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A53T-alpha-synuclein overexpression impairs dopamine signaling and striatal synaptic plasticity in old mice
(2010)
- BACKGROUND: Parkinson's disease (PD), the second most frequent neurodegenerative disorder at old age, can be caused by elevated expression or the A53T missense mutation of the presynaptic protein alpha-synuclein (SNCA). PD is characterized pathologically by the preferential vulnerability of the dopaminergic nigrostriatal projection neurons. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: Here, we used two mouse lines overexpressing human A53T-SNCA and studied striatal dysfunction in the absence of neurodegeneration to understand early disease mechanisms. To characterize the progression, we employed young adult as well as old mice. Analysis of striatal neurotransmitter content demonstrated that dopamine (DA) levels correlated directly with the level of expression of SNCA, an observation also made in SNCA-deficient (knockout, KO) mice. However, the elevated DA levels in the striatum of old A53T-SNCA overexpressing mice may not be transmitted appropriately, in view of three observations. First, a transcriptional downregulation of the extraneural DA degradation enzyme catechol-ortho-methytransferase (COMT) was found. Second, an upregulation of DA receptors was detected by immunoblots and autoradiography. Third, extensive transcriptome studies via microarrays and quantitative real-time RT-PCR (qPCR) of altered transcript levels of the DA-inducible genes Atf2, Cb1, Freq, Homer1 and Pde7b indicated a progressive and genotype-dependent reduction in the postsynaptic DA response. As a functional consequence, long term depression (LTD) was absent in corticostriatal slices from old transgenic mice. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Taken together, the dysfunctional neurotransmission and impaired synaptic plasticity seen in the A53T-SNCA overexpressing mice reflect early changes within the basal ganglia prior to frank neurodegeneration. As a model of preclinical stages of PD, such insights may help to develop neuroprotective therapeutic approaches.
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Alpha-synuclein-dependent functions and disease mechanisms : a systemic approach driven by mouse genetics
(2010)
- Während der vergangenen Jahrzehnte stieg die durchschnittliche Lebenserwartung der Bevölkerung in den westlichen Industrieländern durch die Verbesserung der allgemeinen Lebensbedingungen, insbesondere durch die Fortschritte in der Hygiene und der Medizin sowie stabile politische Verhältnisse, kontinuierlich an. Aufgrund dieser demographischen Entwicklung zu einer zunehmend älter werdenden Gesellschaft nimmt auch das Auftreten von progressiven, altersabhängigen Erkrankungen, wie zum Beispiel der Parkinson‟schen Krankheit zu. Dieser Trend stellt sowohl für die betroffenen Patienten und ihre Angehörigen als auch für die Gesundheits- und Sozialsysteme eine gewaltige und kostenintensive Herausforderung dar. Um wirkungsvolle Therapien entwickeln zu können, die früh im Krankheitsverlauf eingreifen und die Manifestation der Erkrankung verhindern oder verzögern beziehungs-weise die darauf abzielen, die Symptome der Erkrankung nach deren Manifestation zu lindern, ist es unerlässlich, die diesen progressiven, altersabhängigen Krankheiten zugrundeliegenden Mechanismen zu erforschen und entsprechende krankheitsspezifische, molekulare Biomarker zu identifizieren. Darüber hinaus stellt die Identifizierung solcher Biomarker einen wichtigen Ansatzpunkt für die klinische Diagnostik und Therapeutik sowie für die Entwicklung neuer therapeutischer Behandlungsstrategien dar. Das subzellulär vorwiegend präsynaptisch lokalisierte Protein alpha-Synuklein blieb in den Jahren nach seiner Erstbeschreibung 1988 durch Luc Maroteaux von der biomedizinischen Forschung weitgehend unbeachtet. Erst die Assoziationen von unterschiedlichen Mutationen des alpha-Synuklein-Gens mit seltenen, autosomal-dominant vererbten, monogenetischen Varianten der Parkinson‟schen Krankheit (PARK1 und PARK4) seit 1997 sowie die Identifizierung des Proteins im Jahre 1998 als Hauptbestandteil von intrazellulären Proteinaggregaten (Lewy-Körpern und Lewy-Neuriten), deren Vorkommen charakteristisch für progressive, neurodegenerative und unter dem Sammelbegriff „Synukleinopathien“ klassifizierte Erkrankungen (wie beispielsweise auch die häufigen, sporadischen Formen der Parkinson‟schen Krankheit) ist, ließen das