GDNF gene delivery in an animal model of Parkinson's disease. Long-term effects on intact, injured and transplanted dopamine neurons using lentiviral gene transfer

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Parkinsons sjukdom är en av de vanligaste neurodegenerativa sjukdomarna och orsakas av en selektiv förlust av dopaminerga neuron i mellanhjärnans substantia nigra (SN). Detta leder till en minskad mängd dopamin (DA) i hjärnans motoriska centrum, striatum, vilket orsakar de karakteristiska symptomen bradykinesi, muskelrigiditet och tremor. Förlusten av DA neuron i SN sker successivt över flera år och de första symptomen uppträder när ungefär 50% av neuronen har dött. Den huvudsakliga behandlingen idag är baserad på att kompensera dopaminbristen i striatum genom tillförsel av L-DOPA, som i hjärnan omvandlas till DA. Denna behandling motverkar symptomen, men förhindrar inte den fortsatta degenerationen av DA neuron i SN. Det progressiva förloppet i Parkinsons sjukdom ger oss möjligheter att förhindra den pågående degenerativa processen och skydda de kvarvarande cellerna. Den neurotrofa faktorn GDNF är särskilt intressant med tanke på dess effektivitet, vilken har demonstrerats i flera djurmodeller av Parkinsons sjukdom. Med tanke på det kroniska och progressiva förloppet vid Parkinsons sjukdom, är det troligt att GDNF behöver administreras kontinuerligt, över månader eller år, för att åstadkomma överlevnad och förbättrad funktion långsiktigt. Detta kan uppnås med hjälp av genterapi, vilket innebär transfer av genen för GDNF till hjärnan med hjälp av virala genbärare, så kallade vektorer. I denna avhandling har jag använt virala vektorer baserade på lentivirus för att studera de långvariga effekterna av kontinuerligt GDNF uttryck på normala, skadade eller transplanterade DA neuron. Resultaten visar att GDNF gentransfer till det nigrostriatala DA systemet effektivt kan motverka förlusten av DA neuron i djur med experimentellt inducerad parkinsonism, men att det långvariga uttrycket av GDNF kan ha funktionellt negativa effekter i dessa djur. GDNF kan också orsaka en kraftig nedreglering av tyrosinhydroxylas (TH), det hastighetsbestämmande enzymet i DA syntesen, i de skyddade DA neuronen. Den GDNF-inducerade nedregleringen av TH enzymet uppkommer även i det intakta DA systemet, men verkar inte orsaka några negativa effekter på den normala DA transmissionen. Kontinuerligt uttryck av GDNF kan kortsiktigt öka överlevnaden av fetala DA neuron efter transplantation till det denerverade striatum, men den funktionella effekten av transplantaten är försämrad i de GDNF- behandlade djuren. Baserat på dessa observationer, har jag i mitt avhandlingsarbete även försökt att utveckla ett lentiviralt vektorsystem som möjliggör en reglering av GDNF utrycket. Den kliniska appliceringen av GDNF genterapi med hjälp av virala vektorer kan endast genomföras när metoden har bevisats vara ofarlig. Fler experimentella studier behöver genomföras i djurmodeller av Parkinsons sjukdom för att fastslå den biologiskt relevanta dosen av GDNF som behöver uttryckas för att uppnå en positiv effekt, samt utvecklandet av vektor konstrukt som tillåter en effektiv reglering av genuttrycket, med möjlighet att stänga av uttrycket helt vid uppkomst av negativa effekter av GDNF behandlingen.