Experimental Neurotrophic Therapies of Parkinson’s Disease: Effects on Nigrostriatal Dopamine System

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6937-2
Title: Experimental Neurotrophic Therapies of Parkinson’s Disease: Effects on Nigrostriatal Dopamine System
Author: Renko, Juho-Matti
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy, Division of Pharmacology and Pharmacotherapy
Doctoral Programme in Drug Research
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021-01-14
Belongs to series: URN:ISSN:2342-317X
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6937-2
http://hdl.handle.net/10138/323842
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Parkinson’s disease (PD) is a chronic neurodegenerative disorder characterized by progressive loss of nigrostriatal dopamine neurons and propagating Lewy body pathology. Dopamine depletion in the striatum gives rise to the cardinal motor symptoms of PD. Current PD medications are based on replenishing striatal dopamine and provide symptomatic relief to the motor deficits. However, troublesome adverse effects and diminished efficacy complicate their long-term use. There is a great unmet medical need for a therapy that could slow or halt the progression of the disease. Neurotrophic factors (NTFs) are secreted proteins that promote neuronal growth, differentiation and survival. They are able to prevent the progression of neurodegeneration and restore aberrant neuronal function in a variety of preclinical models of PD. Nonetheless, outcomes from clinical trials have been disappointing. The purpose of this work was to characterize the effects of cerebral dopamine neurotrophic factor (CDNF), mesencephalic astrocyte-derived neurotrophic factor (MANF) and novel small molecule receptor tyrosine kinase RET agonists (BT13 and BT44) on nigrostriatal dopamine system and support their preclinical development as potential neurotrophic therapies of PD. To further clarify the functional effects of glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF), CDNF and MANF in the normal rat brain, microdialysis measurements were performed after a bolus injection of NTFs into the striatum. We saw augmented stimulus-evoked dopamine release and elevated dopamine turnover in the striatum of MANF-injected rats. GDNF injection increased in vivo tyrosine hydroxylase (TH) and catechol-O-methyltransferase activity and decreased monoamine oxidase A activity. These data are relevant when considering exogenously administered NTFs as a potential therapeutic approach for PD, since they have to be compatible with the existing dopaminergic medications of the patients. We also investigated the distribution properties of 125I-labeled and unlabeled CDNF after a nigral injection to intact rats. CDNF readily diffused into the brain areas surrounding the injection site and colocalized with TH-immunoreactive neurons in the substantia nigra. We did not detect active transportation of CDNF to distal brain areas. This characterization provides valuable insights into the selection of optimal delivery site and protocol for CDNF therapy. Our in vitro assays showed that RET agonists BT13 and BT44 were able to induce RET phosphorylation and activate downstream pro-survival signaling cascades Akt and ERK. They also supported the survival of cultured midbrain dopamine neurons from wild-type, but not from RET knockout, mice. The functional effects of BT13 and BT44 were evaluated in a unilateral 6-hydroxydopamine rat model of PD, where both compounds alleviated amphetamine-induced turning behavior. BT44 also showed potential to restore striatal TH-immunoreactive fibers. As blood-brain barrier penetrating compounds, BT13 and BT44 serve as promising leads that can be further developed into a disease-modifying therapy for PD.Parkinsonin tauti on etenevä hermorappeumasairaus, jolle on ominaista aivojen mustatumakkeen dopamiinihermosolujen tuhoutuminen ja Lewyn kappaleiden esiintyminen aivoissa. Dopamiinihermosolujen tuhoutuminen johtaa aivojuovion dopamiinivajeeseen, joka saa aikaan Parkinsonin taudille ominaiset liikehäiriöt. Taudin nykyinen lääkitys perustuu dopamiinivajeen korjaamiseen ja on luonteeltaan oireita lievittävää. Pitkäaikaiskäytössä lääkkeet menettävät tehoaan ja johtavat hankaliin haittavaikutuksiin. Taudin kulkua hidastavalle hoidolle onkin suuri tarve. Hermokasvutekijät ovat hermosolujen kasvua, erilaistumista ja selviytymistä edistäviä proteiineja. Niiden on osoitettu estävän dopamiinihermosolujen tuhoutumista ja korjaavan niiden häiriintynyttä toimintaa useissa kokeellisissa Parkinson-malleissa. Kliinisissä kokeissa testattujen hermokasvutekijähoitojen teho on kuitenkin jäänyt puutteelliseksi. Tämän väitöstyön tarkoituksena oli selvittää CDNF:n (dopamiinisolujen hermokasvutekijä) ja MANF:n (keskiaivojen astrosyyttiperäinen hermokasvutekijä) sekä uusien, RET-tyrosiinikinaasia aktivoivien pienmolekyylien BT13:n ja BT44:n vaikutuksia aivojen dopamiinijärjestelmään ja samalla tukea niiden prekliinistä kehitystä mahdolliseksi Parkinsonin taudin kulkuun vaikuttavaksi hoidoksi. Ensimmäisessä osatyössä selvitimme aivojuovioon annostellun GDNF:n (gliasolulinjaperäinen hermokasvutekijä), CDNF:n ja MANF:n aiheuttamia toiminnallisia muutoksia terveen rotan aivoissa käyttämällä hyväksi mikrodialyysimenetelmää. Havaitsimme MANF:n lisäävän stimuloitua dopamiinin vapautumista ja dopamiinin aineenvaihduntaa aivojuoviossa. GDNF injektio puolestaan lisäsi dopamiinia syntetisoivan tyrosiinihydroksylaasientsyymin aktiivisuutta. Lisäksi se vaikutti dopamiinia metaboloivien entsyymien toimintaan lisäämällä katekoli-O-metyylitransferaasin ja vähentämällä monoamiinioksidaasin aktiivisuutta. Nämä löydökset auttavat sovittamaan mahdollisia hermokasvutekijähoitoja yhteen Parkinson-potilaiden käyttämien dopaminergisten lääkkeiden kanssa. Toisessa osatyössä tutkimme CDNF:n leviämisominaisuuksia terveen rotan aivoissa mustatumakkeeseen kohdistuneen annostelun jälkeen. CDNF levisi laajalle injektiokohtaa ympäröivään aivokudokseen ja oli havaittavissa mustatumakkeen dopamiinihermosoluissa. Merkkejä CDNF:n aktiivisesta kuljetuksesta kaukaisemmille aivoalueille ei havaittu. Tämä tutkimus tarjoaa arvokasta lisätietoa CDNF:n optimaalisen annostelutavan määrittämiseksi. Kolmannessa ja neljännessä osatyössä osoitimme BT13:n ja BT44:n aktivoivan soluja suojaavat Akt- ja ERK-signalointireitit sekä edistävän viljeltyjen dopamiinihermosolujen selviytymistä. Kun BT13:n ja BT44:n vaikutuksia tutkittiin Parkinsonin taudin eläinmallissa rotilla, molempien yhdisteiden havaittiin lievittävän kokeessa mitattua liikehäiriötä. BT44 osoitti myös viitteitä dopaminergisia hermosäikeitä korjaavasta vaikutuksesta. Veri-aivoesteen läpäisevät BT13 ja BT44 ovatkin lupaavia johtolankamolekyylejä, joita edelleen optimoimalla voisi olla mahdollista kehittää uusi Parkinsonin taudin etenemistä hidastava hoito.
Subject: farmakologia
farmasia
pharmacology
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
renko_juho-matti_dissertation_2021.pdf 37.55Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record