Forschungsschwerpunkte

• Untersuchungen der molekularen Mechanismen der Neurodegeneration dopaminerger Neuronen in Primärzellkulturen und Zelllinien
• Möglichkeiten und Mechanismen der Neuroprotektion dopaminerger Neuronen

Nach Morbus Alzheimer ist Morbus Parkinson (MP) die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung und in Deutschland sind schätzungsweise 150.000 bis 200.000 Menschen betroffen. Die große Mehrheit der MP-Erkrankungen ist sporadisch und idiopathisch, d.h. die Ursachen bleiben letztendlich ungeklärt. Zentrum des pathologischen Befundes ist der Untergang der dopaminergen Neuronen in der Substantia nigra, der einen Dopaminmangel im Corpus striatum nach sich zieht. Die Pathogenese des MP ist Gegenstand intensiver Forschungsaktivitäten und in den letzten Jahren wurden in dieser Hinsicht bedeutsame Fortschritte erzielt. So lieferten auch die seltenen hereditären Erkrankungen wertvolle Hinweise für die möglichen Pathogenesemechanismen bei den idiopathischen Fällen Ein komplexes Wechselspiel zwischen Umweltfaktoren, Entzündungsvorgängen, Proteasom, mitochondrialer Dysfunktion, Eisentoxizität und Neuromelanin, Dopamin- und Glutamat-Toxizität scheint der Krankheit zu Grunde zu liegen. Dabei spielt offenbar der oxidative Stress als ein gemeinsames Bindeglied zwischen allen Faktoren eine zentrale Rolle. Kontrovers diskutiert wird nach wie vor der Absterbmechanismus der dopaminergen Neuronen (Apoptose versus Nekrose).

Forschungsschwerpunkt:

Molekulare Mechanismen der Neurodegeneration und Neuroprotektion dopaminerger Neuronen

Untersuchungsobjekt sind vor allem neuronale Primärzellkulturen des Mausmesencephalons. Komplementär werden auch dopaminerge Zelllinien (SH-SY5Y) genutzt. Der große Vorteil dieser Tierversuche ersparenden speziellen Technik liegt in der Herstellung eines in vitro Modells, das unter möglichst authentischen Bedingungen einer direkten Einflussnahme durch toxische oder pharmakologisch aktive Substanzen frei zugänglich ist und eine kontinuierliche Beobachtung von Neuronen ermöglicht.
Die Primärzellkulturen werden mit folgenden Toxinen behandelt:

• Atmungskettengifte (Rotenon, MPP⁺: „klassisches Parkinson-Toxin“, das im Tiermodell MP-ähnliche Symptomatik und Pathophysiologie auslöst)
• Exzitotoxizität durch Glutamat
• β -Carboline als potenziell endogen produzierte Neurotoxine

Als potenzielle Neuroprotektiva werden zur Zeit folgende Substanzklassen untersucht:

• Dopamin-Agonisten
• Antioxidantien (Coenzym Q₁₀)
• Naturstoffe (Ginseng)

Verwendete Methoden:

• Zellkulturtechniken (primär, Zelllinie)
• Konventionelle und Fluoreszenz-Mikroskopie
• Immuncytochemische Färbemethoden
• Gen-Chip Arrays
• Real time PCR
• Western Blot
• Biochemische Messungen (colorimetrisch, fluoreszenz-basiert)

Ziel der Untersuchungen ist es, das neuroprotektive Potenzial der eingesetzten Substanzklassen gegenüber der Toxinwirkung auf die dopaminerge Primärzellkultur zu untersuchen. Die eingesetzten Toxine wirken über Mechanismen, die für die Pathogenese des MP eine wichtige Rolle spielen (Hemmung der mitochondrialen Atmungskette, Exzitotoxizität). An den Kulturen werden die Auswirkungen der Toxine z.B. durch Radikalmessung nach Atmungskettengiften sowie der Absterbemodus (Apoptose vs. Nekrose) studiert. Die Morphologie und das Absterbeverhalten der dopaminergen Neuronen nach Toxinexposition sind dabei von besonderem Interesse. Durch Genexpressionsanalysen wird nach für die Degeneration und Protektion verantwortlichen Genen „gefischt“, deren Expression dann mit Hilfe von real time PCR und, auf Proteinebene, mit Western Blot überprüft wird.

Projekte:

• Diverse Kooperationen mit pharmazeutischen Unternehmen
• BMBF-Projekt: Investigation of pathomechanisms of Parkinson’s disease and search for neuroprotective therapies: clinical, in vitro and in vivo experimental studies. Polish-German Cooperation in Neuroscience.

Kooperationen:

Dr. Dorothea Appenroth, Friedrich-Schiller-Universität Jena
Prof. Dr. Anna-Katharina Braun, Otto von Guericke Universität Magdeburg
Dr. Christoph Enzensperger, Friedrich-Schiller-Universität Jena
Prof. Dr. Richard Nass, Indiana University School of Medicine, USA
Prof. Dr. Wolf-Dieter Rausch, Veterinärmedizinische Universität Wien
Prof. Dr. Hans Rommelspacher, Charité-Universitätsmedizin Berlin

Publikationsliste