Die neurotoxische Wirkung von Sphingosin-1-phosphat

Abstract

Kleinhirnneuronen von S1P-Lyase-defizienten Mäusen und ein synthetischen Sphingosin Analogon wurden in dieser Arbeit verwendet, um die Toxizität von S1P, einem bioaktiven Sphingolipid, in terminal differenzierten Nervenzellen zu untersuchen. Beruhend auf vorherigen Arbeiten unserer AG, welche die apoptotische Wirkung des semi-synthetischen S1P Analogons CimesP (cis-4-Methylsphingosin-Phosphat) in Neuronen demonstrierten, wurde untersucht, ob S1P in S1P-Lyase-defizienten Zellen ebenfalls neurotoxisch wirkt, was im Rahmen der vorliegenden Arbeit erstmalig belegt werden konnte. Dabei wurde festgestellt, dass nicht nur die Menge an Sphingoidphosphaten für den neurotoxischen Effekt verantwortlich ist, sondern auch die Kinase, welche die Phosphorylierung katalysiert. Untersuchungen mit Sphingosin-Kinase1 (SK1) und Sphingosin-Kinase2 (SK2) defizienten Mäusen ergaben, dass Cimes nur in SK1-defizienten Neuronen toxisch wirkte, nicht aber in SK2-defizienten. Demnach ist die am ER lokalisierte SK2 sowohl für die Cimes induzierte Apoptose in Wildtyp Neuronen wie auch für die S1P induzierte Apoptose in S1P-Lyase-defizienten Neuronen essentiell. Tatsächlich entsprachen die Effekte von Cimes in Wildtyp Neuronen denen von S1P in S1P-Lyase-defizienten Nervenzellen.<br /> Überdies wurde in der vorliegenden Arbeit der molekulare Mechanismus der Sphingoidphosphat induzierten Apoptose entschlüsselt. Es konnte gezeigt werden, dass die calciumgesteuerte Protease Calpain den Mediator der Sphingoidphosphat-induzierten Neurotoxizität darstellt. Calpain aktiviert, in Übereinstimmung mit der S1P-gesteuerten Regulation der Calcium Homeostase, einerseits die ER-Stress spezifische Caspasen-Kaskade und führt andererseits zu einer CDK5 vermittelten Reaktivierung des Zellzyklus in den postmitotischen Neuronen. Schließlich konnte eine funktionelle Verbindung zwischen den Sphingoidphosphaten und der Hyperphosphorylierung des Mikrotubuli-assoziierten Proteins Tau, dessen neurofibrilläre Bündel ein Charakteristikum von Morbus Alzheimer sowie zahlreichen weiteren neurodegenerativen Erkrankungen bilden, nachgewiesen werden.<br /> Interessanterweise lässt die S1P vermittelte Neurotoxizität eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit jener des Amyloid-b Peptids (Ab), dem Hauptbestandteil der für Morbus Alzheimer (AD) charakteristischen Amyloid-Plaques erkennen. Möglicherweise stellt S1P somit die Schnittstelle zwischen dem Sphingolipid-Metabolismus und der Neurodegeneration dar.