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Aus der<br />
Abteilung für Cytologie<br />
der Ruhr‐Universität Bochum<br />
Leitung: Prof. Dr. rer. nat. Carsten Theiß<br />
Hochauflösende Lebendzellbeobachtungen des Aktinzytoskelettes im<br />
neuronalen Wachstumskegel –<br />
der Einfluss von VEGF und Progesteron im peripheren Nervensystem<br />
Publikationsbasierte<br />
Inaugural – Dissertation<br />
zur<br />
Erlangung des Doktorgrades der Medizin<br />
einer<br />
Hohen Medizinischen Fakultät<br />
der Ruhr‐Universität Bochum<br />
vorgelegt von<br />
Laura Olbrich<br />
aus Duisburg<br />
2014
Dekan:<br />
Referent:<br />
Korreferent:<br />
Prof. Dr. med. Klaus Überla<br />
Prof Dr. rer. nat. Carsten Theiß<br />
Prof. Dr. med. Matthias Vorgerd<br />
Tag der Mündlichen Prüfung: 28.04.2015
Histochem Cell Biol. 2013 Mar; 139 (3):431–45.<br />
Fast rearrangement of the neuronal growth cone’s actin cytoskeleton<br />
following VEGF stimulation<br />
Laura Olbrich, Daniel Foehring, Patrick Happel, Beate Brand‐Saberi, Carsten Theiss<br />
Abstract The neuronal growth cone plays a crucial role in the development of the nervous<br />
system. This highly motile structure leads the axon to its final destination by translating<br />
guidance cues into cytoskeletal rearrangements. Recently, vascular endothelial growth factor<br />
(VEGF), which is essential for angiogenesis and vascular sprouting, has been found to<br />
exert a trophic activity also on neurons, leading to an increased axonal outgrowth, similar<br />
to the well‐known nerve growth factor (NGF). The neurotrophic properties of VEGF are<br />
likely to be promoted via the VEGF receptor 2 (VEGFR‐2) and neuropilin‐1 (NRP‐1). In the<br />
long term, VEGF attracts and influences the growth cone velocity and leads to growth cone<br />
enlargement. The present study focuses on immediate VEGF effects using RFP‐actin and<br />
GFP‐NF‐M microinjected chicken dorsal root ganglia for live cell imaging of the neuronal<br />
growth cone. We analyzed actin and neurofilament dynamics following VEGF and NGF<br />
treatment and compared the effects. Furthermore, key signaling pathways of VEGF were<br />
investigated by specific blocking of VEGFR‐2 or NRP‐1. With the aid of confocal laser scanning<br />
microscopy and stimulated emission depletion microscopy, we show for the first time<br />
that VEGF has a quick effect on the actincyto‐skeleton, since actin rearrangements were<br />
identifiable within a few minutes, leading to a dramatically increased motion. Moreover,<br />
these effects were strongly enhanced by adding both VEGF and NGF. Most notably, the<br />
effects were inhibited by blocking VEGFR‐2, therefore we propose that the immediate effects<br />
of VEGF on the actincytoskeleton are mediated through VEGFR‐2.
Endocrinology. 2013 Oct;154(10):3784‐95.<br />
Rapid impact of progesterone on the neuronal growth cone<br />
Olbrich L.*, Wessel L.*, Balakrishnan‐Renuka A., Böing M., Brand‐Saberi B., Theiss C.<br />
*contributed equally<br />
Abstract In the last two decades sensory neurons and Schwann cells in the dorsal root<br />
ganglia (DRG) were shown to express the rate‐limiting enzyme of the steroid synthesis, cytochrome<br />
P450 side‐chain cleavage enzyme (P450scc), as well as the key‐enzyme of the<br />
progesterone synthesis, 3ß‐hydroxysteroid dehydrogenase (3ß‐HSD). Thus, it was well justified<br />
to consider that DRG neurons similarly are able to synthesize progesterone de novo<br />
from cholesterol. As direct progesterone effects on axonal outgrowth in peripheral neurons<br />
have not been investigated up to now, the present study provides first insights into the<br />
impact of exogenous progesterone on axonal outgrowth in DRG neurons. Our studies including<br />
microinjection and laser scanning microscopy demonstrate morphological changes<br />
especially in the neuronal growth cones following progesterone treatment. Furthermore<br />
we were able to detect a distinctly enhanced motility only a few minutes after start of progesterone<br />
treatment using time‐lapse imaging. Investigation of the cytoskeletal distribution<br />
in the neuronal growth cone before, during and after progesterone incubation revealed<br />
a rapid reorganization of actin filaments. To get a closer idea of the underlying receptor<br />
mechanisms, we further studied the expression of progesterone receptors in DRG<br />
neurons using reverse transcription PCR (RT‐PCR), and immunohistochemistry. Thus, we<br />
could demonstrate for the first time that classical progesterone receptors A and B (PR‐A,<br />
PR‐B) and the recently described progesterone receptor membrane component 1<br />
(PGRMC1) are expressed in DRG neurons. Antagonization of the classical progesterone receptors<br />
by mifepristone revealed that observed progesterone effects are transmitted<br />
through PR‐A and PR‐B.
Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 2014 Dec;62(12):835‐45.<br />
New aspects of progesterone interactions with the actin cytoskeleton<br />
and neurosteroidogenesis in the cerebellum and the neuronal<br />
growth cone.<br />
Wessel L., Olbrich L., Brand‐Saberi B., Theiss C.<br />
Abstract The impact of progesterone on neuronal tissues in the central (CNS) and peripheral<br />
(PNS) nervous system is of significant scientific and therapeutic interest. Glial and neuronal<br />
cells of vertebrates express steroidogenic enzymes, and are able to synthesize progesterone<br />
de novo from cholesterol. Progesterone is described to have neuroprotective,<br />
neuroreparative, anti‐degenerative, and anti‐apoptotic effects in the CNS and the PNS.<br />
Thus, the first clinical studies promise new therapeutic options using progesterone in the<br />
treatment of patients with traumatic brain injury. Additionally, experimental data from different<br />
animal models suggest further positive effects of progesterone on neurological diseases<br />
such as cerebral ischemia, peripheral nerve injury and amyothropic lateral sclerosis.<br />
In regard to this future clinical use of progesterone, we discuss in this review the underlying<br />
physiological principles of progesterone effects in neuronal tissues. Mechanisms leading to<br />
morphological reorganizations of neurons in the CNS and PNS affected by progesterone are<br />
addressed, with special focus on the actin cytoskeleton. Furthermore, new aspects of a<br />
progesterone‐dependent regulation of neurosteroidogenesis mediated by the recently described<br />
progesterone binding protein PGRMC1 in the nervous system are discussed.
Für meine Familie
Inhaltsverzeichnis<br />
I<br />
Einleitung<br />
1.1 Der Wachstumskegel und die axonale Zielfindung<br />
1.2 Das Aktinzytoskelett<br />
1.3 Der Vaskuläre Endotheliale Wachstumsfaktor und seine Rezeptoren<br />
1.4. Progesteron im Nervensystem<br />
4<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
II Zielsetzung 9<br />
III<br />
IV<br />
Ergebnisse<br />
3.1 Untersuchungen zum Neuritenwachstum<br />
3.1.1 Untersuchungen zur Wirkung von VEGF<br />
3.1.2 Untersuchungen zur Wirkung von Progesteron<br />
3.2 Untersuchungen zur Morphologie des Wachstumskegels<br />
3.2.1 Ultrastrukturelle Darstellung der Verteilung zytoskelettaler Proteine<br />
3.3.2 Direkte Einwirkung von VEGF auf den neuronalen Wachstumskegel<br />
3.3.3 Die Wirkung von VEGF auf die Morphologie des Wachstumskegels<br />
3.3.4 Die Wirkung von Progesteron auf die Morphologie des<br />
Wachstumskegels<br />
3.3 Lebendzellbeobachtungen des neuronalen Wachstumskegels<br />
Diskussion<br />
3.3.1 Die Wirkung von VEGF<br />
3.3.2 Die Wirkung von Progesteron<br />
4.1 Der Effekt von VEGF auf das Auswachsen von Neuronen und die Form des<br />
Wachstumskegels<br />
4.2 VEGF ist ein schnelles Stimulanz des Aktinzytoskeletts im neuronalen<br />
Wachstumskegel<br />
4.3 VEGFR‐2 vermittelt die Effekte auf das Aktinzytoskelett<br />
4.4 Die Wirkung von Progesteron auf periphere Spinalganglien<br />
4.5 Progesteron hat einen direkten und schnellen Effekt auf das Aktinzytoskelett<br />
4.6 Die Effekte von Progesteron werden durch Mifepriston inhibiert<br />
10<br />
10<br />
11<br />
11<br />
12<br />
12<br />
13<br />
13<br />
14<br />
16<br />
16<br />
18<br />
19<br />
20<br />
21<br />
22<br />
23<br />
24<br />
25<br />
V Literaturverzeichnis 27<br />
VI Anhang 32<br />
1
Abkürzungsverzeichnis<br />
25‐Dx<br />
25kDa dioxin‐inducible protein<br />
3β‐HSD<br />
3β‐Hydroxysteroid‐Dehydrogenase<br />
ABP<br />
Aktin bindende Proteine<br />
ADF<br />
actin depolymerization factor<br />
Aqua dest.<br />
Aqua destillata<br />
Arp 2/3 actin‐related proteins 2/3<br />
Cdc42 cell division control protein 42<br />
CLSM<br />
Confocal Laser Scanning Microscopy<br />
G‐Aktin<br />
globuläres Aktin<br />
GFP<br />
green fluorescent protein<br />
F‐Aktin<br />
filamentäres Aktin<br />
FITC<br />
fluorescein isothiocyanate<br />
Flk1 fetal Liver Kinase 1<br />
Hsp27 Hitzeschockprotein 27<br />
KDR<br />
kinase domain region<br />
mRNA<br />
messenger Ribonucleic Acid<br />
NFM<br />
Neurofilament<br />
