Zelluläre Veränderungen der Epileptogenese durch metabolische Stoffwechselveränderungen
Creators: name: Mozer, Julia
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024

description: Weltweit leiden etwa 50 Millionen Menschen an der neurologischen Erkrankung Epilepsie, die mit rezidivierenden Krampfanfällen einhergeht. Ein relevanter Anteil kann durch Medikamente oder Epilepsie-Chirurgie nicht gut behandelt werden. Die ketogene Diät kann eine alternative Therapieoption für diese Menschen sein. Bei der ketogenen Diät handelt es sich um eine fettreiche und Kohlenhydrat-arme Diät. Das Ziel ist es eine Veränderung des Energiestoffwechsels herbeizuführen und die Energieversorgung des Gehirns zu verändern, welche mit positiven Effekten auf den Krankheitsverlauf einhergeht. Die Methodik der Zellkultur, die in der vorliegenden Arbeit Verwendung findet, bietet die Möglichkeit den Einfluss der ketogenen Diät unter kontrollierten Bedingungen zu untersuchen. Es wurden verschiedene Experimente ausgewählt, um den Einfluss von Substraten, die die ketogene Diät imitieren zu untersuchen. Mittels Zellkultur-Experimenten wurde der Einfluss verschiedener Substrate auf Nervenzellen von Ratten untersucht. Als Substrate zur Imitierung der ketogenen Diät wurden die Ketonkörper Betahydroxybutyrat und Acetoacetat und der Glykolyse-Hemmer 2-Desoxy-D-Glukose eingesetzt. Die verwendete Zellkultur ist eine primäre, neuronale Zellkultur, die aus hippocampalen Rattenhirn-Zellen hergestellt wurde. Es wurden Viabilitäts-Assays, Immunfluoreszenzfärbungen, Calcium-Imaging und Genexpressionsanalysen durchgeführt. Mittels Immunfluoreszenz-Färbungen konnte gezeigt werden, dass in dem vorliegenden Zellkulturmodel ein überwiegender Anteil neuronaler Zellen vorliegt, sowohl mit als auch ohne stimulierende Glutamat-Behandlung (91,6 ± 0,92 %, mit Glutamat-Behandlung 89,2 ± 1,05 %). Die optimalen Behandlungskonzentrationen der Substrate wurden durch Viabilitäts-Assays getestet; 4 mM Betahydroxybutyrat und 0,5 bzw. 1 mM Acetoacetat wurden für die nachfolgenden Untersuchungen aufgrund der besten Viabilität ausgewählt. Die Konzentration 5 mM 2-Desoxy-D-Glukose ergab die besten Viabilitätswerte und wurde deshalb für die Folgeuntersuchung verwendet. Mittels Live-Calcium-Imaging wurde die Hyperaktivität der Zellen nach Glutamatstimulation untersucht. Hier zeigte eine therapeutische Behandlung mit 2-Desoxy-D-Glukose einen Rückgang epileptogener, neuronaler Hyperaktivität. Anfallsähnliche Ereignisse traten nicht mehr auf. Um die antiepileptogene Wirkung einer ketogenen Diät in vitro auch auf molekularer Ebene zu verfolgen, wurden zwei bekannte Epilepsie-Kandidatengene (Gria2 und Grin2a) mittels semi-quantitativer real-time PCR auf ihre Expression hin untersucht. Hier konnte eine Runterregulation der Zielgene Grin2a und Gria2 nach Behandlung der Zellkultur mit Glutamat auf ca. 10 % der ursprünglichen Expression beobachtet werden. Die Zugabe von 2-Desoxy-D-Glukose und Ketonkörpern steigerte die Expression der Zielgene. Teilergebnisse der vorliegenden Arbeit wurden veröffentlicht in Epigenetic control of epilepsy target genes contributes to a cellular memory of epileptogenesis in cultured rat hippocampal neurons (Kiese et al., 2017a). Im Rahmen dieser Arbeit konnten neuroprotektive Eigenschaften der Ketonkörper und der 2-Desoxy-D-Glukose beobachtet werden. Zusätzlich zeigte sich durch die Zugabe der ausgewählten Substrate eine antiepileptogene Wirkung der 2-Desoxy-D-Glukose im Rahmen des Live-Calcium-Imagings und eine Veränderung der Genexpression ausgewählter Epilepsie-Kandidatengene. Die der Wirkungsweise der ketogenen Diät zugrunde liegenden Mechanismen bleiben weiterhin unverstanden und ergänzende Untersuchungen, insbesondere im Hinblick auf die Genexpressionsanalyse sollten durchgeführt werden. Hier fehlten ausreichend Datenpunkte, um eine signifikante Aussage treffen zu können. Jedes weitere Experiment ermöglicht einen nächsten Schritt in Richtung „diet-in-a-pill“, um Menschen, die an einer therapierefraktären Epilepsie leiden eine neue, alternative Therapieoption bieten zu können.