Psychische Erkrankungen in der Lebensspanne ... - DGPPN

Topic 13 G Neurobiologie, Neurogenetik, Epidemiologie // Neurobiology, neurogenetics, epidemiology
008
Einfluss von Sequenzvariationen auf die Aktivität der sauren
Sphingomyelinase
Cosima Rhein (Universitätsklinikum Erlangen, Molekulare Neurobiologie
Psychiatrische Klinik)
P. Tripal, M. Reichel, C. Mühle, J. Kornhuber
Einleitung: Die saure Sphingomyelinase (ASM) ist ein lysosomales
Enzym, das die Hydrolyse von Sphingomyelin zu Ceramid und
Phosphorylcholin katalysiert. Veränderte Aktivität der ASM steht
im Zusammenhang mit unterschiedlichen psychiatrischen und
neurologischen Krankheiten. Ein im Vergleich zu gesunden Personen
erhöhtes ASM-Aktivitätsniveau liegt beispielsweise bei Patienten
vor, die an Depression oder Morbus Alzheimer leiden. Eine
erniedrigte ASM-Aktivität hingegen wird bei der Niemann-Pick-
Krankheit beobachtet und durch Sequenzvariationen verursacht.
Sequenzvariationen, die eine erhöhte ASM-Aktivität bewirken,
sind bislang nicht bekannt.
Methode: Mit dem Ziel, den Einfluss von ASM-Sequenzvariationen
auf die katalytische Aktivität des Enzyms zu untersuchen,
wurde ein Zellkulturmodell etabliert. In diesem Modell werden
ASM-Varianten exprimiert, die in Patienten mit Major Depression
identifiziert wurden. Im Anschluss kann die katalytische Aktivität
und zelluläre Auswirkungen dieser analysiert werden. Validiert
wurde das Zellkulturmodell anhand zweier ASM-Varianten, die
aus Patientenmaterial kloniert wurden. Die Charakterisierung der
enzymatischen Aktivität, des apoptotischen Potentials und des Phosphorylierungsstatus
dieser Varianten zeigte eindeutige Unterschiede.
Diese Unterschiede sind auf einen einzelnen Nukleotidaustausch
zurückzuführen. Dementsprechend kann das beschriebene
Modell genutzt werden, weitere, eventuell krankheitsassoziierte
ASM-Sequenzvariationen zu beschreiben und deren zellbiologischen
Effekte zu charakterisieren.
Diskussion / Ergebnisse: Das präsentierte Zellkulturmodell bietet
die Möglichkeit, zellbiologische Grundlagen einer veränderten
ASM-Aktivität zu untersuchen. Nachdem die ASM-Aktivität im
Zusammenhang mit unterschiedlichsten Krankheiten steht, ist es
erstrebenswert diese Grundlagen aufzuklären. Neue Erkenntnisse
zur Regulation und Auswirkung pathologisch veränderter ASM-
Aktivität bieten die Möglichkeit, neue, spezifisch wirkende Pharmaka
zu entwickeln oder die Ursachen für diese veränderte Enzymaktivität
zu beseitigen.
009
In vitro-System zur Identifizierung spezifischer Inhibitoren der
sauren Sphingomyelinase und sauren Ceramidase im Lipidstoffwechsel
Christiane Mühle (Universitätsklinikum Erlangen, Molekulare Neurobiologie
Psychiatrie)
P. Tripal, M. Reichel, C. Rhein, J. Kornhuber
Sphingolipide sind nicht nur ein Hauptbestandteil tierischer Zellmembranen
sondern als bioaktive Lipide wesentlich an zellulären
Signalwegen beteiligt. Durch Regulation der Ceramid- und Sphingosin-1-Phosphat-Konzentrationen,
dem Ceramid / S1P-Rheostat,
kontrollieren Enzyme des Lidipstoffwechsels Prozesse wie die Proliferation,
Differenzierung, Zellmigration und Apoptose. Neben
erblichen Lipidspeicherkrankheiten (Niemann-Pick, Farber) sollen
sie auch an der Entstehung u. a. psychiatrischer und neurologischer
Erkrankungen, z. B. schwerer Depression, Morbus Alzheimer, Morbus
Parkinson und Multipler Sklerose, beteiligt sein. Eine zentrale
Stellung dabei haben die saure Sphingomyelinase (aSMase), die
Sphingomyelin zu Phosphorylcholin und Ceramid hydrolysiert, sowie
die saure Ceramidase (aCDase), die das Ceramid wiederum zu
Sphingosin und Fettsäure abbaut. Bei Patienten mit schwerer Depression
wurde eine erhöhte Aktivität der sauren Sphingomyelinase
in peripheren Blutzellen gemessen, die sich in vitro durch
