Die Rolle von NOX4 und dessen Interaktion mit Mitochondrien und Nrf2 in der durch Hyperexzitabilität-induzierten Neurodegeneration

• Antragstellerin: Stjepana Kovac, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408780607

Hyperexzitabilität, d.h. die Übererregbarkeit des zentralen Nervensystems (ZNS), ist ein geläufiger Mechanismus, der bei einer Vielzahl von Erkrankungen wie z.B. Epilepsie oder der Multiplen Sklerose (MS) zur Neurodegeneration führt, und bei dem reaktive Sauerstoffspezies (ROS) eine wichtige Rolle spielen. Trotz der überwältigenden Datenlage, die für eine zentrale Rolle der ROS in der Neurodegeneration spricht, blieben klinische Studien, die versucht haben ROS nach Ihrer Entstehung mit Antioxidantien zu neutralisieren, ohne Erfolg. Eine Erklärung für das Scheitern dieses Therapieansatzes ist, dass zur Neutralisierung von ROS große Mengen an kontinuierlich zugeführten Antioxidantien gebraucht werden, eine Strategie die nebenwirkungsbehaftet ist. Einen alternativen Ansatz stellt die die Hemmung der ROS produzierenden zellulären Enzyme dar, die jedoch eine sorgfältige Charakterisierung der ROS produzierenden Enzyme erfordert, da einige in wichtige zelluläre Signalwege involviert sind.Wir konnten zuvor zeigen, dass die Nicotinamid-Adenin-Dinucleotide-Phosphat (NADPH)-Oxidase, ein Enzym, das ausschließlich ROS produziert, eine entscheidende Rolle bei der Hyperexzitabilität- induzierten Neurodegeneration spielt. Sieben unterschiedliche Isoformen dieses Enzyms sind bekannt (NOX1-5, DUOX1 und 2), von denen insbesondere der NOX4-Subtyp vermehrt in Zellen des ZNS vorkommt. Unsere vorläufigen Daten zeigen, dass NOX4 einerseits Mitochondrien und andererseits nuclear factor erythroid 2–related factor 2 (Nrf2) beinflusst. Dies ist insofern wichtig, da sowohl Mitochondrien als „Kraftwerke“ der Zelle, als auch Nrf2, ein Transkriptionsfaktor, der die endogene Transkription von antioxidativen Substanzen fördert, Schlüsselrollen in der Hyperexzitabilität-induzierten Neurodegeneration einnehmen. Somit ist NOX4, das sowohl mit Mitochondrien als auch Nrf2 interagiert, ein wichtiges Zielprotein, um die Hyperexzitabilität-induzierte Neurodegeneration zu adressieren.Wir werden die Rolle von NOX4 in der durch Hyperexzitabilität-induzierten Neurodegeneration und die Interaktion von NOX4 mit Mitochondrien und Nrf2 mittels Live-Cell-Imaging und molekularbioloischen Techniken an unterschiedlichen Zelltypen des ZNS (Astrozyten, Neuronen, Endothelzellen und Mikroglia) von NOX4-defizienten Mäusen untersuchen. Im Anschluss werden diese In-vitro-Analysen erweitert durch elektrophysiologische, histologische und Live-Cell-Imaging-Untersuchungen an einem Tiermodell der durch Hyperexzitabilität-induzierten Neurodegeneration bei global und zelltyp-spezifisch NOX4-defizienten Mäusen, d.h. an Mäusen mit einer NOX4 Defizienz in Endothel- bzw. Nervenzellen (NOX4endo -/- and NOX4neuro -/-). Abschließend validieren wir die Relevanz der in den Tierversuchen erhobenen Daten anhand histologischer Untersuchungen an post mortem entnommenen Hirngewebe von Patienten, bei denen MS diagnostiziert wurde - eine Erkrankung die durch Hyperexzitabilität-induzierte Neurodegeneration gekennzeichnet ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen