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Chemical and pharmacological characterization of terpenoids from Hericium species and other Basidiomycota as neuroregenerative compounds

Rascher, Monique GND

With an aging population, neurodegenerative diseases are getting a severe problem. Common in many neurodegenerative diseases is the death of neurons. Neurotrophins are involved in the nervous system in survival and regeneration of neurons. These factors have been the focus of research attention as potential therapies for neurodegenerative diseases. The problem in using neurotrophins is their high molecular weight (MW) preventing them from passing through the blood-brain barrier (BBB). To circumvent these limitations, much effort is currently focused on searching for small molecules, being able to pass the BBB. In this thesis different substances isolated from Hericium sp. were characterized regarding their neurotrophin stimulating ability. Corallocins, unknown structures isolated from the fruiting body of H. coralloides were able to stimulate NGF and BDNF. The same was shown for erinacines (metabolites from mycelia of H. erinaceus). One important member of the erinacines is erinacine C. Using a small library of transcriptional activation reporters, different activation, and inactivation of signaling cascades were analyzed. Treatment of astrocytoma cells with erinacine C causes a change in their transcriptional activity. Transcriptional activation was seen for ETS, Gli1, STAT3, Elk1 and Pea3B transcription factor. Since several times, the conserved sequence of ETS is highly activated upon erinacine C treatment, the ETS-mediated signaling cascades were analyzed. It was demonstrated that the activation of ETS acted in parallel and independent of neurotrophin induction. Another approach was the analysis of erinacine C dependent activation of a Tetraodon enhancer region of the ngf gene. It was proven, that this enhancer region was activated in the presence of erinacine C as well as with the activation and repression of ETS signaling. Erinacine C is a molecule having a smaller MW, suggesting that it can cross the BBB. In this thesis the ability to cross the BBB was shown by using an in vitro approach of mimicking the BBB as well as by using an in vivo vertebrate model system, the zebrafish. To analyze the effect of these compounds in vivo it was clarified in this thesis where ngf or its receptor trkA are expressed. It is also essential to show their effect in vivo using zebrafish as model organism. Therefore, a reporter line was established, expressing mClover in trkA expressing cells. Using this transgenic line different regeneration models were established.

Mit einer alternden Bevölkerung werden neurodegenerative Erkrankungen, die durch den Tod von Neuronen gekennzeichnet sind, zu einem ernsten Problem. Neurotrophine sind im Nervensystem am Überleben und der Regeneration von Neuronen beteiligt. Diese Faktoren stehen als potenzielle Medikamente für neurodegenerative Erkrankungen im Mittelpunkt der Forschung. Das Problem bei der Verwendung von Neurotrophinen ist ihr hohes Molekulargewicht (MG), das verhindert, dass sie die Blut-Hirn-Schranke (BHS) passieren. Um diese Einschränkungen zu umgehen, werden derzeit kleine Moleküle gesucht, die in der Lage sind, die BHS zu passieren. In dieser Arbeit wurden verschiedene aus Hericium sp. isolierte Substanzen hinsichtlich ihrer Neurotrophin-stimulierenden Fähigkeit charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass Corallocine, die aus dem Fruchtkörper von H. coralloides isoliert wurden, in der Lage sind NGF und BDNF stimulieren. Gleiches wurde für Erinacine (Metaboliten aus dem Myzel von H. erinaceus), darunter Erinacin C, gezeigt. Unter Verwendung einer Bibliothek von Transkriptionsreportern wurden verschiedene Aktivierungen und Inaktivierungen von Signalkaskaden analysiert. Die Behandlung von Gliazellen mit Erinacin C bewirkt eine Änderung ihrer Aktivität. Die Aktivierung wurde für die Faktoren ETS, Gli1, STAT3, Elk1 und Pea3B beobachtet. Da die konservierte Sequenz von ETS bei der Behandlung mit Erinacin C mehrmals aktiviert wurde, wurden die ETS Signalkaskaden analysiert. Es wurde gezeigt, dass die Aktivierung von ETS parallel und unabhängig von der Neurotrophin-Induktion erfolgt. Ein anderer Ansatz war die Analyse der Erinacin C-abhängigen Aktivierung einer Tetraodon-Enhancer-Region des ngf-Gens. Es wurde nachgewiesen, dass diese Region in Gegenwart von Erinacin C sowie bei Aktivierung und Unterdrückung des ETS-Signals aktiviert wurde. Erinacin C ist ein Molekül mit einem kleineren MG, was darauf hindeutet, dass es die BHS überschreiten kann. In dieser Arbeit wurde die Fähigkeit zur Kreuzung der BHS unter Verwendung eines In-vitro-Ansatzes zur Nachahmung der BHS sowie unter Verwendung eines In-vivo-Wirbeltiermodellsystems, des Zebrafisches, gezeigt. Um die Wirkung dieser Verbindungen in vivo zu analysieren, wurde gezeigt, wo ngf oder sein Rezeptor trkA exprimiert werden. Es wurde weiterhin eine Reporterlinie eingerichtet, die mClover in trkA-exprimierenden Zellen bildet. Unter Verwendung dieser transgenen Linie wurden verschiedene Regenerationsmodelle etabliert.

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Rascher, M., 2020. Chemical and pharmacological characterization of terpenoids from Hericium species and other Basidiomycota as neuroregenerative compounds. https://doi.org/10.24355/dbbs.084-202007271046-0
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