Karakterisatie van α-synucleine aggregatie, neurodegeneratie en neuroinflammatie in modellen voor de ziekte van Parkinson.

De ziekte van Parkinson (PD) is een progressieve neurodegeneratieve aandoening die wordt gekenmerkt door een vertraagde beweging, rust tremor en spierstijfheid. De pathologische kenmerken van PD zijn het verlies van dopaminerge (DA) neuronen in de substantia nigra (SN) en de aanwezigheid van intracellulaire eiwit inclusies, Lewy bodies (LBs) genaamd.

Alpha-synuclein (α-SYN) is een klein eiwit van 140 aminozuren dat sterk verspreid tot expressie komt in de hersenen.  α-SYN speelt waarschijnlijk een belangrijke rol in de pathogenese van PD. Ten eerste omdat geaggregeerd α-SYN de belangrijkste component is van de LBs. Ten tweede omdat puntmutaties in het α-SYN eiwit en multiplicaties van het α-SYN gen als oorzaak van autosomaal dominante vormen van PD zijn geïdentificeerd. Verder zijn er aanwijzingen dat α-SYN onder pathologische condities in staat is om te aggregeren in oplosbare oligomeren, protofibrillen en finaal in onoplosbare fibrillen, rijk aan β-vouwbladen. Het directe verband tussen α-SYN aggregatie en neurodegeneratie blijft echter ter discussie. Daarom is de beschikbaarheid van cellulaire testen, waarin medium-throughput analyse van α-SYN gerelateerde pathologie kan opgevolgd worden, heel nuttig om het aggregatieproces te bestuderen en α-SYN gebaseerde therapieën te ontwikkelen.

In het eerste deel van deze thesis beschrijven we de optimalisatie van een high-content neuronale cel test in SHSY5Y cellen waarin zowel oxidatieve-stress-geïnduceerde α-SYN aggregatie als apoptose kan gemeten worden. De kwantificatie van α-SYN aggregaten in cellen is meestal gebaseerd op visualisatie en manuele telling, hetgeen tijdrovend is en niet toelaat om de levensvatbaarheid van de cel te analyseren. Onze high-content analyse (HCA) voor de kwantificatie van α-SYN aggregaten laat toe om simultaan verschillende cellulaire parameters op individueel celniveau te meten op een snelle en geautomatiseerde manier.  Hierdoor kunnen we op een objectieve manier nagaan of nieuwe potentiële compounds of ziekte-gerelateerde genen a-SYN aggregatie of toxiciteit beïnvloeden.

Ondanks dat de cellulaire mechanismen die leiden tot dopaminerge celdood nog niet volledig gekend zijn, is er meer en meer evidentie dat neuroinflammatie een rol speelt in α-SYN geïnduceerde neurodegeneratie. Microglia maken deel uit van het aangeboren immuunsysteem in de hersenen. Ze komen voor in een soort rust-toestand met een vertakte morfologie en ze screenen hun omgeving op  tekenen van stress. Geactiveerde microglia kunnen twee verschillende fenotypes aannemen met een verschillende functie. Klassiek geactiveerde microglia produceren schadelijke zuurstof moleculen en zetten pro-inflammatoire cytokines vrij die binden op neuronale receptoren om celdood te induceren.  Alternatief geactiveerde microglia hebben een herstelfunctie door verhoogde productie van anti-inflammatoire cytokines en de vrijzetting van trofische factoren. Post-mortem onderzoek van PD patiёnten en PET studies tonen een verhoogde microglia activatie in de SN aan. Tevens vertoonden meerdere cellulaire α-SYN testen en PD diermodellen een verhoogde microglia activatie en proliferatie vóór de dopaminerge celdood, wat een actieve bijdrage van het aangeboren immuunsysteem suggereert in de progressie van PD. Op dit ogenblik zijn de α-SYN structuren die de microglia activatie bij PD patiёnten induceren echter nog niet gekend. De meest aanvaarde hypothese tot nu toe is dat α-SYN oligomeren de neurotoxische component zijn bij PD. Echter, nieuwe bevindingen in celcultuur en proefdieren tonen aan dat de spreiding van fibrilair α-SYN van cel tot cel een rol speelt in de pathogenese van PD. Om de rol van α-SYN structuren op de neuroinflammatoire respons te analyseren, hebben we het activatie profiel van microglia op toediening van α-SYN monomeren, oligomeren en twee structureel verschillende types van α-SYN fibrillen bepaald. We toonden aan dat alleen fibrilaire α-SYN structuren zorgden voor de activatie van microglia en de vrijzetting van pro-inflammatoire cytokines. Dit was zowel het geval in een microglia cellijn als in primaire muis microglia. Tevens toonden we aan dat injectie van fibrilair α-SYN in de SN van een muis een sterke microglia respons geeft, terwijl oligomere α-SYN structuren slechts een milde microglia reactie induceren. Deze data suggereren dat de activatie van het aangeboren immuunsysteem door α-SYN fibrillen mogelijks bijdraagt tot neuronale celdood.