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Forschungsbericht 2006


Abteilung Neuroanatomie
Direktorin: Prof. Dr. rer. nat. Claudia Grothe


I. Forschungsprofil

Forschungsschwerpunkte in der Abteilung Neuroanatomie fokussieren auf die Analyse der zellulären und molekularen Zusammenhänge neurodegenerativer Erkrankungen wie Morbus Parkinson und der Spinalen Muskelatrophie. Weiterhin steht die Entwicklung zellbasierter therapeutischer Strategien beim Morbus Parkinson und nach peripherer Nervenläsion im Mittelpunkt des Interesses. Schließlich werden die mögliche Nutzung alternativer Zellquellen wie neuronale Progenitorzellen sowie der Einsatz biotechnologischer Methoden bei regenerativen Therapien im Nervensystem evaluiert.

II. Forschungsprojekte


Die physiologische und pharmakologische Bedeutung des FGF-2 Systems im nigrostriatalen dopaminergen System und beim Morbus Parkinson

Der basische Fibroblastenwachstumsfaktor (FGF-2) ist als physiologisch relevanter neurotropher Faktor im nigrostriatalen System ein aussichtsreicher Kandidat für die Etablierung alternativer therapeutischer Strategien beim Morbus Parkinson. FGF-2 und seine hoch-affinen Rezeptoren sind in Morbus Parkinson-relevanten Hirnarealen, der Substantia nigra und dem Striatum, exprimiert und zwar während der Entwicklung und im adulten Organismus. Die exogene Applikation des FGF-2 führt zu einer Verbesserung des Überlebens und der Fortsatzbildung kultivierter dopaminerger Neurone, der Neuronpopulation, die beim M. Parkinson degeneriert. Nach Neurotoxin-Behandlung mediiert FGF-2 protektive Effekte an den Nervenzellen. Auch in vivo, wie Studien am Rattenmodell des Morbus Parkinson zeigten, findet sich nach Ko-Transplantation fetaler dopaminerger Zellen mit FGF-2 exprimierenden Zellen ein gesteigertes Überleben bei den dopaminergen Implantaten, was auch zur signifikanten funktionellen Verbesserung führt. Die Analyse der physiologischen Relevanz des endogenen FGF-2 Systems wurde an Mausmutanten während der Entwicklung und nach Neurotoxin-induzierter Läsion studiert. Während der Entwicklung erweist sich der FGFR3 Signalweg als essentiell in der Substantia nigra; außerdem ist die Dichte der dopaminergen Neurone von der vorhandenen FGF-2 Menge abhängig. Die Analyse der dopaminergen Neurone in der Substantia nigra nach partieller Neurotoxin-induzierter Läsion in verschiedenen Mausmutanten und den entsprechenden Wildtypen zeigt folgendes Bild (Abb. 1). In FGF-2 überexprimierenden Mäusen sterben weniger dopaminerge Neurone in der Substantia nigra im Vergleich zu den entsprechenden Wildtyptieren ab. Dagegen ist das Ausmaß des Neurontods in FGF-2 deletierten Tieren signifikant größer als bei den entsprechenden Wildtyp-Geschwistertieren. Zusammengefasst zeigen diese Befunde, dass FGF-2 das Überleben dopaminerger Neurone während der Entwicklung über den FGFR3 vermittelt. Im adulten Organismus erfüllt FGF-2 unter Läsionsbedingungen eine wesentliche Rolle, die nicht von anderen Faktoren kompensiert werden kann. Die zentrale physiologische Rolle des FGF-2 Systems im nigrostriatalen System kann bei der Entwicklung alternativer therapeutischer Strategien beim Morbus Parkinson von Nutzem sein. Die augenblicklich praktizierten Therapien beim Morbus Parkinson sind pharmakologisch durch die Gabe von L-Dopa, einer Vorstufe des Dopamins, das die Blut-Hirn-Schranke passieren kann, und neurochirurgisch durch die Tiefenhirnstimulation. Die Substitution der degenerierten dopaminergen Neurone mittels

 

Abb. 1 Überlebensfördernde Wirkung des FGF-2 im Morbus Parkinson Modell der adulten Maus; in Wildtyptieren (WT) sowie in FGF-2 überexprimierenden (TgFGF-2) und deletierten (FGF-2 (-/-) Mäusen. In Abwesenheit des FGF-2 ist das Ausmaß des Toxin-induzierten Neuronenverlustes in der Substantia nigra größer; in Gegenwart erhöhter Mengen FGF-2 sterben nach Toxinbehandlung weniger Neurone ab (Grothe and Timmer, Brain Res. Rev., 2007, in press).

