Titelaufnahme

Titel
Chronic exposure to manganese interacts with striatal dopamine turnover in human alpha-synuclein transgenic mice / submitted by Tamra Peneder
VerfasserPeneder, Tamara
Begutachter / BegutachterinPifl, Christian
Erschienen2011
Umfang126 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2011
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)alpha-Synuclein / Transgen / Mangan / Dopamin
Schlagwörter (EN)alpha-synuclein / transgene / manganese / dopamine / dopamine turnover
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-965 Persistent Identifier (URN)
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Chronic exposure to manganese interacts with striatal dopamine turnover in human alpha-synuclein transgenic mice [6.51 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Interaction of environmental with genetic factors is assumed to play a role in the cause of sporadic Parkinson's disease (PD). Manganese (Mn) can produce a neurological syndrome similar to PD, and mutations and multiplications of alpha-synuclein (alpha-syn) cause familial parkinsonian syndromes. Also, genome-wide association studies reveal an influence of alpha-syn polymorphisms on the susceptibility to PD. We therefore exposed male transgenic C57/Bl6 mice expressing either wild-type or a doubly mutated (A53T and A30P) form of human alpha-syn under control of the 9-kb rat tyrosine hydroxylase (TH) promoter and non transgenic littermates to MnCl2 enriched (1%) or control food starting at the age of 4 months. Locomotor activity was repeatedly quantified using automated activity chambers and found to be increased by Mn without significant effect of the transgenes. Mice were sacrificed at the age of 7 or 20 months. Striatal Mn content was significantly increased about threefold. The quantification of TH positive cells in the substantia nigra pars compacta (SN p.c.) showed a significant reduction in aged mice (-10%) but no effect of Mn or transgenes (3-way analysis of variances (ANOVA) with the factors gene, Mn and age).

Neurochemical analysis of the striatum and frontal cortex in the 7 months old mice for the neurotransmitters norepinephrine (NE), dopamine (DA) and serotonin (5-HT) and the metabolites 3,4-dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC), homovanillic acid (HVA) and 5-hydroxyindoleacetic acid (5-HIAA), as well as the amino acids aspartate, glutamate, taurine and gamma- aminobutyric acid (GABA) revealed a significant interaction of gene and Mn only for the ratio HVA/DA and for aspartate in the striatum (2-way ANOVA with factors gene and Mn). The HVA/DA ratio and aspartate levels, which were significantly increased in human alpha-syn as compared to non transgenic mice (17 and 11%, respectively), were significantly reduced after Mn exposure by 20 and 13%, respectively, in human alpha-syn expressing, but not in non transgenic and mutated human alpha-syn mice. Analysis of the same parameters in the 20 months old mice did not give any significant changes. A significant correlation of the single values of HVA/DA with the single values of aspartate over all treatment groups (9-10 mice per group) suggest a causal relationship and are in agreement with findings on inhibition of striatal aspartate release by DA in the literature. In conclusion, under our experimental conditions, Mn and alpha-syn, wild-type and doubly mutated, did not induce signs of neurodegeneration, neither separately nor in interaction. However, Mn affected striatal DA neurotransmission through human alpha-syn, an effect which was lost by the two mutations which are pathogenetic in PD.

Zusammenfassung (Englisch)

Die Parkinsonkrankheit ist eine neurodegenerative Erkrankung des zentralen Nervensystems, die wahrscheinlich in den meisten Fällen durch eine Interaktion von genetischen Faktoren und Umweltfaktoren verursacht wird.

Chronische Manganvergiftungen können ebenfalls zu Degenerationen im zentralen Nervensystem führen. Auch drei bekannte Punktmutationen sowie Multiplikationen des Proteins alpha-Synuclein verursachen Parkinsonsche Symptome. Weiters zeigen auch genomweite Assoziatsonsstudien eine Auswirkung von alpha-synuclein Polymorphismen auf die Suszeptibilität für die Parkinsonkrankheit.

Ab ihrem 4. Monat bekamen daher männliche transgene C57/Bl6 Mäuse, die entweder das Wildtyp alpha-Synuclein oder ein zweifach mutiertes (A53T und A30P) alpha-Synuclein unter dem 9-kb Ratten Tyrosinhydroxylase Promoter exprimierten, sowie deren nicht transgenen Wurfgeschwister entweder MnCl2 angereichertes (1%) oder Kontrollfutter.

Die Lokomotorik wurde mittels automatischer Aktivitätskammer wiederholt gemessen. Sie war signifikant erhöht bei jenen Mäusen, die Mangan angereichertes Futter erhielten. Dieser Effekt war unabhängig vom Transgenstatus. Im Alter von 7 oder 20 Monaten wurden die Mäuse getötet. Der Mangangehalt im Striatum der mit Mangan gefütterten Tiere war im Alter von 7 Monaten um etwa das dreifache, im Alter von 20 Monaten in etwa um das 5-fache erhöht.

Die Quantifizierung der Tyrosinhydroxylase positiven Zellen in der Substantia Nigra pars compacta ergab eine signifikante Abnahme der dopaminergen Zellen im Alter(-10%), aber es konnte kein neurodegenerativer Effekt der Manganbehandlung oder des Transgenstatus gefunden werden.

Die neurochemische Analyse des Striatums und des frontalen Cortexes der 7 Monate alten Mäuse wurde für die Neurotransmitter Noradrenalin, Dopamin (DA) und Serotonin sowie deren Metaboliten 3,4 Dihydroxyphenylessigsäure, Homovanillinsäure (HVA), und 5-Hydroxyindolessigsäure sowie die Aminosäuren Aspartat, Glutamat, Taurin und gamma-Aminobuttersäure (GABA) durchgeführt. Die Analyse ergab eine signifikante Interaktion von Gen und Mangan für die Faktoren HVA/DA und Aspartat im Striatum (zweifaktorielle Varianzanalyse mit den Faktoren Gen und Manganbehandlung). Der HVA/DA Quotient sowie der Aspartatlevel war für die Wildtyp alpha-Synuclein expremierenden Mäuse signifikant höher als für die nicht transgenen Tiere (17% und 11%).

Manganbehandlung reduzierte HVA/DA (-20%) und Aspartat (-13%) nur bei dieser Gruppe, nicht aber bei den nicht transgenen sowie den zweifach mutiertes alpha-Synuclein exprimierenden Mäusen. Summa summarum wurde unter unseren experimentellen Bedingungen keine Neurodegeneration verursacht.

Allerdings beeinflusste Mangan die dopaminerge Neurotransmission im Striatum durch humanes alpha-Synuclein. Dieser Effekt wurde durch zwei Parkinson auslösende Mutationen verhindert.