NGF<br />
Nerve growth factor<br />
nm<br />
Nanometer<br />
µm Mikrometer<br />
P450scc<br />
cytochrome P450 side chain cleavage enzyme<br />
PI3‐K<br />
Phosphatidylinositol 3’Kinase<br />
PNS<br />
peripheres Nervensystem<br />
PGRMC1 progesterone receptor membrane component 1<br />
PR‐A/B<br />
Progesteronrezeptor A/B<br />
PRE<br />
progesterone response element<br />
RFP<br />
red fluorescent protein<br />
Rho<br />
ras homolouge<br />
SAPK<br />
Stress Activated Protein Kinase<br />
SGS<br />
Spinalganglienstück<br />
STED<br />
stimulated emission depletion<br />
TRITC<br />
Tetramethylrhodamine<br />
VASP<br />
Vasodilatator stimuliertes Phosphoprotein<br />
VEGF<br />
Vascular Endothelial Growth Factor<br />
VEGFR‐1 Vascular Endothelial Growth Factor Receptor 1<br />
VEGFR‐2 Vascular Endothelial Growth Factor Receptor 2<br />
Vema<br />
Ventral midline Antigen<br />
WASP<br />
Wiskott‐Aldrich Syndrom Protein<br />
ZNS<br />
zentrales Nervensystem<br />
2
Abbildungsverzeichnis<br />
Abb. 1<br />
Abb. 2<br />
Abb. 3<br />
Abb. 4<br />
Abb. 5<br />
Abb. 6<br />
Abb. 7<br />
Effekte von VEGF im Nervensystem<br />
Effekte von Progesteron im Nervensystem<br />
Einflussnahme auf das Auswachsen von Neuriten<br />
Darstellung des Zytoskeletts neuronaler Wachstumskegel<br />
Direkte Einwirkung von VEGF auf den neuronalen Wachstumskegel<br />
Einflussnahme auf die Morphologie des Wachstumskegels<br />
Stimulationen mit VEGF und Progesteron führen zu Alterationen in der Dynamik<br />
7<br />
8<br />
10<br />
12<br />
13<br />
15<br />
17<br />
3
I<br />
Einleitung<br />
1.1 Der Wachstumskegel und die axonale Zielfindung<br />
Die Funktion des Nervensystems wird maßgeblich von den Verschaltungen der Neurone bestimmt.<br />
Diese werden vornehmlich während der Entwicklungsphasen des zentralen (ZNS) und peripheren<br />
(PNS) Nervensystems angelegt, doch auch zu späteren Zeitpunkten sind Neuverknüpfungen<br />
möglich. Grundlage dieser Verschaltungen sind hochkomplexe Mechanismen, welche die richtige<br />
Zielführung und –findung gewährleisten. Um hierbei die korrekten Anknüpfungsstellen zu finden,<br />
ist das spezialisierte Vorderende aussprossender Neurone, der Wachstumskegel (growth<br />
cone), von essenzieller Bedeutung. Erstmals 1890 von Santiago Ramón y Cajal (1890) beschrieben<br />
[12], empfängt der Wachstumskegel spezifische und unspezifische Signale, verarbeitet diese und<br />
wandelt sie in gerichtete Umstrukturierungen und Bewegungen um. Mit Hilfe seiner großen rezeptiven<br />
Oberfläche verbindet der Wachstumskegel somit sensorische, motorische, integrative und<br />
adaptive Funktionen.<br />
Die neuronale Migration und axonale Zielfindung wird geleitet von Signalen, welche zum einen in<br />
gebundener und zum anderen in löslicher Form auf den Wachstumskegel einwirken. Adhäsive Moleküle<br />
auf Zelloberflächen (transmembrane Zelladhäsionsmoleküle (CAM)) oder in der extrazellulären<br />
Matrix (Laminin und Fibronektin) beeinflussen durch direkte Bindungen an Rezeptoren auf Zellmembranausstülpungen<br />
des Wachstumskegels und über dadurch ausgelöste intrazelluläre Signalkaskaden<br />
die Führung des Axons. Zusätzlich sind auch anti‐adhäsive oberflächengebundene Moleküle<br />
bekannt, wie etwa Slit und Ephrin [15]. Hinzu kommen die gelösten Stoffe, welche über Konzentrationsgradienten<br />
im Sinne der Chemotaxis sowohl anziehend als auch abstoßend wirken.<br />
Hierzu gehören u.a. Morphogene, Transkriptionsfaktoren, neurotrophische Faktoren und Neurotransmitter.<br />
Wie die Signalmoleküle auf den Wachstumskegel wirken, hängt dabei von der intrazellulären<br />
Verarbeitung der umgebungsbedingten Signale ab [18, 41].<br />
Die Dynamik des Wachstumskegels ist hauptsächlich durch tastende Bewegungen gekennzeichnet;<br />
findet dieser anziehende Signale, lässt sich ein Längenwachstum in Richtung des Gradienten feststellen.<br />
Bei abstoßenden Signalen wiederum wird entweder ein Umlenken oder ein Wachstumsstopp<br />
beobachtet. Das Auswachsen manifestiert sich als Verlängerung des Axons, wobei der<br />
Wachstumskegel sowohl im PNS als auch im ZNS proximal zum Axon reift. Das Vorschieben (protrusion)<br />
kennzeichnet eine Elongation von Filopodia und Lamellipodia, es folgt eine Verdichtung<br />
(engorgement), wobei ein gerichteter Transport von Vesikeln und Organellen in die Schleier der<br />
Lamellipodia stattfindet. In der anschließenden Festigungsphase (consolidation) nimmt der proximale<br />
Teil des Wachstumskegels eine zylindrische Form an, und ein reger bidirektionaler Organellen‐Transport<br />
ist zu beobachten. Diese Mechanismen führen insgesamt zu einer Addition eines<br />
neuen distalen Segmentes am Axon [15, 16, 28, 41].<br />
4
Grundlage dieser Prozesse ist das Zytoskelett, bestehend aus verschiedenen Strukturproteinen,<br />
welche wiederum für die morphologische Gliederung des Wachstumskegels genutzt werden. Dabei<br />
wird zwischen P (peripher)‐, T (transition)‐ und C (central)‐Region unterschieden. Letztere beinhaltet<br />
eine Vielzahl von Organellen und Vesikeln, und die hier verankerten Neurofilamente und Mikrotubuli<br />
reichen durch die C‐Zone und den angrenzenden Actomyosin‐Bogen der Transitzone. Kennzeichnend<br />
für die P‐Zone ist hingegen der Aufbau aus Aktinfilamenten [7, 24, 68]. Organisiert wird<br />
diese periphere Domäne zum einen durch fingerartige Filopodien – schmale zylindrische Ausstülpungen,<br />
welche sich weit und fein ausstrecken können – und zum anderen durch fächerartige, flache<br />
Lamellipodien [15]. Diese Strukturen bilden durch eine Vergrößerung der Zellmembran eine<br />
enorme sensorische Oberfläche. Verschiedene Studien zeigen, dass es eine direkte Korrelation zwischen<br />
der Form des Wachstumskegels und dem neuritischen Auswachsen gibt. Da diese Form maßgeblich<br />
durch Lamellipodien und Filopodien bestimmt wird, ist ein unmittelbarer Zusammenhang<br />
zwischen der Größe und Dynamik dieser Strukturen und dem neuronalen Aussprossen gegeben.<br />
Dies ist sowohl in sympathischen Neuronen [1] als auch Spinalganglien [6] beschrieben worden.<br />
Eine Einflussnahme auf das hochkomplexe Gebilde des Wachstumskegels ist schon lange von Interesse,<br />
da hier möglicherweise neue Ansätze zur Behandlung von Verletzungen oder Erkrankungen<br />
des ZNS und PNS liegen. Verschiedene Substanzen wurden in diesem Zusammenhang beschrieben,<br />
wie beispielsweise auch der vaskuläre endotheliale Wachstumsfaktor (VEGF), welcher wachstumsfördernd<br />
auf den Wachstumskegel wirkt [23, 61]. Doch auch das Hormon Progesteron scheint<br />
einen fördernden Effekt sowohl auf zentrale [8] als auch periphere Neurone zu haben [63].<br />
1.2 Das Aktinzytoskelett<br />
Innerhalb des Zytoskeletts spielt besonders Aktin im Rahmen der Dynamiken eine grundlegende<br />
Rolle. So stellt es in den Signalwegen der Bewegung und Führung des Wachstumskegels einen der<br />
beiden Endpunkte dar. Desweiteren sind die Mikrotubuli zentrale Effektoren, welche essenziell für<br />
die Struktur und die Elongation des Axons sind. Doch insbesondere Aktinfilamente (F‐Aktin) ist wesentlich<br />
für die Erhaltung der Form des Wachstumskegels und das gerichtete Auswachsen des Neurons<br />
und kontrolliert damit die morphologischen und mechanischen Antworten auf die<br />
Umgebung<br />
[15].<br />
Es handelt sich um ein abundant vorkommendes Strukturmolekül, welches durch seine schnellen<br />
Adaptations‐ und Umformungsfähigkeiten charakterisiert ist. Aktinfilamente sind helikale Polymere,<br />
die aus Aktinmonomeren, dem globulärem Aktin (G‐Aktin), aufgebaut sind. F‐Aktin findet<br />
sich schließlich zu verschieden großen Gebilden zusammen, welche eine strikte Polarität aufweisen;<br />
während am „barbed end“, dem Plusende, ein schnelles Wachstum durch Addition von G‐Aktin<br />
nachzuweisen ist, wächst das „pointed end“, das Minusende, langsam [55].<br />
5
Wie auch die Mikrotubuli befinden sich Aktinfilamente in einem ständigen Auf‐ und Abbau. Dieser<br />
findet parallel statt, da die Zelle diese Polymere sowohl in stabiler, als auch dynamischer Form benötigt.<br />
Um der Notwendigkeit einer sicheren Elongation des Axons und der Dendriten nachzukommen,<br />
werden diese Abläufe durch die intrinsische Polarität sowie von verschiedenen Aktin bindenden<br />
Proteinen (ABP) reguliert. Es lassen sich unterschiedliche Klassen unterscheiden, welche (1)<br />
Aktinmonomere binden bzw. schneiden, (2) Filamente verzweigen, (3) sowohl das barbed‐ als auch<br />
das pointed‐end bedecken (Capping‐Proteine) bzw. genau davor schützen, (4) die Filamente bündeln<br />
oder anderweitig stabilisieren oder (5) das F‐Aktin in der Membran oder anderen Zellregionen<br />
verankern. Bisher sind mehr als 20 ABP identifiziert worden, welche F‐ und/oder G‐Aktin<br />
binden und bereits immunhistochemisch im Wachstumskegel lokalisiert wurden [15].<br />
Die Fülle der ABP wirkt abhängig vom Zustand des Wachstumskegels, der Lokalisation des jeweiligen<br />
ABPs sowie dem Phosphorylierungszustand. Diese Regulation geschieht oft durch Mitglieder<br />
