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Hochauflösender Eisennachweis im humanen Gehirn

Visualising Iron in the Human Brain

Gerd Leitinger (ORCID: 0000-0002-5281-9830)
  • Grant-DOI 10.55776/P29370
  • Förderprogramm Einzelprojekte
  • Status beendet
  • Projektbeginn 01.10.2016
  • Projektende 30.09.2021
  • Bewilligungssumme 284.739 €
  • Projekt-Website
  • E-Mail

Wissenschaftsdisziplinen

Biologie (50%); Klinische Medizin (30%); Medizinisch-theoretische Wissenschaften, Pharmazie (20%)

Keywords

    Brain Iron, Quantitative Magnetic Resonance Imaging, Mass Spec, Analytical Electron Microscopy, Ageing, Alzheimer’s disease,

Abstract Endbericht

Während Eisen einerseits für viele Lebensprozesse notwendig ist, kann eine Fehlregulierung des Eisenhaushaltes oder der Eisenaustritt bei Gewebeschäden zu einer toxischen Reaktion und sogar zu Zelltod führen, zuviel Eisen könnte für den Organismus also schädlich sein. Mit zunehmendem Alter lagert sich immer mehr Eisen in bestimmte Gehirnstrukturen, wie zum Beispiel den Basalganglien ein, und es stellt sich dabei die Frage auf welche Weise und weshalb diese Eiseneinlagerungen stattfinden. Es ist außerdem bekannt, dass mit vielen neurodegenerativen Erkrankungen eine Eiseneinlagerung im Gehirn einhergeht, aber es ist noch nicht bekannt ob Eisenfehlregulation solche Krankheiten auch auslösen kann. Zum Erforschen der Rolle der Eiseneinlagerungen in das Gehirn hat dieses Projekt zum Ziel, zu untersuchen, auf welche Weise sich Eisen im Gehirn anreichert. Eisen wird in sogenannten Ferritinproteinen gespeichert, welche sich mittels analytischer Elektronenmikroskopie darstellen lassen. Im vorliegenden Projekt planen wir eine Kombination aus quantitativer Magnetresonanz, zur Darstellung der Eiseneinlagerungen in unterschiedlichen Gehirnbereichen, Massenspektrometrie zum Bestimmen des Eisengehaltes in diesen Gehirnbereichen und analytischer Elektronenmikroskopie zur Darstellung der Zellen und subzellulären Strukturen, in die sich Ferritinprotein einlagern, an Proben von Patienten, die nicht an neurologischen Erkrankungen verstarben. Zur Aufklärung des Mechanismus der Eiseneinlagerung sollen die Zelltypen und die subzellulären Strukturen und deren Häufigkeit dargestellt werden, in die Eisen eingelagert wird. Außerdem soll anhand von Proben von verstorbenen Patienten, die an Alzheimer litten, untersucht werden, ob sich Veränderungen im Eisenhaushalt feststellen lassen. Wir erwarten uns, dass diese Studie als Grundlage für zukünftige Studien zur Erforschung der Rolle von Eiseneinlagerung bei neurodegenerativen Erkrankungen angesehen werden kann. 1

