title: Acylated and unacylated ghrelin confers neuroprotection to mesencephalic neurons
title: Neuroprotektive Wirkung von acyliertem und nicht-acyliertem Ghrelin in einem in vitro-Modell der Parkinson-Krankheit
Creators: name: Wagner, Johanna Claudia
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Ghrelin
Medical sciences, Medicine

description: Ghrelin ist ein Polypeptid, welches
      eine Reihe unterschiedlicher Funktionen erfüllt, wie z.B. die
      Regulation der Wachstumshormon-Freisetzung, die Regulation
      der Nahrungsaufnahme, eine prokinetische Wirkung auf den
      Gastrointestinaltrakt und die Beeinflussung der endokrinen
      Pankreasfunktion. Im Zusammenhang mit dem idiopathischen
      Parkinson-Syndrom (IPS) wurde festgestellt, dass
      Parkinson-Patienten dysregulierte postprandiale
      Ghrelinkonzentrationen im Blut haben. Zusätzlich konnten
      neuroprotektive Eigenschaften von acyliertem Ghrelin im
      Parkinson-Tiermodell nachgewiesen werden, die aber noch nicht
      detailliert erforscht sind. Ghrelin wird durch die
      Ghrelin-O-Acyltransferase (GOAT) von der nicht-acylierten in
      die acylierte Form umgewandelt. Diese Acylierung ist
      notwendig für die Bindung an den Ghrelinrezeptor GHS-R1a. Die
      Fragestellung der vorliegenden Arbeit war nun, inwiefern
      Ghrelin neuroprotektiv wirkt und ob dieser mögliche Effekt
      auf die acylierte Form beschränkt ist. Die Versuche wurden in
      Zellkulturen primärer, mesencephaler Neurone aus embryonalen
      Wistar-Ratten mit einem Gestationsalter von 15 Tagen
      durchgeführt. Wir führten unsere Experimente stets mit der
      acylierten und nicht-acylierten Ghrelinform durch. So konnten
      wir zeigen, dass beide Formen gegenüber einer Behandlung mit
      dem Neurotoxin MPP+, einem Hemmstoff des Komplexes I der
      mitochondrialen Atmungskette, neuroprotektiv auf dopaminerge
      Neurone wirken. Dabei lag das Wirkmaximum von acyliertem
      Ghrelin bei 0,1 nM und von der nicht-acylierten Form 10-fach
      höher, also bei 1 nM. Dieser Unterschied der Wirkmaxima wurde
      auch schon in Versuchen an Pankreaszellen festgestellt. Auch
      gegenüber dem Neurotoxin 3-Nitropropionsäure (3-NP), welches
      den Komplex II der Atmungskette hemmt, wirkten beide
      Ghrelinformen neuroprotektiv, wieder mit dem Wirkmaximum bei
      0,1 bzw. 1 nM. Da die Neurotoxizität der 3-NP sich nicht auf
      dopaminerge Zellen beschränkt wie die des MPP+, untersuchten
      wir die Wirkung beider Ghrelinformen auf alle weiteren
      mesencephalen Neurone. Es zeigte sich, dass die
      Neuroprotektion unabhängig vom neuronalen Phänotyp war. In
      der Entstehung des IPS spielen eine Reihe von
      Pathomechanismen eine Rolle, so auch die elektrische
      Aktivität der dopaminergen Neurone. So führt z.B. ein
      massiver Kalzium- oder Kaliumeinstrom in die Zelle
      letztendlich zum Untergang dopaminerger Neurone. Die
      chronische Einnahme von Kalziumkanal-Blockern (L-Typ,
      Dihydropyridin-Typ) führt in einer Studie zu einer Reduktion
      des Erkrankungsrisikos. So stellte sich für uns die Frage, ob
      die neuroprotektive Eigenschaft von Ghrelin im Zusammenhang
      mit Ionenströmen stehen könnte. Die Hemmung des
      L-Typ-Kalziumkanals mit Nicardipin verhinderte die Wirkung
      von acyliertem und nicht-acyliertem Ghrelin in allen
      mesencephalen Neuronen. Aus früheren Studien ergab sich die
      Überlegung, dass die Wirkung von nicht-acyliertem Ghrelin auf
      einer Umwandlung in die acylierte Form beruht. Dazu haben wir
      die Wirkung beider Ghrelinformen im Zusammenhang mit dem
      GHS-R1a-Antagonisten [D-Lys3]-GHRP-6 untersucht. Eine
      Antagonisierung des Rezeptors führte zu einem Wirkverlust von
      acyliertem Ghrelin, nicht aber der nicht-acylierten Form.
