Dokument: Molekulare Analyse und pharmakologische Modulation von Platin‑induzierter Neurotoxizität unter Verwendung des Modellorganismus C. elegans

Titel:	Molekulare Analyse und pharmakologische Modulation von Platin‑induzierter Neurotoxizität unter Verwendung des Modellorganismus C. elegans
Weiterer Titel:	Molecular analysis and pharmacological modulation of platinum-induced neurotoxicity using the model organism C. elegans
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=58486
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20220107-110954-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Wellenberg, Anna [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 10,35 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 05.01.2022 / geändert 05.01.2022
Beitragende:	Gerhard Fritz [Gutachter] Prof. Dr. Rose, Christine [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Chemotherapie induzierte periphere Neuropathie (CIPN) ist eine der häufigsten dosislimitierenden Nebenwirkung der Cisplatin (CisPt) basierten Krebstherapie. Der Mechanismus, welcher der CIPN zugrunde liegt, ist bisher nicht vollständig verstanden. Deshalb wurde in der vorliegenden Arbeit der Modellorganismus C. elegans als 3R konformes in vivo Modell eingesetzt, um die molekularen Mechanismen aufzuklären, die zur CisPt induzierten Neurotoxizität führen. Die Auswirkungen von CisPt wurden dabei auf die Sensorik durch die Nutzung verschiedener Assays, wie Chemotaxis, Futterwahrnehmung und Mechanosensorik überprüft. Mit dem Learning Assay wurden die Effekte von CisPt auf das assoziative Lernen von C. elegans beurteilt. Besonderes Augenmerk lag auf der pharyngealen Neurotransmission von C. elegans, welche mittels elektrophysiologischer Methodik untersucht wurde. Für die Beurteilung der Pharynxaktivität wurden mit dem ScreenChipTM System von Nemametrix (InVivo Biosystems) unter Verwendung unterschiedlicher Pumpstimuli (E. coli und Serotonin (5 HT)) Elektropharyngeogramme (EPGs) gemessen und mittels der Nemametrix Software verschiedene pharyngeale Parameter bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass CisPt weder morphologische oder funktionelle Schäden in chemosensorischen Neuronen verursacht, noch die Nahrungs und Geruchswahrnehmung oder die Mechanosensorik von C. elegans beeinflusst. Ein vermindertes Lernverhalten von CisPt behandelten C. elegans konnte nachgewiesen werden. Des Weiteren konnte eine CisPt vermittelte Hemmung der 5 HT regulierten pharyngealen Pumpaktivität unabhängig von morphologischen Veränderungen des Pharynx beobachtet werden. Die Messungen in Gegenwart von 2 mM 5 HT und eine Co Inkubation mit 0,4 mM 5 HT konnten die CisPt induzierte Reduzierung der Pumpaktivität aufheben ohne die zytotoxischen Effekte von CisPt zu beeinträchtigen. Darüber hinaus führten Messungen in Gegenwart von 5 mM 5 HT zu einem hyperaktiven Pumpverhalten der CisPt behandelten Nematoden, was einen Einfluss von CisPt auf den 5 HT Wiederaufnahmetransporter vermuten lässt. Durch Co Inkubation mit dem klinisch zugelassenen Serotonin Noradrenalin Wiederaufnahmehemmer (SSNRI) Duloxetin® konnte der CisPt ausgelösten Verminderung der Pumpaktivität und der Eiablageaktivität, einem weiteren 5 HT regulierten Prozess, vorgebeugt werden. Durch den Einsatz verschiedener serotonerger C. elegans Mutanten konnte zudem nachgewiesen werden, dass die CisPt induzierte Neurotoxizität unabhängig von der 5 HT Biosynthese ist und wahrscheinlich auf einer Beeinträchtigung des 5 HT Rezeptors SER 7 (5 HT7 Rezeptor) beruht. Die elektrophysiologischen Messungen nach CisPt Inkubation lassen somit die These zu, dass die durch CisPt ausgelöste Neurotoxizität auf eine Störung der serotonergen Neurotransmission zurückzuführen ist. Die mittels des Learning Assays nachgewiesenen Lerndefizite der CisPt behandelten Nematoden könnten ebenfalls auf Defekte in SER 7 regulierten Mechanismen zurückzuführen sein. Die in dieser Arbeit generierten Daten belegen, dass CisPt die neuromuskuläre Pharynxaktivität von C. elegans durch Hemmung serotonerger, vermutlich SER 7 Rezeptor abhängiger, Neurotransmission beeinträchtigt. Diese Beeinträchtigung ist