Der Morbus Parkinson ist durch den selektiven Zelltod der dopaminergen Neurone der Substantia nigra pars compacta gekennzeichnet. Hierbei sind die verschiedenen Populationen pigmentierter Neurone innerhalb der SNc unterschiedlich stark betroffen. Die Ursachen für diese unterschiedliche Schädigung sind noch nicht bekannt. Möglicherweise besteht aber ein Zusammenhang mit der Verteilung der extrazellulären Matrix innerhalb der Substantia nigra. Für die Untersuchung wurden immunhistochemische Methoden an Hirnschnittserien von menschlichen Kontrollgehirnen angewandt. Zur Darstellung von Komponenten der extrazellulären Matrix wurden drei verschiedene Antikörper genutzt. Dazu gehörten anti- CRTL-1, welcher das Link- Protein 1 von CSPGs detektiert, ein Aggrecan- Antikörper ( Klon HAG7D4), welcher an das Kern- Protein menschlichen Aggrecans bindet, sowie anti- Proteoglykan- Di-0S (Klon 1B5), der die Reste der Chondroitin- Sulfat- Seitenketten verschiedener Proteoglykane detektiert, die nach Verdau mit Chondroitinase ABC übrigbleiben. Zur räumlichen Orientierung und strukturellen Gliederung der Substantia nigra nach der von Damier et al. ( 1999) beschriebenen Calbindin- Methode, auf deren Grundlage die SNc in eine Calbindin-reiche Matrix und Calbindin- arme Bereiche, die sogenannten Nigrosomen, gegliedert wird, wurden benachbarte Hirnschnitte mit anti- Calbindin D₂₈K behandelt. Es zeigte sich, dass extrazelluläre Matrix in Form von perineuronalen Netzen nur an den nicht pigmentierten Neuronen der SNr und SNl vorkommt, während die pigmentierten Neurone der SNc keine perineuronalen Netze besitzen, aber von einer Vielzahl von ACs kontaktiert werden. Deren Dichte war an großen, stark Melanin- haltigen Neuronen am höchsten, sodass in der dorsalen Schicht der SNc, also in den Nigrosomen 3 und 4, besonders viel extrazelluläre Matrix detektiert werden konnte. Im ventralen Anteil der SNc war entsprechend der unterschiedlichen Zellgrößen, insbesondere in Nigrosom 1, eine heterogene Verteilung der extrazellulären Matrix festzustellen. Zur Untersuchung über mögliche Veränderungen der extrazellulären Matrix im Verlauf des Morbus Parkinson wurden Hirnschnitte menschlicher Gehirne mit diagnostiziertem Morbus Parkinson ebenfalls mit den drei Antikörpern zur Darstellung der extrazellulären Matrix behandelt. Dabei zeigte sich, dass insgesamt die Menge extrazellulärer Matrix verringert scheint. Eine Darstellung der perineuronalen Netze mit anti- Proteoglykan- Di-0S (Klon 1B5) war nicht mehr möglich. Wie bereits in früheren Studien verschiedener Autoren festgestellt, waren die stärksten Auswirkungen der neurodegenerativen Prozesse im ventralen Anteil der SNc, vor allem in Nigrosom 1, auszumachen, während die Neurone der Nigrosomen 3 und 4 im dorsalen Anteil weniger vulnerabel erscheinen. Diese Ergebnisse verstärken die Annahme, dass die extrazelluläre Matrix eine protektive Funktion für bestimmte Neuronengruppen besitzt. Bei der Parkinsonschen Erkrankung wird möglicherweise zuerst dieses Schutzsystem zerstört bevor es zum progressiven Neuronenverlust kommt. Ungeklärt bleibt weiterhin was die Ursachen dafür sind.

