Pharmakologische Modulation der Interleukin-1 (IL-1) induzierten dopaminergen Differenzierung von mesenzephalen neuralen Stammzellen (mNSC) durch MAP-Kinase Inhibitoren

In vorausgegangenen Studien untersuchten wir die Expansion und funktionelle dopaminerge Differenzierung von mNSC des Menschen und der Ratte. Der wichtigste Faktor um die Differenzierung dieser Stammzellen in Richtung des dopaminergen Phänotypes zu beeinflussen ist Interleukin (IL)-1. Durch eine Kombination von IL- 1 (100 pg/ml) und Forskolin (5µM) erhält man ca. 5% of Tyrosin-Hydroxylase-immunoreaktive (TH-ir) Zellen. Wir untersuchten die Mechanismen der dopaminergen Differenzierung durch Messung der Expression glialer, neuronaler und dopaminerger Gene in fetalen mNSC der Ratte unter der Exposition zu IL-1 für bis zu 72h. Hierfür wurde die quantitative real-time-RT-PCR (Lightcycler®) sowie Immunfloureszenz eingesetzt. Der NSC-Marker Nestin zeigte sowohl auf mRNA- als auch auf Protein-Ebene in undifferenzierten Zellen eine starke Expression. Diese fiel jedoch in den ersten drei Stunden der Behandlung mit IL-1 und Forskolin auf mRNA-Ebene stark ab. Parallel dazu zeigten neuronale und dopaminerge Gene (β-tubulin-III and Nurr1, Ptx3) einen transienten Anstieg ihrer mRNA-Spiegel mit einem Maximum nach 3–6 Stunden. Immunfloureszenz-Versuche gegen GFAP, GalC, MAP2, TH and Nurr1 zeigten dass 100% der Nurr1-ir-Zellen auch positiv für TH sind (ca. 5%). GFAP-ir and GalC-ir-Zellen färbten sich dagegen nicht für Nurr1 an. Gel-Shift Essays zeigen erhöhte AP1- jedoch nicht NFKB-Spiegel während der Differenzierung. Western-Blot-Analysen zeigten einen Anstieg des Phosphorylierungsgrades der JNK- and ERK-Kinase. Diese Ergebnisse sprechen für einen Einfluss des MAP-Kinase Signalweges auf die dopaminerge Differenzierung von mNSC. Dies konnte durch pharmakologische Untersuchungen unter Verwendung von selektiven MAP-Kinase Inhibitoren (U0126, SB203580, PD98059) erhärtet werden. Eine Zugabe dieser Substanzen zum normalen Differenzierungsprotokoll (IIL-1 + Forskolin) führte zu einer signifikanten Reduktion des oben beschriebenen Anstieges der mRNA-Spiegel von Ptx3 und Nurr1 während der Differenzierung. Auf Immunfloureszenz-Ebene führte diese Behandlung ebenfalls zu einem signifikant reduzierten Anteil Nurr1- und Ptx3-ir Zellen (ca. 1%). Der Anteil MAP2-ir-Neurone blieb dagegen unbeeinflusst. Diese Daten zeigen dass in der IL-1-induzierten dopaminergen Differenzierung von mNSC der zu AP1 führende MAP-Kinase-Signalweg eine entscheidende Rolle spielt.