Während Eisen einerseits für viele Lebensprozesse notwendig ist, kann eine Fehlregulierung des Eisenhaushaltes oder der Eisenaustritt bei Gewebeschäden zu einer toxischen Reaktion und sogar zu Zelltod führen, zuviel Eisen könnte für den Organismus also schädlich sein. Mit zunehmendem Alter lagert sich immer mehr Eisen in bestimmte Gehirnstrukturen, wie zum Beispiel den Basalganglien ein, und es stellt sich dabei die Frage auf welche Weise und weshalb diese Eiseneinlagerungen stattfinden. Es ist außerdem bekannt, dass mit vielen neurodegenerativen Erkrankungen eine Eiseneinlagerung im Gehirn einhergeht, aber es ist noch nicht bekannt ob Eisenfehlregulation solche Krankheiten auch auslösen kann. Zum Erforschen der Rolle der Eiseneinlagerungen in das Gehirn hatte dieses Projekt zum Ziel, zu untersuchen, auf welche Weise sich Eisen im Gehirn anreichert. Eisen wird in sogenannten Ferritinproteinen gespeichert, welche sich mittels analytischer Elektronenmikroskopie darstellen lassen. Das vorliegende Projekt basierte auf einer Kombination aus quantitativer Magnetresonanz, zur Darstellung der Eiseneinlagerungen in unterschiedlichen Gehirnbereichen, Massenspektrometrie zum Bestimmen des Eisengehaltes in diesen Gehirnbereichen und analytischer Elektronenmikroskopie zur Darstellung der Zellen und subzellulären Strukturen, in die sich Ferritinprotein einlagern, an Proben von Patienten, die nicht an neurologischen Erkrankungen verstarben. Zur Aufklärung des Mechanismus der Eiseneinlagerung wurden die Zelltypen und die subzellulären Strukturen und deren Häufigkeit dargestellt werden, in die Eisen eingelagert wird. Außerdem wurde anhand von Proben von verstorbenen Patienten, die an Alzheimer litten, untersucht, ob sich Veränderungen im Eisenhaushalt feststellen lassen. Diese Studie als Grundlage für zukünftige Studien zur Erforschung der Rolle von Eiseneinlagerung bei neurodegenerativen Erkrankungen angesehen werden.

Forschungsstätte(n)
  • Medizinische Universität Graz - 86%
  • Universität Graz - 14%
Nationale Projektbeteiligte
  • Walter Gössler, Universität Graz , assoziierte:r Forschungspartner:in
Internationale Projektbeteiligte
  • Saska Lipovsek, University of Maribor - Slowenien

