Dokument: Phenotypic screening for pharmacological compounds promoting p57kip2’s protein nuclear shuttling and myelin repair

Titel:	Phenotypic screening for pharmacological compounds promoting p57kip2’s protein nuclear shuttling and myelin repair
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=56952
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20210726-110313-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	M.Sc. Manousi, Anastasia [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 4,21 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 21.07.2021 / geändert 21.07.2021
Beitragende:	Prof. Dr. Patrick Küry [Gutachter] Prof. Dr. Markus Pauly [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Multiple Sklerose (MS) ist eine der häufigsten und belastendsten demyelinisierenden Krankheiten, die vor allem junge Menschen betrifft. Ein veränderter Immunangriff führt zum Verlust von Oligodendrozyten, den myelinisierenden Zellen des zentralen Nervensystems (ZNS), und von Myelin und schließlich zum Zelltod von Neuronen und zu dauerhaften neurologischen Defiziten. Eine Population von residenten oligodendroglialen Vorläuferzellen (engl.: oligodendroglial precursor cells, OPCs) bleibt im gesamten Erwachsenenalter in einem undifferenzierten Zustand. Als Reaktion auf Verletzungen oder Erkrankungen können sich diese Zellen zu myelinisierenden Oligodendrozyten differenzieren und so zur Myelinreparatur beitragen. Der Grad der angeborenen Remyelinisierungskapazität des ZNS ist jedoch insgesamt ineffizient und nimmt mit dem Fortschreiten der Erkrankung oder mit dem Alter ab, da hemmende Signale vorhanden sind oder stimulierende Reize fehlen. Die derzeit verwendeten therapeutischen Ansätze für MS sind meist immunmodulatorisch und haben keine regenerativen Eigenschaften. Dennoch gibt es eine Vielzahl von Studien, die sich auf remyelinisierungsfördernde Therapien konzentrieren, wobei viele von ihnen, insbesondere im letzten Jahrzehnt, pharmakologische Ansätze mit eben diesen Eigenschaften hervorgebracht haben. Da die Fähigkeit der adulten OPCs, sich in reifeOligodendrozyten zu differenzieren, unzureichend und somit der limitierende Faktor für die Remyelinisierung ist, zielen die meisten Studien darauf ab, eben diesen Prozess zu fördern. Trotz der großen Anzahl dieser vorgeschlagenen pharmakologischen Substanzen und der Tatsache, dass einige von ihnen bereits in klinische Studien eingetreten sind, ist eine ausreichende Remyelinisierung bei MS-Patienten immer noch ein ungedeckter Bedarf, und die Entschlüsselung der molekularen Mechanismen, die die oligodendrogliale Zellentwicklung regulieren, wird den Weg für effiziente regenerative Behandlungen ebnen. In diesem Zusammenhang haben frühere Arbeiten unserer Forschungsgruppe die frühe inhibitorische Rolle der nukleären Lokalisierung des Proteins p57kip2 beleuchtet. Obwohl der nukleäre Ausschluss des Proteins mit der OPC-Differenzierung insofern verbunden ist, dass er von der Bindung an Proteinpartner abhängt, ist der genaue Mechanismus noch nicht bekannt. In dieser Studie wurde die subzelluläre Lokalisation des p57kip2-Proteins als Indikator verwendet, um ein phänotypisches Screening nach pharmakologischen Substanzen zu etablieren, die das Potenzial haben, den Übergang von OPCs zu reifen myelinisierenden Oligodendrozyten zu fördern. Von den 21 vorläufigen Treffern, die aus diesem Screening hervorgingen, übten vier differenzierungsfördernde Effekte auf primäre OPCs der Ratte aus. Danazol, ein Steroid-Medikament, und die Benzimidazole Parbendazol und Methiazol induzierten ähnliche Effekte in menschlichen fetalen OPCs und förderten die entwicklungsbedingte Myelinisierung in organotypischen Kleinhirnkulturen von Ratten. Interessanterweise förderten Danazol und Parbendazol auch die spontane OPC-Differenzierung und Remyelinisierung im Cuprizon-induzierten Mausmodell der Demyelinisierung. Zusammenfassend konnte in dieser Studie gezeigt werden, dass frühe und evolutionär konservierte zelluläre Prozesse, die in den Prozess der Differenzierung involviert sind, für die Identifizierung regenerationsfördernder Substanzen geeignet sind. Mit einem neuartigen Differenzierungskompetenzmarker konnten einige Substanzen identifiziert werden, die die Entwicklung oligodendroglialer Zellen fördern, während Parbendazol und Danazol als potente therapeutische Kandidaten für demyelinisierende Erkrankungen wie MS vorgeschlagen werden. Multiple sclerosis (MS) is one of the most widespread and debilitating demyelinating diseases, mainly affecting young people. An altered immune attack leads to oligodendrocyte, the myelinating cells of the central nervous system (CNS), and myelin loss and eventually to neuronal death and permanent neurological deficits. A population of resident oligodendroglial precursor cells (OPCs) remains an undifferentiated state throughout adulthood. In response to injury or disease, these cells can differentiate to myelinating oligodendrocytes, thus contributing to myelin repair. However, the innate remyelination capacity of the CNS is inefficient and declines with disease progression or ageing, due to the presence of inhibitory signals or the absence of stimulatory cues. The currently used therapeutic approaches for MS are mostly immunomodulatory and lack regenerative properties. There is nonetheless a plethora of studies focusing on remyelination promoting therapies with many of them, especially during the past decade, unraveling pharmacological approaches with these properties. As the inefficient capacity of adult OPCs to differentiate into mature oligodendrocytes is the rate-limiting factor for remyelination, most studies attempt to promote this process. Despite the large number of the already suggested pharmacological compounds and the fact that some of them have already entered clinical trials, sufficient remyelination in MS patients is still an unmet need and deciphering the molecular mechanisms regulating oligodendroglial cell development is going to pave the way for efficient regenerative treatments. In this regard, previous work from our research group shed light to the early inhibitory role of the nuclear localization of the protein p57kip2. Although, nuclear exclusion of the protein is associated with OPC differentiation in a way that is dependent on binding to protein partners, the exact mechanism is not yet known. In this study, the subcellular localization of the p57kip2 protein was used as readout to establish a phenotypic screening for pharmacological compounds with the potential to promote transition from the OPC stage to mature myelinating oligodendrocytes. Out of the 21 preliminary hits that emerged from this screening, four exerted differentiation promoting effects in rat primary OPCs. Danazol, a steroid drug, and the benzimidazoles parbendazole and methiazole, induced similar effects in human fetal OPCs and promoted developmental myelination in rat cerebellar organotypic cultures. Interestingly, danazol and parbendazole also promoted spontaneous OPC differentiation and remyelination in the cuprizone-induced mouse model of demyelination. In summary, this study suggests that early and evolutionary conserved cellular processes involved in the process of differentiation are applicable for identification of regeneration promoting treatments. Specifically, using a novel differentiation competence marker, a few substances were found to promote oligodendroglial cell development, while parbendazole and danazol are suggested as promising therapeutic candidates for demyelinating diseases, such as MS.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	26.07.2021
Dateien geändert am:	26.07.2021
Promotionsantrag am:	15.04.2021
Datum der Promotion:	15.07.2021