Neuronales in vitro Paradigma der Friedreich Ataxie: Untersuchung von Zelltod- und Protektionsmechanismen

Die autosomal-rezessive Friedreich Ataxie ist eine neurodegenerative Erkrankung, die sich u.a. durch Areflexie, Dysarthrie, muskuläre Atrophie, Nystagmus, progressive Skoliose, Fußdeformitäten, und Kardiomyopathie manifestiert. Neuropathologisch liegt eine Degeneration von Spinalganglien, Hintersträngen, spinozerebellären und kortikospinalen Bahnen sowie sensiblen Neuronen vor. Ursächlich sind Mutationen im Frataxin-Gen, die zu einem Verlust des mitochondrial lokalisierten Frataxins führen. Um die molekularen Mechanismen der neuronalen Pathologie zu untersuchen und sich daraus ergebende therapeutische Strategien zu entwickeln, induzierten wir eine Frataxin-Depletion durch Infektion postmitotischer zerebellärer Körnerneurone mit Frataxin-antisense exprimierenden Adenoviren. Die Frataxin-Depletion führte in den Körnerneuronen innerhalb von sieben Tagen nicht zum Zelltod, bedingte jedoch eine höhere Vulnerabilität gegenüber durch Kaliumenzug ausgelöster Apoptose. Diese konnte durch das Antioxidanz Idebenon wieder aufgehoben werden. Die adenoviral vermittelte Überexpression von Frataxin schützte vor durch Kaliumentzug ausgelöster Apoptose. Bei mitotischen SH-SY5Y-Neuroblastom-Zellen führte die verminderte Expression von Frataxin alleine bereits 2 Tage nach Infektion mit den Vektoren zu einem Zelltod von 35% im Vergleich zu den Leervektor- oder Frataxin-sense-infizierten Zellen. Die Frataxin-überexprimierenden Zellen waren auch in diesem Modell resistenter (11% Zelltod nach Staurosporin-Behandlung mit 500 nM über 6 Stunden) als die Leervektor-infizierten Kontrollen (38% Zelltod), bei signifikant erhöhter Vulnerabilität der Frataxin-defizienten Zellen (72% Zelltod). Durch spezielle Kulturbedingungen ist es uns möglich, Körnerneurone, die normalerweile nur 7–10 Tage in Kultur gehalten werden können, für etwa 8 Wochen zu kultivieren. In diesem Modell für neuronale Alterung zeigte sich, dass die Frataxin-defizienten Neurone nach 30 Tagen 70% Zelltod aufwiesen, wohingegen die mit adenoviralem Leervektor behandelten Zellen zu diesem Zeitpunkt noch keine Dezimierung der Zellzahl aufwiesen. Zusammenfassend haben wir Zellkulturmodelle etabliert, die zur Evaluierung neuer therapeutischer Strategien bei der Friedreich Ataxie eingesetzt werden können.