Die Spinale Muskelatrophie (SMA) ist eine häufige autosomal-rezessiv vererbte Erkrankung des motorischen Nervensystems bei Kindern. Ursache der Degeneration von spinalen Motoneuronen ist der homozygote Verlust des SMN- (survival of motoneuron) Gens und ein dadurch bedingter Mangel an SMN-Protein. Untersuchungen an Motoneuronen von Smn-defizienten Mäusen ergaben Störungen des axonalen Längenwachstums aufgrund einer Fehlverteilung des Zytoskelettproteins beta-Aktin und seiner mRNA in den Axonterminalen. Das Axonwachstum wird durch Aktin-Polymerisierung im Wachstumskegel gesteuert. beta-Aktin-mRNA findet sich auch in Axonen, und die lokale Proteinsynthese kann durch neuronale Aktivierung gesteigert werden. Das SMN-Protein ist am axonalen Transport von beta-Aktin beteiligt. In der vorliegenden Arbeit ergaben Western Blot-Analysen in neuralen Stammzellen (NSC) sowie spinalen Motoneuronen in vitro eine Steigerung der SMN-Proteinexpression durch 8-CPT-cAMP. Zur Untersuchung der Auswirkungen der erhöhten SMN-Proteinmenge auf die Pathologie der Motoneurone wurde ein in-vitro-Assay entwickelt, mit dessen Hilfe gezeigt werden konnte, dass eine Behandlung mit 100 µM 8-CPT-cAMP die axonalen Veränderungen isolierter embryonaler Smn-defizienter Motoneurone kompensieren kann. Motoneurone von 14 Tage alten Smn-defizienten und Kontroll-Mausembryonen wurden über sieben Tage hinweg auf einer Matrix aus Poly-Ornithin und Laminin-111 bzw. Laminin-121/221 kultiviert und mit 100µM cAMP und neurotrophen Faktoren behandelt. Nach Fixierung wurden die Zellen mit Antikörpern gegen Islet-1/2, tau und beta-Aktin gefärbt, mit Hilfe eines konfokalen Mikroskops fotografiert und digital vermessen. 8-CPT-cAMP erhöht den beta-Aktin-Gehalt in den axonalen Wachstumskegeln von Smn-defizienten Motoneuronen. Die Größe der Wachstumskegel nimmt durch die Behandlung um das 2-3fache zu und erreicht normale Werte. Auf Laminin-111 bleibt das Längenwachstum der Axone durch 100µM 8-CPT-cAMP unbeeinflusst, auf Laminin-121/221 wird das Längenwachstum normalisiert. Die beta-Aktin-Verteilung innerhalb der Axone und Wachstumskegel von Smn-defizienten Motoneuronen erscheint durch die cAMP-Behandlung nahezu normalisiert. Die Wiederherstellung der beta-Aktin-Verteilung in Wachstumskegeln durch cAMP kann große Auswirkungen auf die Funktionalität der Motoneurone haben. Die Ergebnisse sind möglicherweise ein erster Schritt auf dem Weg zu einer Therapie für die Spinale Muskelatrophie. / Spinal muscular atrophy (SMA) is an autosomal recessive disorder characterized by loss of alpha-motoneurons in the spinal chord due to low levels of the survival motor neuron (SMN) protein. The genetic cause is the homozygous loss or mutation of the telomeric SMN1 gene and retention of the centromeric SMN2 gene, whose transcripts consist of about 90% truncated and unstable and only 10% functional protein. Motoneurons of Smn-deficient SMN2 transgenic mouse embryos cultured on laminin-1 show abnormalities compared to wildtype controls such as shorter axons, smaller growth cones and a ß-actin protein and mRNA deficit in the distal part of the axon. ß-actin plays a major role in growth cone motility and transmitter release at the presynapse. In addition, SMN works in a complex to transport ß-actin mRNA, which is known to be localized and locally translated in axons and growth cones, along the axon. Local ß-actin protein synthesis can be stimulated by increased neuronal activation. We determined the effects of cAMP on ß-actin localisation in axons as well as on axonal growth parameters in Smn-deficient primary motoneurons. Motoneurons of 14 days old Smn-/-, SMN2 transgenic and wildtype mouse embryos were cultured on laminin for 7 days with 100µM 8-CPT-cAMP and neurotrophic factors BDNF and CNTF. Fluorescence staining and digital measurements revealed a major effect of cAMP treatment on ß-actin distribution and growth cone size, which were restored to normal. Neurite lengths on laminin-111 remained unaffected but were normalized on substrate containing a synapse-specific ß2-laminin isoform. Western blots with neural stem cells (NSC) and heterozygous Smn+/-; SMN2 transgenic motoneurons treated with 100µM cAMP showed a marked upregulation of Smn protein expression. These data point to an important role for cAMP as a possible target of SMA drug therapy.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:3328 |
| Date | January 2009 |
| Creators | Lechner, Barbara Dorothea |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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