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Die HIV-Infektion des Gehirns induzierte eine Vielzahl neurologischer und neuropsychiatrischer Veränderungen, die gemeinsam als HIV-assoziierte Demenz bezeichnet werden. Insbesondere eine Beteiligung der glutamate-vermittelten Toxizität wird im Rahmen der HIV-Demenz diskutiert. Die vorliegende Arbeit verwendete das wichtigste Tiermodell der HIV-Infektion, mit simianen Immundefizienzviren (SIV) infizierte Rhesusaffen, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Immunaktivierung und adaptiven Veränderungen der glutamatergen Synapse und ihrer Umgebung zu untersuchen. Mittels einer Microarrayanalyse wurden allgemein Unterscheide im Genexpressionsprofil der Basalganglien von Rhesusaffen während dem Fortschreiten der Infektion erfasst. Die Ergebnisse zeigten Unterschiede in der transkriptionalen Regulation zwischen Chinesischen und Indischen Makakkensubspezies, sowie ein einzigartig differenziertes Genexpressionsmuster als Antwort auf die SIV-Infektion selbst. Um adaptive Veränderungen in den funktionalen Elementen der glutamatergen Synapse weiter zu charakterisieren, wurde die Expression der N-methyl-D-aspartat-Rezeptoruntereinheiten gemessen, wobei ein progressiver Verlust der Untereinheitenexpression im Putamen sowie ein differenziellen Expressionsmuster in Abhängigkeit sowohl von der Makakkensubspezies sowie von der Hirnregion im Nucleus accumbens SIV-infizierter Rhesusaffen festgestellt wurde. Außerdem konnte die vorliegende Arbeite zum ersten Mal eine Störung der exzitatorischen Aminosäuretransporter, dem wichtigsten Glutamatwiederaufnahmesystem, im Putamen, aber nicht im Nucleus accumbens, während der SIV-Infektion nachweisen. Zuvor durchgeführte Arbeiten wiesen darauf hin, dass neurochemischen Dysfunktionen unter Umständen das Ergebnis einer indirekten Toxizität vermittelt durch aktivierte Mikroglia und der daraus resultierenden Ausschüttung schädlicher Faktoren sein könnten. Entsprechend zeigten unsere Daten einen Anstieg in der MHC-II- und TNF-alpha-Expression bereits während der asymptomatischen Phase, und eine noch deutlichere Heraufregulierung in AIDS-Tieren. Zusammenfassend weist die vorliegen Arbeit auf komplexe und kombinierte Mechanismen von einem Anstieg in der Glutamatkonzentration mit einer Dysregulation der NMDA-Rezeptorfunktion sowie der Glutamatwiederaufnahmesysteme verursacht durch eine Immunaktivierung hin. Außerdem konnte in Versuchen zur pharmakologischen Beeinflussung der glutamatergen Synapse mittels dopaminerger Substanzen, NMDAR-Antagonisten und Antioxidantien eine Verbesse-rung der neurochemischen Funktion durch den nichtkompetitiven Antagonisten Memantin und die Antioxidantien Melatonin sowie N-Acetylcystein gezeigt werden. Hingegen trugen die Ergebnisse mit dem MAO-B-Inhibitor Selegilin weiter zu Bedenken zur Sicherheit und Effizienz dopaminerger Substanzen in der Behandlung von HIV-Patienten bei. Außerdem zeigte die vorliegende Arbeit, dass Memantin spezifisch die mRNA- und Proteinexpression des Neurotrophins BNDF heraufregulierte und weist somit auf eine neuartige pharmakologische Wirkung Antidementivums hin. In einer ergänzenden Studie wurden Schritte zur Entwicklung und Verbesserung adeno-assoziierten viraler und foamyviraler Vektoren, die shRNAs für die effiziente Ausschaltung der Expression des murinen und humanen Dopamintransporters, durchgeführt. Es wurden verschieden virale Vektorplasmide kloniert, Effektormoleküle mit einer hohen Knockdown-Aktivität identifiziert, und infektiöse rekombinante Viren hergestellt. Zudem konnte die Expression des humanen Dopamintransporters auf Lymphozyten bestätigt werden. Diese Ergebnisse werden die Entwicklung transgener Tiere und Zelllinien erleichtern und tragen so zur Analyse der natürlichen dopaminergen Neurotransmission in der psychiatrischen Forschung bei, wobei die durch endogene Anpassungen der dopaminerge Systeme in klassischen Knockout-Systemen hervorgerufenen Schwierigkeiten umgangen werden können.
Voltage-gated calcium channels (VGCCs) are widely distributed within the central nervous system (CNS) and presumed to play an important role in the pathophysiology of a broad spectrum of CNS disorders including Alzheimer’s and Parkinson’s disease as well as multiple sclerosis. Several calcium channel blockers have been in clinical practice for many years so that their toxicity and side effects are well studied. However, these drugs are primarily used for the treatment of cardiovascular diseases and most if not all effects on brain functions are secondary to peripheral effects on blood pressure and circulation. While the use of calcium channel antagonists for the treatment of CNS diseases therefore still heavily depends on the development of novel strategies to specifically target different channels and channel subunits, this review is meant to provide an impulse to further emphasize the importance of future research towards this goal.
