En forgiftet nervecelle kan ikke rydde op i sig selv
Når man tilsætter gift til en dopaminerg nervecelle, så forstyrres nedbrydning af proteiner og oxidativt stress øges
Tekst af Peter P. Christensen
Hvad sker der i en dopaminerg nervecelle, når den forgiftes? Hvad sker der, når de defekte proteiner ikke længere nedbrydes, fordi nedbrydningssystemet er ude af drift? Eller hvad hvis parkin-proteinet ikke fungerer – og derfor ikke markerer, hvad der skal nedbrydes?
Det er spørgsmål fra den skuffe, Jan Bert Gramsbergen og hans team sidder med, når de arbejder med vævskulturer af musefosterhjerner, ”high performance liquid chromatography” (HPLC), massespektrometri (MS) og fluorescens mikroskopi. Det er Jan Bert Gramsbergen, der leder en lille forskergruppe af 2 ph.d. studerende og 2 laboranter, og de holder til på Institut for Medicinsk Biologi på Syddansk Universitet i Odense.
Forskergruppen prøver at efterligne både genetisk og sporadisk Parkinsons sygdom i vævskulturmodeller, og gruppen studerer degeneration af dopaminerge neuroner og sammenhængen med ”proteinstress”, når vævskulturer behandles med stoffer, som påvirker vitale funktioner i nerveceller såsom cellens energi produktion i mitokondrier (se tegning og ordforklaring) og nedbrydningen af defekte proteiner ved ”proteasomet” (et stort proteinkompleks med nedbrydningsenzymer).
Flere årsager
Årsagen til Parkinsons sygdom kan være rent genetisk.
- Der findes hundredvis af mutationer i mindst 5 forskellige gener, herunder parkin-genet forårsaget af miljøpårvirkninger både kronisk – ukendte - kemiske påvirkninger og/eller sygdoms-relaterede påvirkninger, f. eks. inflammation i livmoderen under graviditeten, og årsagen kan være en kombination af både ukendt, genetisk betinget følsomhed og ukendte, miljøpåvirkninger, forklarer Jan Bert Gramsbergen.
Forskerne kan efterligne de genetiske defekter ved at bruge forskellige modeller i mus eller bananfluer til at studere de cellulære og molekylære processer, som medfører tab af nervecellerne.
Miljøpåvirkninger, som skader de dopaminerge neuroner, kan efterlignes i laboratoriet ved at bruge bestemte toksiner, som især rammer de dopaminerge neuroner
– Et godt eksempel er toksinet MPP+, som transporteres ind i de dopaminerge neuroner via dopamin transporteren, og inde i nervecellen hæmmer MPP+ mitokondriets funktion, og det medfører øget produktion af frie radikaler, siger Jan Bert Gramsbergen.
Helt stykke hjernevæv
Helt konkret bruger forskergruppen hjernevævskulturer af musefostre til undersøgelserne. Musefostrene er 12 dage gamle, og det er et lille område af hjernen, der benyttes. Hjernevævet dyrkes, og de dopaminerge neuroner modnes i 3 uger, hvorefter vævskulturerne behandles med forskellige neurotoksiske stoffer, så de dopaminerge neuroner degenerer på en måde som efterligner de neurodegenerative ændringer, som ses ved Parkinsons sygdom.
- Før tilsætning af toksinerne udvikler og modner de dopaminerge celler sig så godt, at vi kan måle dopaminproduktionen i dyrkningsmediet. På denne måde kan vi følge cellernes vitalitet både før og efter tilsætningerne, forklarer Jan Bert Gramsbergen, der tilføjer, at hvor man på mange laboratorier kun dyrker dissocierede neuroner eller cellelinier, dyrker teamet her et helt stykke hjernevæv med intakte cellekontakter, både mellem gliaceller og neuroner og neuronerne imellem.
 Forgiftede celler og oxidativt/nitrativt stress
I cellen findes forskellige mekanismer, der beskytter cellerne, og teamet kigger på disse mekanismer, under forskellige toksiske påvirkninger.
- Når vi tilsætter neurotoksinet MPP+ eller pesticidet Rotenon, transporteres toksinet ind i de dopaminerge nerveceller, hvor det hæmmer mitochondriets funktion. I en rask celle danner mitochondrier cellens energi i form af molekyler, men når mitokondrier er påvirket af MPP+ eller Rotenon, dannes der ikke nok energi, og så dannes der i stedet frie radikaler, især superoxid (O2-), forklarer Jan Bert Gramsbergen.
Naboceller til de påvirkede dopaminerge neuroner kan danne nitrogen oxid (NO), og det er især aktiverede gliaceller, som øger deres produktion af nitrogen oxid. Nitrogen oxid kan meget nemt passere cellemembraner og på den måde komme i kontakt med superoxid i de påvirkede dopaminerge neuroner. Kombinationen af NO og O2- kan medføre dannelsen af det yderst reaktive og skadelige molekyle peroxynitrite (ONOO-). Der er så tale om både oxidativt og nitrativt stress, som kan modificere proteinerne i hjernen. I hjernen af parkinsonpatienter findes såkaldte nitrerede proteiner, forklarer Jan Bert Gramsbergen og fortsætter:
- Normalt, når der er defekte proteiner, så kan de nedbrydes af proteasomet (se tegning), men hvis det ikke virker, så giver det en ophobning af defekte proteiner, og disse kan være årsag til dannelse af Lewy legemer, siger han. Lewy legemer er patologiske strukturer, som findes i nervecellerne ved Parkinsons sygdom, og her ophobes nitrerede proteiner og proteinet alpha-synuclein.