      Somit liegt nahe, dass die Wirkung von nicht-acyliertem
      Ghrelin über einen anderen Mechanismus vermittelt wird. Dies
      wurde bestätigt durch Versuche mit dem GOAT-Hemmer
      GO-Tat-CoA, der die Wirkung von nicht-acyliertem Ghrelin
      nicht abschwächte. Daraus lässt sich schließen, dass die
      neuroprotektive Wirkung der nicht-acylierten Form nicht auf
      einer Umwandlung in die acylierte Form zurückzuführen war.
      Zusammengefasst konnten wir zeigen, dass nicht nur
      acyliertes, sondern auch nicht-acyliertes Ghrelin eine
      neuroprotektive Wirkung auf mesencephale Neurone hat. Diese
      Protektion ist abhängig von L-Typ-Kalziumkanälen, wird aber
      bei beiden Ghrelinformen über unterschiedliche Mechanismen
      vermittelt.
description: Ghrelin is a polypeptide that
      exerts a wide range of functions, such as the regulation of
      growth hormone secretion, energy homeostasis, food intake, as
      well as the exocrine function of the pancreas. In regard to
      Parkinson’s disease (PD), patients who have been diagnosed
      with PD exhibit reduced levels of circulating ghrelin and a
      reduced postprandial ghrelin response. Experimental studies
      revealed neuroprotective effects of acylated ghrelin in
      different models of PD, which have not been further
      elucidated to date. There are two major molecular forms of
      ghrelin, an acylated (AG) and an unacylated (UAG) form. The
      acylation is catalyzed by the ghrelin-O-acyltransferase
      (GOAT) and only AG is able to bind to and activate the growth
      hormone secretagogue receptor 1a (GHS-R1a). The issue we
      examined was whether ghrelin would exhibit neuroprotektive
      properties in our cell culture model and if this effect was
      limited to the acylated form. The study was conducted in
      primary mesencephalic cultures isolated from rat embryos at a
      gestational age of 15 days of pregnant Wistar rats. First, we
      investigated the neuroprotective effects of AG and UAG on
      dopaminergic neurons after treatment with the complex I
      inhibitor MPP+. Both ghrelin forms were neuroprotective,
      showing the maximum effect at a concentration of 0.1 nM AG
      and 1 nM UAG, ten times higher than the necessary
      concentration of AG. Concurrently, a tenfold higher
      concentration of UAG was also needed in experiments performed
      on pancreatic cells. Next, we investigated whether the
      observed effect was also evident when cells were treated with
      the complex II inhibitor 3-nitropropionic acid (3-NP). We
      found that both AG and UAG also protected midbrain neurons
      against complex II inhibition regardless of their neuronal
      phenotype, showing a maximum effect with the same
      concentrations as reported above. There is a set of
      pathomechanisms responsible for the development of PD, such
      as the electrical activity of dopaminergic neurons. A massive
      influx of calcium or potassium ultimately leads to the loss
      of dopaminergic neurons. Chronic intake of calcium channel
      inhibitors (L-type / dihydropyridine-type) lowers the risk
      for PD. We analyzed whether co-treatment with the L-type
      channel blocker nicardipine could alter the neuroprotective
      effect of ghrelin after 3-NP exposition. Nicardipine
      abolished the neuroprotective effect of both AG and UAG on
      all mesencephalic neurons. Traditionally, AG has been
      regarded as the only active form of ghrelin due to its
      receptor binding properties and UAG was thought to exhibit
      its effect after conversion to AG. To ascertain that the
      effects of UAG are not due to its in vitro acylation into AG,
      we assessed the effects of UAG in the presence of the GSH-R1a
      antagonist [D-Lys3]-GHRP-6 and the GOAT-inhibitor GO-CoA-Tat.
      Whereas the effect of AG on mitochondrial impairment required
      GSH-R1a binding, effects of UAG remained unaffected by
      treatment with a GSH-R1a antagonist. Importantly, inhibition
      of ghrelin-O-acyltransferase failed to reduce the activity of
      UAG. In conclusion, our data suggests that both AG and UAG
      afford protection to dopaminergic neurons. This protective
      effect requires the activation of L-type calcium channels,
      however, it is transmitted through different mechanisms for
      both molecular forms of ghrelin.