Open Access

as Locus coeruleus-noradrenerge System ist die primäre Quelle für zentrales corticales und subcorticales Noradrenalin. Die noradrenergen Projektionen des LC sind an der Modulation einer Vielzahl von funktionellen zentralen Abläufen beteiligt, u.a. an Aufmerksamkeitsprozessen, der Vermittlung von Stress und der Schlaf-Wach-Koordination, aber auch an der Koordination spezifischerer kognitiver Funktionen im Rahmen von Belohnungs-orientiertem Verhalten. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit im anatomisch-topographischen Teil durchgeführten Experimente belegen eine dichte noradrenerge Innervation des präfrontalen Cortex, des dorsalen und ventralen Hippocampus, und des Kleinhirns durch Neurone des Locus coeruleus. Innerhalb des LC sind die nach präfrontal und hippocampal projizierenden Neurone vorwiegend im dorsalen Anschnitt über die gesamte rostro-caudale Achse zu finden. Der Anteil ipsilateral gelabelter Zellen überwiegt deutlich. Coeruleocerebelläre Neurone sind innerhalb des LC sowohl in den dorsalen als auch ventralen Abschnitten, ebenfalls über die gesamte rostro-caudale Achse, zu finden. Der Anteil kontralateral gelabelter Zellen ist relativ höher als bei den anderen Projektionen. Die im ersten elektrophysiologischen Teil der Arbeit durchgeführten Experimente belegen ein in den Grundeigenschaften ähnliches Feuerungsmuster selektiv identifizierter coeruleo-präfrontaler und coeruleo-hippocampaler Nervenzellen. Einzelne Aktionspotential-Parameter waren signifikant unterschiedlich, hinweisend auf unterschiedliche hyperpolarisierende Ströme in beiden Populationen. Eine Überprüfung des a2-Autorezeptor-Status im zweiten elektrophysiologischen Teil der Arbeit ergab ein fehlendes Ansprechen der coeruleo-präfrontalen Neurone auf a2-Blockade (im Gegensatz zu den coeruleo-hippocampalen Neuronen); dieser Befund ist vereinbar am ehesten mit fehlenden oder funktionell down-regulierten a2-Rezeptoren selektiv in nach präfrontal projizierenden Neuronen des Locus coeruleus. Hierbei handelt es sich um einen in der Literatur nicht vorbeschriebenen Befund.

Spinocerebellar ataxia type 2 (SCA2) is an autosomal dominant neurodegenerative movement disorder caused by expansion of CAG repeats in the ATXN2 gene beyond 33 units, while healthy individuals carry 22-23 repeats. First symptoms of SCA2 include uncoordinated movement, ataxic gait and slowing of the saccadic eye movements in line with the early pronounced atrophy of cerebellum, spinal cord and brainstem. Cerebellar Purkinje cells and spinal cord motor neurons are the most affected cells from ATXN2 expansions. Later on, patients manifest distal amyotrophy, problems in breathing and swallowing, depression and cognitive decline caused by widespread degeneration throughout the brain. The striking loss of mass in the brain, due to severe myelin fat atrophy, is accompanied by a similar reduction in the peripheral fat stores. After the devastating progression of disease, the severity and duration of which depends on the CAG repeat size, genetic background and environmental factors, patients succumb to SCA2 mostly because of respiratory failure at the terminal stage. Larger repeat sizes lead to an earlier manifestation of the disease and a more rapid progression. Aside from SCA2, intermediate-length and short pathogenic CAG expansions in ATXN2 between 26-39 repeats significantly increase the risk of developing other neurodegenerative disorders, such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS), fronto-temporal lobar dementia (FTLD) or Parkinson plus tauopathies like progressive supranuclear palsy (PSP) in various cohorts across the world. Ataxin-2 (ATXN2) is a ubiquitously expressed cytosolic protein most famous for its involvement in neurodegenerative disease caused by the expanded poly-glutamine (polyQ) domain corresponding to a genomic (CAG)n tract. This N-terminal polyQ domain has no known function, other than increasing the aggregation propensity of mutant ATXN2 and facilitating interaction with other polyQ containing proteins, leading to their sequestration. The progressive accumulation of ATXN2 into cytosolic foci, and also that of its interaction partners over time, underlies the molecular pathomechanism. Next to polyQ domain, ATXN2 also contains a Like-Sm domain (Lsm), an Lsm-associated domain (LsmAD), multiple proline-rich domains (PRD) and a Poly(A)-Binding-Protein (PABP)-interacting motif (PAM2). Through its Lsm/LsmAD domains, ATXN2 directly binds to a large number of transcripts, regulating their quality and translation rate. In a similar fashion, through its direct interaction with PABP via PAM2 motif, ATXN2 indirectly modifies the fate of even larger number of transcripts and global translation. Several PRDs scattered across the protein help ATXN2 associate with growth factor receptors and other endocytosis factors, modulating nutrient uptake and downstream signaling. ATXN2 is a stress response factor. Therefore, its involvement in nutrient uptake plays a crucial part in cell’s capability to overcome non-permissive conditions. Upon nutrient deprivation, oxidative stress, proteotoxicity, heat stress or Ca2+ imbalance, ATXN2 relocalizes into cytosolic ribonucleoprotein particles known as stress granules (SGs), together with PABP, several eukaryotic translation initiation factors, many other RNA-binding proteins (RBP) with their target transcripts and the small ribosomal subunit. Collectively, they modulate the stability of the trapped transcripts, favoring the maturation and translation of IRES-dependent stress response proteins instead, according to the specific need. Many RBPs interact either directly or in an RNA-dependent manner in the SGs, and due to the large number of ALS-causing mutations identified in them (such as TDP-43, FUS, TIA-1, hnRNPA2/B1), SGs became a hot topic in neuropathology. Acute SGs serve to halt translation and growth, and to spend energy only for survival until stress disappears. However, chronic SG assembly eventually activates apoptotis leading to cell death. While the polyQ expansions in ATXN2 enhance SG stability, reduce their dissociation rate after stress, and lead to aberrant post-translational modifications of other SG components like TDP-43, complete loss of ATXN2 delays SG formation and results in easily dissolvable foci. Most of the stressors that induce SG formation eventually converge on energetic deficit. Therefore, it is logical that the ultimate task of SGs is to stop further growth when it cannot be afforded. In yeast, the molecular mechanism underlying this growth arrest was explained as sequestration of the master growth regulator complex, Target-of-Rapamycin Complex 1 (TORC1), into SGs in an ATXN2-dependent manner. The repressor effect of ATXN2 on mammalian TORC1 (mTORC1) and global protein translation had already been documented in earlier studies; complete loss of ATXN2 function in knock-out mouse (Atxn2-KO) resulted in mTORC1 hyperactivity and transcriptional upregulation of multiple ribosomal subunits indicating an increased need for these machines. ...