der Rho‐Familie. So interagieren Rac und Cdc42 beispielsweise mit der WASP/WAVE‐Familie, welche<br />
wiederum den Phosphorylierungszustand von Arp2/3 beeinflussen. Die Gruppe der Rho‐GTPasen<br />
wirken so als zentrale Regulatoren für Protrusion und kontrollieren die Formation der Lamellipodien<br />
und Filopodien [56]. Dieser hochdynamische Prozess ist die Grundlage für jede Zellbewegung<br />
und somit häufiger Angriffspunkt von Signalmolekülen. Bisher sind verschiedene ABP identifiziert<br />
worden, welche von diesen Signalmolekülen aktiviert bzw. deaktiviert werden. Dazu gehören<br />
etwa Ena/VASP, welche sowohl dem Netrin/DCC als auch dem Slit/Robo Signalweg nachgeschaltet<br />
sind, und Cofilin, welches über den Semaphorin3A/Neuropilin‐Weg koordiniert wird [15].<br />
Die so empfangenen Signale verwandelt das zugrundeliegende dynamische Aktinzytoskelett direkt<br />
in Bewegungsänderungen [51, 52]. Die Signalstoffe binden an die entsprechenden Rezeptoren, welche<br />
mit dem dynamischen Zytoskelett interagieren und so eine schnelle und unmittelbare Reaktion<br />
gewährleisten.<br />
1.3 Der Vaskuläre Endotheliale Wachstumsfaktor und seine Rezeptoren<br />
VEGF wurde in den frühen 80er Jahren des letzten Jahrhunderts im Zusammenhang mit endothelialem<br />
Wachstum beschrieben [66]. Unter den verschiedenen Mitgliedern der VEGF‐Familie ist besonders<br />
VEGF‐A von Interesse. Mittlerweile sind zahlreiche Wirkungen dokumentiert wie eine gesteigerte<br />
vaskuläre Permeabilität oder die maßgebliche Rolle in der Regulation der Angiogenese<br />
[22]. Auch im klinischen Kontext hat VEGF eine große Bedeutung, vor allem bei Tumorerkrankungen,<br />
Herz‐Kreislauf‐Erkrankungen, Schlaganfall, amyotropher Lateralsklerose, diabetische Retinopathie<br />
oder altersbedingter Makula‐Degeneration [21]. Mittlerweile wird VEGF als Angriffspunkt in<br />
verschiedenen pharmakologischen Therapien genutzt, so etwa in Form des ersten humanen anti‐<br />
6
VEGF‐A Antikörpers „Bevacizumab“. Dieser ist in der Therapie von fortgeschrittenen malignen Neoplasien<br />
des Kolons, der Lunge, der Brust, der Nieren und der Ovarien zugelassen. In verschiedenen<br />
klinischen Studien reduziert dieser monoklonale Antikörper die VEGF‐getriggerte Tumorvaskularisierung<br />
signifikant und ist so zudem in der Studienphase 2 bei der Behandlung der Glioblastoma<br />
multiforme in der Erprobung [30, 54].<br />
Strukturell gesehen ist VEGF A ein dimeres Polypeptid, welches in verschiedenen Isoformen mit<br />
jeweils unterschiedlichen Eigenschaften zu finden ist. Insgesamt sind vier Isoformen bekannt<br />
(VEGF‐A‐121, ‐165, ‐189 und ‐206), wobei VEGF‐A‐165 als die biologisch aktivste Form beschrieben<br />
wird [22]. Seine Wirkungen vermittelt VEGF‐A‐165 über verschiedene Rezeptoren. Neben dem regulierend<br />
wirkenden VEGF‐Rezeptor 1 spielt insbesondere der VEGF‐Rezeptor 2 eine<br />
wichtige<br />
Rolle. Über diese „Rezeptor‐assoziierte Tyrosinkinase“, in der Literatur auch „kinase domain region“<br />
(KDR) oder Flk‐1 genannt, werden die meisten bekannten Effekte von VEGF<br />
vermittelt, wie<br />
etwa die Proliferation, die Migration, das Überleben von Endothelzellen und die Angiogenese. Aufgebaut<br />
ist der VEGFR‐2 aus sieben extrazellulären, Immunglobulin‐ähnlichen Domänen, einer transmembranären<br />
Region und der erwähnten intrazellulären Tyrosinkinase‐Sequenz [22]. Im Nervensystem<br />
fungiert zudem Neuropilin‐1, ein nicht‐Tyrosinkinase Rezeptor, als Co‐Rezeptor für VEGF‐A<br />
[22, 77].<br />
Effekte von VEGF im Nervensystem<br />
• axonales Auswachsen zervikaler und lumbaler Spinalganglien [5, 23, 31,<br />
32, 35,51, 59, 70, 71, 77]<br />
•anti‐apoptotische Effekte bei Hypoxie kortikaler Neurone [32]<br />
• Förderung der Neurogenese in vivo und in vitro [32]<br />
• Förderung der Proliferation und Protektion von Astrozyten [67, 76],<br />
Schwannzellen [64, 70, 71], Mikroglia [25] und kortikalen Neuronen [32]<br />
• wachstumsfördernden Einfluss auf den neuronalen Wachstumskegel<br />
[23, 51, 61]<br />
Abb. 1 Effekte von VEGF im Nervensystem<br />
Auch die trophischen Effekte von VEGF im Nervensystem werden über diese Rezeptoren vermittelt,<br />
hierzu gehören u.a. eine Steigerung des axonalen Auswachsen von zervikalen und lumbalen Spinalganglien<br />
[23, 51, 70, 71], anti‐apoptotische Effekte bei Hypoxie kortikaler Neurone [32], eine Förderung<br />
der Proliferation, Zellkommunikation und Zellbewegung in kultivierten Gliazellen [76] und<br />
Förderung der Neurogenese in vivo und in vitro [32]. VEGF und seine Rezeptoren sind jedoch insbesondere<br />
während der Entwicklung des Nervensystems nachzuweisen, im Adulten jedoch lediglich<br />
in hoch vaskularisierten Regionen, wie etwa dem Plexus choroideus [69, 77].<br />
7
1.4 Progesteron im Nervensystem<br />
Auch das vorwiegend für seine Wirkungen als Sexualhormon bekannte Progesteron weckt seit zwei<br />
Dekaden immer mehr Interesse für seine Wirkungen im Nervensystem. Der Familie der Steroidhormone<br />
zugehörig ist es zugleich wichtigster Vertreter der Gestagene und wirkt vornehmlich während<br />
des weiblichen Zyklus und der Schwangerschaft. Doch es wurden auch verschiedene non‐reproduktive,<br />
neuroprotektive und neuroregenerative Effekte beschrieben [3, 26, 29, 65]. Sowohl im<br />
PNS [63] als auch im ZNS [47] werden die essenziellen Enzyme der Steroidsynthese exprimiert.<br />
Diese ermöglichen es den Zellen, u.a. Progesteron de novo aus Cholesterol über die Bildung von<br />
Pregnenolon zu synthetisieren. Hierbei sind besonders die Schlüsselenzyme<br />
„cytochrome<br />
P450 side chain cleavage enzyme“ (P450scc) und „3β‐Hydroxysteroid‐Dehydrogenase“ (3β‐HSD)<br />
von Interesse. Dies weist darauf hin, dass sowohl im zentralen als auch im peripheren Nervensystem<br />
endogenes Progesteron gebildet wird.<br />
Viele Wirkungen des Progesterons werden über genomische Mechanismen vermittelt. Hierbei fungieren<br />
die klassischen Progesteronrezeptoren A (PR‐A) und B (PR‐B) als Transkriptionsfaktoren, welche<br />
ihre Konformation nach Bindung von Progesteron ändern und anschließend als Komplex an die<br />
DNA binden. Zunehmend werden jedoch auch andere, non‐genomische Signalwege<br />
beschrieben<br />
[27]. Hier scheint vornehmlich der Vema‐Rezeptor, auch bekannt als „progesterone receptor<br />
membrane component 1“ (PGRMC1), von Bedeutung zu sein. Ihm wird eine wichtige Rolle in der<br />
Regulation der axonalen Zielfindung zugesprochen, besonders, da es eine alters‐abhängige Expression<br />
im Rückenmark zu geben scheint, insbesondere während embryonaler Entwicklungsphasen<br />
[62]. Bisher fehlen jedoch Studien zur Wirkung von Progesteron auf den neuronalen Wachstumskegel<br />
peripherer Neurone.<br />
Effekte von Progesteron im Nervensystem<br />
• Förderung der Neurogenese und neuronale Entwicklung [3]<br />
• Posttraumatische und anti‐degenerative Neuroprotektion [3, 26, 29]<br />
• Regulation der Myelinisierung und axonale Regeneration im PNS [3, 63,<br />
65]<br />
• wachstumsfördernden Einfluss auf den neuronalen Wachstumskegel<br />
[52]<br />
• positiver Einfluss bei peripherem neuropathischen Schmerz [53]<br />
Abb. 2 Effekte von Progesteron im Nervensystem<br />
8
II<br />
Zielsetzung<br />
Die vorliegende Promotionsarbeit befasst sich mit dem Wachstumskegel als Grundlage neuronaler<br />
Regeneration. Wie wichtig eine funktionierende Kommunikation und somit die grundlegende, korrekte<br />
Verschaltung der neuronalen Netzwerke ist, zeigen die Einschränkungen von Betroffenen,<br />
welche unter Fehlbildungen, Erkrankungen oder Verletzungen des PNS und ZNS leiden. Ziel dieser<br />
Studie ist dabei, genauere Einblicke in den Vorgang der axonalen Wegfindung und der Dynamik<br />
des Wachstumskegels zu gewinnen, um Grundlage für neue therapeutische Möglichkeiten zu schaffen.<br />
Daher befasst sich diese Dissertationsarbeit mit der Wirkung von VEGF und<br />
peripheren Nervensystem.<br />
Progesteron im<br />
Beide Substanzen haben sich in jüngerer Vergangenheit als wirkungsvoll im Nervensystem erwiesen.<br />
Für beide sind neuroprotektive und anti‐apoptotische Eigenschaften auf verschiedene neuronale<br />
Zelltypen beschrieben. Während für VEGF bereits Effekte auf das neuronale Auswachsen<br />
und den Wachstumskegel beschrieben sind [23, 61], fehlt es jedoch bislang an detaillierteren Studien<br />
zur Morphologie und Dynamik. Für Progesteron hingegen sind zwar Effekte im zentralen Nervensystem<br />
nachgewiesen [3, 26, 29, 65], zur Wirkung an Wachstumskegeln gibt es jedoch bisher<br />
wenige Daten. In dieser Studie liegt daher nicht nur ein besonderer Schwerpunkt auf der Analyse<br />
des axonalen Auswachsens, sondern besonders auf der morphologischen Untersuchung der<br />
Wachstumskegel und des Aktinzytoskeletts. Da ein Zusammenhang zwischen der Form und der Dynamik<br />
beschrieben ist [1], stellen Lebendzellbeobachtungen des Wachstumskegels einen weiteren<br />
Schwerpunkt dieser Arbeit dar. Mit Hilfe der Untersuchungen der zugrundeliegenden essenziellen<br />
