Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Hui Sun

 

Role of non-neuronal cells in Amyotrophic lateral sclerosis (ALS): transgenic neuron-glia-co-cultures as in vitro model for the evaluation of novel therapeutic strategies

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-103593

title (ger.)

Die Rolle nicht-neuronaler Zellen bei der Amyotrophen Lateralsklerose (ALS): transgene Neuron-Glia-Ko-Kulturen als in vitro-Modell zur Evaluation neuer Theapiestrategien

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/sunh_ss13.pdf

abstract (deutsch)

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine schwerwiegende neurodegenerative Erkrankung, die zu rasch progredienter Degeneration motorischer Nervenzellen im primär-motorischen Kortex, Hirnstamm und Rückenmark führt. Die Patienten entwickeln fortschreitende Paresen und Muskelatrophien und versterben in der Regel 3 bis 5 Jahre nach Erkrankungsbeginn an Atemlähmung. Eine wirksame neuroprotektive Behandlung gibt es bisher nicht.

Bei einem Teil der an familiärer ALS erkrankten Patienten lassen sich Mutationen im für das Enzym Superoxid-Dismutase 1 (SOD1) codierenden Gen identifizieren; Überexpression der mutierten SOD1 führte zur Entwicklung des nach wie vor am meisten verwendeten und am besten charakterisierten ALS- Mausmodells.

Der Untergang motorischer Neurone bei der ALS ist nicht-zellautonom, d.h. abhängig von der Interaktion mit umgebenden Gliazellen. Im Rahmen der vorgelegten Arbeit wurde ein Zellkultursystem, bestehend aus nicht-transgenen oder G93ASOD1 transgenen Motoneuronen, jeweils ko-kultiviert mit entweder nicht-transgenen oder G93ASOD1 transgenen Astrozyten als ALS- in vitro –Modell etabliert. In diesem Modell wurde das neuroprotektive Potenzial von N-ac-GLP-1, einem Analogs des endogenen insulinotropen Peptids Glucagon-like peptide-1(GLP-1) getestet. Die beobachteten protektiven Effekte konnten einer Abschwächung intrazellulärer Kalzium-Transienten zugeordnet werden. Nicht nur aufgrund dieser in vitro gemessenen antiexzitotoxischen Wirkung, sondern auch im Hinblick auf das wachsende Wissen um metabolische Defizite bei der ALS, die durch N-ac-GLP-1 positiv beeinflusst werden könnten, stellt diese Substanz einen interessanten Kandidaten für weitere in vivo-Evaluation dar.

In der zweiten Studie wurde der protektive Effekt mesenchymaler Stromazellen (MSC) auf Motoneurone (isoliert aus sowohl nicht-transgenen als auch SOD1G93A transgenen Mäusen), NSC-34-Zellen und Astrozyten (wiederum isoliert aus nicht-trasngenen und  SOD1G93A transgenen Mäusen) in vitro analysiert. Auf der Suche nach den molekularen Mechanismen fanden wir eine durch Behandlung mit MSC-konditioniertem Medium induzierte Hochregulation der mRNA-Expression der Wachstumsfaktoren GDNF and CNTF und eine Reduktion der Expression proinflammatorischer Zytokine in Astrozyten. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass MSC für eine neuroprotektive Zelltherapie bei ALS geeignet sind.

 

abstract (englisch)

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a devastating neurodegenerative disorder affecting motor neurons in the primary motor cortex, brainstem and spinal cord, ultimately leading to death within 3-5 years due to respiratory failure. To date, there is no efficient neuroprotective treatment option. Mutations in the Cu/Zn –superoxide dismutase (SOD1) gene underlie a proportion of familial cases of amyotrophic lateral sclerosis (fALS); overexpression of mutant SOD1 created the most commonly used and best characterized ALS mouse model.

Motor neuron death in ALS is non-cell autonomous, i.e. it depends on the interaction of neurons with surrounding glial cells. In the first study, a motor neuron/astrocyte co-culture system, consisting of either non-transgenic or SOD1G93A transgenic motor neurons and astrocytes, respectively, was established as in vitro model.  In this in vitro system, N-ac-GLP-1, an analogue of the endogenous insulinotropic peptide Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) was assessed for its neuroprotective potential. We detected neuroprotective effects of N-ac-GLP-1 which could be attributed to an attenuation of intracellular calcium transients. Not only due to these antiexcitotoxic capacities but also with respect to the increasing knowledge about metabolic deficits in ALS which could be positively influenced by N-ac-GLP-1, this compound represents an interesting novel candidate for further in vivo evaluation in ALS.

In the second study, the protective effects of mesenchymal stromal cells (MSC) on motor neurons (derived from both non-transgenic and mutant SOD1G93A transgenic mice), NSC-34 cells and astrocytes (derived again from both non-transgenic and mutant SOD1G93A transgenic mice) were analysed in vitro. Attempting to dissect the molecular mechanisms, we found that MSC conditioned medium induced astrocytic mRNA expression of the neurotrophic factors GNDF and CNTF and reduced expression of proinflammatory cytokines. These data suggest that MSC are capable to generate a more protective environment for degenerating motor neurons.

 

keywords

Amyotrophen Lateralsklerose, Motoneuronen, Therapie; Amyotrophic lateral sclerosis, Motor neuron, Therapy

kb

643