Dokument: Investigations of the protective effect of thyroid hormone (T3) on the processing of APP to amyloidogenic Aß

Titel:	Investigations of the protective effect of thyroid hormone (T3) on the processing of APP to amyloidogenic Aß
Weiterer Titel:	Untersuchungen zur protektiven Wirkung des Schilddrüsenhormons (T3) auf die Prozessierung von APP zu amyloidogenem Aß
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=26954
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20130919-143902-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Giersiefer, Susanne [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 7,22 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 19.09.2013 / geändert 19.09.2013
Beitragende:	Prof. Dr. Fritsche, Ellen [Gutachter] Prof. Dr. Willbold, Dieter [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Demenzerkrankungen wie die Alzheimersche Erkrankung (AD) stellen eines der gravierendsten Gesundheitsprobleme der heutigen Gesellschaft dar. Die AD gehört zu den langsam fortschreitenden neurodegenerativen Erkrankungen, die mit einem zunehmenden Verlust der kognitiven Leistung einhergeht. Dabei ist die amyloidogene Prozessierung des APP zu Aβ pathognomonisch für die Erkrankung. Nach heutigem Wissensstand spielen neben Umwelteinflüssen auch genetische Faktoren eine bedeutende Rolle für den Verlauf der AD. Eines dieser mit der AD assoziierten Gene ist der Sortilinrezeptor SorLA. Dieser kompartimentalisiert APP in späte Endosomen, was die an der Membran stattfindende Prozessierung von APP zum amyloidogenen Aβ verhindert. Dieser protektive Effekt von SorLA auf die AD wird bei Patienten deutlich, die polymorphe Varianten dieses Gens exprimieren. Die gefundenen Genvarianten führen zur verminderten SorLA Transkription sowie Translation und waren in einer molekularepidemiologischen Studie mit der AD assoziiert. Zudem fand sich eine verminderte SorLA Expression in postmortalen Hirnen von Patienten mit ‚mild cognitive impairment’ oder der sporadischen AD. Da der Wirkmechanismus von SorLA bekannt ist, und seine Assoziation mit der AD wiederholt bestätigt wurde, wird SorLA als präventivmedizinische Zielstruktur diskutiert, deren Modulation möglicherweise die Entstehung und/oder Progression der sporadischen AD reduzieren könnte. In meiner Arbeit habe ich nun in einem humanen neuralen Primärzellmodell (humane neurale Progenitorzellen, hNPC) gezeigt, dass das Schilddrüsenhormon Trijodthyronin (T3) die Expression von SorLA auf mRNS und Proteinebene induziert. Diese T3-abhängige SorLA-Induktion ist Zelltyp-, aber nicht Spezies-spezifisch, da SorLA auch in NPC der Maus durch T3 induziert wurde. Im Gegensatz dazu ließ sich die Expression von SorLA in den Tumorzelllinien SH-SY5Y (Neuroblastom) und A172 (Glioblastom) nicht heraufregulieren. Für die T3-abhängige SorLA-Induktion in hNPC ist Proteinneusynthese notwendig, da eine Ko-Behandlung der Zellen mit dem Translationsinhibitor Cycloheximid (CHX) und T3 die T3-Induktion verhinderte. Da die Induktion von Hairless, einem über den ‚klassischen’ THR-Signalweg regulierten Gen, im Gegensatz zu SorLA durch CHX nicht inhibiert wurde, deutet dies auf unterschiedliche Regulationsmechanismen dieser zwei T3-abhängigen Gene hin. Auch mit dem in einen GFP-Reportergenvektor klonierten SorLA Promoter bestätigte sich die Hypothese der SorLA Expressionsregulation über einen nicht-klassischen Schilddrüsenhormon-Signalweg. Bisherige Arbeiten von anderen zur Induktion von SorLA identifizierten BDNF (brain derived neurotrophic factor) als Induktor in der Maus in vitro und in vivo. Dass BDNF der Mediator der T3-abhängigen SorLA Induktion in hNPC ist, wurde jedoch ausgeschlossen, da (i) T3 die BDNF-Genexpression nicht induziert und (ii) BDNF die SorLA-Expression nicht stimuliert. Die präzise Identifizierung der molekularen Mechanismen der SorLA-Induktion durch T3 in hNPC bleibt zu erschließen. Die zweite Frage meiner Arbeit beschäftigte sich mit der funktionellen Relevanz der SorLA-Aufregulierung durch T3. SorLA verhindert eine exzessive Aβ-Produktion von Zellen über eine Kompartimentalisierung des APP. Daher war zu erwarten, dass T3 die Aβ-Produktion der NPC herabsetzt. ELISA Untersuchungen bestätigten diese Hypothese: alle Aβ-Spezies, inklusive dem für die AD pathognomonischen Aβ42 waren in Zellkulturüberständen der NPC nach Exposition gegenüber T3 vermindert. Diese Reduktion von Aβ durch T3 wurde nicht durch eine verminderte APP-Expression ausgelöst, da sich sowohl mRNS- als auch Protein-Expressionen von APP durch T3 nicht veränderten. Um den funktionellen Zusammenhang zwischen der T3-abhängigen SorLA-Induktion und der Reduktion der