων ήταν θετικά με MCV της τάξης των 4,67 έως 53,67. Δεν παρατηρήθηκε συσχέτιση του MCV με την έκφραση των υποδοχέων των νευροτροφινών. Οι υποδοχείς των νευροτροφινών ενώ εκφράζονται στη φυσιολογική υπόφυση συμμετέχοντας στην ανάπτυξη και στην επιβίωση των κυττάρων, δεν «σιωπούν» στα αδενώματά της. Το ερώτημα που γεννάται είναι αν δρουν ως παράγοντες διατήρησης της καλοήθειας ή αν συμβάλλουν στην ογκογένεση και στην μετέπειτα εξέλιξη των νεοπλασμάτων της υπόφυσης. Περαιτέρω μελέτες απαιτούνται για την διερεύνηση του ρόλου των νευροτροφινών μέσω των υποδοχέων τους στα αδενώματα υπόφυσης, στον άνθρωπο. / -