 

Transplantation geeigneter Zellen wäre eine attraktive weitere Behandlungsoption und hat sowohl im Tierversuch als auch bei der klinischen Applikation zu funktionellen Verbesserungen geführt. Allerdings wird diese Methode vor allem durch zwei Unzulänglichkeiten limitiert. Zum einen Überleben nur ca. 5% der transplantierten Zellen und zum anderen ist die Menge der zur Verfügung stehenden fetalen Zellen nicht ausreichend. Mit unserem zellulären und molekularbiologischen Ansatz wollen wir zu einer Verbesserung der Effizienz der Methode beitragen. Die Ausbeute dopaminerger Neurone konnten wir durch die Nutzung neuronaler Progenitorzellen unter Einsatz bestimmter Kulturbedingungen erhöhen. Die genetische Modifikation der Zellen soll zu einer verbesserten Überlebensrate nach Transplantation führen. Es ist uns gelungen, mittels der Nucleofektion eine hohe Transfektionsrate bei neuronalen Progenitorzellen zu erreichen (Abb. 2). Damit sollen die Zellen derart modifiziert werden, dass sie geeignete neurotrophe Faktoren überexprimieren, was letztlich zu einer gesteigerten Protektion der Zellen führt.

 

Abb. 2 Genetisch modifizierte Progenitorzellen nach intrastriataler Transplantation. In den Transplantaten ist zu erkennen, dass die Zellen überleben, den dopaminergen Marker Tyrosinhydroxylase exprimieren und das Konstrukt, hier GFP (im Insert zu erkennen) exprimieren (Cesnulevicius et al. Stem Cells 2006).

 

In weiterführenden Studien werden nun neuronale Progenitorzellen mit geeigenten neuronalen Wachstumsfaktoren transfiziert, ausführlichen in vitro-Charakterisierungen unterzogen und nach Transplantation in das Rattenmodell des Morbus Parkinson umfangreich hinsichtlich verschiedener Parameter (morphologisch, morphometrisch, ultrastrukturell, verhaltensbiologisch, elektrophysiologisch) evaluiert.
Projektleiter: Prof. Dr. Claudia Grothe; Förderung: MWK-Graduiertenförderung durch das ZSN Hannover; EU-Graduiertenförderung durch das Marie-Curie-Programm

 

Interaktives Testen und Optimierung von Polysialinsäure-Matrizes und –Gerüsten für das Überleben peripherer und zentraler Neurone und die Proliferation von Gliazellen
Projektleiter: Prof. Dr. Claudia Grothe; Förderung: DFG-Forschergruppe

 

Die Rolle der Polysialinsäure bei der peripheren Nervenregeneration – Hinweise von transgenen und defizienten Mausmutanten
Projektleiter: Prof. Dr. Claudia Grothe, Dr. Julia Jungnickel gemeinsam mit Prof. Dr. R. Gerardy-Schahn, Dr. Birgit Weinhold, Abteilung Zelluläre Chemie, MHH und PD Dr. Matthias Eckhardt, Institut für Physiologische Chemie Universität Bonn; Förderung: DFG

 

Funktionelle in vivo-Untersuchungen zur Rolle des FGF-2 Systems bei der Regeneration peripherer Nerven - Einsatz genetisch veränderter neonataler Schwann-Zellen im in vivo-Regenerationsmodell des Nervus ischiadicus der adulten Ratte
Projektleiter: Prof. Dr. Claudia Grothe, Dr. Kirsten Haastert; Förderung: Internationale Stiftung Neurobionik

 

Funktionelle und morphometrische Untersuchungen zur Rolle von FGF-2 bei der späten peripheren Nervenregeneration in transgenen und defizienten Mausmutanten
Projektleiter: Dr. Julia Jungnickel, Prof. Dr. Claudia Grothe; Förderung: Internationale Stiftung Neurobionik

 

Die biotechnologische Leitschiene zur peripheren Nervenregeneration. – Zelluläre Integration und Wachstumsfaktorproduktion der transplantierten genetisch modifizierten Schwann-Zellen
Projektleiter: Prof. Dr. Claudia Grothe; Förderung: MWK-Graduiertenförderung durch das ZSN Hannover


Interaktion des survival of motoneuron Proteins SMN mit dem neurotrophen Fibroblastenwachstumsfaktor – 2 (FGF-2): Bedeutung für die molekulare Pathologie der Spinalen Muskelatrophie
Projektleiter: PD Dr. P. Claus; Förderung: Fritz Thyssen Stiftung

 

Das survival of motoneuron (SMN) Protein und axonales Wachstum: Bedeutung für die molekulare Pathologie der Spinalen Muskelatrophie
Projektleiter: PD Dr. P. Claus; Förderung: Röchling Stiftung