Signalkaskaden sollen somit weitere Einblicke in die axonalen Wegfindung sowie mögliche Therapieansätze<br />
gewonnen werden.<br />
Hierfür wurden primäre Spinalganglien aus Hühnerembryonen mit 0,1 µg/ml VEGF bzw. 10 nM Progesteron<br />
für 72 Stunden inkubiert, morphometrisch vermessen und mit unbehandelten Kontrollen<br />
verglichen. Zur Studie der Dynamiken wurden Lebendzellbeobachtungen durchgeführt. So<br />
konnten mit Hilfe von Mikroinjektionen, immunhistochemischen Markierungen und morphologischen<br />
Untersuchungen am CLSM neue Einblicke in die zytoskelettalen Umstrukturierungen nach<br />
Behandlung mit VEGF und Progesteron gewonnen werden. Es wurden die zugrundeliegenden essenziellen<br />
Signalkaskaden identifiziert, indem die Proben mit den Inhibitoren Axitinib – welches den<br />
VEGFR‐2 blockiert – und Mifepriston – als Progesteronrezeptor‐Antagonist – behandelt wurden.<br />
9
III<br />
Ergebnisse<br />
3.1 Untersuchungen zum Neuritenwachstum<br />
Zur Quantifizierung des Neuritenwachstums wurden primäre Spinalganglienstücke aus Hühnerembryonen<br />
gewonnen und unter verschiedenen Bedingungen drei Tage lang kultiviert. Nach anschließender<br />
Fixierung und immunhistochemischer Markierung der Neurofilamente ließen sich deren<br />
Verteilung in den Neuronen über mehrere hundert µm verfolgen. Die morphometrische Auswertung<br />
erfolgte am CLSM (Zeiss LSM 510), wobei die Neuritenlänge in µm bestimmt wurde (Abb.<br />
1).<br />
Abb. 3 Einflussnahme auf das Auswachsen von Neuriten<br />
Darstellung des Neuritenwachstums mit Hilfe immunhistochemischer Markierung von NFM‐FITC und<br />
Auswertung am CLSM. Nach Kultivierung über 72h in (a) Nährmedium ohne jegliche stimulierende Faktoren,<br />
(b) nach Addition von 50 ng/ml NGF, (c) 0,1 µg/ml VEGF, (d) VEGF + NGF, (e) 10 nM Progesteron<br />
und (f) Progesteron + NGF sind deutliche Alterationen in der (g) quantitativen Auswertung festzustellen.<br />
(** p
3.1.1 Untersuchungen zur Wirkung von VEGF<br />
In diesem Versuchsaufbau wurden die Wirkungen von NGF [50 ng/ml], VEGF [0,1 µg/ml] und VEGF<br />
+ NGF sowie nach Blockade des VEGFR‐2 (durch Axitinib [58 µmol/ml]) mit Kontrollen verglichen.<br />
Rein deskriptiv ließen sich große Unterschiede feststellen. Während bei allen Proben ein radiäres<br />
Auswachsen nachzuweisen war, zeigte die alleinige Inkubation mit NGF (Abb. 1b) ein deutlich dichteres<br />
Neuritengeflecht und ein gesteigertes Auswachsen. Bereits nach alleiniger Inkubation mit<br />
VEGF waren diese Effekte nochmals sichtbar gesteigert (Abb. 1c). Bei einer kombinierten Applikation<br />
von VEGF + NGF (Abb. 1d) wuchsen die Neuriten noch weiter aus, und auch das Neuritengeflecht<br />
präsentierte sich dichter. Durch die Hinzugabe des VEGFR‐2‐Inhibitors Axitinib konnten die<br />
durch VEGF hervorgerufenen Wirkungen blockiert werden, so dass die so behandelten Proben mit<br />
den Kontrollen vergleichbare morphologische Eigenschaften aufwiesen, wobei toxische Wirkungen<br />
auf die Nervenzellen ausgeschlossen wurden.<br />
Für die morphometrischen Analysen wurden pro Bedingung 8 Spinalganglienstücke an jeweils 8<br />
Punkten vermessen (n=8, 64 Neuriten pro Bedingung; Gesamtzahl 320). Die Ergebnisse bestätigten<br />
den ersten Eindruck (Abb. 1g), denn während die durchschnittliche Neuritenlänge in den Kontrollen<br />
1271 ± 342 µm betrug, war eine Steigerung um 37% nach NGF‐ (1 721 ± 226 µm, p
µm, p
oskopie am RUBION untersucht. Dieses Verfahren erlaubt eine Auflösung im ultrastrukturellen Bereich,<br />
da hierbei die Fluoreszenzsignale nicht beugungsbegrenzt sind. Durch verschiedene Filter<br />
wird ein Teil der Fluoreszenzsignale gezielt abgeregt. Auf diese Weise werden die Emissionen<br />
im Außenbereich des Anregungsfokus ausgeschaltet, so dass an dem vorhandenen STED Aufnahmen<br />
mit einer Auflösung von circa 70 nm (lateral) möglich waren.<br />
Auch mit dieser Technik ließ sich die typische Anordnung der Aktinfilamente in sehr großer Detailgenauigkeit<br />
darstellen. Wie in der Literatur beschrieben, werden die Filopodien aus zylindrisch<br />
angeordneten Bündeln geformt, während die Lamellipodien aus netz‐ oder maschendrahtförmigen<br />
Aktinfilamenten gebildet werden (Abb. 2c).<br />
3.2.2 Direkte Einwirkungen von VEGF auf den neuronalen Wachstumskegel<br />
Um festzustellen, ob es sich bei VEGF um einen direkten Lockstoff für den Wachstumskegel handelt,<br />
wurden 3‐9 Tage alte Zellkulturen im Phasenkontrastmikroskop beobachtetet. Hierfür wurde<br />
eine feine Glaskapillare mit einem VEGF‐Aqua dest.‐Gemisch [0,1 µg/ml] befüllt und so platziert,<br />
dass etwa 7‐10 µm vor dem Wachstumskegel ein konstanter VEGF‐Gradient entstand. Schon nach<br />
etwa 10 Minuten zeigte sich ein deutlich gerichtetes Wachstum auf die Glaskapillare zu, und selbst<br />
nach dem Replatzieren der Nadel folgten die Wachstumskegel dem Gradienten und änderten ihre<br />
Wachstumsrichtung (Abb. 3). Kontrollen mit reinem Aqua dest. führten nicht zu einer Alteration<br />
des Wachstums.<br />
Abb. 5 Direkte Einwirkung von VEGF auf den neuronalen Wachstumskegel<br />
VEGF wirkt als direkter Lockstoff auf den Wachstumskegel, welcher direkt in Richtung der VEGF gefüllten<br />
Kapillare (10μg/ml) wächst und ihrer Bewegung folgt. Maßstab 100 µm<br />
3.2.3 Die Wirkung von VEGF auf die Morphologie des Wachstumskegels<br />
Wie in den Untersuchungen zum Neuritenwachstum wurden auch hier die Wirkungen von NGF [50<br />
ng/ml], VEGF [0,1 µg/ml], VEGF + NGF und Axitinib [58 µmol/ml] mit Kontrollen verglichen (Inkubationen<br />
über 72 Stunden). Die mit NGF behandelten Proben zeigten eine deutliche Größenzunahme<br />
(Abb. 4 a+b), ähnlich verhielten sich auch die mit VEGF inkubierten Spinalganglienstücke (SGS). Interessanterweise<br />
waren sowohl die Lamellipodien als auch die Filopodien zwar ähnlich in ihrer<br />
Form, jedoch nach VEGF‐Stimulation in ihrer Anzahl deutlich gesteigert (Abb. 4c). Zudem schien die<br />
Dichte des Aktinzytoskeletts zugenommen zu haben. Die Behandlung mit der Kombination VEGF +<br />
13
NGF führte zu einer weiteren Vergrößerung beider Parameter, charakterisiert durch noch längere<br />
Filopodien und weitere Lamellipodien. Auch hier führte eine Blockade von VEGFR‐2 zu einer Inhibition<br />
dieser Effekte.<br />
Die morphometrischen Analysen bestätigten den deskriptiven Eindruck (Abb. 4g). Gemessen wurden<br />
Umfang und Fläche, ausgehend von der Basis des Wachstumskegels, welche mit einem axonalen<br />
Durchmesser von 2 µm definiert ist. Pro Bedingung wurden 20 Wachstumskegel von mindestens<br />
9 verschiedenen SGS (n = 9 SGS, 20 Wachstumskegel pro Bedingung; Gesamtzahl 100) analysiert.<br />
Während nach Inkubation mit dem Kontrollmedium der mittlere Umfang 53 µm und die mittlere<br />
Fläche 33 µm² betrugen, führte die alleinige Behandlung mit VEGF zu einer Größenzunahme von<br />
48% (Umfang 78 µm; p
Abb. 6 Einflussnahme auf die Morphologie des Wachstumskegels<br />
Nach einer 3‐tägigen Inkubation in (a) Kontrollmedium, (b) 50 ng/ml NGF, (c) 0,1 µg/ml VEGF, (d ) VEGF +<br />
NGF, (e) 10 nM Progesteron und (f) Progesteron + NGF wurden die Wachstumskegel morphometrische Vermessen<br />
(g). Hierbei waren deutliche Unterschiede sowohl im Umfang, als auch der Fläche zu bemerken.<br />
Grün: NFM‐FITC, rot: Phalloidin‐TRITC (**p
waren um mehr als 30% vergrößert (Mittelwert Umfang 69 µm, Mittelwert Fläche 45 µm²;<br />
p
inkubierten Proben (Abb. 5b) war die Umfangsbewegung von ständigen Umstrukturierungen und<br />
Formänderungen gekennzeichnet, und zudem kam es häufiger zu einem gerichteten Auswachsen.<br />
Diese Effekte waren extrem gesteigert, der Umsatz an Filopodien und Lamellipodien nahm deutlich<br />
zu, und die Wachstumskegel präsentierten sich äußerst motil. Auch hier ließ sich die Wirkung von<br />
VEGF durch eine Blockade des VEGFR‐2 aufheben, denn die mit Axitinib behandelten [58µmol/ml]<br />
Wachstumskegel verhielten sich so wie die Kontrollen.<br />
Abb. 7 Stimulationen mit VEGF und Progesteron führen zu Alterationen in der Dynamik<br />
Im Vergleich zu den (a) Kontrollen zeigen die Versuche mit (b) 0,1 µg/ml VEGF und (c) 10 nM Progesteron eine<br />
deutlich beschleunigtes Auswachsen und (d) eine gesteigerte Rate der Umfangsbewegung. Grün: GFP ‐NFM,<br />
rot: RFP‐Aktin. (** p
Für die morphometrischen Analysen wurden jeweils acht Wachstumskegel pro Kondition über einen<br />
Zeitraum von 15 Minuten vermessen (Abb. 5d). Eine Addition stimulierender Faktoren führte<br />
zu einer Zunahme der Bewegungsgeschwindigkeit von 1,5 µm/min (Kontrolle) zu einer Steigerung<br />
um 77% nach NGF‐ (2,7 µm/min; p
IV<br />
Diskussion<br />
Sobald die fein abgestimmte Kommunikation zwischen den Nervenzellen im zentralen oder peripheren<br />
Nervensystem gestört ist, hat dies drastische Auswirkungen auf die Betroffenen. Missbildungen,<br />
Verletzungen oder Erkrankungen führen zu einer Störung in der korrekten Verschaltung<br />
neuronaler Netzwerke. Diese können durch genetische und epigenetische Faktoren hervorgerufen<br />
