DRPLA ist durch eine ausgeprägte, generalisierte Hirnatrophie und die Anhäufung von Atrophin-1 mit erweiterten Glutaminabschnitten gekennzeichnet. Mutierte Atrophin-1-Proteine wurden in neuronalen intranukleären Einschlüssen (NII) und in diffuser Anhäufung in den neuronalen Kernen gefunden. Während die Rolle der NIIs (pathologisch oder schützend) unklar ist, wird die diffuse Anhäufung des mutierten Proteins als toxisch angesehen.
HirnatrophieBearbeiten
Es gibt eine signifikante Reduktion des ZNS-Gewebes im gesamten Gehirn und Rückenmark, wobei das Gehirngewicht von DRPLA-Patienten oft weniger als 1000 g beträgt. In Regionen ohne offensichtlichen neuronalen Abbau wird eine Atrophie des Neuropils festgestellt. Der Globus pallidus (das laterale Segment ist größer als das mediale) und der Nucleus subthalamicus weisen einen konsistenten Neuronenverlust und eine astrozytäre Gliose auf. Der Nucleus dentatus weist einen neuronalen Verlust auf, wobei die verbleibenden atrophischen Neuronen eine grumose Degeneration aufweisen. Im Allgemeinen ist die pallidoluysäre Degeneration bei jugendlichem Auftreten stärker ausgeprägt als die dentatorubrale Degeneration, und das Gegenteil gilt für das späte Auftreten im Erwachsenenalter.
Transgene DRPLA-Mäuse wiesen mehrere neuronale Anomalien auf, darunter eine Verringerung der Anzahl und Größe der dendritischen Dornen sowie der Fläche der Perikarya und des Durchmessers der Dendriten. Die Morphologie und Dichte der Stacheln wurde mit Lern- und Gedächtnisfunktionen sowie mit Epilepsie in Verbindung gebracht. Die stummelartigen Stacheln, die bei DRPLA-Mäusen zu sehen sind, unterscheiden sich morphologisch von den dünnen und pilzförmigen Stacheln, die bei Huntington-Mäusen zu sehen sind.
Morphometrische Analysen von DRPLA-Mausgehirnen haben einen Verlust der normalen Abstände zwischen den Mikrotubuli in neuronalen Axonen gezeigt. Die Mikrotubuli waren relativ kompakt, was darauf hindeutet, dass Anomalien im Proteintransport eine Rolle bei der neuronalen Degeneration spielen könnten. Beim Menschen interagiert Atrophin-1 mit IRSp53, das mit Rho-GTPasen interagiert, um die Organisation des Aktinzytoskeletts und die Wege, die Lamellipodien und Filopodien regulieren, zu regulieren.
Neuronale intranukleäre EinschlüsseEdit
NIIs sind nicht ausschließlich bei DRPLA zu finden; sie wurden bei einer Vielzahl von neurodegenerativen Erkrankungen gefunden. Bei DRPLA wurden NIIs sowohl in Neuronen als auch in Gliazellen im Striatum, in den pontinen Kernen, in der inferioren Olive, in der Kleinhirnrinde und im Nucleus dentatus nachgewiesen, obwohl die Häufigkeit von Neuronen mit NIIs gering ist, etwa 1-3 %.
Bei DRPLA sind die NIIs kugelförmige, eosinophile Strukturen unterschiedlicher Größe. Sie sind nicht membrangebunden und bestehen sowohl aus körnigen als auch aus filamentösen Strukturen. Sie sind ubiquitiniert und können paarweise oder in Form von Dubletten im Zellkern vorkommen.
NIIs sind immunopositiv für verschiedene Transkriptionsfaktoren wie das TATA-Bindungsprotein (TBP), den TBP-assoziierten Faktor (TAFII130), Sp1, das Camp-responsive Element-Bindungsprotein (CREB) und das CREB-Bindungsprotein (CBP). Es wurde vorgeschlagen, dass die Rekrutierung von Transkriptionsfaktoren in NIIs zu Transkriptionsanomalien führen kann, die zur fortschreitenden neuronalen Degeneration beitragen. Bei anderen polyQ-Erkrankungen wie der Huntington-Krankheit und der spinozerebellären Ataxie (Typ 3 und 7) wurden einige der gleichen Transkriptionsfaktoren sequestriert. Die Tatsache, dass verschiedene Genprodukte dieselben Transkriptionsfaktoren sequestrieren, könnte zu den sich überschneidenden Symptomen genetisch unterschiedlicher Krankheiten beitragen.
NIIs verändern nachweislich auch die Verteilung der intranukleären Strukturen, wie z. B. der Kernkörperchen des promyelozytären Leukämieproteins (PML). Obwohl die Rolle der PML-Körperchen unklar ist, wird angenommen, dass sie an der Apoptose beteiligt sind. Bei Neuronen mit NII bilden die PML-Körper bei DRPLA-Patienten eine Schale oder einen Ring um den ubiquitinierten Kern. Bei ähnlichen polyQ-Erkrankungen hat sich gezeigt, dass die Assoziation dieser PML-Hülle größenabhängig ist, wobei größere NII PML-negativ sind. Dies hat zu zwei Modellen geführt, von denen eines besagt, dass PML-Körper Orte für die NII-Bildung darstellen, und ein zweites, dass PML-Körper am Abbau und der Proteolyse von NIIs beteiligt sind.
Auch im Zytoplasma des Nucleus dentatus werden ausschließlich Atrophin-1-positive Einschlüsse beobachtet, die den in den Motoneuronen bei der amyotrophen Lateralsklerose beobachteten Einschlüssen sehr ähnlich sind.
Diffuse Anhäufung in den KernenEdit
Bei DRPLA ist die diffuse Anhäufung von mutiertem ATN1 weitaus stärker ausgeprägt als die NII-Bildung. Das Ausmaß und die Häufigkeit der Neuronen, die die diffuse Kernakkumulation aufweisen, ändert sich in Abhängigkeit von der CAG-Repeat-Länge. Es wird angenommen, dass die diffusen Kernanhäufungen zu den klinischen Merkmalen wie Demenz und Epilepsie beitragen.
ATN1 enthält sowohl eine Kernlokalisierungssequenz als auch eine Kernexportsequenz. Die Spaltung von ATN1 zu einem N-terminalen Fragment entbindet ATN1 von seinem Kernexport-Signal und konzentriert es im Zellkern. Erhöhte Konzentrationen im Zellkern erhöhen nachweislich die zelluläre Toxizität (Transfektionstest).
Sowohl bei der juvenilen als auch bei der adulten Form gehörten zu den Regionen, in denen mehr als 40 % der Neuronen mit 1C2 (einem monoklonalen Antikörper gegen erweiterte Polyglutaminabschnitte) immunreaktiv wurden: Nucleus basalis von Meynert, große striatale Neuronen, Globus pallidus, Nucleus subthalamicus, intralaminärer Thalamuskern, lateraler geniculärer Körper, okulomotorischer Kern, roter Kern, Substantia nigra, motorischer Trigeminuskern, Nucleus raphes pontis, pontine Kerne, vestibulärer Kern, inferiore Olive und der zerebelläre Dentatkern. Der juvenile Typ zeigt auch eine Reaktivität in der Großhirnrinde, im CA1-Bereich des Hippocampus und in der retikulären Formation des Hirnstamms. Kerne, die Anhäufungen von mutiertem Atrophin-1 enthalten, sind deformiert und weisen Einbuchtungen der Kernmembran auf.