alpha-Synuklein in den Fokus der biomedizinischen Forschung rücken. Trotz intensiver Bemühungen der weltweiten Forschungsgemeinschaft konnten seitdem in den vergangenen 13 Jahren die physiologischen Funktionen von alpha-Synuklein und die den unterschiedlichen Synukleinopathien zugrundeliegenden, molekularen pathophysiologischen Mechanismen nicht genau identifiziert werden. Stattdessen führte die intensive Forschung an alpha-Synuklein mit den unterschiedlichsten experimentellen Herangehensweisen und Modellsystemen zu verschiedenen und teilweise kontroversen Hypothesen und Theorien über dessen physiologische Funktion und pathophysiologische Wirkungsweisen. Die in dieser Dissertationschrift dargestellten experimentellen Untersuchungen wurden an zwei speziellen transgenen Mausmodellen durchgeführt, die entweder einen vollständigen Mangel (= „knockout“; KO) des alpha-Synuklein-Proteins oder eine transgene Überexpression von humanem, A53T-mutierten alpha-Synuklein aufwiesen. Das Hauptziel der dargestellten Studien war es, neue Erkenntnisse hinsichtlich der physiologischen Funktionen des alpha-Synuklein-Proteins, beziehungsweise der krankheits-relevanten, pathophysiologischen Mechanismen der den familiären PARK1- und PARK4-Varianten der Parkinson‟schen Krankheit zugrundeliegenden alpha-Synuklein-Mutationen (Substitution von Alanin durch Threonin an Position 53 der Aminosäuresequenz (A53T; PARK1) sowie Überexpression (Genduplikation/-triplikation; PARK4)) zu gewinnen...
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Parkinson phenotype in aged PINK1-deficient mice is accompanied by progressive mitochondrial dysfunction in absence of neurodegeneration
(2009)
- Background Parkinson's disease (PD) is an adult-onset movement disorder of largely unknown etiology. We have previously shown that loss-of-function mutations of the mitochondrial protein kinase PINK1 (PTEN induced putative kinase 1) cause the recessive PARK6 variant of PD. Methodology/Principal Findings Now we generated a PINK1 deficient mouse and observed several novel phenotypes: A progressive reduction of weight and of locomotor activity selectively for spontaneous movements occurred at old age. As in PD, abnormal dopamine levels in the aged nigrostriatal projection accompanied the reduced movements. Possibly in line with the PARK6 syndrome but in contrast to sporadic PD, a reduced lifespan, dysfunction of brainstem and sympathetic nerves, visible aggregates of alpha-synuclein within Lewy bodies or nigrostriatal neurodegeneration were not present in aged PINK1-deficient mice. However, we demonstrate PINK1 mutant mice to exhibit a progressive reduction in mitochondrial preprotein import correlating with defects of core mitochondrial functions like ATP-generation and respiration. In contrast to the strong effect of PINK1 on mitochondrial dynamics in Drosophila melanogaster and in spite of reduced expression of fission factor Mtp18, we show reduced fission and increased aggregation of mitochondria only under stress in PINK1-deficient mouse neurons. Conclusion Thus, aging Pink1 -/- mice show increasing mitochondrial dysfunction resulting in impaired neural activity similar to PD, in absence of overt neuronal death.
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The mitochondrial genome of the venomous cone snail conus consors
(2012)
- Cone snails are venomous predatory marine neogastropods that belong to the species-rich superfamily of the Conoidea. So far, the mitochondrial genomes of two cone snail species (Conus textile and Conus borgesi) have been described, and these feed on snails and worms, respectively. Here, we report the mitochondrial genome sequence of the fish-hunting cone snail Conus consors and describe a novel putative control region (CR) which seems to be absent in the mitochondrial DNA (mtDNA) of other cone snail species. This possible CR spans about 700 base pairs (bp) and is located between the genes encoding the transfer RNA for phenylalanine (tRNA-Phe, trnF) and cytochrome c oxidase subunit III (cox3). The novel putative CR contains several sequence motifs that suggest a role in mitochondrial replication and transcription.
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The role of glyoxalases for sugar stress and aging, with relevance for dyskinesia, anxiety, dementia and Parkinson's disease
(2011)
- Commentary on: Scheckhuber CQ et al. Modulation of the glyoxalase system in the aging model Podospora anserina: effects on growth and lifespan. Aging. 2010; 2: 969-980.
