[Seite 1↓]+Aus der Abteilung der Neuropädiatrie in der Klinik für Pädiatrie
der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin

DISSERTATION

N-Methyl-D-Aspartat-Antagonisten
induzieren apoptotische Zelluntergänge
im Gehirn junger Ratten

Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin

von

Michael Miksa
aus Leonberg


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Dekan: Prof. Dr. Joachim W. Dudenhausen

Gutachter:
1. Prof. Dr. med. H. Ikonomidou
2. Prof. Dr. med. G.F. Hoffmann
3. Prof. Dr. med. G.B. Landwehrmeyer

Datum der Promotion:26.03.2004

Abstract (deutsch)

Der exzitatorische Neurotransmitter Glutamat spielt eine grosse Rolle in der Ge­hirn­ent­wick­lung, wie neu­ro­na­le Mi­gr­at­ion und Sy­nap­to­ge­ne­se. Ob glu­ta­mat­er­ge Sti­mu­la­tion für das Über­le­ben ent­wic­keln­der Neu­ro­nen not­wen­dig ist, war bis­lang je­doch un­be­kannt. Um zu unter­suchen, ob eine Hem­mung von Glu­ta­mat­rez­ep­toren im un­rei­fen Ge­hirn zu Neu­ro­de­ge­ne­ra­tion führt, wur­den Rat­ten im Al­ter von 0 bis 30 Ta­gen für 24 Stun­den mit dem N-Methyl-D-Aspartat-(NMDA) Glu­ta­mat­rezep­tor­an­tagon­ist­en Dizocilpin (MK801) be­hand­elt. Die Dich­te neu­ro­naler De­gene­ra­tion wur­de mi­kro­sko­pisch in Kupfer-Silber- und TUNEL- ge­färb­ten Hirn­schnitt­präpa­raten ermit­telt und Un­ter­schiede mit­tels ANOVA analysiert (Signifikanzniveau p<0.05). Die phar­ma­ko­lo­gi­sche Hem­mung von NMDA-Re­zep­toren im un­reifen Rat­ten­ge­hirn führ­te zu einer aus­ge­dehn­ten Neuro­de­ge­ne­ra­tion, die in der fühen Neu­ge­boren­en­peri­ode (1. bis 8. Le­bens­tag) am stärk­sten aus­ge­prägt war. Eine elek­tro­nen­mi­kro­sko­pi­sche Unter­su­chung ve­ri­fi­zier­te die apop­to­tische Ge­ne­se des Zell­to­des. Während der physiologische Zelltod von Ge­burt an ab­nahm (von 0,67 auf 0,16 x 105/mm3 am 1. und 8. Le­bens­tag) stieg die Apop­to­se­rate bei MK801-be­han­del­ten Tieren der glei­chen Al­ters­grup­pe von 1,95 auf 2,83 x 105/mm3 an. Bis zum 22. Le­bens­tag fiel die MK801-in­du­zier­te Apop­tose auf das Ni­veau der un­be­han­del­ten Rat­ten ab (0,09 vs. 0,05 x 105/mm3). Be­trof­fen waren haupt­säch­lich Zell­po­pu­la­tio­nen, die hohe NMDA-Re­zep­tor­dich­ten auf­wei­sen und die höchs­te Apop­to­se­rate wur­de bei 8 Ta­ge al­ten Rat­ten im Neo­kor­tex ge­fun­den, wo sie bis auf das 39-fache der phy­sio­lo­gi­schen Apop­to­se an­stieg (von 1,55% auf 26% der Ge­samt­neu­ro­nen­dich­te im parie­ta­len Kor­tex). Während der On­to­ge­ne­se scheint es somit eine vul­ne­rable Pha­se zu ge­ben, in der die NMDA-re­zep­tor­ver­mit­tel­te glu­ta­ma­terge Sti­mu­la­tion zum Über­le­ben un­rei­fer Ner­ven­zel­len un­ab­ding­bar ist und selbst eine vor­über­gehen­de Blocka­de dieser Re­zep­to­ren führt zu neu­ro­na­ler Apop­tose.

Eigene Schlagworte: Tier, Ratten, Apoptose, Gehirn, Zytologie, pharmakologische Wirkung, Wachstum & Entwicklung, Dizocilpin-maleat (MK801), pharmakologische Wirkung, Exzitatorische Neurotransmitter Antagonisten/pharmakologische Wirkung, Immunohistochemie, In-Situ-Nick-End Labeling (TUNEL), Neuronalale Degeneration, Neuronen, pharmakologische Wirkung, Metabolismus, Rezeptoren, N-methyl-D-aspartat, Antagonisten & Inhibitoren , Metabolismus

Abstract (English)

The predominant excitatory neurotransmitter glutamate plays a major role in certain aspects of neural development such as migration and synaptogenesis. However, whether developing neurons depend on glutamate for survival remains unknown. To investigate if deprivation of glutamate stimulation in the immature mammalian brain causes neuronal cell death (apoptosis), rat pups aged 0 to 30 days were treated for 24 hours with dizocilpine maleate (MK801), an N-methyl-D-aspartate-(NMDA) glutamate receptor antagonist. Density of neural degeneration was evaluated by a stereological dissector method in cupric–silver and TUNEL-stained brain slices. Groups were compared by ANOVA and significance considered at p<0.05. Pharmacological blockade of NMDA receptors triggered widespread neurodegenera­tion, with the highest occurrence in the early neonatal period (1-8 postnatal days). Ultra­struc­tural analysis revealed the apoptotic nature of neural degeneration. Although spontaneous cell deaths decreased with age from 0.67 to 0.16 x 105/mm3 (p<0.05) they increased from 1.95 to 2.83 x 105/mm3 (p<0.05) in MK801 treated animals (0 and 7 day-old-rats respectively). At day 22, MK801-induced apoptosis reached almost normal values (0.09 vs. 0.05 x 105/mm3). Neuronal populations most severely affected included those that have high amounts of NMDA-specific receptors and was most pronounced in the cortex of 8-day-old rats where induced apoptosis increased by up to 39-fold (1.55 to 26% of total neural population in lamina II of the parietal cortex, p<0.05). It appears that during a certain stage of ontogenesis glutamatergic innervation mediated by NMDA receptors is vitally important for developing neurons and even a transient interruption triggers neuronal death.

Keywords: Animal/Rats Apoptosis Brain cytology drug effects growth & development Dizocilpine Maleate (MK801) pharmacology Excitatory Amino Acid Antagonists pharmacology Immunohisochemistry In Situ Nick-End Labeling (TUNEL) Nerve Degeneration Neurons drug effects metabolism Receptors, N-Methyl-D-Aspartate (NMDA) antagonists & inhibitors metabolism

Inhaltsverzeichnis

Tabellen

Abbildungen



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08.06.2004