unabhängig von morphologischen Schäden des Pharynx sowie funktionaler Beeinträchtigungen der betrachteten sensorischen Neurone. Die in der vorliegenden Arbeit erhobenen Befunde belegen zudem die Eignung von C. elegans als 3R konformes in vivo Modell für die Untersuchung von Pathomechanismen der Chemotherapie induzierten Neurotoxizität. Darüber hinaus verdeutlicht die Beobachtung einer Duloxetin® vermittelten Neuroprotektion der CisPt induzierten Neurotoxizität, dass C. elegans einen vielversprechenden Modellorganismus für die zukünftige präklinische Identifizierung von neuen potentiell neuroprotektiven Wirkstoffen darstellt. Chemotherapy induced peripheral neuropathy (CIPN) is one of the most common dose limiting side effects of cisplatin (CisPt) based cancer therapy. The mechanism underlying CIPN is not fully understood to date. Therefore, in the present work, the model organism C. elegans was used as a 3R compliant in vivo model to elucidate the molecular mechanisms leading to CisPt induced neurotoxicity. The effects of CisPt on the sensory system were tested by using different assays, such as chemotaxis, food attraction, and mechanosensation. The learning assay was used to assess the effects of CisPt on associative learning in C. elegans. Special attention was paid to C. elegans pharyngeal neurotransmission, which was assessed using electrophysiological methodology. For the assessment of pharyngeal activity, using different pump stimuli (E. coli and serotonin (5 HT)), the ScreenChipTM system from Nemametrix (now InVivo Biosystems) and associated software were used to generate electropharyngeograms (EPGs) and determine various pharyngeal parameters. CisPt was shown not to cause morphological or functional damage to chemosensory neurons, nor to impair food attraction and odor perception or mechanosensation in C. elegans. Decreased learning behavior was demonstrated in CisPt treated C. elegans. In addition, CisPt mediated inhibition of 5 HT regulated pharyngeal pump activity was observed independently of morphological changes in the pharynx. Measurements in the presence of 2 mM 5 HT concentrations and co incubation with 0.4 mM 5 HT were able to abolish the CisPt induced reduction in pump activity without affecting the cytotoxic effects of CisPt. Moreover, measurements in the presence of 5 mM 5 HT resulted in hyperactive pumping behavior of CisPt treated nematodes, suggesting an effect of CisPt on the 5 HT reuptake transporter. Co incubation with the clinically approved serotonin norepinephrine reuptake inhibitor (SSNRI) Duloxetine® prevented the CisPt induced reduction in pump activity and egg-laying activity, another 5 HT regulated process. The use of different serotonergic C. elegans mutants also showed that CisPt induced neurotoxicity is independent of 5 HT biosynthesis and is likely due to impairment of the 5 HT receptor SER 7 (5 HT7 receptor). Thus, the electrophysiological measurements after CisPt incubation suggest that the neurotoxicity induced by CisPt is based on an impairment of serotonergic neurotransmission. The cognitive impairments of CisPt treated nematodes revealed by the learning assay may also be due to defects in SER 7 regulated mechanisms. The data generated in this doctoral thesis demonstrate that CisPt impairs C. elegans neuromuscular pharyngeal activity by inhibiting serotonergic, presumably SER 7 receptor dependent, neurotransmission. This impairment is independent of morphological damage to the pharynx as well as functional impairment of the sensory neurons considered. The findings collected in the present work support the suitability of C. elegans as a 3R compliant in vivo model for the study of pathomechanisms of chemotherapy induced neurotoxicity. Furthermore, the observation of neuroprotection from CisPt-induced neurotoxicity achieved by Duloxetine® indicates that C. elegans represents a promising model organism for future preclinical identification of novel potentially neuroprotective agents.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	07.01.2022
Dateien geändert am:	07.01.2022
Promotionsantrag am:	17.08.2021
Datum der Promotion:	09.12.2021