Untersuchungen zur differenziellen Genexpression im ZNS von Noradrenalintransporter-Knockout- und Wildtyp-Mäusen

Abstract

Die Wirkung aller klinisch relevanten Antidepressiva tritt erst nach mehreren Wochen auf. Diese Latenzzeit legt nahe, dass weniger die akuten pharmakologischen Effekte als vielmehr adaptive Veränderungen auf Rezeptorebene und anderen Ebenen den antidepressiven Effekt auslösen. <br /> Der Wirkmechanismus einer Vielzahl von antidepressiv wirksamen Verbindungen ist die Hemmung des Noradrenalintransporters, der physiologisch für die schnelle Rückaufnahme von Noradrenalin aus dem synaptischen Spalt noradrenerger Neurone verantwortlich ist. Diese Antidepressiva erhöhen die Noradrenalin-Konzentration im synaptischen Spalt. <br /> Mäuse, bei denen der Noradrenalintransporter durch homologe Rekombination inaktiviert (Knockout) wurde (NAT^-/--Mäuse), können als Modell für mit Antidepressiva behandelte Tiere angesehen werden. Diese NAT^-/--Mäuse verhalten sich in relevanten Verhaltenstests wie mit Antidepressiva behandelte Wildtyp-Tiere (NAT^+/+). Die Untersuchung der durch die Inaktivierung des Noradrenalintransporters induzierten adaptiven Veränderung der Genexpression im ZNS der Tiere kann zum Verständnis des antidepressiven Wirkmechanismus beitragen.<br /> Der Einfluss des Knockouts des Noradrenalintransporters auf die Gewebekonzentrationen von Noradrenalin und Dopamin sowie ihrer Metaboliten MHPG und DOPAC wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit mittels HPLC in den Hirnregionen Bulbus olfactorius, Cerebellum, Cortex, Hirnstamm, Hippocampus, Hypothalamus und Striatum bestimmt. Die so ermittelten Noradrenalin-Gewebespiegel zeigten, außer im Striatum, einen Verlust der intraneuronalen Noradrenalin-Speicherung von 30-85 % in den NAT^-/--Tieren. Die Gewebespiegel des Noradrenalinmetaboliten MHPG wiesen nur im Cerebellum der NAT^-/--Tiere einen im Vergleich zu NAT^+/+-Tieren um 20 % erniedrigten Wert auf.<br /> Ferner war die Konzentration an Dopamin ausschließlich im Bulbus olfactorius der NAT^-/--Tiere signifikant erniedrigt. Keinen Einfluss hatte die Inaktivierung des Noradrenalintransporters auf die Konzentration des Dopaminmetaboliten DOPAC in den betrachteten Hirnregionen.<br /> Das Hauptziel dieser Arbeit war die Untersuchung der differenziellen Genexpression im ZNS von NAT^-/-- und NAT^+/+-Mäusen.<br /> Hierzu wurde eine umfassende Genexpressionsanalyse mit der Microarray-Technologie an Gesamthirnen von NAT^-/-- und NAT^+/+-Tieren vorgenommen. Von den mehr als 8000 quantifizierten Genen wurden 90 Gene maßgeblich in ihrer mRNA-Expression durch den Knockout des Noradrenalintransporters induziert und lediglich 4 supprimiert. Unter den Genen mit erhöhter Expression befinden sich vornehmlich solche, die den ribosomalen Proteinen (30 %) oder den Proteinen der Atmungskette (27 %) zuzuordnen sind. Die erhöhte Expression der ribosomalen Proteine korreliert gut mit den aus der qPCR erhaltenen Ergebnissen für die ribosomale 18s-rRNA, welche im Bulbus olfactorius, Hippocampus und Striatum durch den Knockout induziert wurde. Die erhöhte Expression der für Enzyme der Atmungskette kodierenden mRNAs ist ein Hinweis auf einen erhöhten allgemeinen Grundumsatz in diesen Tieren, der ursächlich an dem im Vergleich zu NAT^+/+-Tieren erniedrigten Körpergewichten beteiligt sein könnte.<br /> Zusätzlich zu der umfassenden Analyse der Genexpression auf Gesamthirnebene wurde die Genexpression von fünfzehn selektierten Zielgenen der definierten Hirnregionen Bulbus olfactorius, Cerebellum, Cortex, Hirnstamm, Hippocampus, Hypothalamus und Striatum sowie im Gesamthirn von NAT^-/-- und NAT^+/+-Tieren mit quantitativer real-time PCR (qPCR) untersucht. Auf Gesamthirnebene wurde weder die mRNA-Expression der Noradrenalin-Syntheseenzyme (Dopamin-ß-Hydroxylase und Tyrosinhydroxylase), der Neurotransmittertransporter (Dopamintransporter und vesikulärer Monoamintransporter 2), der adrenergen Rezeptoren (α_1A, α_1B, α_1D, α_2A, α_2B, α_2C, ß₁ und ß₂), noch der Dopaminrezeptoren (D₁, D₂ und D₃) durch die Inaktivierung des Noradrenalintransporters signifikant beeinflusst. Die Untersuchungen an den genannten Hirnregionen zeigten nur für die mRNA-Expression des α_1B-, α_2A und α_2C-Adrenozeptors einen regional begrenzten Einfluss an. So war die mRNA-Expression dieser drei Rezeptoren im Hirnstamm der NAT^-/--Tiere um den Faktor 4 höher als in den NAT^+/+-Tieren. Außerdem war die Expression des α_2C-Adrenozeptors im Striatum und Cerebellum der NAT^-/--Tiere 2-fach erhöht.<br /> In quantitativen Autoradiografien mit dem tritiierten Radioliganden [³H]RX821002 wurde nachgewiesen, dass die erhöhte mRNA-Expression der α_2A- und α_2C-Adrenozeptoren auch zu einer erhöhten Expression der Rezeptorproteine in allen untersuchten Hirnregionen der NAT^-/--Tiere führte. Die ausgeprägteste Expressionserhöhung (+15-26 %) wurde in den Regionen Cortex, Striatum, Hippocampus, erweiterte Amygdala, Locus coeruleus und lateraler parabrachialer Nukleus bestimmt.<br /> Die funktionelle Konsequenz der erhöhten Expression der α₂-Adrenozeptoren im ZNS der NAT^-/--Tiere zeigte sich auch in einem Verhaltenstest. In diesem Test war die vom α₂-Agonisten Clonidin vermittelte Hypoaktivität in den NAT^-/--Tieren signifikant ausgeprägter als in den NAT^+/+-Tieren.<br /> Somit weisen die NAT^-/--Tiere im Vergleich zu den NAT^+/+-Tieren eine erhöhte mRNA- und Proteinexpression, sowie eine erhöhte Funktion der zentralen α₂-Rezeptoren auf.