2. FRAGESTELLUNGEN IN DEN VORGESTELLTEN ARBEITEN

Es existieren umfassende Forschungen zur Schädigung des reifen Gehirns von einer Vielzahl von Arbeitsgruppen. Das Wissen um die Schädigungsmechanismen im unreifen Gehirn ist jedoch zum jetzigen Zeitpunkt sehr limitiert und gängige Modelle zur Untersuchung von neuronalen Verletzungen im reifen lassen sich nicht einfach auf das unreife Nervensystem übertragen. Dieser Forschungsbedarf führte zu den im Folgenden geschilderten Projekten: Zum einen sollten relevante Fragestellungen in einem klinischen Umfeld mit begrenzten Mitteln (limitierte Materialgewinnung) beantwortet werden. Zum anderen sollten molekulare Mechanismen an unterschiedlichen Tiermodellen der Schädigung des unreifen Gehirns untersucht werden mit dem Ziel, mögliche neuroprotektive Ansätze zu identifizieren.

2.1. Histologische Untersuchungen der zerebralen Schädigung von Frühgeborenen
im Vergleich mit der Magnetresonanztomographie

Fortschritte im Verständnis der fetalen Physiologie haben die Überlebensraten sehr kleiner Frühgeborener (< 1500 g) deutlich gesteigert [Tin 1997]. Jedoch ist das Risiko, eine zerebrale Schädigung zu entwickeln, hoch [Horwood 1998, Emslie 1998]. Der Ultraschall ist derzeit die Methode der Wahl um in der Routine Schädigungen des Gehirns dieser Kinder zu erfassen. Die Magnetresonanztomographie (MRT) bietet jedoch eine deutlich bessere anatomische Auflösung. Insbesondere neuere Techniken mit diffusionsgewichteten Aufnahmen verbessern die Darstellung von kleineren Hirnläsionen und Myelinisierungsstörungen [Hüppi 2002, Miller 2002]. Im Hammersmith Hospital in London wurde ein speziell für Frühgeborene entwickeltes MRT System installiert, welches die Darstellung des Gehirns sehr kleiner, intensivmedizinisch pflegebedürftiger Frühgeborener erlaubt [Hall 1997, Battin 1997, Maalouf 1998].


[Seite 29↓]

MRT-Bilder des Gehirns von schwer kranken Frühgeborenen wurden kurz vor oder direkt nach ihrem Tod angefertigt und mit histologischen Untersuchungen an Autopsiematerial verglichen. Ziel dieser Studie war es, die Darstellung von Hirnläsionen in der MRT mit histopathologischen Befunden von verstorbenen Kindern zu korrelieren.

2.2. Die Rolle des pro-apoptotischen Zelloberflächenrezeptors Fas nach hypoxisch-ischämischer Enzephalopathie (HIE)

2.2.1.  Fas Expression im Tiermodell der HIE

Fas ist ein Zelloberflächenrezeptor, der nach Bindung an seinen Liganden apoptotische Todessignale bei einer Vielzahl von Erkrankungen aussendet. Apoptose ist die vorwiegende Form des Zelltodes im sich entwickelnden Gehirn. Bei der hypoxisch-ischämischen Hirnschädigung kann Apoptose durch verschiedene Signale wie beispielsweise DNA Schädigung durch freie Radikale, das Wegfallen von Überlebenssignalen, Mangel an ATP oder auch die Aktivierung von pro-apoptotischen Faktoren, getriggert werden. Zu diesen zählen vor allem inflammatorische Zytokine wie Tumor-Nekrosefaktor (TNF) und Interleukin-1ß (IL-1ß), die bei akuten Hirnverletzungen exprimiert werden und zur Ausbreitung der neuronalen Schädigung nach einem hypoxischen Insult beitragen könnten [Szaflarski 1995, Kato 1996, Silverstein 1997]. Über ihre Funktion im Rahmen der perinatalen Hirnschädigung und ihre Rolle als mögliche Ziele für neuroprotektive Interventionen im Zeitfenster nach dem hypoxischen Insult ist wenig bekannt.

Aus Voruntersuchungen war klar, dass Fas eine wichtige Rolle bei neurodegenerativen Erkrankungen des adulten Gehirns einnimmt [Nishimura 1995, Dowling 1996]. Außerdem zeigte sich eine deutliche Induktion von Fas [Matsuyama 1995] und Fas L [Herdegen 1998] mRNA nach adulter hypoxisch-ischämischer Hirnschädigung. Diese Beobachtungen führten zur der Hypothese, dass Fas möglicherweise auch bei der [Seite 30↓] perinatalen Asphyxie eine wichtige Rolle zukommt. Ziel der vorliegenden Studie war es, zu testen, ob Fas in neuronalen Zellinien und unreifen, primären neuronalen Zellkulturen exprimiert wird, um dann die Funktion des Fas Systems in einem in vivo Modell der hypoxisch-ischämischen Hirnschädigung des infantilen Rattengehirns zu bestätigen.

2.2.2.  Fas Expression im humanen System nach HIE

Die PSN repräsentiert eine alterspezifische Antwort auf einen hypoxischen Insult und ist eine neuropathologische Diagnose nach Autopsie. Dieses Phänomen wird typischerweise zwischen 30 Schwangerschaftswochen und dem 2. Lebensmonat beobachtet und ist histologisch durch akuten neuronalen Zelltod in den pontinen Kerngebieten und dem Subiculum des Hippocampus gekennzeichnet [Friede 1972]. In diesen Hirnregionen fanden sich die morphologischen Kennzeichen des programmierten Zelltodes. Um den Prozeß der humanen neuronalen Apoptose bei HIE des sich entwickelnden Gehirns zu untersuchen, eignet sich die PSN als ein Modellsystem [Brück 1996].

