Authors:	Römpp, Birgit
Title:	Der Einfluss der Zellalterung auf die pathobiochemischen Prozesse von Morbus Alzheimer und weiteren neurodegenerativen Erkrankungen
Online publication date:	21-Apr-2008
Year of first publication:	2008
Language:	german
Abstract:	Die am häufigsten auftretende altersassoziierte neurodegenerative Krankheit ist die Alzheimer Demenz. Ein mit entscheidender Schritt bei der Entstehung der Alzheimer Erkrankung ist wahrscheinlich die Produktion des Aβ-Peptids durch proteolytische Spaltung das Amyloid-Vorläuferproteins APP. In der vorliegenden Arbeit wurde die altersabhängige Prozessierung des Amyloid-Vorläuferproteins (APP) in Fibroblasten von Hautbiopsien von Familiärer Alzheimer-, Trisomie21 und Niemann-Pick Typ C-Krankheit untersucht. Die in dieser Arbeit verwendeten Fibroblasten wurden bis zum Erreichen des zellulären Wachstumsstopps (replikative Seneszenz) seriell passagiert und die Untersuchungen erfolgten an Zellen aufsteigender PDL. Dabei zeigte sich, dass, unabhängig von dem durch die Krankheit vorliegenden genetischen biochemischen Hintergrund, die APP- Prozessierung im Laufe der Zellalterung progressiv verringert wird. Die altersabhängig ansteigenden Cholesterinspiegel führten zu einer Reduktion der APP-Reifung und infolge dessen nahmen sowohl die intrazellulären APP-Spaltfragmente (C99, C83 und AICD) als auch die extrazellulären APP-Fragmente (sAPPα, sAPP) ab. Ebenso konnte gezeigt werden, dass die γ-Sekretase-Aktivität abnimmt. Dies war verbunden mit einem Rückgang der Proteinspiegel von Nicastrin und Presenilin, beides Komponenten des γ-Sekretase-Komplexes. Obwohl die Proteinexpression der α-Sekretase ADAM10 altersassoziiert konstant blieb, nahm die α-Sekretase-Aktivität mit steigendem Lebensalter ab. Erste Untersuchungen zeigten, dass die NAD+-abhängige Histon-Deacetylase SIRT1 eine wichtige Rolle im Bezug auf die α-Sekretase-Aktivität spielen könnte. Im Gegensatz zu den Abnahmen der α- und γ-Sekretase-Aktivitäten konnte eine erhöhte Aktivität der β-Sekretase in seneszenten Zellen beobachtet werden. Die mRNA-Menge und Proteinspiegel der ß- Sekretase BACE1 blieben dabei unverändert. Des Weiteren zeigte sich eine Zunahme der β-Sekretase-Aktivität bei Behandlung von jungen Zellen mit konditioniertem Medium seneszenter Zellen. Da sensezente Zellen einem Proliferationsstopp in der G1-Phase unterliegen, wurde der Einfluss des Zellzyklus-Inhibitors Aphidicolin auf die β-Sekretase untersucht. Hier wurde sowohl in IMR90 Fibroblasten als auch in Neuroblastoma-Zellen N2a eine Zunahme der β-Sekretase-Aktivität nach Zugabe der Inhibitoren beobachtet. Auch kommt es im Zuge der Alterung zu einer verstärkten Expression inflammatorischer Zytokine, die mit der Entstehung von Aβ-Peptiden in Verbindung gebracht werden. Deshalb wurde der Einfluss von Zytokinen auf die β-Sekretase-Aktivität untersucht. Die Zugabe von Interferon-γ und Interleukin 6 führte bei jungen IMR90-Zellen zu einem Anstieg der β-Sekretase-Aktivität, während bei alten Zellen keine Änderung zu verzeichnen war. Alzheimer’s Disease (AD) is the most common neurodegenerative disease. One of the critical steps in it’s pathogenesis is the cleavage of the amyloid precursor protein (APP) yielding the Aß peptide. This work investigates the age-related processing of APP in fibroblasts from biopsies of familiar AD , Trisomie 21 and Nieman Pick Type C disease. Since Hayflick and Moorhead discovered the limited cell division of fibroblasts, these cells have been used to identify age-related changes in humans at the molecular level. In culture, fibroblasts undergo a limited number of population doubling levels (PDLs) before entering a state of irreversible growth arrest. At this stage the cells remain intact and metabolically active. This infinite nonreplicative state is termed “replicative senescence”. The fibroblasts used in this work were sequentially passaged until growth arrest and the APP processing was analyzed throughout the in vitro life span of the cultures. The results show a progressive decrease of the APP processing with age irrespective of the investigated disease type. The age-related increase of cholesterol levels resulted in a decrease of APP processing and therefore a reduction of intracellular APP fragments (C99, C83 and ACID) as well as extracelluar APP fragments (sAPPα and sAPP). The study of γ-secretase showed a age-dependent decrease of the APP-processing activity. This went along with reduced protein concentrations of two major components of γ-secretase, namely Nicastrin and Presenilin. The activity of α-secretase showed a decrease as well, while the protein levels of the α-secretase ADAM10 showed no significant changes. First studies showed that the NAD+-dependent histone deacetylase SIRT1 could play an important role referring to α-secretase activity. In contrast to the decreased α- and γ-secretase activities, ß-secretase activity increased with age whereas BACE1 protein levels and mRNA levels remained unchanged. ß-secretase activity could be increased by treating young cells with conditioned medium from senescent cells. Senescent cells are known to come to a cell cycle arrest at phase G1. Due to this the influence of the cell cycle inhibitor Aphidicolin on ß-secretase activity was investigated. This resulted in an increase of ß-secretase activity in IMR90 fibroblasts and N2a-cells from a neuroblastoma derived cell line. In the course of cell aging there is an increase of inflammatory cytokines which have been discussed to be involved in Alzheimer´s Disease. Addition of the cytokines interferon-γ and interleucine-6 to IMR90-fibroblasts resulted in an increase of ß-secretase activities in young cells whereas it didn’t had any significant effect on senescent cells.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2559
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-16215
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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