Der Effekt von Lysophosphatidsäure auf die Nerve Growth Factor- und Tropomyosin-Related Kinase A-Rezeptor-Signaltransduktion : Implikationen für die Pathophysiologie der traumatischen Querschnittlähmung

Bauschulte, Johannes Hermann Gerd; Weis, Joachim

doi:3996

Der Effekt von Lysophosphatidsäure auf die Nerve Growth Factor- und Tropomyosin-Related Kinase A-Rezeptor-Signaltransduktion : Implikationen für die Pathophysiologie der traumatischen Querschnittlähmung = The effect of lysophosphatidic acid on Nerve Growth Factor and Tropomyosin-Related Kinase A-Receptor signalling and trafficking : implications for the pathophysiology of spinal cord injury

Bauschulte, Johannes Hermann Gerd

2012

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Johannes Hermann Gerd Bauschulte

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2012

UmfangVII, 80 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2012

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Weis, Joachim (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2012-02-03

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-39968
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/64625/files/3996.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Neuropathologie (528002-2)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Querschnittslähmung (Genormte SW) ; Nervenwachstumsfaktor (Genormte SW) ; Signaltransduktion (Genormte SW) ; Lysophosphatidsäuren (Genormte SW) ; Medizin (frei) ; Lysophosphatidsäure (frei) ; Axonwachstumsinhibitoren (frei) ; TrkA-Rezeptor (frei) ; NGF (frei) ; lysophosphatidic acid (frei) ; neurite outgrowth inhibitors (frei) ; TrkA-receptor (frei) ; spinal cord injury (frei) ; nerve growth factor (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Die Ursachen der fehlenden Regenerationsfähigkeit der Axone nach traumatischer Läsion des Myelons (aber auch z.B. nach ischämischer oder hämorrhagischer Traumatisierung) sind seit langer Zeit schon Thema intensiver Forschung. Wahrscheinlich ist diese nicht einer intrinsischen Unfähigkeit der Neurone zur Regeneration geschuldet, sondern liegt vielmehr an dem die Neurone umgebenden Milieu. Diese Hypothese wird durch die Entdeckung von Myelin-basierten Axonwachstumsinhibitoren unterstützt. In der vorliegenden Arbeit wurden an einem etablierten in vitro Modell die Alterationen der Neurotrophinsignaltransduktion (konkret des NGF/TrkA-signalling) nach Stimulation von PC12-Zellen mit Lysophosphatidsäure, welche als potenter Aktivator der GTPase RhoA bekannt ist, untersucht. RhoA gilt als putatives Schlüsselmolekül in der intrazellulären Signaltransduktion der Myelin-basierten Axonwachstumsinhibitoren wie z.B. Myelin-assoziiertes Glykoprotein oder Nogo. Es zeigte sich, dass LPA deutlich Effekte auf die NGF/TrkA-Signaltransduktion hat. Es zeigte sich eine Verstärkung bzw. Prolongation des TrkA-signallings durch LPA. Im Einzelnen ist der vollständige Mechanismus dieser Signalverstärkung noch nicht aufgeklärt, möglicherweise kommt es aber zu einer LPA-induzierten Wirkung auf das endosomale trafficking des TrkA und/oder TrkA-Phosphatasen, sowie zu einer Transaktivierung des TrkA-Rezeptors durch LPA. Am wahrscheinlichsten scheint eine Veränderung des TrkA-Transports in signalling endosomes durch RhoA vermittelte zytoskelettale Veränderungen nach Aktivierung der GTPase durch LPA. RhoA-abhängige Veränderungen des Zytoskeletts sind in der Literatur häufig beschrieben (Hall und Bishop, 2000); diese führen möglicherweise zu einer Axonretraktion nach LPA-Stimulation in vivo, trotz der in dieser Arbeit in PC12-Zellen in vitro beobachteten Hochregulation von Proliferations-, Überlebens- und Differenzierungsmolekülen, insbesondere auch der für Axonwachstum essentiellen MAP-Kinasen. Die durch LPA-Stimulation beobachteten Effekte führen zu der Frage, welche Rolle LPA physiologischerweise in vivo hat; vermutlich kommt dem in dieser Arbeit beobachteten Effekt (d.h. verstärktes RTK-signalling nach LPA-Stimulation) regulatorische Bedeutung bei der Entwicklung der neuronalen Plastizität zu, des Weiteren könnte dieser eine Rolle in der Genese von (neurologischen) Neoplasmen spielen. Nicht zuletzt lässt sich vermuten, dass LPA als RhoA-Aktivator dann eine große Bedeutung zukommt, wenn sie nach Verletzungen der Blut-Hirn-Schranke (z.B. im Rahmen eines spinalen Traumas) in den Liquor cerebrospinalis gelangt (in dem sie physiologischerweise nicht vorkommt) und dann über oben beschriebene Mechanismen zu der Inhibition der Axonregeneration beiträgt. Zukünftige Studien zu diesem Thema sollten auf die Aufklärung des durch RhoA-Aktivierung ausgelösten Signalweges/Pathomechanismus ausgerichtet sein. Diese sollten präzise Aufschluss über die zytoskelettalen Veränderungen und ihren Einfluss auf die intrazellulären Signalwege geben. Zudem sollte in einem, sozusagen prä-translationalen, Untersuchungsansatz erforscht werden, ob die beobachteten Signaltransduktionsalterationen auch durch Myelin-basierte Axonwachstumsinhibitoren und RhoA-Aktivatoren wie MAG und Nogo ausgelöst werden können, und ob diese in vitro Effekte in PC12-Zellen mit denen in neuronalen Primärkulturen vergleichbar sind.

