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Authors: Tippmann, Frank
Title: Aktivierung der alpha-Sekretase ADAM10 als neuer therapeutischer Ansatz zur Behandlung der Alzheimer-Erkrankung
Online publication date: 2-Feb-2009
Language: german
Abstract: Die Stimulation der APP-prozessierenden α-Sekretase ADAM10 eröffnet eine vielversprechende Möglichkeit zur medizinischen Behandlung der Alzheimer-Krankheit. In dieser Arbeit wurden drei unterschiedliche Strategien zur therapeutischen Aktivierung von ADAM10 verfolgt: Die Aktivierung des G-Protein-gekoppelten Rezeptors PAC1 durch PACAP, die Gentherapie mit ADAM10-cDNA und die ADAM10-Promotorstimulation durch Retinoid-Rezeptor-Aktivierung. PACAP-38 stimuliert die α-Sekretase-vermittelte APPsα-Sekretion in humanen Neuroblastomzellen. Durch Aktivierung des PAC-1-Rezeptors via intranasal verabreichtem PACAP-38, konnte eine erhöhte α-sekretorische APP-Prozessierung bzw. verminderte Ablagerung von amyloiden Plaques in Mäusen gezeigt werden. nWeiterhin sollte durch Immunoliposomen-basierte Transfektion die humane ADAM10-cDNA in den Neuronen der Maus überexprimiert werden. Hiefür wurde die DNA in Liposomen eingeschlossen, welche an ihrer Oberfläche mit anti-Transferrin-Antikörpern zur Überwindung der Blut-Hirn-Schranke gekoppelt waren. Für die Herstellung des DNA-Transportsystems wurden die Einzelschritte wie DNA-Einschluss mit einem Reportergen-Vektor, Konjugation mit verschiedenen Antikörpern und Größe der Liposomen erprobt und optimiert. Es konnte allerdings weder in vitro noch in vivo eine Immunoliposomen-vermittelte Transfektion nachgewiesen werden. In dieser Arbeit wurde zudem die Retinoid-basierte Expressionssteigerung von ADAM10 untersucht. Dafür wurden die beiden potentiellen Retinoid-Rezeptor-Bindestellen auf dem ADAM10-Promotor durch Verwendung selektiver nukleärer Rezeptor-Agonisten charakterisiert. Hierbei konnte erstmals gezeigt werden, dass der ADAM10-Promotor durch ein Dimer der nukleären Rezeptoren RAR und RXR aktiviert wird, wodurch eine erhöhte α-sekretorischen APP-Prozessierung in Neuroblastoma-Zellen resultiert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die RAR/RXR-Heterodimeraktivierung sowohl auf dem humanen wie auf dem murinen ADAM10-Promotor identisch ist, so dass am Mausmodell entwickelte Retinoid-basierte Therapien auf den Menschen übertragbar sind. Für das Modell einer solchen Therapie wurde Acitretin verwendet, welches für die medizinische Behandlung humaner Hautkrankheiten seit Jahrzehnten eingesetzt wird. In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass Acitretin in humanen und murinen Neuroblastoma-Zellen die Menge an ADAM10 erhöht, wodurch die α-sekretorische APP-Prozessierung gesteigert wird. Zudem wurden Mäuse mit Acitretin oral, subcutan und intranasal behandelt, wobei jedoch weder eine Veränderung in der APP-Prozessierung noch der Blut-Hirn-Transport von Acitretin eindeutig belegt werden konnten. Dennoch erschließt die α-Sekretase-erhöhende Eigenschaft von Acitretin einen neuen Therapieansatz, zur Behandlung von Demenzformen vom Typ des Morbus Alzheimer.
The stimulation of the APP-cleaving α-secretase ADAM10 opens a promising approach for the medical treatment of Alzheimer’s disease. Three different strategies for the activation of the α-secretase expression were used in this research: (i) mediation through PACAP induced signalling of the G-protein-coupled-receptor PAC1, (ii) gene therapy with ADAM10-cDNA and (iii) stimulation of the ADAM10-promoter by activation of the retinoid receptors. PACAP-38 stimulates the α-secretase-mediated secretion of APPsα in human neuroblastoma cells. By activation of the PAC1-receptor via intranasally administrated PACAP-38, an increased α-secretory processing of APP, and a decreased amount of amyloid deposits in mice was demonstrated. Furthermore, human ADAM10-cDNA was supposed to be overexpressed by immunoliposome-mediated transfection of mouse brain neurons. Therefore, DNA was encapsulated in liposomes coated with anti-transferrin antibodies to pass the blood-brain-barrier. For preparation of the DNA-transport system, the producing-steps like inclusion of reportergen vectors, antibody conjugation and liposome size had been tested and optimized. However, no transfection of murine cells in vitro and in vivo by immunoliposomes was observed. As the major part of the thesis, the retinoid-mediated stimulation of ADAM10 expression was examined. Therefore, the two potential retinoid receptor binding sites on the ADAM10-promoter were characterized by using selective agonists of nuclear receptors. It could be demonstrated for the first time that the ADAM10-promoter is activated by a dimer of the nuclear receptors RAR and RXR, followed by an increased α-secretory shedding of APP. In addition, the results indicate an identical RAR/RXR-based activation of either human or mouse ADAM10 promoter which opens the possibility to transfer retinoid-based therapies from mouse to humans. To develop such a therapy, acitretin, a drug already applied for medical treatment of skin diseases was used. For the first time acitretin was demonstrated to increase the amount of ADAM10 in murine as well as human neuroblastoma cells, which leads to an increased α-secretory shedding of APP. In addition, mice were treated with acitretin via oral, subcutaneous and intranasal administration. However, neither changes in APP-processing nor evidence for a blood-brain-transport of acitretin were observed. Nevertheless, due to its α-secretase-enhancing properties, it will be interesting to examine whether acitretin might be useful for enhancing cognitive performance and memory function in dementia like Alzheimer’s disease.
DDC: 570 Biowissenschaften
570 Life sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-3253
URN: urn:nbn:de:hebis:77-18730
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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