Antagonisierung von Stress-Signalwegen durch das Amyloid Precursor Protein (APP): Untersuchungen zu den molekularen Mechanismen der APP-vermittelten Neuroprotektion

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. Demgemas konnte 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 fuhren. 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 Storung des Ubiquitin-Proteasom-Systems, welche eng in Zusammenhang mit zytotoxischem neuronalen Stress bei Morbus Alzheimer gebracht wird, durch Applikation eines potenten Proteasom-Inhibitors initiiert. Fur die Untersuchung der Eigenschaften von sAPPα unter den gewahlten Bedingungen wurden zum einen konditionierte Uberstande von APP-uberexprimierenden HEK-Zellen oder aufgereinigtes rekombinantes sAPPα aus verschiedenen Expressionssystemen verwendet. Eine Prainkubation 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-Aktivitat aufzeigten. Dieser potente Schutz in der PC12-Zelllininie konnte nur fur sAPPα und nicht fur sAPPβ, ein APP-Spaltprodukt das sich nur um 17 Aminosauren unterscheidet, nachgewiesen werden. Das im zweiten Teil der Arbeit verwendete Schadigungsmodell der Storung der Kalziumhomoostase konnte durch die Inhibition der sarko- und endoplasmatischen Ca2+-ATPasen oder durch Behandlung mit NMDA realisiert werden. Die Storung des empfindlichen Kalziumhaushaltes stellt ein gemeinsames Merkmal fur die Alterserscheinung des Gehirns und der Pathophysiologie von Morbus Alzheimer dar. In der vorliegenden Arbeit gelang es Apoptose, die durch die Storung der Kalziumhomoostase ausgelost wurde, durch sAPPα potent zu verringern. Dieser protektive Effekt von sAPPα fur PC12 Zellen konnte fur hippocampale Neurone validiert werden. Fur beide Schadigungsmodelle 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 moglicher pharmakologisch, praventiver Ansatzpunkt in der Alzheimer Krankheit stellt die Einflussnahme auf die proteolytische Spaltung von APP dar. So konnte 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 Docosahexaensaure, einer Omega-3 Fettsaure, Einfluss auf die Membranfluidiat von APP uberexprimierenden HEK Zellen genommen werden. Die erhohte Membranfluidiat lies sich mit einer gesteigerten Menge an sAPPα und somit einer erhohten nicht-amyloidogenen Prozessierung korrelieren. Hieraus resultierend konnte eine Behandlung mit DHA eine Protektion vor Apoptose, die durch die Storung der Kalziumhomoostase induziert wurde, erzielen. Es konnte nachgewiesen werden, dass der protektive DHA-abhangige Effekt auf sAPPα zuruckzufuhren ist.