 

Transplantation physiologischer und genetisch veränderter adulter Schwann-Zellen in rekonstruierte periphere Nerven zur Steigerung der funktionellen Wiederherstellung nach Durchtrennung
Projektleiter: Dr. Kirsten Haastert; Förderung: Kogge-Stiftung für veterinär-medizinische Forschung Gießen


Zellkulturmodelle zur Untersuchung der zellulären Pathomechanismen der Spinalen Muskelatrophie und der Amyotrophen Lateralsklerose und zur Entwicklung neuer therapeutischer Strategien zur Behandlung dieser Motoneuronerkrankungen
Projektleiter: Dr. Kirsten Haastert; Förderung: Deutsche Gesellschaft für Muskelkranke e.V. (DGM)

 

Charakterisierung der “Pregnancy-associated glycoproteins“ des Rindes.
Projektleiter: Dr. Karl Klisch; Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

 

Studie zur Regeneration peripherer Nerven nach Durchtrennung und anschließender chirurgischer End-zu-Seit-Anastomose im Modell der adulten Ratte
Projektleiter: Dr. Kirsten Haastert, Prof. Dr. Claudia Grothe, Prof. Dr. Dr. hc mult. Madjid Samii; Förderung: Unterstützung einer wissenschaftlichen Hilfskraft durch den Förderverein des INI Hannover


III.Publikationen

 

Originalpublikationen

 

Carvalho AF, Klisch K, Miglino MA, Pereira FTV, Bevilacqua E.
Binucleate trophoblast giant cells in the water buffalo (Bubalus bubalis) placenta.
Jl of Morphol 2006 Jan;  267(1):50-6.

 

Cesnulevicius K, Timmer M, Wesemann M, Thomas T,  Barkhausen T, Grothe C.
Nucleofection is the most efficient nonviral transfection method for neuronal Stem Cells derived from vetral mesencephali with no changes in cell composition or dopaminergic fate.
Stem Cells. 2006 Dec;24(12):2776-91. Epub 2006 Aug 10.

 

Fink C, Tatar M, Failing K, Hospes R, Kressin M, Klisch K.
Serotonin-containing cells in the gastrointestinal tract of newborn foals and adult horses.
Anat Histol Embryol 2006 Feb; 35(1):23-7.

 

Grothe C.
Grundlagen der Regeneration der peripheren Nerven.
Neuro aktuell 9.2006, Jahrg. 20, Nr. 159, 15-16

 

Haastert K, Lipokatic E, Fischer M, Timmer M, Grothe C.
Differentially promoted peripheral nerve regeneration by grafted Schwann cells over-expressing different FGF-2 isoforms.
Neurobiol Dis. 2006 Jan;21(1):138-53. Epub 2005 Aug 24.

 

Haastert K, Mauritz C, Matthies C, Grothe C.
Autologous adult human Schwann cells genetically modified to provide alternative cellular transplants in peripheral nerve regeneration.
J Neurosurg. 2006 May;104(5):778-86.

 

Haastert K, Semmler N, Wesemann M, Rucker M, Gellrich NC, Grothe C.
Establishment of cocultures of osteoblasts, Schwann cells, and neurons towards a tissue-engineered approach for orofacial reconstruction.
Cell Transplant. 2006;15(8-9):733-44.

 

Hahnen E, Eyüpoglu IY, Brichta L, Haastert K, Tränkle C, Siebzehnrübl FA, Riessland M., Hölker I, Claus P, Romstöck J, Buslei R, Wirth B, Blümcke I.
In vitro and ex vivo evaluation of second-generation histone deacetylase inhibitors for the treatment of spinal muscular atrophy.
J Neurochem. 2006 Jul;98(1):193-202.

 

Haile Y, Haastert K, Cesnulevicius K, Stummeyer K, Timmer M, Berski S, Dräger G, Gerardy-Schahn R., Grothe C.
Culturing of glial and neuronal cells on polysialic acid.
Biomaterials. 2007 Feb;28(6):1163-73. Epub 2006 Nov 21.

 

Jahn K, Grosskreutz J, Haastert K, Ziegler E, Schlesinger F, Grothe C, Dengler R, Bufler J.
Temporospatial coupling of networked synaptic activation of AMPA-type glutamate receptor channels transients in cultured motoneurons.
Neuroscience. 2006 Nov 3;142(4):1019-29. Epub 2006 Sep 1.

 

Jungnickel J, Haase K, Konitzer J, Timmer M, Grothe C.
Faster nerve regeneration after sciatic nerve injury in mice overexpressing basic fibroblast growth factor.
J Neurobiol. 2006 Aug;66(9):940-8.

