Authors:	Hanstein, Regina
Title:	Charakterisierung der neuroprotektiven Eigenschaften des Corticotropin-Releasing-Hormons
Online publication date:	15-Aug-2008
Year of first publication:	2008
Language:	german
Abstract:	Das Corticotropin Releasing Hormon (CRH) ist ein zentraler Mediator des neuroendokrinen Systems von Säugetieren und kontrolliert die physiologische Stressreaktion des Körpers. Zudem zeigten in vitro Daten, dass es Neuroprotektion gegenüber oxidativem Stress induzieren kann. In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals ein neuroprotektiver Effekt des CRH in vivo gezeigt werden. Die Überexpression des CRH im ZNS von Mäusen konnte Nervenzellen in vivo vor Exzitotoxizität schützen; nach Injektion des Exzitotoxins Kainat verkürzte die CRH-Überexpression die Dauer der epileptischen Anfälle, schützte die Neurone der betroffenen Hippocampusregion vor Zelltod und verhinderte die bei Exzitotoxizität und vielen neurodegenerativen Erkrankungen auftretende Neuroinflammation. Desweiteren konnten in CRH-überexprimierenden Tieren erhöhte BDNF-Proteinspiegel nachgewiesen werden. BDNF, ein bedeutender neurotropher Faktor im ZNS, vermittelt daher teilweise die CRH-induzierte Neuroprotektion gegenüber der Exzitotoxizität in vivo. Im Rahmen dieser Arbeit wurde mit Connexin43, dem Haupt-Gap Junction-Protein der Astrozyten, ein neues CRH-Zielgen im ZNS identifiziert. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass CRH sowohl die Expression des Connexin43-Gens als auch den Connexin43-Proteinspiegel in vitro und in vivo erhöht. Diese Effekte werden über die Aktivierung des CRH-Rezeptor 1 und nachfolgend der PKA- und MAPK-Signalwege vermittelt. In Übereinstimmung mit der Hochregulation des Connexin43-Proteinspiegels verstärkte CRH auch die interzelluläre Kommunikation über Gap Junctions. Physiologisch hat diese CRH-induzierte Verstärkung der astrozytären Gap Junction-Kommunikation eine große Bedeutung für die Neuroprotektion, da eine Hochregulation der interzellulären Kommunikation schnell toxische Moleküle verdünnt, Energiesubstrate und protektive Faktoren verteilt und Ionen abpuffert. Dadurch werden Schädigungen durch oxidativen Stress in den Zellen reduziert, was über die Analyse der Proteincarbonylierung gezeigt wurde. Die Relevanz der astrozytären Gap Junction-Kommunikation für das Überleben der Neurone konnte in organotypischen hippocampalen Schnitten und in Neuron-Astrozyten-Co-Kulturen deutlich gemacht werden. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit gewonnenen Daten zeigen, dass die Stress-induzierte Sekretion von CRH im ZNS zur verstärkten Expression neuroprotektiver Moleküle wie BDNF und Connexin43 beiträgt. Diese vermögen Neurone gegenüber toxischen Einflüssen zu schützen und zum Erhalt ihrer Funktion beizutragen. Die protektiven CRH-Effekte könnten speziell bei chronischen neurodegenerativen Krankheiten wie der Alzheimerschen Demenz und der Parkinsonschen Krankheit hilfreich sein. Corticotropin Releasing Hormon (CRH) is the central mediator of the neuroendocrine system in vertebrates and regulates the body´s response to stressful stimuli. Furthermore, CRH induces neuroprotection against various oxidative stressors in vitro. During this work, a neuroprotective effect of CRH could also be demonstrated in vivo. Employing mice overexpressing murine CRH in the central nervous system, we observed a differential response of CRH-overexpressing mice (CRH-COEhom-Nes) to acute excitotoxic stress induced by kainate as compared to controls (CRH-COEcon-Nes). Interestingly, CRH-overexpression reduced the duration of epileptic seizures and prevented kainate-induced neurodegeneration and neuroinflammation in the hippocampus. Our findings highlight a neuroprotective action of CRH in vivo. This neuroprotective effect was accompanied by increased levels of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in CRH-COEhom-Nes mice, suggesting a potential role for BDNF in mediating CRH-induced neuroprotective actions against acute excitotoxicity in vivo. The mechanisms by which CRH mediates its neuroprotective actions are largely unknown. Here, we describe that gap junctions mediate neuroprotective effects of CRH towards experimentally induced oxidative stress. CRH treatment upregulates Connexin43 (Cx43) expression and gap junctional communication in a CRH receptor-dependent manner in IMR32 neuroblastoma cells, primary astrocytes and organotypic hippocampal slice cultures. MAP kinases and PKA-CREB-coupled pathways are involved in the signaling cascade from CRH to enhanced Cx43 function. Inhibition of CRH-promoted gap junction communication by the gap junction inhibitor carbenoxolone could prevent neuroprotective actions of CRH in cell and tissue culture models suggesting that gap junctions are involved in the neuroprotective effects of CRH. The extent of oxidative stress-induced protein carbonylation and cell death correlated with Cx43 protein levels as shown by Cx43 siRNA knockdown experiments. Co-culture studies of primary neurons and astrocytes revealed that astrocytic Cx43 contributes to the neuroprotective effects of CRH. To our knowledge this is the first description of Cx43 as a mediator of the neuroprotective actions of CRH. In summary, data of this work suggest that the stress-induced secretion of CRH in the nervous system leads to an enhanced expression of neuroprotective molecules like BDNF and Connexin43. These factors mediate the protection of neurons against various toxic insults and contribute to the maintainance of the neuronal function. Therefore, CRH might play a protective role especially in chronic neurodegenerative disorders such as amyotrophic lateral sclerosis, Alzheimer’s and Parkinson’s disease that are characterized by a strong glial reaction, which might serve to protect neighboring neurons.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2185
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-17038
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen