The Effects of Prolyl Oligopeptidase Inhibition in α-Synuclein Based Mouse Models of Parkinson's Disease

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1543-0
Title: The Effects of Prolyl Oligopeptidase Inhibition in α-Synuclein Based Mouse Models of Parkinson's Disease
Author: Savolainen, Mari
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy, Division of Pharmacology and pharmacotherapy
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Belongs to series: URN:ISSN:2342-317X
Abstract: Parkinson's disease (PD) is characterized by a slow and gradual loss of neurons and subsequent loss of neurotransmitter dopamine in the movement-related nigrostriatal brain tracts. This causes symptoms of PD, which are resting tremor, rigidity and slowness of movement. Genetic and environmental factors are linked to PD, but its etiology is still largely unknown. Current drug therapies can only relieve the symptoms of PD but treatment to stop or delay the disease progression does not exist at the moment. The main findings in neuropathological characterization of the brain regions that are influenced in PD, are abnormal intraneuronal protein inclusions, called Lewy bodies. Insoluble, aggregated α-synuclein (aSyn) protein is the most abundant component of Lewy bodies. Pathological aggregation and accumulation of aSyn is associated with neuronal death in PD. Therefore, approaches to target aSyn as a potential disease-modifying treatment for PD have been under investigation. The aim of this study was to examine the role of prolyl oligopeptidase (PREP) and pharmacological inhibition of its enzymatic activity by KYP-2047 in aSyn aggregation. Using purified proteins and cell culture model, we showed that PREP forms direct protein-protein interaction with aSyn, thus enhancing its aggregation. KYP-2047 reduced the PREP-mediated aSyn aggregation in cell culture. Then the effects of PREP inhibition on aSyn aggregation were examined in vivo. The purpose was to first characterize a genetic mouse model, carrying mouse A30P mutated aSyn, which is linked to early-onset PD in humans, in order to find out if the mutated mouse aSyn is more prone to aggregate; and to cause PD-like phenotype. The effects of KYP-2047 treatments were assessed in the model. The main findings were that the A30P mutation in mouse aSyn protein caused minor hyperactive behaviour but did not change the brain dopamine levels, and A30P aSyn accumulated in the brain more than wildtype aSyn by age. KYP-2047 treatment reduced the amount of A30P aSyn in immunohistochemical analysis, and the reduction was more specific for high-molecular weight aSyn oligomers in Western blot analysis. We also observed increased autophagy markers in brain tissue. Therefore, PREP inhibition was further studied in cell culture, where it was shown to enhance macroautophagic protein clearance pathway, which is an important pathway in the degradation of high-molecular weight aSyn forms. In the last study, the effects of KYP-2047 were examined in a mouse model of PD that was based on lactacystin-induced inhibition of ubiquitin-proteasome protein degradation pathway. Proteasome inhibition was shown to induce rapid PD-like neurodegeneration recapitulating the cardinal features of PD. KYP-2047 treatment partially protected dopaminergic neurons in the brain and had beneficial effect on motor behaviour, but did not have an effect on aSyn amount. Taken together, this study has provided new insights into the role of PREP in aSyn aggregation and suggest that PREP inhibition has beneficial effects on reducing the aggregation process via