werden oder auch durch Degenerationen infolge einer Verletzung oder einer Sauerstoffunterversorgung<br />
– bspw. im Rahmen eines Schlaganfalles. Um hier neue therapeutische Wege zu gehen<br />
und die Vorgänge der Regeneration von Nervengewebe zu verstehen, ist ein besseres Verständnis<br />
der molekularen, zellulären oder funktionalen Zusammenhänge von großer Bedeutung. Insbesondere<br />
die Einflussnahme auf die Anpassungsfähigkeit des Nervensystems und eine mögliche Förderung<br />
des neuronalen Heilungsprozesses (und somit die Wiederherstellung zerstörter Nervenzellverbindungen)<br />
sind zentrale Punkte wissenschaftlichen Interesses um neue therapeutische Ansätze<br />
zu finden.<br />
Eine der Strukturen, die in diesem Zusammenhang von großer Bedeutung ist, ist der neuronale<br />
Wachstumskegel. Dieses spezialisierte Vorderende befindet sich am äußersten Ende aussprossender<br />
Neurone und bildet die sensorische und motorische Grundlage jedes auswachsenden Axons.<br />
Der Wachstumskegel leitet die Wegfindung, indem er spezifische und unspezifische Signale verarbeitet,<br />
die Informationen in das Zellinnere weiterleitet und mit einer Umstrukturierung der Form<br />
reagiert. Diese dynamischen Eigenschaften werden durch das Zytoskelett möglich. Auch wenn feine<br />
Unterschiede bestehen, ist der zytoskelettale Aufbau in den Wachstumskegeln der verschiedenen<br />
Spezies und Nervenzelltypen sehr ähnlich. Anhand der Verteilung der vorherrschenden zytoskelettalen<br />
Proteine – wobei hier vornehmlich Neurofilamente als statische und Mikotubuli und Aktin<br />
als eher dynamische Komponente in den Vordergrund treten – wird der Wachstumskegel in verschiedene<br />
Regionen eingeteilt [15].<br />
In den letzten Jahren sind zahlreiche Substanzen identifiziert worden, welche einen Effekt auf die<br />
Gestalt des Wachstumskegels und das Auswachsen von Neuriten haben. Hier wurde bereits in den<br />
80er Jahren ein Zusammenhang zwischen der Wachstumskegelform und dessen Beweglichkeit gesehen.<br />
Die Arbeitsgruppe um Argiro wies in Studien bei sympathischen Neuronen nach, dass eine<br />
verminderte Größe des Wachstumskegels von einer verlangsamten und reduzierten neuritischen<br />
Extension begleitet ist [1]. Zudem beobachteten Bray & Chapman einen Zusammenhang zwischen<br />
der Anzahl, Zeit und Position des Erscheinens, der Elongationsrate, der lateralen Bewegung, der<br />
Lebensdauer, der Position und der Art und Weise des Verschwindens von Filopodien – oder<br />
Mikrospikes – und einem anschließendem Auswachsen von Wachstumskegeln in sensorischen Spinalganglien<br />
[6]. Im Umkehrschluss könnten also Stoffe, welche einen positiven Effekt auf die Größe<br />
des Wachstumskegels und die Zellprotrusionen haben, auch fördernd auf die Beweglichkeit und<br />
19
Dynamik wirken. Dies könnte also zu einer Veränderung, insbesondere einer Steigerung des Wachstums<br />
führen. Zu diesen Substanzen gehört beispielsweise VEGF, welcher neben seinen Funktionen<br />
im Zusammenhang der Angiogenese auch positive Effekte auf Neurone hat [77]. Eine weitere Substanz<br />
ist Progesteron – vorwiegend als Sexualhormon bekannt – doch zeigen sich auch vermehrt<br />
Funktionen und Wirkungen in und auf das Nervensystem [65].<br />
Die vorliegenden Studien untersuchten mit verschiedenen Techniken die Einflussnahme von VEGF<br />
und Progesteron auf den Wachstumskegel. Während VEGF bereits als wachstumsfördernd beschrieben<br />
wurde, zeigen unsere Ergebnisse erstmals, dass auch Progesteron einen ähnlichen positiven<br />
Effekt hat. Beide Substanzen wirken fördernd auf die Größe und die Beweglichkeit, was durch<br />
die hier präsentierten Lebendzellbeobachtungen primärer Spinalganglienneurone gezeigt werden<br />
konnte. Desweiteren wurden hier die zugrundeliegenden Signalkaskaden identifiziert und die Rezeptorexpression<br />
dargestellt.<br />
4.1 Der Effekt von VEGF auf das Auswachsen von Neuronen und die Form des<br />
Wachstumskegels<br />
In den vergangenen Jahren wurde die Rolle von VEGF im Zusammenhang mit verschiedenen Krankheitsvorgängen<br />
in diversen klinischen Studien untersucht, allen voran in der Erforschung und Behandlung<br />
von Krebsleiden [14]. Als therapeutischer Ansatz rückten primär die Blockade des Rezeptors<br />
und der folgenden Signalkaskaden in das Zentrum des Interesses, da hierdurch eine vermehrte<br />
(etwa im Falle der Makula‐Degeneration) oder neue Vaskularisation (bei tumorösen Vorgängen)<br />
vermindert werden kann. So wurde etwa der erste humane anti‐VEGF‐A Antikörper „Bevacizumab“<br />
als Inhibitor der Tumorvaskularisation entwickelt [30, 54]. Doch auch im Zusammenhang neurologischer<br />
Komplikationen durch Ischämien wurde VEGF als mögliches therapeutisches Ziel gesehen<br />
[9, 37, 38, 45, 77]. Die Wirkungen von VEGF beschränken sich hierbei jedoch nicht nur auf die Einflussnahme<br />
der Vaskularisation und Angiogenese. Es sind außerdem verschiedene direkte Effekte<br />
auf und im Nervensystem beschrieben. Beispielsweise stimuliert VEGF unterschiedliche neurogene,<br />
protektive und neurotrophe Effekte wie die Förderung der Proliferation und Protektion von Astrozyten<br />
[67, 76], Schwannzellen [64, 70, 71], Mikroglia [25] und kortikalen Neuronen [32]. So ist es<br />
nicht überraschend, dass ein vermehrtes axonales Wachstum nach VEGF‐Applikation sowohl im<br />
zentralen [5, 31, 35, 59] als auch im peripheren Nervensystem [23, 70, 71] gezeigt wurde.<br />
Übereinstimmend mit diesen Studien zeigten auch die Neuriten in den hier präsentierten Experimenten<br />
ein deutlich gesteigertes Wachstum. Sie reichten hunderte von µm in die Peripherie und<br />
auch das Netzwerk war deutlich dichter im Vergleich zu den Kontrollen. Ein gesteigertes axonales<br />
Auswachsen ist auch mit Veränderungen an der äußersten Spitze dieser Axone, den Wachstumskegeln,<br />
assoziiert. Wie in der Literatur beschrieben [23, 42, 74], waren die Veränderungen auch in den<br />
20
hier gezeigten Untersuchungen deutlich festzustellen, da sowohl der Umfang als auch die Fläche<br />
vergrößert waren. Besonderes Interesse galt in den vorliegenden Studien der zytoskelett‐alen Zusammensetzung<br />
des Wachstumskegels und der darauf abzielenden direkten oder indirekten Beeinflussung<br />
durch VEGF oder Progesteron. So konnte erstmals mit hochauflösenden, mikroskopischen<br />
Verfahren gezeigt werden, dass die beobachteten Effekte vornehmlich in der peri‐pheren Zone und<br />
dem Aktinzytoskelett begründet sind. Die durch die massiv gesteigerte Anzahl der Lamellipodia und<br />
Filopodia stark vergrößerte Zelloberfläche spiegelte sich auch in einer ausgedehnteren Fläche und<br />
Ausbreitung der Wachstumskegel wieder. Zudem war das zugrundeliegende Aktinzytoskelett auffällig<br />
verdichtet, die Anzahl der Neurofilamente hingegen blieb etwa gleich. Eine gleichzeitige Stimulation<br />
mit VEGF und NGF führte zu einer Verstärkung dieser Veränderungen, da sowohl das a‐<br />
xonale Auswachsen als auch die Größe der Wachstumskegel noch weiter zunahmen. Diese additive<br />
Wirkung könnte darin begründet liegen, dass der VEGFR‐2 insbesondere von Neuronen exprimiert<br />
wird, welche auch den hochaffinen NGF‐Rezeptor TrkA auf ihrer Zelloberfläche präsentieren<br />
[2, 20, 70].<br />
4.2 VEGF ist ein schnelles Stimulanz des Aktinzytoskeletts im neuronalen Wachstumskegel<br />
Werden nun diese Ergebnisse in Zusammenhang mit Studien gesetzt, welche eine Kohärenz zwischen<br />
der Morphologie und der Motilität sehen [1, 6], liegt die Annahme nahe, dass VEGF auch zu<br />
einer gesteigerten Dynamik führt, besonders da ein vermehrtes neuritisches Auswachsen nachgewiesen<br />
werden konnte. Eine der elementaren Funktionen des Wachstumskegels ist die Aufnahme<br />
und Verarbeitung von Signalen aus seiner Umwelt, auf welche er mit einer Umstrukturierung und<br />
gegebenenfalls Wachstumsänderung reagiert, um das richtige Ziel zu finden. Diese axonale Zielfindung<br />
erfordert eine bis ins kleinste Detail abgestimmte und funktionierende Kooperation verschiedener<br />
Signalstoffe, welche sowohl in löslicher, als auch fester Form zu finden sind. Der Schlüssel<br />
zur korrekten Wegfindung ist hierbei ein feiner Gradient zwischen anziehenden und abstoßenden<br />
Signalen, wobei die Kaskade der zytoskelettalen Anpassungen nicht nur von den jeweils wirkenden<br />
Stoffen, sondern insbesondere von dem im Zellinneren vorherrschenden Signalmilieu abhängig<br />
ist [18, 41].<br />
Der ultimative Effektor all dieser Signale ist das Aktinzytoskelett. Es stellt die Grundlage der Bewegungen<br />
des Wachstumskegels dar und ermöglicht so die dynamischen und schnellen Reaktionen.<br />
Auch wenn beschrieben wurde, dass F‐Aktin nicht notwendigerweise für das Auswachsen vonnöten<br />
ist, so ist es für eine zytoskelettale Antwort auf Leitsignale sowohl in vitro [17, 39, 43], als<br />
auch in vivo [4, 13, 33] unentbehrlich. Damit sich die Membranprotrusionen aktiv vor‐ und zurückschieben<br />
und somit die Umgebung ertasten können, ist ein fein abgestimmtes Zusammenspiel von<br />
21