In allen untersuchten Geweben findet sich eine perinukleäre cytoplasmatische NEUROD-Immunreaktion. Diese zeigt vor allem in den peripheren Geweben, die im Dienste des Metabolismus stehen, einen circadianen Rhythmus. Die NEUROD-Ir untersteht in den Verdauungsorganen Pankreas und Duodenum einem circadianen Rhythmus. Das Maximum der NEUROD-Ir liegt in der frühen subjektiven Nacht, zum Zeitpunkt der gesteigerten Nahrungsaufnahme. Möglicherweise reguliert NEUROD als rhythmischer Transkriptionsfaktor die Expression von Genen, die im Dienste des Metabolismus stehen. In Pankreas und Duodenum ist die NEUROD-Ir in MT1-defizienten Mäusen deutlich schwächer ausgeprägt als im WT. Dies deutet darauf hin, dass Melatonin über Aktivierung des MT1-Rezeptors einen modulatorischen, stimulierenden Einfluss auf die Synthese von NEUROD im endokrinen Pankreas und in den Krypten des Duodenums ausübt. Dieser Effekt scheint jedoch indirekt zu sein, da nur eine geringe Kolokalisation der NEUROD- mit der MT1-Ir nachgewiesen werden konnte. Mittels Mehrfachfluoreszenzmarkierung wurde die Identität der NEUROD-Ir Zellen in Pankreas und Duodenum charakterisiert. Es findet sich eine NEUROD-Ir in Glucagon--Zellen), Somatostatin-produzierenden Zellen (δ-Zellen), PP-produzierenden Zellen (γ-Zellen) und Ghrelin-produzierenden Zellen (ε-Zellen). Auch die vom Duodenum bekannten Hormone GIP, PYY und Serotonin sind im adulten endokrinen Pankreas präsent, Serotonin zeigt zudem weitgehende Kolokalisation mit NEUROD. Eine hundertprozentige Kolokalisation besteht in den Langerhans Inseln von Tyrosinhydroxylase und NEUROD. Einige Zellen in den Langerhans Inseln zeigen Koproduktion von PYY und Serotonin sowie PYY und VIP, nicht jedoch von PYY und Glucagon, PYY und Gastrin sowie Glucagon und PP. Des Weiteren ist auch NPY im adulten endokrinen Pankreas nachweisbar. Von den Melatonin-Rezeptoren kommt der MT2-Rezeptor besonders zahlreich in den Langerhans Inseln vor und zeigt teilweise Kolokalisation mit NEUROD, der MT1-Rezeptor ist in den Langerhans Inseln nur vereinzelt nachweisbar. Im exokrinen Pankreas konnten feine Fasern nachgewiesen werden, die eine NEUROD-Ir aufweisen. In den Krypten des adulten Duodenums von Mäusen ist die NEUROD-Ir ebenfalls perinukleär-cytoplasmatisch. Kolokalisation der entsprechenden Hormone mit NEUROD besteht in Gastrin-produzierenden Zellen (G-Zellen) in den Krypten und in der Lamina propria mucosae; in Secretin-produzierenden Zellen (S-Zellen) in den Krypten, in der Lamina propria mucosae sowie in den Zotten; in Substanz P-produzierenden Zellen (P-Zellen) in den Krypten. Letztere Zellen zeigen auch in den Langerhans Inseln des endokrinen Pankreas teilweise Kolokalisation mit NEUROD. Des Weiteren besteht Kolokalisation von GIP und NEUROD in den Inseln des Duodenums. Ghrelin und PP, bekannterweise in den Langerhans Inseln des endokrinen Pankreas vorhanden, werden auch im Duodenum produziert. Ghrelin findet sich zwischen den Krypten wie auch in einzeln identifizierbaren Zellen in den Krypten, die bislang nicht beschrieben wurden und eine hundertprozentige Kolokalisation mit NEUROD aufweisen. PP findet sich im Duodenum in den Krypten, Zotten und Inseln, es besteht keine Kolokalisation mit NEUROD, während in den Langerhans Inseln des endokrinen Pankreas Kolokalisation von PP mit NEUROD gegeben ist. Das deutet darauf hin, dass die Langerhans Inseln des endokrinen Pankreas und die Inseln des Duodenums sich voneinander unterscheiden. Es besteht in den Krypten des adulten Duodenums keine Koproduktion von Substanz P und Serotonin, in den Inseln des adulten Duodenums keine Koproduktion von Serotonin und PYY. Tyrosinhydroxylase ist im adulten Duodenum auβerhalb der Krypten und in den Zotten vorhanden, zeigt aber im Gegensatz zum endokrinen Pankreas hier keine Kolokalisation mit NEUROD. Auch NPY ist im adulten Duodenum nachweisbar, und zwar in den Krypten wie auch in den Zotten. In der Lamina propria mucosae des adulten Duodenums liegen