APP-Prozessierungsprodukte aufzuklären, wurde die SorLA-Expression durch lentiviralen Gen-Knockdown mittels shRNS reduziert. Erste Daten weisen darauf hin, dass die Reduktion von Aβ42 nach T3-Behandlung in SorLA-defizienten hNPC vermindert ist. Zusammenfassend habe ich durch meine Arbeiten mit primären humanen Zellen einen vollständig neuen Mechanismus der SorLA-Induktion identifiziert, der möglicherweise als neues Ziel für molekulare Strategien zur Behandlung/Prävention der AD dienen könnte. Dementious diseases like the Alzheimer’s disease (AD) represent one of the most serious health problems in industrialized societies. AD belongs to the slowly progressing neurodegenerative diseases and is accompanied by an increasing loss of cognitive functions, whereupon the amyloidogenic processing of the APP to Aβ is pathognomonic for the disease. Based on current knowledge besides environmental factors, genetic factors play a major role for the progression of AD. The sortilin-receptor SorLA is one of these AD-related genes. It compartmentalizes APP into late endosomes and thereby prohibits the membrane-located processing of APP to amyloidogenic Aβ. This protective effect of SorLA for AD becomes obvious in AD patients, which express polymorphic variants of this gene. The identified gene variants lead to reduced SorLA transcription and translation and were associated to AD in a molecular epidemiological study. In addition, there was reduced expression of SorLA in post mortem brains of patients with mild cognitive impairment or sporadic AD. As the mode of action of SorLA is very well known and its association with AD was repeatedly confirmed, SorLA is discussed as a target for prevention or therapy which modulation could possibly reduce the onset and/or progression of sporadic AD. In this thesis I demonstrated in a primary human neural cell model (human neural progenitor cells, hNPC), that the thyroid hormone Triiodothyronine (T3) induces the expression of SorLA on mRNA and protein level. This T3-dependent induction of SorLA is cell-type, but not species-specific, as in mouse NPC SorLA was also inducible by T3. In contrast to this SorLA could not be up-regulated in the tumour cell lines SH-SY5Y (neuroblastome) and A172 (glioblastome). For the T3-dependent induction of SorLA de novo protein synthesis is necessary as a co-treatment of the cells with the translational inhibitor cycloheximide (CHX) and T3 prohibited the T3-induction. As the induction of Hairless, a gene regulated via the ,classical’ THR pathway, unlike SorLA was not inhibited by CHX, this suggests different regulatory mechanisms of these two T3-dependent genes. Analysis of the SorLA promoter cloned into a GFP-reportergene vector also confirmed the hypothesis that the SorLA expression is regulated via the non-classical thyroid hormone signaling pathway. Current data of others identified BDNF (brain derived neurotrophic factor) as an inductor of SorLA in mouse in vitro and in vivo. In hNPC BDNF was excluded to be the mediator of the T3-dependent induction of SorLA as (i) T3 did not induce BDNF gene expression and (ii) BDNF protein did not stimulate the SorLA expression. However the precise identification of the molecular mechanisms of SorLA-induction by T3 remains elusive and needs to be further investigated. The second question of my thesis dealt with the functional relevance of SorLA-upregulation by T3. SorLA prevents an excessive Aβ-production by compartmentalization of APP. Therefore it was expected that T3 reduces the Aβ-production of NPC. ELISA studies confirmed this hypothesis: all Aβ-species, including the Aβ42 (pathognomonic for the AD), were reduced in cell culture supernatants of NPC after exposure to T3. This reduction of Aβ by T3 was not due to decreased APP-expression, as both mRNA and protein level was not altered by T3. To elucidate the functional relationship between the T3-dependent induction of SorLA and the reduction of APP-processing products, the SorLA expression was reduced by lentiviral gene knockdown using shRNA. Initial data indicates that the reduction of Aβ42 by T3 treatment in SorLA-deficient hNPC is diminished. In summary, through my work with primary human cells I was able to identify a completely new mechanism of SorLA induction, which could potentially serve as a new target for molecular strategies for the treatment/prevention of AD.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Sonstige Einrichtungen/Externe » An-Institute » Institut für Umweltmedizinische Forschung (IUF) an der HHU
Dokument erstellt am:	19.09.2013
Dateien geändert am:	19.09.2013
Promotionsantrag am:	09.11.2011
Datum der Promotion:	18.12.2012