two mechanisms. PREP inhibition could be promising and further assessed in the treatment of PD, other α-synucleinopathies and possibly other protein accumulation diseases.Parkinsonin tauti on aivoja rappeuttava sairaus, jota sairastaa keskimäärin prosentti yli 60-vuotiaista. Taudissa mustatumakkeeksi kutsutun aivoalueen dopamiini-välittäjäainetta tuottavat hermosolut tuhoutuvat hitaasti. Dopamiini on tärkeä välittäjäaine liikettä säätelevällä hermoradalla, ja sen vähentyminen saa aikaan Parkinsonin taudille tyypillistä lepovapinaa, lihasten jäykkyyttä ja liikkeiden hitautta. Parkinsonin taudin synty on suurelta osin tuntematon, mutta siihen on liitetty esimerkiksi geneettisiä syitä ja ympäristötekijöitä. Nykyisellä lääkehoidolla voidaan lievittää sairauden oireita, mutta sen etenemistä ei pystytä pysäyttämään tai hidastamaan. Parkinsonin tautia sairastavien potilaiden aivoista on tutkimuksissa löydetty epänormaaleja proteiinikertymiä, joita kutsutaan Lewyn kappaleiksi. Lewyn kappaleet muodostuvat pääasiassa liukenemattomasta α-synukleiini-proteiinista. Normaalisti α-synukleiini on hermosoluissa liuenneessa muodossa, mutta sillä on taipumus muodostaa sakkautumia, jotka kertyvät hermosoluihin. Proteiinikertymien synty on yhdistetty hermosolun toiminnan häiriintymiseen sekä solukuolemaan. Parkinsonin taudin lisäksi α-synukleiinikertymiä esiintyy myös eräissä muissa aivosairauksissa, joita kutsutaan α-synukleinopatioiksi. Proteiinikertymien syntyyn vaikuttavia tekijöitä ja yhdisteitä on tämän vuoksi tutkittu yhtenä keinona vaikuttaa Parkinsonin taudin etenemiseen. Tämän väitöskirjatutkimuksen tarkoituksena oli tutkia α-synukleiinin kertymiseen liitetyn entsyymin, prolyylioligopeptidaasin (PREP) ja sen farmakologisen estäjän vaikutuksia kertymisprosessiin. Puhdistettuja proteiineja sekä solumalleja käyttäen PREP:n ja α-synukleiinin välillä osoitettiin olevan suora vuorovaikutus. PREP lisäsi α-synukleiinin kertymämuotojen syntymistä, ja PREP-estäjä KYP-2047 vähensi sitä. KYP-2047-hoidon vaikutuksia tutkittiin myös kahdessa hiirimallissa, joiden käyttökelpoisuutta Parkinsonin taudin malleina myös arvioitiin. Geneettisessä mallissa hiirillä oli Parkinsonin taudille altistava α-synukleiini-geenin mutaatio (A30P). Hiirillä ei todettu Parkinsonin taudille tyypillisiä aivo- ja käytösmuutoksia, mutta A30P-α-synukleiiniä kertyi aivoihin normaalia muotoa enemmän. KYP-2047 vähensi hiirimallissa tätä α-synukleiinin kertymämuotoa. Solukokeissa KYP-2047-hoidon näytettiin lisäävän autofagisen, proteiineja solussa pilkkovan järjestelmän toimintaa, mikä selittää α-synukleiinin vähentynyttä määrää. Toinen hiirimalli perustui aivoihin ruiskutettuun, proteiinien pilkkomisjärjestelmän toimintaa estävään laktakystiiniin. Proteasomiestäjä laktakystiini aiheutti hiirimallissa Parkinsonin taudin kaltaisia aivomuutoksia. Tässä mallissa KYP-2047 vaikutti positiivisesti motoriikkaa mittaavissa käytöskokeissa sekä suojasi osittain dopamiinia tuottavia hermosoluja mustatumakkeen alueella. Tulosten perusteella PREP-estäjä vaikuttaa α-synukleiinin kertymiseen vähentämällä PREP:n aikaansaamaa α-synukleiinin kertymämuotojen syntymistä ja lisäämällä α-synukleiinin hajotusta soluissa. PREP-estäjien mahdollisuuksia potentiaalisena keinona Parkinsonin taudin etenemisen hidastamiseksi ja muissa proteiininkertymäsairauksissa tulisi edelleen selvittää.
URI: URN:ISBN:978-951-51-1543-0
http://hdl.handle.net/10138/157017
Date: 2015-10-30
Subject: farmasia, farmakologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
effectso.pdf 1.482Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record