wie im adulten exokrinen Pankreas feine Fasern vor, die auch hier NEUROD-immunpositiv sind. Auch in der hypophysären Pars tuberalis ist die NEUROD-Ir in MT1-defizienten Mäusen geringer ausgeprägt als in WT und nicht rhythmisch. Daher scheint auch in diesem Gewebe Melatonin einen (indirekten) stimulierenden Effekt auf die Synthese von NEUROD zu haben. Dies ist von besonderem Interesse, da die Pars tuberalis der einzige Anteil der Hypophyse ist, der Melatoninrezeptoren enthält und über parakrine Faktoren die jahreszeitliche Hormonsynthese der Pars distalis beeinflussen kann. Diese Arbeit zeigt zum ersten Mal das Vorkommen der Hormone Ghrelin, GIP und Secretin in der Pars tuberalis. GIP ist teilweise mit NEUROD kolokalisiert. Dieser Befund unterstreicht die Rolle der Pars tuberalis für die rhythmische Nahrungsaufnahme. Im Hippocampus (Gyrus dentatus, CA1 und CA3 Region) zeigt die NEUROD-Ir in MT1-defizienten und WT Mäusen ein ähnliches Tagesprofil. Daher scheint das MT1-vermittelte Melatoninsignal keinen Effekt auf die Synthese von NEUROD zu haben. Auch im Neuropil der Eminentia mediana sowie in den Ependymzellen des dritten Ventrikels ist kein eindeutiger Effekt des MT1-Defizits auf die NEUROD-Ir festzustellen. Offenbar wird die Synthese von NEUROD in neuronalen Strukturen, anders als in peripheren Strukturen, nicht über Melatonin (MT1) beeinflusst. Die Rolle des molekularen Uhrwerkes auf die Synthese von NEUROD wurde durch die vergleichende Analyse der NEUROD-Ir in WT und PER1-defizienten Mäusen untersucht. Dabei zeigte sich, dass der negative Regulator PER1 offenbar einen hemmenden Einfluss auf die Synthese von NEUROD in Pankreas und Hippocampus (Gyrus dentatus, CA1 und CA3 Region) ausübt. PER1 hemmt im molekularen Uhrwerk rhythmisch die CLOCK:BMAL1 vermittelte Genexpression. Fehlt PER1, wird auch die Inhibition der Expression von uhrenkontrollierten Genen, deren rhythmische Expression vom molekularen Uhrwerk gesteuert wird, geschwächt. Dadurch kommt es zur Enthemmung der Expression von uhrenkontrollierten Genen und zu einer Steigerung der entsprechenden Proteinsynthese. Die vergleichende Analyse von WT und PER1-defizienten Määusen deutet darauf hin, dass NeuroD ein uhrenkontrolliertes Gen sein könnte. Dies ist insbesonders interessant im Hinblick auf die wichtige Rolle von NEUROD bei der adulten Neurogenese. Im Hippocampus (Gyrus dentatus, CA1 und CA3 Region) findet sich die NEUROD-Ir in Neuronen der Körnerschicht und in der polymorphen Schicht bzw. in Pyramidenzellen. Dabei scheinen besonders unreife Neuronen NEUROD-positiv zu sein. Es besteht teilweise Kolokalisation mit Ghrelin, nicht jedoch mit den Melatonin-Rezeptoren MT1 und MT2. Im mediobasalen Hypothalamus findet sich die NEUROD-Ir im Neuropil von Tractus hypothalamohypophysealis, Zona externa infundibuli sowie in den Ependymzellen des dritten Ventrikels als auch in Neuronen des Nucleus arcuatus. Diese zeigen jedoch keine nukleäre NeuN-Ir. Die Ependymzellen des dritten Ventrikels zeigen nur eine schwache NEUROD-Ir, es besteht keine Kolokalisation von NEUROD mit GFAP. GIP ist, wie oben für die Pars tuberalis beschrieben, in Tractus hypothalamohypophysealis und Zona externa infundibuli vorhanden und zeigt teilweise Kolokalisation mit NEUROD. Secretin ist im mediobasalen Hypothalamus relativ homogen verteilt vorhanden. In Tractus hypothalamohypophysealis, Zona externa infundibuli und Nucleus arcuatus besteht eine starke Ir mit Vimentin, das Fibroblasten, Leukozyten und Endothel-Zellen der Blutgefäβe markiert. Auch die Melatonin-Rezeptoren MT1 und MT2 finden sich in Tractus hypothalamohypophysealis und Zona externa infundibuli. Es besteht jedoch keine Kolokalisation mit NEUROD.