Polymerisation und Depolymerisation einzelner Aktin‐Einheiten von den Filamenten notwendig.<br />
Eine Erklärung, wie der Wachstumskegel die Aktin‐Dynamiken für seine Vorwärtsbewegungen<br />
nutzt, wurde von Mitchison und Kirschner (1988) in Form der „clutch“‐ oder Griff‐Hypothese vorgestellt<br />
[49]. Diese schlägt vor, dass Rezeptoren an der Zelloberfläche des Wachstumskegels an<br />
adhäsive Substrate binden und so einen Komplex bilden. Dieser wiederum generiert einen<br />
molekularen Griff, welcher filamentöses Aktin verankert und so eine Aktin‐basierte Vorwärtsbewegung<br />
ermöglicht, während der retrograde Aktin‐Fluss inhibiert wird. Bisher sind jedoch nur wenige<br />
Studien mit hochauflösender Bildgebungstechnik der detaillierten zyto‐skelettalen und morphologischen<br />
Umstrukturierung veröffentlicht [10, 11, 15, 16, 44, 72]. Es ist bekannt, dass es nach Applikation<br />
eines Lockstoffes zu einer Ansammlung von Aktin‐Einheiten nahe dem Stimulanz kommt<br />
[44]. Für VEGF wurden ähnliche Effekte – unter anderem in unserer Arbeitsgruppe – beschrieben<br />
[23, 61]. Auch in den vorliegenden Experimenten konnte festgestellt werden, dass dem gerichteten<br />
Auswachsen eine Akkumulation von Aktin‐Einheiten am Ort des späteren Aussprossens voranging.<br />
Diese konnten visualisiert und somit objektiviert werden, indem die primären Spinalganglienneurone<br />
mit RFP‐Aktin (Lifeact, [57]) und GFP‐Neurofilament mikroinjiziert wurden. So wurden dieselben<br />
Wachstumskegel über mehrere Stunden beobachtet, analysiert und vermessen. Auf diese<br />
Weise konnten diese feinen Veränderungen der zytoskelettalen Komponente in eine zeitliche Dimension<br />
eingeordnet werden. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen daher erstmals, dass es sich bei<br />
den Effekten von VEGF auf das Aktinzytoskelett um schnelle und direkte Anpassungen handelt und<br />
der Wachstumskegel somit weitestgehend autonom auf Leitsignale reagiert. Diese Veränderungen<br />
treten schnell ein, bereits innerhalb weniger Minuten sind sie sichtbar. Durch die gleichzeitige<br />
Gabe von VEGF und NGF werden diese noch gesteigert, wobei sich auch hier die Vermutung verstärkt,<br />
dass dies in einer gleichzeitigen Expression des NGF‐Rezeptors TrkA und VEGFR‐2 begründet<br />
liegt [70].<br />
4.3 Der VEGFR‐2 vermittelt die Effekte auf das Aktinzytoskelett<br />
In der Literatur wurde angenommen, dass die Wirkung von VEGF auf das Aktinzytoskelett durch<br />
den VEGFR‐2 vermittelt wird [23, 40]. Unsere Ergebnisse bestätigen diese Annahme, da der spezifische<br />
VEGFR‐2 Inhibitor Axitinib die Effekte komplett blockierte. Axitinib unterbindet die Tyrosinkinase‐Aktivität<br />
des Rezeptors und wird bereits erfolgreich als Mittel der 2. Wahl bei metastasiertem<br />
Nierenzellkarzinom verwendet [19]. Zudem wird eine positive Einflussnahme auf die Verläufe<br />
bei Schilddrüsenkrebs und metastasiertem Brustkrebs berichtet [34]. Einige Signalkaskaden und essenzielle<br />
Signalmoleküle der VEGFR‐2‐vermittelten Wirkungen wurden bereits als wichtige Regulatoren<br />
des neuronalen Wachstumskegels identifiziert, jedoch bleiben viele Details bisher unbe‐<br />
22
kannt [77]. Allgemein spielen die Rho‐Familie der GTPasen und deren Effektoren, die Serin‐/Threonin‐Kinasen,<br />
eine wichtige Rolle im neuronalen Zellwachstum, in der Migration und der Motilität<br />
[31, 58, 75]. Eines der Signalmoleküle von elementarer Wichtigkeit scheint das „cell division control<br />
protein 42“ (Cdc42) zu sein, denn es nimmt Einfluss auf die Aktin‐Dynamiken und daher auch die<br />
Zellbewegungen. Über diverse sekundäre Botenstoffe und Aktin bindenden Proteine kontrolliert<br />
Cdc42 verschiedene Signalkaskaden, beispielsweise über das „heat shock protein 27“ (Hsp27) [46,<br />
60], die „stress activated protein kinase (SAPK)2/p38 [40, 60], das Wiskott‐Aldrich Syndrom Protein<br />
(WASP), die Phosphatidylinositol 3’Kinase (PI3‐K)/Akt [60], die „actin‐related proteins“ (Arp)2/3<br />
[18, 48], den „actin depolymerizin factor“ (ADF)/cofilin [48] und den Signalweg Rho/ROCK [31].<br />
Doch detailliertere Untersuchungen dieser Signalwege und der involvierten Moleküle sind erforderlich,<br />
da derzeit die Verbindungen zwischen diesen Faktoren nicht vollkommen geklärt sind.<br />
4.4 Die Wirkung von Progesteron auf periphere Spinalganglien<br />
Auch Progesteron rückte aufgrund seiner Wirkungen im Nervensystem in den letzten Jahren immer<br />
weiter in den Fokus diverser Arbeitsgruppen. Da hier verschiedene non‐reproduktive, neuroprotektive<br />
und neuroregenerative Effekte im ZNS und PNS beschrieben werden, könnte der Einsatz<br />
von Progesteron neue Möglichkeiten für therapeutische Eingriffe ermöglichen [3, 26, 29, 65].<br />
Vor einigen Jahren wurde zudem beschrieben, dass verschiedene gliale und neuronale Zellen im<br />
zentralen und peripheren Nervensystem steroidogene Enzyme produzieren und Steroide de novo<br />
synthetisieren [47, 63]. Auch sensorische Neurone und Schwannzellen in Spinalganglien exprimieren<br />
diese Enzyme. Hier sind besonders das „cytochrome P450 side‐chain cleavage enzyme“<br />
(P450scc) und die „β‐hydroxysteroid dehydrogenase“ (3β‐HSD) von großer Bedeutung, denn beide<br />
wirken als Schlüsselenzyme in der Steroid‐ bzw. Progesteronsynthese. Da beide Enzyme auch in<br />
peripheren Spinalganglien exprimiert werden, wird angenommen, dass diese in der Lage sind, Progesteron<br />
de novo aus Cholesterol zu bilden [53]. Zudem wurde festgestellt, dass Progesteron deutliche<br />
– primär protektive – Wirkungen im Nervensystem hat. Jedoch mangelt es bisher an Informationen<br />
zu den genauen Effekten exogenen Progesterons im PNS [63]. Der zeitliche Zusammenhang<br />
zwischen wichtigen morphologischen Änderungen in der embryologischen Phase und der endogenen<br />
Produktion von Progesteron deutet auf eine Beteiligung dieses Hormons im physiologischen<br />
Reifungsprozess des PNS hin. Daher lässt sich vermuten, dass Progesteron einen großen<br />
Einfluss auf die axonale Wegfindung und den Wachstumskegel hat.<br />
Der Nachweis des Cytochroms P450scc und der 3β‐HSD in embryologischen Spinalganglien deutet<br />
an, dass hier auch Progesteronsynthese stattfindet und Progesteron auch eine Wirkung auf diese<br />
hat. So zeigen die mit Progesteron behandelten Proben starke strukturelle Unterschiede im Vergleich<br />
zu Kontrollen. Die morphometrischen Untersuchungen zum Neuritenwachstum zeigten ein<br />
23
hoch signifikant gesteigertes Auswachsen und eine Verdichtung des Neuritengeflechts. Zudem ist<br />
in Studien belegt worden, dass eine Inkubation mit Progesteron zu einer gesteigerten Myelinisierung<br />
führt [36]. Unsere Ergebnisse bestärken frühere Hypothesen, dass der Progesteronrezeptor<br />
„progesterone receptor membrane component 1“ (PGRMC1), auch Vema oder 25‐Dx genannt, in<br />
der Regulation der axonalen Zielfindung involviert ist [65]. Die Vermutung liegt nahe, da PGRMC1<br />
eine altersabhängige Expression im Rückenmark zeigt, mit deutlicher Akzentuierung auf das sich<br />
entwickelnde Myelon [62]. Die neuroprotektiven Wirkungen von Progesteron scheinen mit diesem<br />
Rezeptor in Zusammenhang zu stehen, da es zu einer Hochregulation der mRNA und auch des Rezeptors<br />
selbst unter Progesterontherapie bei Rückenmarksverletzungen und Schädel‐Hirn‐Traumata<br />
von Ratten kommt [65]. So stützen auch die Ergebnisse der vorliegenden Studie die Hypothese,<br />
dass Progesteron eine wichtige Rolle in der Formation und Erhaltung neuronaler Schaltkreise<br />
einnimmt.<br />
4.5 Progesteron hat einen direkten und schnellen Effekt auf das Aktinzytoskelett<br />
Als wichtigster Motor und strukturelles Korrelat des Auswachsverhaltens war der Wachstumskegel<br />
Fokus dieser Studie. Hier führte die Progesteronbehandlung zu deutlich vergrößertem Umfang und<br />
Fläche. Da Sexualhormone regulierend auf die Organisation von Geweben wirken – am ehesten<br />
indem sie das Zytoskelett beeinflussen [27] – wurde diese Verbindung in Spinalganglienneuronen<br />
untersucht. Es zeigte sich, dass es charakteristische Änderungen in der zytoskelettalen Komposition<br />
und Verteilung gab. So war die periphere Zone deutlich vergrößert und die Zahl der Lamellipodien<br />
und Filopodien massiv gesteigert. Im Gegensatz dazu schien die Anzahl und Verteilung der Neurofilamente<br />
in der zentralen Region kaum beeinflusst worden zu sein. In Übereinstimmung mit anderen<br />
Studien scheint sich das Aktin‐Neurofilament‐Verhältnis deutlich zugunsten von Aktin zu verlagern<br />
[73]. Dies deutet somit auch hier auf Aktin als Effektor der progesteron‐induzierten Umordnung<br />
hin.<br />
Die Ergebnisse unserer Lebendzellbeobachtungen der mit Progesteron inkubierten Wachstumskegel<br />
legen erneut die Annahme nahe, dass es eine enge Korrelation zwischen vermehrter Größe und<br />
beschleunigten Bewegungen gibt. Alle so behandelten Proben zeigten eine hoch signifikant gesteigerte<br />
Motiliät im Vergleich zu den Kontrollen. Interessanterweise war der Effekt der alleinigen<br />
