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Titel: Parkin cooperates with GDNF/Ret signaling during the development and maintenance of the dopaminergic system in mice
Sonstige Titel: Parkin kooperiert mit der GDNF/Ret-Signaltransduktion während der Entwicklung und des Erhalts des dopaminergen Systems in der Maus
Sprache: Englisch
Autor*in: Nidadavolu, Prakash
Schlagwörter: Parkinson's Disease; Dopaminergic system; Parkin; GDNF/Ret signaling
Erscheinungsdatum: 2017
Tag der mündlichen Prüfung: 2017-07-05
Zusammenfassung: 
Morbus Parkinson (Parkinson’s disease, PD), die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung, ist durch einen progredienten Verlust nigrostriataler dopaminerger Neurone (DA) charakterisiert. Während die Inzidenz von PD ansteigt, ist die Ätiologie der zelltypspezifischen Degeneration der DA Neurone noch immer unklar. Die häufigste Ursache der rezessiven Form der PD mit juvenilem Krankheitsbeginn stellen Mutationen im Parkin-Gen dar. Kürzlich konnten wir zeigen, dass ältere Mäuse, die sowohl für Parkin als auch für den GDNF Rezeptor, Ret, defizient sind, eine erhöhte Degeneration nigrostriataler Neurone im DA System aufweisen im Vergleich zu Mäusen, die nur für Ret defizient sind. Darüber hinaus konnte durch Überexpression von Parkin der Ret Phänotyp in der Maus im DA System normalisiert werden, was nahelegt, dass ein funktioneller Austausch zwischen Parkin und Ret für die Sicherung des Bestehens des nigrostriatalen DA Systems stattfindet.
In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob eine Parkin-Deletion zu einer Normalisierung des vergrößerten nigrostriatalen Systems von MEN2B Mäusen beiträgt, in denen Ret konstitutiv aktiv ist aufgrund von einer Punktmutation (M918T, MEN2B) in der Kinasedomäne. Zu diesem Zweck wurden Parkin-defiziente MEN2B-Mäuse generiert. Als ein erstes Ergebnis wurde festgestellt, dass die Deletion von Parkin die nigrostriatalen DA-Neuronen normalisierte, aber den striatalen Dopamin Spiegel bei erwachsenen MEN2B-Mäusen nicht erhöhte. DA Neuronen unterliegen postnatal biphasischem natürlichem Zelltod (natural cell death, NCD), wie jede neuronale Population. Bei MEN2B-Mäusen erscheint das erweiterte DA-System kurz nach dem zweiten NCD-Event. Weitere Analysen zeigten, dass die Parkin-Deletion das erweiterte DA-System nach dem zweiten NCD-Ereignis in MEN2B-Mäusen normalisiert, was auf eine wichtige Rolle von Parkin bei der Entwicklung des DA-Systems hindeutet. Die biochemische Analyse von Parkin-defizienten Mäusen und Parkin-defizienten MEN2B-Mäusen zeigte, dass Parkin-Verlust die Ret / MEN2B-Proteingehalte im DA-System negativ reguliert. Von Krebszellen ist bekannt, dass sie ihre Energieversorgung auf eine Aktivierung der Glykolyse und Hemmung der Komplex I-Aktivität von Mitochondrien umschalten. Nigrostriatale DA-Neuronen von MEN2B-Mäusen zeigten eine verminderte Komplex-I-Aktivität, die jedoch durch die Deletion von Parkin völlig wieder hergestellt wurde, vermutlich durch die Verringerung des MEN2B-Proteingehalts. Die Untersuchung der zugrundeliegenden molekularen Mechanismen der Parkin Interaktion mit Ret in vitro unterstrich die in vivo Befunde und zeigte ferner, dass Parkin die Ret / MEN2B-Proteinkonzentrationen auf Translationsniveau regulieren könnte. Schließlich laufen Parkin und Ret auf gemeinsamen Signalwegen zusammen, wobei Parkin Überexpression die Ret Signalweiterleitung komplettiert, Parkin Deletion konstitutiv aktive Ret (MEN2B) Signalweiterleitung normalisiert. Weiterhin wird in vitro die Ret vermittelte Signalweiterleitung durch einen knock down von Parkin inhibiert.
Zusammengefasst zeigen diese Ergebnisse, dass Parkin bei der Regulation trophischer Signale zur Sicherung des Erhalts nigrostriataler DA-Neurone im Zusammenhang mit Parkinson eine Rolle spielt. Bis zu einem gewissen Ausmaß könnte diese komplexe funktionelle Interaktion von Parkin und Ret auch bei Krebs entscheidend sein. Die Konvergenz der Parkin- und Ret-Funktion bei mitochondrialen Funktionen und Signalwegen könnte ein ideales Ziel sein, um neuartige Therapien gegen diese beiden lebensbedrohlichen Krankheiten zu entwickeln.

Parkinson’s disease (PD), the second most common neurodegenerative disorder, is characterized by the progressive loss of nigrostriatal dopaminergic (DA) neurons. While the incidence of PD is increasing, the etiology of cell type-specific degeneration of DA neurons still remains obscure. Mutations in parkin are the most common cause of recessively inherited early onset PD. Recently, we showed that aged mice lacking parkin and the GDNF receptor, Ret in the DA system evince an enhanced degeneration of nigrostriatal DA neurons compared to mice that only lack Ret. In addition, overexpression of parkin rescued the Ret deficiency phenotype in the mouse DA system, suggesting a functional cross talk of parkin and Ret in the maintenance of the nigrostriatal DA system.
The present study investigated whether deletion of parkin could normalize the enlarged nigrostriatal DA system in MEN2B mice, which comprise a point mutation (M918T, MEN2B) in the kinase domain resulting in constitutive activation of Ret. For this purpose parkin deficient MEN2B mice were generated and as a first result it was found that deletion of parkin normalized the nigrostriatal DA neurons but not elevated striatal dopamine levels in adult MEN2B mice. DA neurons undergo biphasic natural cell death (NCD) postnatally, like any neuronal population. In MEN2B mice, soon after the second NCD event, the augmented DA system appears. Further analysis revealed that parkin deletion normalizes the augmented DA system right after the second NCD event in MEN2B mice hinting at an important role of parkin in the developmental context of the DA system. Biochemical analysis of parkin deficient mice and parkin deficient MEN2B mice revealed that parkin loss negatively regulates Ret/MEN2B protein levels in the DA system. Cancerous cells are well known to switch their energy source by activating glycolysis and inhibiting complex I activity of mitochondria. Nigrostriatal DA neurons of MEN2B mice showed reduced complex I activity, however, deletion of parkin fully restored mitochondrial function in MEN2B mice, most likely by reducing MEN2B protein levels. Investigating the underlying molecular mechanisms of parkin and Ret cross talk in vitro underscored the in vivo findings and further revealed that parkin may regulate Ret/MEN2B protein levels at the translational level. Finally, parkin and Ret converge on common signaling pathways, where parkin overexpression complements Ret signaling and deletion of parkin normalizes constitutively active Ret (MEN2B) signaling. Further, knockdown of parkin demolishes Ret mediated downstream signaling in vitro.
In conclusion, these findings reveal a role of parkin in regulating trophic signaling to promote the survival of nigrostriatal DA neurons in the context of PD, and to an extent this complex functional cross talk of parkin and Ret could also be pivotal in cancer. Convergence of parkin and Ret function over mitochondrial function and signaling pathways could be an ideal target to develop novel therapies against both life threatening diseases.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/8567
URN: urn:nbn:de:gbv:18-ediss-86862
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Glatzel, Markus (Prof. Dr.)
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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