The reason for the incapacity of neurons of the central nervous system (CNS) to recreate axons after traumatic lesion (as well as after ischemic or haemorrhagic trauma) has been subject of intensive research for a long time. Most likely this is due to the milieu which surrounds the CNS-neurons rather then due to an intrinsic incapacity of the neurons to sprout out new axons. Since the discovery of myelin-based axonsprouting-inhibitors this hypothesis has been even more favoured. In this project we examined the alteration of the NGF/TrkA-signalling after stimulation of PC12-cells, which are a well established model for neuronal cells, with lysophosphatidic-acid (LPA) which is known to be a strong activator of the small GTPase RhoA. RhoA and its effector ROCK are putative key-molecules in the intracellular signalling of myelin-based axonsprouting-inhibitors such as myelin-based glycoprotein (MAG). As expected LPA has an influence on the NGF/Trk-signalling – interestingly it prolonged and to some extend augmented the trk-signalling. The whole underlying mechanism of this signal-enhancement is not yet clear – but we found strong evidence that the endosomale transport of TrkA is altered due to cytoskeletal rearrangements in response to RhoA-activation following LPA-stimulation. Rho-dependent alterations of the cytoskeleton are well described in literature (Hall and Bishop, 2000), those possibly lead to axonretraction in vivo despite the upregulation of proliferation- and survival-molecules such as the MAP-kinases in vitro in our PC12-cell model. This leads to the question which is the (patho-) physiological role of LPA: the prolonged signalling of RTK might be a regulation tool during the development of neuronal plasticity as well as in the development of (neuronal) neoplasms. As a platelet derived factor LPA could possibly be a crucial molecule in the pathophysiology of traumatic spinal cord injury or brain injury when it enters the cerebro-spinal-fluid and leads to axonretraction through cytoskeletal rearrangements as described above. Future studies should focus on revealing the exact pathomechanisms – especially the exact cytoskeletal rearrangements - which are evoked by RhoA-activation in response to LPA-stimulation. Furthermore it should be investigated if the marked alterations in the Trk-signalling and -trafficking can also be provoked by myelin-based axonsprouting-inhibitors such as MAG and Nogo and if these in vitro effects in PC12-cells are similar to those in neuronal primary cultures.

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