SLC2A3 encodes the predominantly neuronal glucose transporter 3 (GLUT3), which facilitates diffusion of glucose across plasma membranes. The human brain depends on a steady glucose supply for ATP generation, which consequently fuels critical biochemical processes, such as axonal transport and neurotransmitter release. Besides its role in the central nervous system, GLUT3 is also expressed in nonneural organs, such as the heart and white blood cells, where it is equally involved in energy metabolism. In cancer cells, GLUT3 overexpression contributes to the Warburg effect by answering the cell's increased glycolytic demands. The SLC2A3 gene locus at chromosome 12p13.31 is unstable and prone to non‐allelic homologous recombination events, generating multiple copy number variants (CNVs) of SLC2A3 which account for alterations in SLC2A3 expression. Recent associations of SLC2A3 CNVs with different clinical phenotypes warrant investigation of the potential influence of these structural variants on pathomechanisms of neuropsychiatric, cardiovascular, and immune diseases. In this review, we accumulate and discuss the evidence how SLC2A3 gene dosage may exert diverse protective or detrimental effects depending on the pathological condition. Cellular states which lead to increased energetic demand, such as organ development, proliferation, and cellular degeneration, appear particularly susceptible to alterations in SLC2A3 copy number. We conclude that better understanding of the impact of SLC2A3 variation on disease etiology may potentially provide novel therapeutic approaches specifically targeting this GLUT.
Recent advances in proteomic technologies now allow unparalleled assessment of the molecular composition of a wide range of sample types. However, the application of such technologies and techniques should not be undertaken lightly. Here, we describe why the design of a proteomics experiment itself is only the first step in yielding high-quality, translatable results. Indeed, the effectiveness and/or impact of the majority of contemporary proteomics screens are hindered not by commonly considered technical limitations such as low proteome coverage but rather by insufficient analyses. Proteomic experimentation requires a careful methodological selection to account for variables from sample collection, through to database searches for peptide identification to standardised post-mass spectrometry options directed analysis workflow, which should be adjusted for each study, from determining when and how to filter proteomic data to choosing holistic versus trend-wise analyses for biologically relevant patterns. Finally, we highlight and discuss the difficulties inherent in the modelling and study of the majority of progressive neurodegenerative conditions. We provide evidence (in the context of neurodegenerative research) for the benefit of undertaking a comparative approach through the application of the above considerations in the alignment of publicly available pre-existing data sets to identify potential novel regulators of neuronal stability.
The pathogenesis of Parkinson's disease (PD) is closely interwoven with the process of aging. Moreover, increasing evidence from human postmortem studies and from animal models for PD point towards inflammation as an additional factor in disease development. We here assessed the impact of aging and inflammation on dopaminergic neurodegeneration in the hm\(^{2}\)α-SYN-39 mouse model of PD that carries the human, A30P/A53T double-mutated α-synuclein gene. At 2–3 months of age, no significant differences were observed comparing dopaminergic neuron numbers of the substantia nigra (SN) pars compacta of hm\(^{2}\)α-SYN-39 mice with wildtype controls. At an age of 16–17 months, however, hm\(^{2}\)α-SYN-39 mice revealed a significant loss of dopaminergic SN neurons, of dopaminergic terminals in the striatum as well as a reduction of striatal dopamine levels compared to young, 2–3 months transgenic mice and compared to 16–17 months old wildtype littermates. A significant age-related correlation of infiltrating CD4+ and CD8\(^{+}\) T cell numbers with dopaminergic terminal loss of the striatum was found in hm\(^{2}\)α-SYN-39 mice, but not in wildtype controls. In the striatum of 16–17 months old wildtype mice a slightly elevated CD8\(^{+}\) T cell count and CD11b\(^{+}\) microglia cell count was observed compared to younger aged mice. Additional analyses of neuroinflammation in the nigrostriatal tract of wildtype mice did not yield any significant age-dependent changes of CD4\(^{+}\), CD8\(^{+}\) T cell and B220\(^{+}\) B cell numbers, respectively. In contrast, a significant age-dependent increase of CD8\(^{+}\) T cells, GFAP\(^{+}\) astrocytes as well as a pronounced increase of CD11b+ microglia numbers were observed in the SN of hm\(^{2}\)α-SYN-39 mice pointing towards a neuroinflammatory processes in this genetic mouse model for PD. The findings in the hm\(^{2}\)α-SYN-39 mouse model strengthen the evidence that T cell and glial cell responses are involved in the age-related neurodegeneration in PD. The slow and age-dependent progression of neurodegeneration and neuroinflammation in the hm\(^{2}\)α-SYN-39 PD rodent model underlines its translational value and makes it suitable for studying anti-inflammatory therapies.