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Der Morbus Parkinson ist durch den selektiven Zelltod der dopaminergen Neurone der Substantia nigra pars compacta gekennzeichnet. Hierbei sind die verschiedenen Populationen pigmentierter Neurone innerhalb der SNc unterschiedlich stark betroffen. Die Ursachen für diese unterschiedliche Schädigung sind noch nicht bekannt. Möglicherweise besteht aber ein Zusammenhang mit der Verteilung der extrazellulären Matrix innerhalb der Substantia nigra. Für die Untersuchung wurden immunhistochemische Methoden an Hirnschnittserien von menschlichen Kontrollgehirnen angewandt. Zur Darstellung von Komponenten der extrazellulären Matrix wurden drei verschiedene Antikörper genutzt. Dazu gehörten anti- CRTL-1, welcher das Link- Protein 1 von CSPGs detektiert, ein Aggrecan- Antikörper ( Klon HAG7D4), welcher an das Kern- Protein menschlichen Aggrecans bindet, sowie anti- Proteoglykan- Di-0S (Klon 1B5), der die Reste der Chondroitin- Sulfat- Seitenketten verschiedener Proteoglykane detektiert, die nach Verdau mit Chondroitinase ABC übrigbleiben. Zur räumlichen Orientierung und strukturellen Gliederung der Substantia nigra nach der von Damier et al. ( 1999) beschriebenen Calbindin- Methode, auf deren Grundlage die SNc in eine Calbindin-reiche Matrix und Calbindin- arme Bereiche, die sogenannten Nigrosomen, gegliedert wird, wurden benachbarte Hirnschnitte mit anti- Calbindin D₂₈K behandelt. Es zeigte sich, dass extrazelluläre Matrix in Form von perineuronalen Netzen nur an den nicht pigmentierten Neuronen der SNr und SNl vorkommt, während die pigmentierten Neurone der SNc keine perineuronalen Netze besitzen, aber von einer Vielzahl von ACs kontaktiert werden. Deren Dichte war an großen, stark Melanin- haltigen Neuronen am höchsten, sodass in der dorsalen Schicht der SNc, also in den Nigrosomen 3 und 4, besonders viel extrazelluläre Matrix detektiert werden konnte. Im ventralen Anteil der SNc war entsprechend der unterschiedlichen Zellgrößen, insbesondere in Nigrosom 1, eine heterogene Verteilung der extrazellulären Matrix festzustellen. Zur Untersuchung über mögliche Veränderungen der extrazellulären Matrix im Verlauf des Morbus Parkinson wurden Hirnschnitte menschlicher Gehirne mit diagnostiziertem Morbus Parkinson ebenfalls mit den drei Antikörpern zur Darstellung der extrazellulären Matrix behandelt. Dabei zeigte sich, dass insgesamt die Menge extrazellulärer Matrix verringert scheint. Eine Darstellung der perineuronalen Netze mit anti- Proteoglykan- Di-0S (Klon 1B5) war nicht mehr möglich. Wie bereits in früheren Studien verschiedener Autoren festgestellt, waren die stärksten Auswirkungen der neurodegenerativen Prozesse im ventralen Anteil der SNc, vor allem in Nigrosom 1, auszumachen, während die Neurone der Nigrosomen 3 und 4 im dorsalen Anteil weniger vulnerabel erscheinen. Diese Ergebnisse verstärken die Annahme, dass die extrazelluläre Matrix eine protektive Funktion für bestimmte Neuronengruppen besitzt. Bei der Parkinsonschen Erkrankung wird möglicherweise zuerst dieses Schutzsystem zerstört bevor es zum progressiven Neuronenverlust kommt. Ungeklärt bleibt weiterhin was die Ursachen dafür sind.

Die genaue physiologische Funktion des zellulären Prion-Proteins (PrPC) ist noch immer nicht vollständig verstanden. Eine mögliche Funktion des PrPC auf das neuronale Überleben nach einem hypoxischen oder ischämischen Insult wird diskutiert. In einem Vorversuch zeigten sich nach zerebraler Ischämie deutlich größere Infarktvolumina in den Gehirnen von Prion-Knock-Out-Mäusen im Vergleich zu denen der Wild-Typ-Mäuse. Das Identifizieren der molekularen Mechanismen der PrPC-vermittelten Neuroprotektion ist daher von großem Interesse und machte die Etablierung eines Zell-Modells erforderlich. Neuere Studien konnten einen Einfluss des zellulären Prion-Proteins auf die Glykolyse nachweisen. Unter Sauerstoffmangelbedingungen kommt es zu einer vermehrten Bildung von Laktat durch das Enzym Laktat-Dehydrogenase (LDH). Neurone benötigen unter hypoxischen oder ischämischen Bedingungen dieses Laktat als Energiesubstrat. Je mehr Laktat den Neuronen zur Verfügung steht, umso höher ist das neuronale Überleben. In dieser Arbeit konnte die Beteiligung der Laktat-Dehydrogenase an der durch das zelluläre Prion-Protein vermittelten Neuroprotektion nach Hypoxie nachgewiesen werden. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, mögliche Unterschiede der LDH-Expression in WT-Zellen, Prnp0/0-Zellen und HEK-293-Zellen unter normalen und hypoxischen Bedingungen in vitro zu untersuchen. Die Expression der LDH war unter hypoxischen Bedingungen in den WT-Zellen im Vergleich zu den Prnp0/0-Zellen deutlich höher. Dies konnte auch in PrPC-überexprimierenden HEK-293-Zellen nach Hypoxie gezeigt werden. Ebenso konnte nachgewiesen werden, dass Hypoxie zu einem größeren Schaden des Tubulinzytoskelettes in Prnp0/0-Zellen führt als in WT-Zellen, was eine neuroprotektive Wirkung von PrPC vermuten lässt. Eine direkte oder indirekte Interaktion von LDH-A und PrPC konnte durch eine Co-Immunpräzipitation in HEK-293-Zellen nachgewiesen werden. Die genauen Mechanismen über die PrPC möglicherweise zu einer vermehrten Laktat-Produktion führt, sind noch nicht eindeutig identifiziert und müssen noch näher untersucht werden. Zusammengefasst kann gesagt werden, dass die erhobenen Daten die Vermutung verstärken, dass das Enzym LDH und sein Produkt Laktat in die durch das zelluläre Prion-Protein vermittelte Neuroprotektion nach Hypoxie involviert sind. Es ist das erste Mal, dass gezeigt wurde, durch welchen Mechanismus PrPC zur Neuroprotektion beiträgt.

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Die Wirkung von zwei endogen neuroprotektiven Substanzen, Melatonin und 17 beta-Estradiol wurde an drei Caspase-abhängigen, apoptotischen, aber Exzitotoxin-unabhängigen Schadensmodellen an neuronalen Primärkulturen untersucht und mit der bei vorwiegend nekrotischen Schadensmodellen verglichen. Es zeigten sich eine Abhängigkeit des neuroprotektiven Potentials von der Art des Zelluntergangs sowie unterschiedliche Mechanismen der Neuroprotektion. Melatonin wirkte in allen drei apoptischen Modellen nicht neuroprotektiv, sondern verstärkte die Schädigung der Neurone noch, während partiell gegen die OGD-induzierte Nekrose (OGD, engl. Oxygen glucose deprivation, kombinierter Sauerstoff- und Glukoseentzug) kortikaler Neurone Schutz erzielt wurde. Der Einsatz des endogenen neuroprotektiven Faktors Melatonin als Therapeutikum ist möglicherweise nur bei neurodegenerativen Erkrankungen mit exzitotoxischer Schädigung durch Glutamat oder oxidativem Stress wie bei Epilepsie oder dem Schlaganfall durch Ischämie sinnvoll. Die fehlende bzw. potenzierenden Wirkung von Melatonin bei neuronaler Apoptose in vitro, stellt jedoch einen therapeutischen Erfolg bei der Behandlung der mit apoptotischer Schädigung einhergehenden Alzheimer'schen Erkrankung in Frage. Bei klinischer Anwendung ist auch der von uns erhobene Befund zu beachten, dass in vitro native neuronale Zellen durch Melatonin geschädigt werden. 17 beta-Estradiol wirkte sowohl bei nekrotischer als auch bei apoptotischer Zellschädigung. Dabei zeigten sich wesentliche Unterschiede in den Mechanismen der Neuroprotektion und in der Ansprechbarkeit verschiedener Regionen des Gehirns. Schutz vor Apoptose konnte nur durch eine Langzeitvorbehandlung (20 h) in septalen und hippokampalen Kulturen, nicht jedoch in kortikalen Kulturen beobachtet werden. Dieser Effekt liess sich durch Rezeptorantagonisten, Proteinsynthesehemmung sowie durch Hemmung der Phosphoinositol-3-Kinase blockieren. Eine Kurzzeitbehandlung war gegen Apoptose nicht wirksam, zeigte gegen OGD und Glutamattoxizität jedoch neuroprotektives Potential. Dieser Effekt liess sich nicht antagonisieren, so dass hier ein direkter antioxidativer Mechanismus wahrscheinlich erscheint. Die antiapoptotische Wirkung in septalen und hippokampalen Kulturen korrelierte mit einer höheren Dichte des Estrogenrezeptors-alpha und einer erhöhten Expression antiapoptotischer Proteine in diesen Regionen. Da bei der Alzheimer'schen Erkrankung der Kortex betroffen ist, könnte der fehlende Effekt von 17 beta-Estradiol in kortikalen Neuronen sowohl auf die neuronale Apoptose als auch auf die Proteinexpression von Bcl-2 und Bcl-xL möglicherweise auf experimenteller Basis erklären, warum eine langfristige Estrogentherapie bei Frauen mit milder bis moderater Alzeimer'scher Erkrankung den Progress der Erkrankung nicht aufhalten konnte (Mulnard et al. 2000). / The neuroprotective effect of melatonin and 17 beta-estradiol has been evaluated in several in vitro models of neuronal apoptosis and necrosis. Melatonin was not neuroprotective in three models of apoptosis but showed a pro-apoptotic effect in primary cortical neurons. Melatonin revealed to damage naïve neurons, too. Partial protection was observed against necrotic neurodegeneration after oxygen-glucose deprivation (OGD). The use of melatonin as a therapeutic agent might be of interest in neurodegenerative diseases with excitotoxic damage like epilepsia or ischemia, but is questioned in case of apoptotic neurodegeneration. 17 beta-estradiol was neuroprotectiv in both necrotic and apoptotic neurodegeneration. Differences in the mechanism of neuroprotetion and in the efficacy in different regions of the brain were observed. A neuroprotective effect was visible only in hippocampal and septal cultures if 17 beta-estradiol was applied 20 h prior (long term pre-treatment) but not in cortical neurons. This effect correlates with an increased density of estrogen receptor-alpha and an increased expression of anti-apoptotic proteins like Bcl-2 and Bcl-xL in these regions. These effect could be blocked with receptor antagonists, protein synthesis inhibitors and an inhibitor of the phosphatidylinositol 3-kinase. A short term pre-treatment revealed a receptor independent neuroprotective potential against OGD and glutamate toxicity. The failure of 17 beta-estradiol to protect cortical neurons against apoptosis could be an experimental basis to understand, why a long lasting treatment with estrogens of women with mild to moderate Alzheimer´s disease failed to inhibit the progress of the illness (Mulnard et al., 2000)

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