In unserer tierexperimentellen Vorarbeit konnte gezeigt werden, dass der Zelloberflächenrezeptor Fas auf neuronalen Zellen exprimiert wird und die Aktivierung von Apoptose im unreifen Gehirn triggert. Zudem zeigte sich eine deutliche Hochregulation von Fas nach hypoxisch-ischämischer Hirnschädigung der unreifen Ratte [Felderhoff-Müser 2000]. Diese Beobachtungen führten dazu, die Expression von Fas und seinem Liganden an diesem Modellsystem der HIE zu untersuchen und damit möglicherweise seine Rolle auch bei der hypoxischen Hirnschädigung des menschlichen Neugeborenen zu bestätigen.


[Seite 31↓]

2.3.  Die Aktivierung und Regulation der apoptotischen Stoffwechselkaskade nach Trauma des unreifen Rattengehirns

Die traumatische Hirnschädigung ist ein wesentlicher Faktor für Morbidität im Kindesalter [Goldstein 1990]. Die Prävalenz ist bei Kindern unter 6 Jahren am höchsten, außerdem haben sie die schlechteste neurologische Entwicklung im Vergleich zu anderen Altersstufen [Koskiniemi 1995, Diamond 1996, Adelson 1998].

Um die genauen Mechanismen, die zu dieser Hirnschädigung beitragen, zu untersuchen, wurde ein infantiles Rattenmodell entwickelt. Es konnte gezeigt werden, dass auch eine traumatische Schädigung diffusen apoptotischen neuronalen Zelltod im unreifen Gehirn triggert. Das Ausmaß der Schädigung ist altersabhängig mit einer erhöhten Vulnerabilität in den sehr jungen Altersgruppen [Ikonomidou 1996, Bittigau 1999, Pohl 1999].

Um die Pathogenese dieser Schädigung genauer zu beschreiben und neuroprotektive Ansätze zu eruieren, wurden drei mögliche Mechanismen in diesem Modell untersucht: Die Aktivierung des extrinsischen und des intrinsischen apoptotischen Systems sowie die Modulation der Schädigung durch endogene Neurotrophine.

Um die Beteiligung des extrinsischen Systems an der Hirnschädigung zu beschreiben, wurde die Expression des pro-apoptotischen Zelloberflächenrezeptors Fas und die Aktivierung von Caspase 8 untersucht. Zur Charakterisierung des intrinsischen apoptotischen Systems wurde die Expression von anti-apoptotischen Proteinen der Bcl-2 Gruppe, die Aktivierung des intrinsischen apoptotischen Stoffwechselweges mit Ausschüttung von Cytochrom C in das Zytoplasma sowie die Aktivierung von Caspase 9 untersucht. Zur Identifikation Apoptose-regulierender Elemente wurde die Expression der endogenen, neuronalen Wachstumsfaktoren Neurotrophin-3 (NT-3) und Brain-Derived-Neutrophic Factor (BDNF) getested.

Ein Hauptziel dieser Arbeit war zudem die Untersuchung eines neuroprotektiven Ansatzes durch pharmakologische Inhibition von Caspasen.


[Seite 32↓]

2.4.  Lösliche apoptotische Faktoren im Liquor von Kindern mit Hydrozephalus

Je nach Intensität des erhöhten intrakraniellen Druckes kann es zu einem sekundären Verlust von Hirngewebe kommen. Eine Vielzahl von Faktoren wie chronische Gewebehypoxie, Ischämie, eine Kombination aus mechanischen und metabolischen Faktoren sowie der Verlust axonaler Kontakte wurde mit der Pathogenese in Verbindung gebracht [Del Bigio 1998, Braun 1998]. Die neuropathologischen Konsequenzen sind moderat im adulten, aber schwerwiegend im sich entwickelnden Gehirn, wie ultrastrukturelle Untersuchungen zeigen konnten. Insbesondere die weiße Substanz ist betroffen. Apoptotische Prozesse spielen auch beim Gewebeuntergang durch chronisch erhöhten Hirndruck eine Rolle, die molekularen Mechanismen sind jedoch weitgehend unbekannt [Del Bigio 1998, Del Bigio 2003].

Die Interaktion zwischen dem Zelloberflächenrezeptor Fas und seinem Liganden (FasL) ist wichtig zur Triggerung von Apoptose [Nagata 1995]. Beide, Fas und FasL, existieren als Membran-gebundene und lösliche Formen (sFas, sFasL). sFas blockiert Zelltod durch Inhibition der Interaktion zwischen Fas und Fas Ligand [Cheng 1994, Hughes 1995]. Im Gegensatz dazu hat sFasL eine pro-apoptotische Funktion [Tanaka 1995, 1998]. Innerhalb der apoptotischen Signaltransduktion zeigt das Vorhandensein der aktivierten Form von Caspase 3 die Exekution der Zelle an [Porter 1999]. Unter Apoptose-induzierenden Bedingungen, beispielsweise getriggert durch die Aktivierung von Fas Rezeptor, können verschiedene Zelltypen aktivierte Caspase 3 ins Zytoplasma ausschütten [Hentze 2001].

Beide Komponenten der apoptotischen Kaskade, das Fas/FasL System und Caspase 3 sind bisher weder experimentell noch klinisch beim Hydrozephalus untersucht worden. Das Ziel der vorliegenden Studien war es, bei unterschiedlichen Patientengruppen mit Hydrozephalus die intrathekale Ausschüttung von sFas, sFasL und Caspase 3 als potentielle Apoptose-regulierende Elemente zu untersuchen.


© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.
DiML DTD Version 3.0Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML-Version erstellt am:
22.04.2004