 

Klisch K, Mess A.
Evolutionary differentiation of cetartiodactyl placentae in the light of the viviparity-driven conflict hypothesis.
Placenta 2006 May 17; Epub ahead of print.

 

Klisch K, Boos A, Friedrich M, Herzog K, Feldmann M, Sousa N, Beckers J, Leiser R, Schuler G.
The glycosylation of pregnancy-associated glycoproteins and prolactin-related protein-I in bovine binucleate trophoblast giant cells changes before parturition.
Reproduction 2006 Nov ; 132: 791-798.

 

Petri S, Kollewe K, Grothe C, Hori A, Dengler R, Bufler J, Krampfl K.
GABA(A)-receptor mRNA expression in the prefrontal and temporal cortex of ALS patients.
J Neurol Sci. 2006 Dec 1;250(1-2):124-32. Epub 2006 Oct 2.

 

Schuler G, Teichmann U, Kowalewski MP, Hoffmann B, Fortier MA, Madore E, Klisch K.  
Expression of cyclooxygenase II (COX-II) and 20alpha-hydroxysteroid dehydrogenase (20alpha-HSD)/prostaglandin F-synthase (PGFS) in bovine placentomes: implications for the initiation of parturition in cattle.
Placenta 2006 Sept-Oct; 27(9-10):1022-9. Epub 2006 Jan 10.

 

van Bergeijk J, Haastert K, Grothe C, Claus, P.
Valproic acid promotes neurite outgrowth in PC12 cells independent from regulation of the survival of motoneuron protein.
Chem Biol Drug Des. 2006 Mar;67(3):244-7.

 

Timmer M, Großkreutz J, Wesemann M, Just L, Cesnulevivius K, Bufler J, Grothe C. 
Dopaminergic properties and function after grafting of attached neural precursor cultures.
Neurobiol Dis. 2006 Mar;21(3):587-606. Epub 2005 Oct 26.

 

Wesche J, Malecki J, Wiedlocha A, Skiple Skjerpen C, Claus P, Olsnes S.
FGF-1 and FGF-2 Require the Cystosolic Chaperone Hsp90 for Translocation into the Cytosol and Cell Nucleus.
J Biol Chem. 2006 Apr 21;281(16):11405-12. Epub 2006 Feb 22.

 

 

Wooding FB, Dantzer VB, Klisch K, Jones CJ, Forhead AJ.
Glucose transporter 1 localisation throughout pregnancy in the carnivore placenta: Light and electron microscope studies.
Placenta 2006 Oct 4; Epub ahead of print

 

Übersichtsarbeiten

 

Grothe C, Haastert K, Jungnickel J.
Physiological function and putative therapeutic impact of the FGF-2 system in peripheral nerve regeneration – lessons from in vivo studies in mice and rats.

Brain Res Rev. 2006 Aug; 51(2):293-9. Epub 2006 Jan 23.

 

Abstracts

 

2006 wurden 24 Abstracts publiziert.

 

 

IV.  Habilitationen und Promotionen

 

Promotionen

 

Cesnulevicius, Konstantin (Ph.D.): Genetic modification of primary ventral mesencephalic progenitors and characterisation of them in vitro and in vivo in the rat model of Parkinson’s disease.

 

Döring, Friederike (Dr. med.): Die intranukleäre Verteilung der Isoformen des Fibroblastenwachstumsfaktor-2 (FGF-2) in immortalisierten Schwann-Zellen.

 

Klutzny, Annett (Dr. med. dent.): Regulation der CGRP-Expression und Vermittlung des neuronalen Todes sensorischer Neurone im Spinalganglion L5 durch FGFR3 am Läsionsmodell der Maus.

 

Schlarmann, Katrin (Dr. med. vet.): Differentielle Genexpression im Rückenmark von Fibroblastenwachstumsfaktor-2 (FGF-2) knock out Mäusen.

 

 

 

 

 

Wissenschaftspreise

 

Timmer, Marco: PTEI Travel Award for the 2006 Regenerate World Congress, Pittsburgh, USA, April 2006 ($ 1.000 USD).

 

Timmer, Marco: NRW Undergraduate Science Award, Düsseldorf, 03. Mai 2006 (1.500 €).

 

Timmer, Marco: Best Poster Award  Brainstorming II Congress of the Center for Sytems Neuroscience, ZSN Hannover, 20. Mai 2006 (100 €).

 

Timmer, Marco: 1st prize Award for best talk at the 1st Congress of the German Society for Stem Cells Research, Köln, 04. November 2006 (500 €).