Die Parkinson Erkrankung ist die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung in industrialisierten Ländern. Die charakteristischen Symptome sind schwere Beeinträchtigungen des Bewegungsablaufes welche auf den Verlust dopaminerger Neurone der Substantia nigra und der damit einhergehenden Reduktion des striatalen Dopamin Gehaltes zurückzuführen sind. Alpha-Synuklein (SNCA) ist ein Protein welches zum einen mit sporadischen aber auch mit idiopathischen Erkrankungen assoziiert ist. Mutationen welche einen Funktionsgewinn von SNCA zur Folge haben konnten mit autosomal dominanten Varianten der Parkinson Erkrankung assoziiert werden und genetische Veränderungen an beiden Genenden agieren als Risikofaktor für sporadische Formen der Erkrankung. Des Weiteren wird SNCA als Hauptbestandteil der Lewy Körperchen gefunden, einem pathologischen Kennzeichen der parkinsonschen Erkrankung. Die charakteristischen Bewegungsstörungen können mittels L-DOPA, einer metabolischen Vorstufe von Dopamin, behandelt werden. Neben dem enorm positiven Effekt auf die Bewegungsstörungen, geht die Behandlung mit L-DOPA jedoch auch mit ernsten Nebenwirkungen einher, welche als Levodopa induzierte Dyskinesien (LID) beschrieben werden. Ziel der Arbeit war die Analyse von Effekten eines SNCA Funktionsgewinns sowie des Pink1 Funktionsverlustes auf molekulare Signalwege der synaptischen Plastizität unter Verwendung dreier PD Mausmodelle (A53T-SNCA überexprimierendes Modell (PrPmtA), Pink1KO Modell sowie A53T-SNCA + Pink1KO Doppelmutante (DM)). Es wurden Kandidatengene welche eine Rolle für synaptische Plastizität spielen in 6 Monate alten Mäusen aller drei PD Mauslinien untersucht. Die Analyse von PrPmtA zeigte erhöhte mRNA Spiegel von Glutamatrezeptor-Untereinheiten und von Kandidatengenen welche eine Rolle bei der synaptischen Signalweiterleitung spielen, sowie reduzierte mRNA Spiegel von IEGs und Transkriptionsfaktoren. Die Analyse der DM zeigte nur geringe Expressionsänderungen der Glutamatrezeptor-Untereinheiten und die Analyse von IEGs und Transkriptionsfaktoren zeigte erneut reduziert mRNA Spiege. In Pink1KO Tieren konnten nur minimale Expressionsveränderungen der Kandidatengene gefunden werden, was den Schluss zulässt, dass die zuvor beschriebenen Expressionsveränderungen in PrPmtA und DM Mäusen eindeutig auf den SNCA Funktionsgewinn zurückzuführen sind. Um frühe Effekte des SNCA Funktionsgewinns zu studieren wurde die Analyse auf 3 Monate alte PrPmtA Mäuse ausgeweitet. Diese ergab, Expressionsveränderungen für Homer1, cFos, NOR1, Nurr1 und Nur77. In einem weiteren Versuchsansatz wurde die Auswirkung des SNCA Funktionsgewinns auf das Verhalten sowie auf molekulare Parameter nach Apomorphin Behandlung analysiert. Die Analyse ergab ein erhöhtes Niveau an unwillkürlichen Bewegungsmustern mit stereotypen und dystonischen Eigenschaften in PrPmtA im Vergleich zu Wildtypen (wt). Die molekulare Analyse von striatalem Gewebe wurde zu zwei Zeitpunkten durchgeführt, 30 min nach Apomorphin Injektion und 100 min nach Injektion. Die Analyse von striatalem Gewebe welches zum Zeitpunkt 30 min nach Injektion entnommen wurde ergab eine erhöhte Apomorphin abhängige Phosphorylierung von ERK1/2, sowie eine erhöhte Apomorphin abhängige Expression von Dusp1, Dusp6 und cFos in transgenen und wt Tieren. Genotyp abhängige Unterschiede ergaben sich für cFos, welches signifikant höher in PrPmtA induziert wurde. 