Die Rolle von TorsinA im sich entwickelnden zentralen Nervensystem

Abstract

Das Krankheitsbild der Dystonie gilt als die dritthäufigste neurologische Bewegungsstörung nach Morbus Parkinson und Tremor. Die in dieser Arbeit untersuchte „early onset generealized dystonia“ wird durch eine 3 Basenpaardeletion im DYT1-Gen verursacht und führt nach dem Ausbruch zu einer sich graduell verschlimmernden Dystonie. Die Patienten sind zuerst nur von fokalen Kontraktionsstörungen betroffen, bevor mit fortschreitendem Alter immer mehr Extremitäten betroffen sind, daher der Name generalisierte Dystonie. Die Funktion des betroffenen Proteins TorsinA ist nur unvollständig geklärt. Durch seine strukturelle und funktionelle Zugehörigkeit zur AAA+-Proteinfamilie wirkt TorsinA bei vielen zellulären Funktionen, wie der Kontrolle der Proteinfaltung, der Antwort auf Stressreaktionen oder dem Aufbau des Zytoskeletts mit. Allerdings konnte noch keine eindeutige Störung einer dieser Funktion für den Krankheitsverlauf ausfindig gemacht werden. Da in den Gehirnen verstorbener Patienten gegenwärtig noch keine Hinweise für Neurodegeneration gefunden werden konnten wird die DYT1-Dystonie als „neurodevelopmental disease“ klassifiziert. Dies deckt sich mit den Ergebnissen aus mehreren Experimenten, wonach TorsinA bereits vor der Geburt eine essentielle Rolle in der Entwicklung des zentralen Nervensystems spielt. Um die Rolle von TorsinA während der Entwicklung des zentralen Nervensystems im Rahmen dieser Arbeit zu untersuchen und besser zu verstehen wurden drei Teilprojekte durchgeführt: 1. Um die Funktion von TorsinA für die normale Entwicklung des ZNS zu untersuchen wurde im ersten Teilprojekt ein Mausmodell generiert, welches die Expression von humanem TorsinA unter Kontrolle des mPrP-Promotors in Tor1a (-/-)-Tieren deren frühzeitiges Versterben verhindert. Diese Tiere zeigten keinen auffälligen dystonen Phänotyp, allerdings zeigten sie auffällig geweitete Kernmembranen. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass der mPrP-Promotor im Striatum der Tiere nur sehr schwach bis gar nicht aktiv ist, sowie eine Abhängigkeit der Expressionsstärke von humanem TorsinA von der Anzahl der endogenen TorsinA-Allele. 2. Um die Funktion des TorsinA Homologs TorsinB zu untersuchen und eventuell Rückschlüsse auf die Funktion von TorsinA ziehen zu können, wurde im zweiten Teilprojekt ein Tor1b Knockout Mausmodell charakterisiert. Hierbei konnten keine Einschränkungen der Lebensfähigkeit der KO-Tiere gefunden werden, auch zeigten die Tiere keinen dystonen Phänotypen genau wie motorischen Auffälligkeiten im Vergleich mit den Kontrolltieren. Es konnte des Weiteren konnte bestätigt werden, dass TorsinB in den inneren Organen der wildtypischen Tiere ein weitaus höheres Expressionslevel besitzt als im Gehirn. Dies unterstreicht die Wichtigkeit von TorsinB in nicht neuronalen Geweben und deckt sich auch mit den in dieser Arbeit gefunden membranösen Anhäufungen in der Leber und Milz der Tor1b (-/-)-Tiere. 3. Da die TorsinA eine Funktion während der Entwicklung des ZNS innezuhaben scheint und auch schon ein Einfluss von TorsinA auf das Wachstum von Neuriten beobachtet werden konnte, wurde im dritten Teilprojekt das Wachstum von Neuriten in Abhängigkeit des TorsinA-Expressionslevels untersucht. So konnte in TorsinA WT, jedoch nicht in TorsinA-ΔE, überexprimierenden PC6-3-Zellen signifikant längere Neuriten gemessen werden, sowie deren Wachstumskegelfläche. Im Gegensatz hierzu wurden in primären hippocampalen Neuronenkulturen von Tor1a (+/-)- und Tor1a (+/-)-Tieren signifikant kürzere Dendriten als in Kontrolltieren gemessen, wobei sich die Anzahl der auswachsenden Dendriten erhöhte.