Chang, Steffi (2011)
Antagonisierung von Stress-Signalwegen durch das Amyloid Precursor Protein (APP): Untersuchungen zu den molekularen Mechanismen der APP-vermittelten Neuroprotektion.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Bei der Entwicklung der Alzheimer Krankheit spielt das Amyloid-Precursor-Protein und seine proteolyische Spaltung eine zentrale Rolle. Die Prozessierung von APP resultiert im amyloidogenen Weg in der Bildung des neurotoxischen Aβ-Peptids und im nicht-amyloidogene Weg in der Produktion von sAPPα, welches vermutet wird in seiner Funktion diametral zu Aβ zu stehen. Demgemäß könnte neben der pathologischen Akkumulation von Aβ im Gehirn ebenso der Verlust der physiologischen Funktion von sAPPα zur Neurodegeneration und den kognitiven Defiziten bei Morbus Alzheimer führen. In der vorliegenden Arbeit wurden die biologischen Eigenschaften des neuroprotektiven Spaltproduktes sAPPα unter verschiedenen Alzheimer-relevanten Stressbedingungen untersucht. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Störung des Ubiquitin-Proteasom-Systems, welche eng in Zusammenhang mit zytotoxischem neuronalen Stress bei Morbus Alzheimer gebracht wird, durch Applikation eines potenten Proteasom-Inhibitors initiiert. Für die Untersuchung der Eigenschaften von sAPPα unter den gewählten Bedingungen wurden zum einen konditionierte Überstände von APP-überexprimierenden HEK-Zellen oder aufgereinigtes rekombinantes sAPPα aus verschiedenen Expressionssystemen verwendet. Eine Präinkubation mit sAPPα bewirkte einen Schutz vor Zelltod in PC12 Zellen, wie morphologische Untersuchungen der Fragmentierung der Zellkerne, der Aufnahme von Propidiumiodid und Analysen der Effektor-Caspase-Aktivität aufzeigten. Dieser potente Schutz in der PC12-Zelllininie konnte nur für sAPPα und nicht für sAPPβ, ein APP-Spaltprodukt das sich nur um 17 Aminosäuren unterscheidet, nachgewiesen werden. Das im zweiten Teil der Arbeit verwendete Schädigungsmodell der Störung der Kalziumhomöostase konnte durch die Inhibition der sarko- und endoplasmatischen Ca2+-ATPasen oder durch Behandlung mit NMDA realisiert werden. Die Störung des empfindlichen Kalziumhaushaltes stellt ein gemeinsames Merkmal für die Alterserscheinung des Gehirns und der Pathophysiologie von Morbus Alzheimer dar. In der vorliegenden Arbeit gelang es Apoptose, die durch die Störung der Kalziumhomöostase ausgelöst wurde, durch sAPPα potent zu verringern. Dieser protektive Effekt von sAPPα für PC12 Zellen konnte für hippocampale Neurone validiert werden. Für beide Schädigungsmodelle konnte der anti-apoptotische Effekt von sAPPα mit der Inhibition des Stress-responsiven JNK/c-Jun Signalweges und der Stimulation des anti-apoptotischen PI3K/Akt Signalweges assoziiert werden. Ein möglicher pharmakologisch, präventiver Ansatzpunkt in der Alzheimer Krankheit stellt die Einflussnahme auf die proteolytische Spaltung von APP dar. So könnte sich eine Stimulation der nicht-amyloidogenen Prozessierung, die in der Produktion des neuroprotektiven Bestandteils sAPPα resultiert, Aβ-induzierte neurotoxische Effekte ausgleichen. In der vorliegenden Arbeit konnte mittels Docosahexaensäure, einer Omega-3 Fettsäure, Einfluss auf die Membranfluidiät von APP überexprimierenden HEK Zellen genommen werden. Die erhöhte Membranfluidiät ließ sich mit einer gesteigerten Menge an sAPPα und somit einer erhöhten nicht-amyloidogenen Prozessierung korrelieren. Hieraus resultierend konnte eine Behandlung mit DHA eine Protektion vor Apoptose, die durch die Störung der Kalziumhomööstase induziert wurde, erzielen. Es konnte nachgewiesen werden, dass der protektive DHA-abhängige Effekt auf sAPPα zurückzuführen ist.

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