Behandlung mit Antidepressiva reduzieren ließ. Obwohl weitere
Substanzen als Inhibitoren der aSMase oder aCDase erkannt oder
neu synthetisiert werden, fehlt es an systematischen Untersuchungen
zur spezifischen Hemmung. Neuere Studien zeigen sogar, dass
der bekannte Sphingomyelinase-Hemmer Desipramin manche
Wirkungen nicht über dieses Enzym sondern durch eine Aktivitätsverringerung
der aCDase erreicht. Um spezifische Inhibitoren
der aSMase und aCDase zu identifizieren, haben wir Assays zur parallelen
Bestimmung der Aktivität beider Enzyme mittels fluoreszenzgekoppelter
Substrate und Dünnschichtchromatographie etabliert
und für eine Reihe von Testsubstanzen angewendet. Da die
aCDase in vielen Zelllinien im Vergleich zur aSMase nur ein deutlich
niedrigeres Aktivitätsniveau erreicht, nutzen wir eine stabil
transfizierte aCDase überexprimierende Zelllinie, die mit verschiedenen
Konzentrationen der Pharmaka für unterschiedliche Zeiten
behandelt wird. Ein weiterführendes Screening zugelassener Medikamente
soll dazu dienen, deren Einfluss auf beide Enzyme relativ
zu einander zu bestimmen und dadurch auch zur Aufklärung der
Wirkungs- und Regulationsmechanismen beizutragen. Unspezifische
Inhibitoren beider Systeme würden nur über die intrinsischen
Aktivitätsunterschiede eine Verschiebung des Ceramid/S1P-Gleichgewichts
erreichen, während über eine spezifische Hemmung der
aSMase oder aCDase dieses in die gewünschte Richtung gelenkt
werden könnte.
010
Erhöhte und erniedrigte Aktivität der Sauren Sphingomyelinase
Induzieren Apoptose im Zellkulturmodell
Philipp Tripal (Psychiatrische Klinik, Molekulare Neurobiologie, Erlangen)
M. Reichel, C. Mühle, C. Rhein, J. Kornhuber
Einleitung: Die saure Sphingomyelinase (ASM) ist ein Haushaltsenzym
des Fettsäurekatabolismus. Es spaltet Sphingomyelin in
Phosphorylcholin und das bioaktive Lipid Ceramid. Zahlreiche
Krankheiten wurden bisher beschrieben, die mit veränderter ASM
Aktivität einhergehen. Zu niedrige ASM Aktivität ist die Ursache
von Niemann Pick. Durch Mutationen im ASM Gen kommt es bei
Patienten mit dieser Krankheit zur Anreicherung von Sphingomyelin
in den Lysosomen, was pathologische Konsequenz hat. Dieser
Befund bestätigte zunächst die Bedeutung der ASM als reines
Haushaltsenzym. Durch Entwicklung sensitiver, biochemischer
Methoden und Durchführung intensiver klinischer Forschung
wurden mittlerweile unterschiedlichste Krankheiten identifiziert,
die mit einer erhöhten ASM Aktivität einhergehen. Darunter sind
vor allem degenerative Krankheiten wie Alzheimer Demenz, Morbus
Parkinson, Status Epilepticus, Multiple Sklerose oder Alkoholkrankheit.
Interessanter Weise korreliert die ASM Aktivität depressiver
Patienten mit der Zunahme ihrer Hamilton Testergebisse.
Zudem befinden sich unter den Antidepressiva viele Substanzen,
welche die ASM-Aktivität hemmen. Krankheitsbilder sowie experimentelle
Ergebnisse lassen darauf schließen, dass eine Reduktion
sowie die Erhöhung der ASM Aktivität negative, zellbiologische
Konsequenzen hat.
Methode: Zur Bestimmung der Auswirkungen einer veränderten
ASM Aktivität, haben wir ein Zellkulturmodell entwickelt. In diesem
Modell kann die ASM Aktivität durch Überexpression, siRNA
oder pharmakologisch moduliert werden. Das bietet die Möglichkeit
den Einfluss erhöhter und erniedrigter ASM Aktivität auf die
Viabilität der Zellen zu erforschen.
Diskussion / Ergebnisse: Eine zu starke Hemmung der ASM durch
Pharmaka führt zur lysosomalen Akkumulation von Sphingomyelin,
wie für Niemann Pick Patienten gezeigt. Dementsprechend
konnte im Zellkulturmodell ein negativer Einfluss einer zu starken
ASM Hemmung auf die zelluläre Viabilität beobachtet werden.
ASM Überexpression und die dadurch erhöhte ASM-Aktivität in-
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