100 min nach Apomorphin Injektion ergab die gleiche Analyse eine erhöhte Apomorphin abhängige Phosphorylierung von ERK1 und eine erhöhte Apomorphin abhängige Expression von Dusp1, Dusp6, cFos und Nur77 in PrPmtA im Vergleich zu wt. Die Daten unterstreichen die fundamentale Rolle von SNCA auf die Neurotransmission und synaptische Plastizität und zeigen auf, dass PrPmtA ein zuverlässiges Modell für die Analyse von präsynaptischer Dysfunktion in Frühstadien der Parkinson Erkrankung darstellt. Der letzte Versuchsansatz stellt die Charakterisierung des DM-Mausmodells welches sich durch einen starken Phänotyp auszeichnet, sowie die Analyse des Pink1 Effektes auf die SNCA induzierte Neurotoxizität dar. DM-Tiere zeigen deutlich reduzierte Spontanmotorik im Alter von 3 Monaten sowie einer progressiven Lähmung der Hinterläufe, was Anlass zu einer immunhistologischen Charakterisierung mittels Schnitten des Gehirns und Rückenmarks gab. Die histologische Analyse zeigte pSer129-SNCA, p62/SQSTM1 und Ubiquitin positive Aggregate innerhalb der grauen Substanz des Rückenmarks sowie innerhalb einer neuronalen Zellpopulation welche dorsal der Substantia nigra angeordnet ist. Das histologische Erscheinungsbild wurde spezifisch in gelähmten DM-Tieren gefunden und nicht in Einzelmutanten oder DM-Tieren ohne Lähmung. Dieses Modell stellt ein wertvolles Instrument für die Identifizierung von pathologischen Mechanismen und Signalkaskaden welche beiden Parkinson relevanten Genen gemeinsam sind, dar.

Morbus Parkinson (abgekürzt als PD vom Englischen Parkinson’s disease) ist nach Alzheimer die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung. Die Hauptmerkmale sind Rigidität und Bradykinesie, sowie Tremor und posturale Instabilität. Im Gehirn lässt sich bei Parkinsonpatienten post mortem ein Verlust an Neuronen in der Substantia nigra feststellen, was zu den ersten beiden Anzeichen führt. Zudem gibt es intrazelluläre Einschlüsse in den betroffenen Nervenzellen – Lewy-Körperchen genannt – die aus Alpha-Synuklein und anderen Proteinen wie Ubiquitin zusammengesetzt sind. Außerdem ist der Eisenmetabolismus in Gehirnen von Parkinsonpatienten gestört und man findet Eisen-Ablagerungen, vor allem im Mittelhirn. Die Ursachen für PD sind bislang nicht abschließend geklärt. Der Großteil der Fälle ist sporadischer Natur mit unbekannter Ursache und nur bei einem geringen Anteil liegt eine Mutation in einem einzelnen Gen zugrunde. Die häufigsten Mutationen tritt in den Genen für Alpha-Synuklein (SNCA), PINK1 und PARKIN auf. Die Serin-Threonin-Kinase PINK1 und die E3-Ubiquitin-Protein-Ligase PARKIN sind zwei Proteine, die in Stresssituationen an der Mitochondrien-Außenmembran am Abbau von alten oder nicht richtig funktionierenden Mitochondrien beteiligt sind. Dieser Vorgang nennt sich Mitophagie. Die dieser Arbeit zugrunde liegenden Publikationen gehen den Zusammenhängen zwischen mitochondrialen Fehlfunktionen und der Pathogenese von PD nach. Da die Krankheit meist erst im hohen Alter auftritt, davon größtenteils ohne direkte Ursache, liegt der Schluss nahe, dass neben genetischen Ursachen auch Umweltfaktoren eine größere Rolle spielen könnten. Um dies näher zu analysieren, wurden experimentell verschiedene Stressoren eingesetzt. Insgesamt wurden folgende Aspekte untersucht: I. Welche Auswirkungen hat das Fehlen von PINK1 auf die Zelle? Gibt es einen Biomarker, der mit höherem Alter immer stärker verändert ist? II. Welchen Einfluss haben Umweltfaktoren wie