Progesteronapplikation dabei größer als bei einer gleichzeitigen Behandlung von Progesteron<br />
und NGF. Hierbei ist die Tatsache, dass es keinen additiven Effekt dieser beiden Substanzen gibt,<br />
erstaunlich. Da die alleinige Behandlung mit NGF oder Progesteron zu ähnlichen Ergebnissen führt,<br />
ist die These, dass es eine direkte Verbindung beider gibt, anzunehmen. Tatsächlich wurde eine<br />
Hochregulation der NGF‐Rezeptoren TrkA und p75 NTR nach Injektion mit Progesteron beschrieben<br />
[27]. Es ist also denkbar, dass sich die Empfindlichkeit des Wachstumskegels für NGF und somit<br />
24
dessen positive Wirkung auf die Größe steigern lässt. Zudem scheint eine Unterform des PGRMC1,<br />
Vema/VEM1, in der axonalen Zielfindung beteiligt zu sein, indem hierüber die Verfügbarkeit von<br />
Wegleitungsrezeptoren reguliert wird [17, 65], wie möglicherweise auch von NGF‐Rezeptoren. In<br />
dieser Studie konnte jedoch kein additiver Effekt festgestellt werden, obwohl die Morphologie nach<br />
singulärer Behandlung mit NGF und Progesteron ähnlich war, wobei Behandlungen mit NGF eher<br />
zu einer höheren Anzahl von Filopodien führte und Progesteron eine zumeist durch Lamellipodien<br />
gekennzeichnete Morphologie generierte. Deswegen ist ein gemeinsamer, bislang unbekannter<br />
Signalmechanismus von NGF und Progesteron wahrscheinlich.<br />
4.6 Die Effekte von Progesteron werden durch Mifepriston inhibiert<br />
Die Identifizierung dieser Signalwege war der nächste Punkt unserer Studie. Es ist bekannt, dass<br />
sowohl die mRNA der klassischen Progesteronrezeptoren (PR‐A und PR–B), als auch der PGRMC1<br />
in Spinalganglien exprimiert werden. Eine Blockade von PR‐A und PR–B mit dem spezifischen Blocker<br />
Mifepriston führte unter Progesterongabe zu einem neuritischen Auswachsen vergleichbar mit<br />
den Kontrollen. Daher liegt es nahe, dass die beobachteten Effekte von Progesteron durch diese<br />
Rezeptoren vermittelt werden.<br />
Diese klassischen Progesteronrezeptoren sind Transkriptionsfaktoren, welche durch die Bindung<br />
von Progesteron aktiviert werden. Sie sind insbesondere im Soma präsent, wo sie an Chaperone<br />
gebunden vorliegen. Nach der Bindung von Progesteron ändern sie ihre Form, dissoziieren von den<br />
Chaperonen, dimerisieren und wandern in den Zellkern. Hier bindet der PR‐Komplex an das spezifische<br />
„progesterone response element“ (PRE), welches die Transkription verschiedenster mRNA<br />
reguliert [4, 13]. Bisher sind jedoch nur wenige Informationen über einen Zusammenhang zwischen<br />
diesem genomischen Aktivierungsweg und morphologischen Änderungen nach Progesteroninkubation<br />
bekannt. Eine Möglichkeit besteht in einer gesteigerten Produktion von Aktinmonomeren,<br />
welche anschließend in den Wachstumskegel transportiert werden. Okabe und Hirokawa beschrieben<br />
bereits 1991 [50], dass ein anterograder Fluss von Aktinmonomeren die Polymerisation von<br />
Aktin im Wachstumskegel steigert [33]. Auch Progesteron könnte die Synthese von β‐Aktin<br />
durch seine Funktion als Transkriptionsfaktor steigern. Dieses Modell erklärt jedoch nicht die<br />
schnellen Umstrukturierungen nach Progesteronapplikation. Hierfür muss sehr wahrscheinlich ein<br />
anderer Signalweg verantwortlich sein, unabhängig von Zellkern‐involvierenden Vorgängen wie einer<br />
Proteinbiosynthese. Die schnellen, non‐genomischen Signalwege wurden auch für Progesteronrezeptoren<br />
beschrieben, die direkt Kinase‐Kaskaden im Zytoplasma aktivieren [11, 13, 72]. Diese<br />
Kinasen regulieren verschiedene molekulare Kaskaden, etwa über G‐Proteine wie die Rho‐Familie<br />
der GTPasen, Tyrosinkinasen und c‐Scr, welche wiederum über die Regulierung von verschiedenen<br />
25
ABP direkt auf die Reorganisation des Aktinzytoskeletts wirken und somit die Zellmotilität beeinflussen<br />
[11]. Daher liegt die Annahme nahe, dass Progesteronrezeptoren nicht nur über die vielfach<br />
beschriebenen genomischen Mechanismen wirken, sondern alternative Wege aktivieren, welche<br />
keine Modulation der Proteinsynthese benötigen und somit für die schnellen Umstrukturierungen<br />
im Wachstumskegel nach Progesteronapplikation verantwortlich sind.<br />
Die vorliegende Studie untersucht erstmals mit Hilfe der hochauflösenden Lebendzellmikroskopie<br />
die Wirkungen von VEGF und Progesteron auf periphere Neurone. Eine Behandlung mit diesen Substanzen<br />
führt zu einem signifikant gesteigerten axonalen Auswachsen, begleitet von einer Vergrößerung<br />
der Wachstumskegel. Auch die Motilität ist signifikant gesteigert, in beiden Fällen lassen<br />
sich schon nach wenigen Minuten Änderungen feststellen. Zudem konnte der VEGFR‐2 als der Mediator<br />
der Effekte von VEGF und die klassischen Progesteronrezeptoren als Vermittler der durch<br />
Progesteron hervorgerufenen Änderungen auf die Neurone und deren Zytoskelett identifiziert werden.<br />
Des Weiteren konnte mit den vorliegenden Studien erstmals nachweisen werden, dass es einen<br />
direkten Effekt von VEGF und Progesteron auf das Aktinzytoskelett des neuronalen Wachstumskegels<br />
gibt.<br />
Als Teil der Grundlagenforschung bringen diese Ergebnisse wichtige neue Erkenntnisse zu den molekularen<br />
und zellulären Grundlagen des neuronalen Wachstumskegels. Sie können so dazu beitragen,<br />
neue Ausgangspunkte für neue VEGF‐ und/oder progesteronvermittelte thera‐peutische Ansätze<br />
in der Behandlung von Missbildungen, Verletzungen und Erkrankungen des peripheren Nervensystems<br />
zu finden.<br />
Teile dieser Promotionsarbeit sind bereits im Rahmen einer Erstautorenschaft unter dem Titel „Fast<br />
rearrangement of the neuronal growth cone's actin cytoskeleton following VEGF stimulation“<br />
in der Zeitschrift Histochemistry & Cell Biology (IF 2.61) und einer geteilten Erstautorenschaft unter<br />
dem Titel „Rapid impact of progesterone on the neuronal growth cone“ in der Zeitschrift Endocrinology<br />
(IF 4.717) veröffentlicht.<br />
26
V<br />
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31
VI<br />
Anhang<br />
Abb. A1. Auspflanzung und Präparation der primären Spinalganglienkulturen<br />
(a) Unter sterilen Bedingungen wird nach Dekapitation die Wirbelsäule der 10 Tage alten Hühnerembryos<br />
freipräpariert. (b) Die Feinpräpartation der Ganglien wird unter Zuhilfenahme eines binokularen Mikroskops<br />
durchgeführt.<br />
Abb. A2 Mikroinjektion<br />
(a) Mikroinjektionsarbeitsplatz, (b) konfokales Laserscanningmikroskop, (c) mikroinjizierte Spinalganglienkultur<br />
zur Darstellung der typischen Verteilung zytoskelettaler Proteine in den Neuronen. Neurofilament ist grün<br />
fluoreszierend markiert, Aktin rotfluoreszierend, die Zellkernfärbung erfolgte mit Dapi.<br />
32
Abb. A3 Lebendzellbeobachtung eines VEGF‐behandelten, mikroinjizierten Wachstumskegels<br />
Über mehrere Stunden hinweg zeigen sich die Wachstumskegel agil und tasten die Umgebung kontant ab.<br />
Besonders die mit VEGF‐inkubierten Proben zeigten vermehrt ein gerichtetes Auswachsen.<br />
33
Abb. A4 Schematische Darstellung intrazellulären Signalkaskaden von VEGF und Progesteron<br />
34
Danksagung<br />
Diese Dissertation wäre ohne die Hilfe zahlreicher Hände und Mitwirkenden nicht möglich<br />
gewesen. Für die Möglichkeit dieser Promotion und die kontinuierliche Unterstützung während<br />
aller Abschnitte der Arbeit möchte ich mich zu allererst bei meinem Doktorvater PD<br />
Dr. Carsten Theiß bedanken. Sowohl die persönliche, als auch die fachliche Betreuung auch<br />
über die „Durststrecken“ hätte ich mir nicht besser wünschen können. Danke für die wunderbare<br />
Zeit, für die ansteckende Begeisterung und Motivation, die unerschöpfliche Hilfe,<br />
die konstruktive Kritik und die vielen lustigen und inspirierenden Momente.<br />
Für die finanzielle Unterstützung von Mai 2011 bis Mai 2013 im Rahmen eines Promo‐tionsstipendiums<br />
bedanke ich mich bei der Heinrich und Alma Vogelsang Stiftung.<br />
Im Labor wäre ich ohne die Hilfe von Frau C. Grzelak, Frau A. Lodwig, Frau B. Menzel und<br />
Frau H.‐T. Nguyen nicht weit gekommen, vielen Dank für die unschätzbare Hilfe bei der<br />
Bewältigung der unterschiedlichen Methoden, den vielen hilfreichen Tipps und allen voran<br />
der netten Zeit. Zudem danke ich Frau A. Conrad und Frau A. Lenz für die gute<br />
Zusammenarbeit<br />
und die Unterstützung bei der Büroarbeit.<br />
Ein weiteres großes Dankeschön möchte ich zudem an Frau Prof. Brand‐Saberi für die vielen<br />
Anregungen, Hilfestellungen und Unterstützung richten. Für die hervorragende Zusammenarbeit<br />
danke ich desweiteren Herr PhD A. Balakrishnan‐Renuka, Frau M. Böing, Dr. D<br />
Föhring, Dr. P. Happel, M. Lever, M. Masyuk und besonders L. Wessel und R. Wüstefeld.<br />
Schließlich möchte ich mich bei meiner Familie von Herzen bedanken, welche mich nicht<br />
nur während dieser Arbeit, sondern ein Leben lang getragen und unterstützt haben. Danke<br />
für die Hilfe bei den gefühlt unzähligen Korrekturen und Layoutfragen – aber vor allem,<br />
dass ich immer auf Euch zählen kann!