Research Output

  • 49 Zitationen
  • 19 Publikationen
  • 1 Policies
  • 2 Methoden & Materialien
  • 1 Disseminationen
  • 2 Wissenschaftliche Auszeichnungen
  • 2 Weitere Förderungen
Publikationen
  • 2019
    Titel An Unbiased Approach of Sampling TEM Sections in Neuroscience.
    DOI 10.3791/58745
    Typ Journal Article
    Autor Wernitznig S
    Journal Journal of visualized experiments : JoVE
    Link Publikation
  • 2024
    Titel TRPC1: The housekeeper of the hippocampus
    DOI 10.1016/j.ceca.2024.102933
    Typ Journal Article
    Autor Skerjanz J
    Journal Cell Calcium
    Seiten 102933
    Link Publikation
  • 2023
    Titel Autolysis Affects the Iron Cargo of Ferritins in Neurons and Glial Cells at Different Rates in the Human Brain
    DOI 10.1007/s10571-023-01332-w
    Typ Journal Article
    Autor Sunkara S
    Journal Cellular and Molecular Neurobiology
    Seiten 2909-2923
    Link Publikation
  • 2017
    Titel High Resolution Visualisation of Iron Deposits in the Human Brain in Health and Disease.
    Typ Conference Proceeding Abstract
    Autor Birkl C
    Konferenz 13th Multinational Congress on Microscopy, Rovinj Croatia
    Seiten 217
  • 2022
    Titel Three-dimensional SEM, TEM, and STEM for analysis of large-scale biological systems
    DOI 10.1007/s00418-022-02117-w
    Typ Journal Article
    Autor Radulovic S
    Journal Histochemistry and Cell Biology
    Seiten 203-211
    Link Publikation
  • 2022
    Titel Autolysis affects the iron cargo of ferritins in neurons and glial cells at different rates in the human brain
    DOI 10.1101/2022.01.26.477869
    Typ Preprint
    Autor Sunkara S
    Seiten 2022.01.26.477869
    Link Publikation
  • 2020
    Titel Iron deposits in the human post-mortem brain: An electron microscopic study. Doctoral Thesis
    Typ Other
    Autor Sele
  • 2020
    Titel Organotypic culture as a model system to study iron metabolism in the human brain.
    Typ Conference Proceeding Abstract
    Autor Leitinger G
    Konferenz Virtual Early Career European Microscopy Congress Copenhagen. 2020.
  • 2021
    Titel Digging Deeper: Advancements in Visualization of Inhibitory Synapses in Neurodegenerative Disorders
    DOI 10.3390/ijms222212470
    Typ Journal Article
    Autor Radulovic S
    Journal International Journal of Molecular Sciences
    Seiten 12470
    Link Publikation
  • 2019
    Titel An Unbiased Approach of Sampling TEM Sections in Neuroscience
    DOI 10.3791/58745-v
    Typ Journal Article
    Autor Wernitznig S
    Journal Journal of Visualized Experiments
    Link Publikation
  • 2023
    Titel Understanding Iron Dynamics in Aging and Alzheimer's Disease: Insights from Post- Mortem Analysis and Brain Slice Cultures
    Typ PhD Thesis
    Autor Sowmya Sunkara
  • 2019
    Titel Isolating the iron storage protein ferritin from human brain tissue and characterizing its iron core via electron microscopic techniques, Master Thesis University of Technology Graz
    Typ Other
    Autor Hündler
  • 2019
    Titel Post-mortem changes and autolysis in frontal lobe cells of Sus scrofa. Diploma Thesis, Medical University of Graz
    Typ Other
    Autor Tafrali
  • 2019
    Titel Optimization of ultrastructural preservation of human brain for transmission electron microscopy after long post-mortem intervals
    DOI 10.1186/s40478-019-0794-3
    Typ Journal Article
    Autor Sele M
    Journal Acta Neuropathologica Communications
    Seiten 144
    Link Publikation
  • 2018
    Titel Iron visualisation in the human brain with electron microscopy
    Typ Conference Proceeding Abstract
    Autor Sele
    Konferenz 19th International Microscopy Congress, Sydney, Australia 2018
  • 2018
    Titel Electron microscopic techniques to visualise iron deposits in the human brain
    Typ Conference Proceeding Abstract
    Autor Sele
    Konferenz 11th FENS Forum of Neroscience; Berlin, Germany. 2018
  • 2018
    Titel Localization of Ferritin in Human Brain Tissue
    Typ Conference Proceeding Abstract
    Autor Schinagl
    Konferenz 8th ASEM Workshop; APR 26-27, 2018; Vienna, Austria.
  • 2018
    Titel ESTABLISHMENT OF A WORKFLOW FOR HIGH RESOLUTION VISUALIZATION OF IRON DEPOSITS IN THE HUMAN BRAIN BY ANALYTICAL ELECTRON MICROSCOPY. Diploma Thesis Medical University of Graz
    Typ Other
    Autor Funk
  • 2018
    Titel Localising Ferritin and Iron in Human Brain Tissue using Immuno-Electron Microscopy, Master Thesis Graz University of Technology
    Typ Other
    Autor Schinagl
Policies
  • 2021
    Titel Our research has helped establish guidelines for autophagy assays
    DOI 10.1080/15548627.2020.1797280
    Typ Membership of a guideline committee
Methoden & Materialien
  • 2019
    Titel A protocol and macros that allow unbiasedly sampling sections for transmission electron microscopy in neuroscience
    Typ Biological samples
    Öffentlich zugänglich
  • 2019
    Titel A processing protocol for samples for transmission electron microscopy that improves ultrastructural preservation of post mortem samples
    Typ Biological samples
    Öffentlich zugänglich
Disseminationen
  • 0 Link
    Titel Web page describing the project
    Typ Engagement focused website, blog or social media channel
    Link Link
Wissenschaftliche Auszeichnungen
  • 2022
    Titel President of the Austrian Society of Electron Microscopy ASEM
    Typ Prestigious/honorary/advisory position to an external body
    Bekanntheitsgrad National (any country)
  • 2019
    Titel Vice President of the Austrian Society for Electron Microscopy
    Typ Prestigious/honorary/advisory position to an external body
    Bekanntheitsgrad National (any country)
Weitere Förderungen
  • 2021
    Titel BioTechMed Lab Rotation
    Typ Studentship
    Förderbeginn 2021
    Geldgeber BioTechMed Graz
  • 2023
    Titel Selective Neuronal Death Induced by Iron and Amyloid Beta in an Ex Vivo Model of Alzheimer's Disease in Human Brain Tissue
    Typ Research grant (including intramural programme)
    Förderbeginn 2023
    Geldgeber MEFO Graz

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