Biochemische Charakterisierung eines neuen Synucleinopathie-Mausmodells und die Auswirkungen einer Laufbandintervention auf die Expression von alpha-Synuclein

Hintergrund und Zielsetzung: Aufgrund mangelnden Verständnisses der Pathophysiologie des Parkinson-Syndroms sind neue Forschungswege essenziell. Ebenso ist die Rolle, die das Protein alpha-Synuclein in der Erkrankung spielt, noch nicht abschließend geklärt. In der klinischen Praxis hat sich gezeigt, dass Bewegungsinterventionen den Verlauf der Erkrankung positiv beeinflussen können. Nicht abschließend gekärt ist, welcher Mechanismus dahinter steht. Diese Arbeit behandelt ein neues Mausmodell, das ausschließlich humanes alpha-Synuclein unter dem Einfluss der physiologischen humanen Promotoren exprimiert. In einer vorangegangenen Veröffentlichung unserer Forschungsgruppe konnte gezeigt werden, dass die zuvor benannten Mäuse eine beeinträchtigte posturale Stabilität aufwiesen, die durch Laufbandinterventionen verbessert werden konnte. Um anhand des neuen Mausmodells die Bedeutung von alpha-Synuclein besser erforschen zu können, ist eine biochemische Charakterisierung notwendig. Diese Arbeit hatte zum Ziel, (1 & 2) die Expression von alpha-Synuclein in verschieden Gehirnregionen zu beschreiben, um (3) zu zeigen, welchen Einfluss die Bewegungsinterventionen auf die alpha-Synuclein-Expression in verschiedenen Gehirnregionen hat. Methoden: (1) Erstens wurde die alpha-Synuclein-Expression innerhalb des Gehirns anhand von Bulbus olfactorius (OLB), Cortex (COR), Hippocampus (HIP), Striatum (STR) und Cerebellum (CER) relativ zum CER mittels Immunoblotverfahren verglichen. (2) Zweitens wurde das alpha-Synuclein-Expressionsmuster von humanisierten Mäusen mit dem alpha-Synuclein-Expressionsmuster von Wildtyp-Mäusen verglichen. (3) Drittens wurde der Einfluss von Laufbandinterventionen auf die alpha-Synuclein-Expression innerhalb einzelner Gehirnregionen beschrieben. Ergebnisse und Beobachtungen: (1) Der Vergleich der alpha-Synuclein-Expression im CER mit den anderen Gehirnregionen zeigte eine bis zu dreifache Erhöhung im COR und HIP sowie bis zu viereinhalbfache Erhöhung im OLB und STR. (2) Der alpha-Synuclein-Expressionsmuster-Vergleich der humanisierten Maus und der Wildtyp-Maus zeigte, dass die humanisierte Maus alpha-Synuclein im OLB, COR, HIP, STR und CER gleichmäßig erhöht exprimierte. (3) Ein reduzierender Einfluss von Laufbandinterventionen auf die alpha-Synuclein-Expression konnte im Cortex der Wildtyp-Maus sowie im Hippocampus der humanisierten Maus nachgewiesen werden. Schlussfolgerungen: (1 & 2) Diese Studie zeigt, dass das neue humanisierte Mausmodell eine vielversprechende in vivo-Plattform ist, das Geflecht aus physiologischen und pathologischen Mechanismen des humanen alpha-Synucleins zu erforschen. (3) Sie zeigt den ersten Nachweis einer durch Laufbandinterventionen induzierten physiologischen Reduktion der menschlichen alpha-Synuclein-Level und verbesserter Gangparameter. Dies rückt die intensivierte Bewegung als therapeutisches und präventives Verfahren in den Fokus. Background and objective: Due to a lack of understanding of the pathophysiology of Parkinson's disease, new research approaches are essential. Similarly the role of the protein alpha-synuclein in the Parkinson’s disease is not fully understood. In clinical practice it has been shown that movement-interventions have a positive influence on the course of the disease. The mechanism behind this has not been conclusively clarified. This thesis deals with a new mouse model that exclusively expresses human alpha-synuclein under the influence of physiological human promoters. In a previous publication of our group it could be shown that the mice mentioned above showed impaired postural stability, which was improved by treadmill intervention. Biochemical characterization is necessary to better understand the role of alpha-synuclein in the new mouse model. This thesis aims to (1 & 2) describe the expression of apha-synuclein in different brain regions in order to (3) show the influence of movement-interventions on alpha-synuclein-expression in different brain regions. Methods: (1) The alpha-synuclein-expression within the brain is compared by means of immunoblotting of the olfactory bulb (OLB), cortex (COR), hippocampus (HIP), striatum (STR) and cerebellum (CER) relative to the CER. (2) The alpha-synuclein-expression pattern of humanized mice is compared to the alpha-synuclein-expression pattern of wild-type mice. (3) The influence of treadmill interventions on alpha-synuclein expression within individual brain regions is described. Results and observations: (1) Alpha-synuclein expression was shown to be up to three times higher in COR and HIP and up to four and a half times higher in OLB and STR compared to CER. (2) The alpha-synuclein expression pattern of the humanized mouse showed a uniformly increased level in OLB, COR, HIP, STR and CER compared the wild-type mouse. (3) A reducing effect of treadmill intervention on alpha-synuclein-expression was found in the cortex of the wild-type mouse and in the hippocampus of the humanized mouse. Conclusion: (1 & 2) This study shows that the new humanized mouse model is a promising in vivo platform to explore the network of physiological and pathological mechanisms of the human alpha-synuclein expression. (3) It shows the first evidence of a physiological reduction in human alpha-synuclein levels and improved gait parameters induced by treadmill interventions. This puts the focus on intensified exercises as a therapeutic and preventive procedure regarding Parkinson’s disease.