veränderte Eisen-Exposition auf die Zelle und was verändert sich beim Fehlen von PINK1? III. Wie können mitochondriale Fehlfunktionen präferentiell das Nervensystem betreffen, wenn es nicht um respiratorische Insuffizienz geht? Die einzelnen Studien zeigten folgende Ergebnisse: Torres-Odio/Key et al. 2017 widmete sich der Suche nach molekularen Biomarkern, wodurch PD präsymptomatisch erkannt und die Progression der Erkrankung eingeschätzt werden kann. Die Transkriptom-Analyse der Kleinhirne von Mäusen mit Pink1-/--Mutation in drei verschiedenen Altersstufen zeigte eindrücklich, dass nicht ein einzelner Faktor immer stärker verändert war, sondern, dass immer mehr Faktoren und daher auch eine steigende Zahl an Signalwegen mit höherem Alter beteiligt waren. Diese Veränderungen betrafen inflammatorische Signalwege, insbesondere Faktoren, die mit der Erkennung und Verarbeitung von zellfremden Nukleinsäuren assoziiert sind. Aufgrund der evolutionären Herkunft von Mitochondrien als frühere Protobakterien haben mitochondriale Nukleinsäuren und Proteine zum Teil bakterielle Ähnlichkeiten, und könnten bei Fehlfunktionen ins Zytosol gelangen. Vor diesem Hintergrund lassen die Ergebnisse der Studie den Schluss zu, dass das angeborene Immunsystem in Neuronen durch eine PINK1-assoziierte mitochondriale Störung aktiviert wird. In der Publikation Key et al. 2020 wurde Eisen als ein im täglichen Leben vorkommender Stressor eingesetzt und es wurden systematisch Faktoren des Eisenstoffwechsels bei hohen und niedrigen Eisenspiegeln im Zusammenhang mit Parkinson-Mutationen untersucht. Da Eisen für die Gesundheit von Mitochondrien eine große Rolle spielt und Eisen-Chelatoren als Therapie bei PD Patienten bereits diskutiert werden, haben die molekularen Befunde große Relevanz. Die Ergebnisse zeigen, dass unter niedrigen Eisenspiegeln Proteine reduziert waren, die am Nukleotid-Stoffwechsel beteiligt sind, sowie Faktoren, die Eisen-Schwefel-Cluster als Cofaktoren haben und wichtig für die Nukleotid-Qualitätskontrolle sind. Das Fehlen von Eisen führte zu einer Induktion von Pink1 und Prkn, was auf verstärkte Mitophagie hindeutet. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass die mitochondriale Eisen-Schwefel-Cluster Biogenese und die post-transkriptionelle Eisenregulation entscheidend für die Pathogenese von PD, bzw. das gesunde Fortbestehen einer Zelle und letztlich auch eines Organismus sind. In Key et al. 2019 wurde erstmalig das Gesamt-Ubiquitylom aus Gehirnen von gealterten Parkin-knockout (KO) Mäusen erhoben und analysiert, um Ubiquitylierungs-Substrate von PARKIN zu identifizieren. Hierbei zeigte sich eine veränderte Ubiquitylierung von mehreren Faktoren, die an der zellulären Calcium-Homöostase beteiligt sind. Weitere elektrophysiologische Experimente in Gehirnen von gealterten Parkin-/--KO Mäusen ergaben, dass in Nervenzellen im Locus coeruleus die Geschwindigkeit der spontanen Taktgeber erhöht, dass die langsame Nachhyperpolarisation reduziert und, dass die Dauer der Aktionspotentiale erniedrigt war, ohne Veränderung der Kaliumkanal-Ströme. Insgesamt geht aus den drei Studien hervor, dass mitochondriale Fehlfunktionen bei dauerhaftem Bestehen weitreichende Folgen für die Gesundheit des Nervensystems haben können, denn auch kleine Veränderungen, seien es durch Mutationen oder Umweltfaktoren wie Eisen, können in einer so großen Lebensspanne wie der des Menschen über Krankheit oder Gesundheit entscheiden!