Bedeutung von mGluR1 für die cerebelläre Ataxie

Mäuse die für den metabotropen Glutamat Rezeptor 1 (mGluR1) defizient sind zeigen starke cerebelläre Ataxie. Dieser Phenotyp ist mit einem Defekt in der Reifung neuronaler Verschaltungen sowie einer Störung ist die Modulation synaptischer Stärke durch "long-term depression" (LTD) assoziiert. Beide Defekte betreffen die cerebellären Purkinje Zellen (PZ). Die Eliminierung überzähligen Synapsen wird als letzter Schritt in der Entwicklung neuronaler Schaltkreise angesehen, in dem die notwendige Aussortierung redundanter Verschaltungen stattfindet. Dieser Prozess ist aktivitätsabhängig und findet in einem begrenzten Zeitraum während der Entwicklung statt. Die Dauer und der Zeitpunkt dieser so genannten "kritische Periode" sind je nach Synapse unterschiedlich. Im cerebellären Cortex sind weder die genaue kritische Periode für die Elimination überzähliger "Climbing fiber" Synapsen, noch wie und wann mGluR1 dabei eine Rolle spielt, bekannt. Ausserdem ist der genaue Zusammenhang zwischen synaptischer Übertragung mittels mGluR1, multipler "Climbing fiber" Innervierung der Purkinje Zellen, gestörter LTD und Ataxia noch zu klären. Primäres Ziel dieses Projekts ist es zu klären, welchen Einfluss die fehlende Reifung der synaptischen Vernetzung bzw. die gestörte LTD auf die cerebelläre Ataxie haben. Dazu planen wir die Generierung einer Maus, die für mGluR1 defizient ist, jedoch ein induzierbares Konstrukt trägt, das eine PZ spezifische Expression von mGluR1 ermöglicht. Wir wollen 4 Gruppen von Tieren untersuchen: 1) mGluR1 dauernd induziert 2) mGluR1 die ersten drei Lebenswochen unterdrückt, dann induziert 3) mGluR1 nur im Erwachsenenalter unterdrückt 4) permanent unterdrückt. Durch diesen Ansatz sind wir in der Lage die relative Bedeutung der gestörten neuronalen Entwicklung bez. LTD für die Entwicklung cerebellärer Ataxie zu beurteilen. Denn Tiere der Gruppe 2 sollten normale LTD zeigen, aber überzählige "Climbing fiber" Syanpsen, während Gruppe 3 Tiere normal entwickelt sind, aber gestörte LTD zeigen. Die im Rahmen dieses Projekts generierten Mäuse expremieren mGluR1 fast ausschließlich in cerebellären Purkinje Zellen, was ausreicht um den ataktischen Genotyp aufzuheben. Damit eröffnet sich uns auch die Möglichkeit die Bedeutung dieser Rezeptoren in der Epilepsie oder Bewegungsteuerung ohne die Limitierungen einer starken Bewegungsstörung untersuchen zu können.

Ursprüngliches Ziel dieses Projekts war es zu klären, welchen Einfluss die fehlende Reifung der synaptischen Vernetzung bzw. die gestörte Langzeitdepression synaptische Aktivität auf die cerebelläre Ataxie haben. Dazu planten wir die Generierung einer Maus, die für den metabotropen Glutamatrezeptor 1 (mGluR1 defizient) ist, jedoch ein induzierbares Konstrukt trägt, das eine spezifische Expression von mGluR1 in Purkinje Zellen des Zerebellums ermöglicht. Die im Rahmen dieses Projekts generierten Mäuse expremieren mGluR1 fast ausschließlich in cerebellären Purkinje Zellen, was ausreicht um den ataktischen Genotyp aufzuheben. Damit eröffnet sich uns auch die Möglichkeit die Bedeutung dieser Rezeptoren in der Epilepsie oder Bewegungsteuerung ohne die Limitierungen einer starken Bewegungsstörung untersuchen zu können. Leider hat sich die Generierung dieser Mäuse durch die Firma Ozgene, die bisher immer sehr gut gearbeitet hat, massiv verzögert. Heterozygote Mäuse sind erst jetzt zu Projektende verfügbar, weshalb die geplanten Arbeiten nicht durchgeführt werden konnten. Der Dissertant (Eduard Schunk), der zur Erlernung der Techniken mit prodynorphin defizienten (dynKO) Mäusen begonnen hatte, beschäftigte sich daher die gesamte Projektdauer mit der Erforschung des Verhaltens und der Epilepsieanfälligkeit dieser Tiere. Dieses Alternativprogramm brachte sehr gute Ergebnisse. Es ist uns gelungen, den prinzipiellen Beweis für die potentielle Verwendung von Kappa-Opioid-Rezeptor (KOP) Agonisten in der Behandlung von Temporallappen-epilepsiepatienten zu erbringen. Durch die Behandlung mit KOP Agonisten konnten wir die fortschreitende Neurodegeneration in einem Modell für Temporallappenepilepsie in weiten Teilen des Hippocampus stoppen. Besonders wichtig ist dabei, dass mit der Aktivierung von KOP ein weitreichender Schutz erzielt werden konnte auch wenn erst mehrere Tage nach der Initiierung der Epileptogenese mit der Behandlung begonnen wurde. Es besteht also die Möglichkeit, dass mit dieser Therapie ein Fortschreiten der Epilepsie aufgehalten werden könnte. Im selben Projekt konnten wir aber auch zeigen, dass die Aktivierung von KOP die emotionale Kontrolle beeinflussen kann. So waren die dynKO Mäuse unter Bedingungen erhöhten Stresses deutlich weniger ängstlich als normale Tiere. Es ist auch bekannt, dass KOP Agonisten in höheren Dosierungen dysphorische Effekte auslösen können. Daher wird es in weiteren Experimenten darum gehen, den Einsatz der KOP Agonisten so zu optimieren, dass die volle protektive Wirkung erhalten bleibt, die unerwünschten Nebenwirkungen aber so gering wie möglich sind. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass Epilepsiepatienten krankheitsbedingt zu Depressionen und Lernschwierigkeiten neigen. Wichtig ist also die Summe aus Krankheit und Therapie, um beurteilen zu können, ob der Nettoeffekt der Maßnahmen positiv oder negativ ist. Auf Basis der erhobenen Daten scheint es sehr wahrscheinlich, dass KOP Agonisten spontane epileptische Aktivität unterdrücken können und so fortschreitende neuronale und kognitive Verluste verringern oder aufhalten können.