Lebenslauf<br />
geboren am 1. November 1985 in Duisburg, Deutschland<br />
Beruflicher Werdegang<br />
seit 01/2014<br />
Ärztin in Weiterbildung in der Klinik für Allgemeine Pädiatrie, Neonatologie<br />
und Kinderkardiologie am Universitätsklinikum Düsseldorf<br />
Studienverlauf<br />
11/2013<br />
08/2012<br />
08/2008<br />
seit 2006<br />
2005<br />
2. Abschnitt der Ärztlichen Prüfung (2,0)<br />
Beginn des Praktischen Jahres<br />
‐ 1. Tertial Innere Medizin (Prosper Hospital Recklinghausen)<br />
‐ 2. Tertial Chirurgie (Red Cross Children’s Hospital, Kapstadt, Südafrika)<br />
‐ 3. Tertial Pädiatrie (Korle Bu Teaching Hospital, Accra, Ghana)<br />
(beide ermöglicht durch ein PROMOS‐Stipendium)<br />
1. Abschnitt der Ärztlichen Prüfung (2,5)<br />
Studium der Humanmedizin an der Ruhr‐Universität Bochum<br />
Abitur (1,3)<br />
Promotion<br />
08/10‐01/14<br />
05/11‐05/13<br />
Experimentelle Dissertationsarbeit zum Thema „Hochauflösende Lebendzellbeobachtungen<br />
des Aktinzytoskelettes des neuronalen Wachstumskegels – der Einfluss<br />
von VEGF und Progesteron im peripheren Nervensystem“ unter Leitung von<br />
Prof. Dr. Carsten Theiß, Abteilung für Cytologie, Medizinische Fakultät der Ruhr Universität<br />
Bochum. Prüfung: 28.04.2015<br />
Promotionsstipendium der Heinrich und Alma Vogelsang Stiftung<br />
Wissenschaftliche Tätigkeiten<br />
12/14<br />
08/2013<br />
09/2012<br />
03/2012<br />
11/2011<br />
09/2011<br />
Wessel, L, Olbrich L, Brand‐Saberi B, Theiss C (2014).New aspects of progesterone<br />
interactions with the actin cytoskeleton and neurosteroidogenesis in the cerebellum<br />
and the neuronal growth cone. Histochemistry & Cell Biology, 62(12):835‐45.<br />
doi: 10.1369/0022155414550691 IF: 2.927<br />
Olbrich L, Wessel L, Balakrishnan‐Rnuka A, Brand‐Saberi B, Theiss C (2013). Fast impact<br />
of progesterone on the neuronal growth cone. Endocrinology, 154(10):3784‐<br />
3795. DOI: 10.1210/en.2013‐1175 IF: 4.717<br />
Olbrich L, Foehring D, Happel P, Brand‐Saberi B, Theiss C (2013). Fast rearrangement<br />
of the neuronal growth cone's actin cytoskeleton following VEGF stimulation.<br />
Histochemistry & Cell Biology, 139(3):431‐445. IF: 2.927<br />
Vortrag zum Thema der Dissertation auf der 29. Arbeitstagung der Anatomischen<br />
Gesellschaft Würzburg<br />
Posterpräsentation auf dem Jahrestreffen der Anatomischen Gesellschaft in Frankfurt<br />
a.M.<br />
Teilnahme an der FoRUM‐Tagung der medizinischen Fakultät der Ruhr Universität<br />
Bochum mit Posterpräsentation (1. Posterpreis)
03/2011 Teilnahme an der Arbeitstagung der Anatomischen Gesellschaft Würzburg mit Posterpräsentation<br />
Teilnahme an der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Zellbiologie (Bonn)<br />
mit Posterpräsentation<br />
Famulaturen<br />
09/2011<br />
04‐05/2010<br />
03/2010<br />
08/2009<br />
03/2009<br />
Famulatur in Bethesda‐Krankenhaus, Duisburg (Anästhesie)<br />
Famulatur auf dem Krankenhausschiff der Universidade Federal do Pará, Brasilien<br />
(Reiseförderung von Medizinernachwuchs.de)<br />
Famulatur im Universitätsklinikum von Santa Catarina, Brasilien (Gynäkologie)<br />
Famulatur im Herz‐ und Diabeteszentrum NRW Bad Oeynhausen (Pädiatrie/Kinderkardiologie)<br />
Famulatur in der „Gemeinschaftspraxis Kokorsch, Zurhelle, Jostkleigrewe“, Duisburg<br />
(Allgemeinmedizin)<br />
Besondere Kenntnisse & Soziales Engagement<br />
Sprachen<br />
Studierenden‐initiativen<br />
Auslandsaufenthalte<br />
Weiterbildung Internationale<br />
Gesundheit<br />
Englisch, Portugiesisch und Französisch<br />
(Gründungs‐)Mitglied der Studierendeninitiative globalegesundheit (seit 2009)<br />
Aufbau und Leitung der You‐Manity‐Gruppe der Medizinischen Fakultät der<br />
Ruhr Universität Bochum (seit 2009)<br />
Referentin beim TriKont‐Seminar (Veranstalter bvmd e.V.), Leipzig (12/2010)<br />
Teilnahme an der Generalversammlung der IFMSA (International Federation of<br />
Medical Students Associations) als Delegierte für das deutsche „Standing Comitee<br />
on Public Health“ in Accra, Ghana (03/2012)<br />
Mitarbeit im „Binde Rural Hospital“, Ghana (03/2012)<br />
Teilnahme am internationalen Studentenfestival ISFiT, Trondheim, Norwegen,<br />
zum Thema Global Health (02/2011)<br />
Mitarbeit im Projekt „Nova Vida“ Crato, Brasilien (Tätigkeit v.a. im Bereich der<br />
Gesundheitsbildung von Kindern und Jugendlichen) (07‐08/2009)<br />
Soziales Praktikum im Kinderdorf „Cidade da Crianca“, Simões Filho, Brasilien<br />
09/05‐03/06)<br />
Teilnahme am X., XI., XII., XIII. und XIV. Humanitären Kongress (10/2009,<br />
10/2010, 10/2011, 10/2012, 10/2013), Berlin (Veranstalter: Ärzte ohne Grenzen<br />
e.V.)<br />
Teilnahme an der 29. Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft Tropenpädiatrie,<br />
Hamburg<br />
Teilnahme an der XII. Sommerakademie „Globale Gesundheit“, Würzburg (Veranstalter:<br />
Missionsärztliches Institut Würzburg)<br />
Teilnahme an der Konferenz „Global – Gerecht – Gesund“, Berlin (Veranstalter:<br />
Gesundheit Berlin‐Brandenburg und medico international)
Die Dissertation basiert auf folgenden Publikationen:<br />
Wessel, L, Olbrich L, Brand‐Saberi B, Theiss C (2014).New aspects of progesterone interactions<br />
with the actin cytoskeleton and neurosteroidogenesis in the cerebellum and the<br />
neuronal growth cone. Histochemistry & Cell Biology, 62(12):835‐45. doi:<br />
10.1369/0022155414550691<br />
IF: 2.927<br />
Olbrich L, Wessel L, Balakrishnan‐Rnuka A, Brand‐Saberi B, Theiss C (2013). Fast impact of<br />
progesterone on the neuronal growth cone. Endocrinology, 154(10):3784‐3795. DOI:<br />
10.1210/en.2013‐1175<br />
IF: 4.717<br />
Olbrich L, Foehring D, Happel P, Brand‐Saberi B, Theiss C (2013). Fast rearrangement of<br />
the neuronal growth cone's actin cytoskeleton following VEGF stimulation. Histochemistry<br />
& Cell Biology, 139(3):431‐445.<br />
IF: 2.927