Proteinmodifikationer
Der findes to typer af proteinmodifikationer ved nitrativt stress: proteinnitrering og protein S-nitrosylering. Proteinet ”alpha-synuclein”, som findes i Lewy legemer, kan for eksempel nitreres, mens proteinet ”parkin” kan S-nitrosyleres. Ved de hyppigste former af arvelig Parkinsons sygdom findes mutationer i parkin-genet.
Dette gen sørger normalt for dannelse af proteinet parkin, som hjælper ved at fjerne defekte proteiner fra cellen. Parkin-proteinet kan virke som et enzym, som sætter label på de defekte proteiner, så de kan genkendes af proteasomet og nedbrydes.
Forskerne i Odense har nu fundet ud af, at parkin-proteinet S-nitrosyleres i nervecellerne efter behandling med toksinet MPP+, og når parkin er S-nitrosyleret, så er enzymfunktionen nedsat, hvilket medfører ophobning af defekte proteiner.
- Hypotesen er, at når parkin ikke virker, så sættes der ikke labels på de defekte proteiner, så bliver de ikke nedbrydt, men danner i stedet proteinaggregater. De forskellige processer virker sammen: defekter i mitokondrier, proteasomet og parkinmodifikationer på grund af en toksisk påvirking eller på grund af mutationer, forklarer Jan Bert Gramsbergen.
- På samme måde som man kan overudtrykke parkin, kan man også nedsætte parkin-niveauet, og på den måde efterligne den genetiske og unge form af Parkinsons sygdom, siger Jan Bert Gramsbergen.
Patogenesen
De forskellige aspekter er alle med i den opsummering af Parkinson-patogenesen, som Jan Bert forklarer:
- Parkinson kan være genetisk betinget ved mutationer i mindst 5 forskellige gener, og det kan være en kombination af en ukendt, genetisk betinget øget følsomhed og visse miljøpåvirkninger eller det kan skyldes kun ukendte miljøpåvirkninger. Kan man for eksempel vise, at proteinnitrering er vigtigt i patogenesen ved alle former af Parkinsons sygdom, så vil man kunne udvikle stoffer, der modvirker tab af dopaminerge neuroner, siger han.
Ordforklaringer
Patogenese: en sygdoms opståen og udvikling.
Mitochondria (mitochondrier): organeller (=cellens ”indre organer”) som danner cellens energi i form af ATP molekyler. Det kræver ilt (O2) at generere ATP.
Proteasomet: stort cylinder-formet proteinkompleks i cellen, der nedbryder overflødige og defekte proteiner.
Parkin: En mutation i parkin-genet medfører Parkinsons sygdom, ofte allerede ved ung alder. Nedarves: Autosomal recesssivt. Det normale parkin-protein spiller en vigtig rolle ved nedbrydning af proteinerne via proteasom-komplekset.
|
Projektet kort fortalt
”Formålet med dette projekt er at belyse mekanismer bag neurodegenerationen i sporadisk samt familiær Parkinsons sygdom. Vi vil undersøge fælles patogene mekanismer, såsom proteinmodifikationer forårsaget af nitrogenoxid (NO) og frie radikaler som muligvis fører til svækkelse af ubiquitin-proteasom systemet. Udredningen af disse processer kan ultimativt føre til neuroprotektive terapier for Parkinsons sygdom”
Uddrag fra ansøgningen.
Jan Bert Gramsbergen er 49 år og er født i Belgien, men har hollandsk statsborgerskab. Han er uddannet biolog i Holland, hvor han efterfølgende lavede Ph.d. om ”neurokemiske ændringer ved Alzheimers og Huntingtons sygdomme”.
Derefter rejste han to år til USA, hvor han forskede på Maryland Psychiatric Research Center i Baltimore, hvorefter han vendte tilbage til Holland. Her arbejde han i 6 år, inden han i 1995 kom til Danmark.
Interessen for Parkinsons sygdom er egentlig en stor interesse for neurodegenerative processer og dopamin, ikke kun i forhold til Parkinsons, men generelt og også i forhold til depression, skizofreni, stofmisbrug med flere.
- Og så er det interessant med Parkinsons sygdom, at her findes der gode dyremodeller, som kan efterligne de karakteristiske neurokemiske og patologiske ændringer ved Parkinsons sygdom. Samtidig er Parkinsons sygdom en meget udbredt neurodegenerativ lidelse blandt ældre – og det er et samfundsmæssigt relevant problem, siger Jan Bert Gramsbergen.
Patogenese: en sygdoms opståen og udvikling.
Mitochondria (mitochondrier): organeller (=cellens »indre organer«) som danner cellens energi i form af ATP molekyler. Det kræver ilt (O2) at generere ATP.
Proteasomet: stort cylinder-formet proteinkompleks i cellen, der nedbryder overflødige og defekte proteiner.
Parkin: En mutation i parkin-genet medfører Parkinsons sygdom, ofte allerede ved ung alder. Nedarves: Autosomal recesssivt. Det normale parkin-protein spiller en vigtig rolle ved nedbrydning af proteinerne via proteasom-komplekset.
|
