Behandlung mit CDK5 Inhibitor bei der Myelin Oligodendrozyten Glykoprotein (MOG) induzierten experimentellen autoimmunen Encephalomyelitis (EAE)

Abstract

Die multiple Sklerose (MS) ist eine inflammatorisch-entzündliche Erkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS), bei der Läsionen und Entmarkungsherde in der weißen, sowie der grauen Substanz des ZNS auftreten. Neben der Demyelinisierung, ist auch eine Axon- und Neurodegeneration Gegenstand aktueller Forschung, die bei den Patienten mit MS im Verlauf der Erkrankung bleibende neurologische Defizite hervorrufen und für das klinische Bild der MS verantwortlich gemacht werden können. Die Myelin Oligodendrozyten Glykoprotein (MOG) induzierte experimentelle autoimmune Encephalomyelitis (EAE), dient als Tiermodell der MS und kann einige relevante immunologische und pathogenetische Mechanismen reproduzieren. Eine Überaktivierung der Cyclin abhängigen Kinase 5 (CDK5), hervorgerufen durch eine proteolytische Spaltung des spezifischen Aktivators p35 zum potenteren Spaltprodukt p25, wurde bei verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen beobachtet. Die fehlregulierte Aktivierung von CDK5 kann zu einer Hyperphosphorylierung des mikrotubuli-assoziierten Proteins Tau führen, was mit einer Axon- und Neurodegeneration einhergeht. Diese pathologischen Veränderungen konnten auch bei der EAE bei kongenen LEW.1N Ratten gezeigt werden (Schneider et al., 2004). In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb untersucht, ob eine pharmakologische Verminderung der Tau Hyperphosphorylierung zu einer Reduktion der Axonpathologie und damit zu einer Milderung der klinischen Symptomatik bei der EAE führen kann. Hierzu wurde bei kongenen LEW. Rattenstämmen durch MOG-Immunisierung eine EAE induziert und die CDK5 durch den chemischen Inhibitor R- Roscovitine oder ein rekombinant hergestelltes p25/CDK5 spezifisches Protein, das CDK5 Inhibitor Protein (CIP) (Zheng et al., 2002), blockiert. Sowohl mit der therapeutischen, als auch der prophylaktischen i.p. Applikation des chemischen CDK5 Inhibitors R-Roscovitine konnte eine Verbesserung des klinischen Verlaufs bei den MHC kongenen Rattenstämmen LEW.1N und LEW.1AV1 beobachtet werden. Auch durch die Behandlung mit dem rekombinant exprimierten CIP konnte eine Milderung der klinischen Symptomatik beobachtet werden. Unsere Untersuchungen zeigten die Hyperphosphorylierung von Tau und eine vermehrte p35/p25 Spaltung und bestätigten damit die Vorbefunde. Dennoch war das Ausmaß der Hyperphosphorylierung uneinheitlich in den verschiedenen Rattenstämmen und es sollten weitere Untersuchungen durchgeführt werden, um andere für die Phosphorylierung relevante Mechanismen aufzuklären oder auszuschließen zu können. Als ein zusätzliches vielversprechendes Therapietarget konnte Calpain identifiziert werden, das sowohl bei der Immunantwort als auch im p35/p25 CDK5 Signalweg eine bedeutende Rolle spielt. So bewirkte die experimentelle Alteration der Calpainwirkung eine reduzierte Krankheitsschwere bei der MOG EAE.

Multiple sclerosis (MS) is an inflammatory disease of the central nervous system (CNS) with main pathological features like demyelination and plaque formation in the white and grey matter. Beside the investigations concerning the immunological and genetic mechanisms of MS pathogenesis the discussion nowadays focus on mechanisms of axonpathology and neurodegeneration. In fact axonal loss is one of the main causes for permanent neurological impairment in MS patients. The myelin-oligodenrocyte glycoprotein (MOG) induced autoimmune encephalomyelitis (EAE) is used as an animal model of EAE which can mimic several key features of immunological and histopathological MS pathogenesis. In a number of different neurodegenerative disease a hyperphosphorylation of Tau protein has been shown, caused by an aberrant activation of the cyclin-dependent protein kinase 5 (CDK5) due to the cleavage of the endogenous activator p35 to the more potent activator p25. These pathological findings have been described in EAE in congenic LEW. rats (Schneider et al., 2004). In our studies we investigated the effect of an in vivo CDK5 inhibition in MOG induced LEW.1N and LEW.1AV1 rats, using the commercial CDK5 inhibitor R-Roscovitine or a recombinant produced specific inhibitor called CDK5 inhibitor protein (CIP) (Zheng et al., 2002). Both in a prophylactic and a therapeutic treatment regime we could reduce clinical signs of EAE in both rat strains assessed by common clinical scores. Furthermore we could show a cleavage of CDK5 activators p35 to p25 and a reduction of Tau hyperphosphorylation in the treatment group. These results were kind of inconclusive so that we suggest further investigations to elucidate or exclude further mechanisms of hyperphosphorylation. We could recognize Calpain as another interesting target with high therapeutic potential whereas it plays important role in modulation of the immune response as well as in the p35/p25/CDK5 signaling pathway. Alteration of the Calpain activity ameliorates the clinical course of EAE in rats. Further studies with Calpain alterated mice could help to elucidate further mechanisms of axonpathology and neurodegeneration in EAE and MS.