Toxische Effekte von Rotenon in dopaminergen Primärzellkulturen

Trotz der noch immer unklaren Ätiologie der Parkinson'schen Erkrankung deuten epidemiologische und in neuerster Zeit auch chronische Tierversuche auf eine Rolle von Umweltfaktoren, wie Pestizid- oder Insektizidexposition bei der Pathogenese dieser neurodegenerativen Erkrankung hin. Rotenon, ein breit genutztes Insektizid, könnte dafür eine Modellsubstanz darstellen.

In dieser Studie wurden Primärzellkulturen von mesencephalen dopaminergen Zellen eingesetzt, um Mechanismen des Rotenon-induzierten Zelltods zu untersuchen. Diese Kulturen wurden aus 14 Tage alten Embryonen post conceptionem angelegt, die dopaminergen Zellen immunhistochemisch mit Antikörperfärbung der Tyrosinhydroxylase-positiven Zellen (Thir) charakterisiert.

Die Resultate zeigten, dass Rotenon dopaminerge Neuronen in Kultur dosisabhängig schädigt. Z.B. ein Zusatz von 20 nM Rotenon über 48 Stunden senkte die Überlebensrate von Thir Neuronen um 50%. Junge Zellen (5 DIV) waren dabei empfindlicher als ältere (10 DIV). Inkubation von 5 DIV Kulturen mit 5 nM über 3 Stunden senkte signifikant die Gesamtzahl der Thir Zellen um 50% während nur 35% der Zellen verloren gingen, wenn 10 DIV Kulturen mit der gleichen Dosis inkubiert wurden. Dieser zytotoxische Effekt konnte nicht nur am Zellverlust, sondern auch an einer verstärkten Freisetzung von Laktatdehydrogenase (LDH) in das Medium, an einer erhöhten Propidiumiodid-Aufnahme der kultivierten Zellen und der Anzahl der Zellkerne, die apoptotische Charakteristika (Chromatinkondensation und Fragmentation) nach einer Färbung mit Hoechst 33342 zeigten, belegt werden. Rotenon senkte außerdem das mitochondriale Membranpotenzial. Dieser Funktionsverlust führte bei 20 nM Rotenon über 48 Stunden zu einem verminderten JC-1 Fluoreszenz-Quotienten und führte zu anaeroben Bedingungen, wie dies an einer erhöhten Laktatproduktion gezeigt werden konnte. Darüberhinaus erhöhte Rotenon die Fluoreszenzintensität von C-DCDHF-DA, einem Indikator für reaktive Sauerstoffspezies.

Zusammenfassend stellen somit die Blockade der mitochondrialen Atmung und eine damit verbundene Bildung von freien Radikalen durch Rotenon maßgebliche Prozesse in der Zellschädigung mesencephaler dopaminerger Neuronen in Kultur dar, Grundlagen, die für mögliche therapeutische Ansätze, wie etwa die mit Antioxidantien von Bedeutung sein könnten.