Dokument: Role of miR-132-3p in the pathogenesis of Alzheimer’s disease

Titel:	Role of miR-132-3p in the pathogenesis of Alzheimer’s disease
Weiterer Titel:	Die Rolle von miR-132-3p in der Pathogenese der Alzheimer-Krankheit
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=45722
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20180502-132332-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Thienpont, Linda [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,36 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 17.04.2018 / geändert 17.04.2018
Beitragende:	Prof. Dr. Reifenberger, Guido [Gutachter] Prof. Dr. Willbold, Dieter [Gutachter]
Stichwörter:	Alzheimer, Demenz, microRNA, miRNA, miR-132, miR-132-3p, ERK1/2
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Abstract The aims of this thesis project were the identification and functional characterization of microRNAs (miRNAs) with altered expression in the brains of Alzheimer’s disease patients. MiRNAs are small, non-coding RNA molecules that posttranscriptionally regulate gene expression in a sequence-dependent manner. Dysregulation of miRNA expression has been observed in many diseases including Alzheimer’s disease, which is by far the most common neurodegenerative disease responsible for 60-80 % of all cases of dementia. The disease process in Alzheimer’s disease is believed to start decades before the onset of clinical symptoms with the accumulation of amyloid-β (Aβ) peptides in the brain, which then form neurotoxic protein aggregates and trigger detrimental downstream events like neuroinflammation, tau aggregation and widespread synaptic and neuronal loss resulting in cognitive decline. To discover novel differentially expressed miRNAs in human Alzheimer’s disease brains, a microarray analysis covering 830 human mature miRNAs was performed with brain tissue samples from 10 Alzheimer patients and 10 aged matched control samples. The expression of the miRNA cluster miR-212/132 was found to be significantly downregulated in Alzheimer patients, a finding that was confirmed in a second, independent set of 20 Alzheimer brain samples compared to 20 age-matched control brain samples. Subsequently, putative target genes of miR 132 3p were determined using prediction algorithms and their expression was investigated by real time reverse transcription PCR. Aside from the known miR 132 3p target gene RB1, the extracellular signal-regulated kinases ERK1 and ERK2 were found to be upregulated in Alzheimer brain samples and confirmed as direct miR 132 3p target genes by 5'-UTR luciferase reporter gene assays. To address the relevance of reduced miR-212/132 expression in AD, the processing of the amyloid precursor protein (APP) and Aβ levels were investigated in human HEK293 cells after overexpression of pre miR 132 3p. Transfection of pre‑miR‑132‑3p significantly reduced Aβ levels that were accompanied by changes in APP processing, indicating reduced cleavage by β-secretase (BACE1), which is the rate-limiting enzyme for Aβ production. Consistent with this mechanism, a significant reduction in BACE1 mRNA levels was observed following transfection of pre miR 132 3p. However, treatment with ERK1/2 inhibitors or siRNA mediated knock-down of ERK1/2 did not mimic the effects of pre miR 132 3p overexpression indicating that the reduction in Aβ levels was likely mediated by other target genes. Finally, eight miRNAs found to be upregulated in an APP-transgenic mouse model of Alzheimer's disease (APPswe/PSEN1ΔE9) were validated in human Alzheimer brain tissue samples and controls. Expression of these miRNAs was either undetectable or unchanged in Alzheimer patient brains, thus questioning the utility of the mouse models for miRNA analysis. In summary, this study provided clear evidence that miR-212/132 expression is downregulated in brain tissue of Alzheimer patients. Loss of miR 132 3p expression might contribute to the amyloid pathology in Alzheimer's disease by promoting Aβ accumulation in the brain. Consequently, restoration of miR 132 3p expression could possibly provide an alternative way to therapeutically reduce Aβ levels in Alzheimer's disease. Zusammenfassung Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, microRNAs (miRNAs) zu finden und funktionell zu charakterisieren, deren Expression im Gehirngewebe von Patienten mit der Alzheimer-Krankheit verändert ist. MiRNAs sind kleine, nicht-kodierende RNA-Moleküle, die an der posttranskriptionalen Regulation der Genexpression beteiligt sind. Es ist bekannt, dass sie eine wichtige Rolle in neurodegenerativen Krankheiten wie der Alzheimer-Krankheit spielen. Die Alzheimer-Krankheit ist mit 60-80 % die häufigste Form der Demenz. Man geht davon aus, dass die pathologischen Prozesse Jahrzehnte vor den ersten klinischen Symptomen mit einer Amyloid-β-Akkumulation im Gehirn beginnen, woraus sich neurotoxische Proteinaggregate formen. Diese wiederum bewirken Neuroinflammation, Tau- Aggregation sowie Synapsen und Neuronen-Verluste, was den kognitiven Abbau begründet. Um neue differentiell bei der Alzheimer-Krankheit exprimierte miRNAs zu finden, wurde eine Microarray-basierte Expressionsanalyse von 830 humanen miRNAs in autoptischen Hirngewebeproben von 10 Alzheimer-Patienten und 10 altersgleichen Kontrollproben ohne Alzheimer-Krankheit durchgeführt. Die Expression des miRNA Clusters miR 212/132 war in den Hirngewebeproben der Alzheimer-Patienten signifikant erniedrigt. Dieser Befund ließ sich in einer zweiten, unabhängigen Untersuchungsgruppe von 20 Alzheimer- und 20 Kontroll-Gewebsproben bestätigen. Anschließend wurden putative Zielgene der Micro-RNA miR 132 3p mittels bioinformatischer Vorhersageprogramme identifiziert und deren Expression in den Hirngewebeproben durch quantitative Real-time Reverse Transkriptase-PCR bestimmt. Neben dem bereits bekannten miR 132 3p Zielgen RB1 zeigten die durch extrazelluläre Signale regulierten Kinasen ERK1 und ERK2 eine im Vergleich zu normalen Hirngewebe erhöhte Expression in den Alzheimer-Gewebeproben. Mittels 5'-UTR Luciferase-Reportergen-Assays wurden ERK1 und ERK2 als direkte Zielgene von miR 132 3p bestätigt. Um die funktionelle Bedeutung der verminderten miR 132 3p Expression bei der Alzheimer-Krankheit zu untersuchen, wurden die Prozessierung des Amyloid-Vorläuferproteins (APP) sowie das Amyloid-β (Aβ)-Level in HEK293 Zellen nach Überexpression von pre-miR 132 3p bestimmt. Es zeigten sich signifikant reduzierte Aβ-Level sowie Veränderungen der APP-Prozessierung mit Hinweisen auf eine reduzierte Spaltung von APP durch β-Secretase (BACE1), welches das limitierende Enzym für die Aβ-Produktion darstellt. Übereinstimmend mit diesem Mechanismus fand sich nach pre-miR 132 3p Überexpression eine signifikante Reduktion der BACE1 mRNA-Expression. Allerdings konnte der Effekt der pre-miR 132 3p Überexpression durch die Behandlung mit ERK1/2 Inhibitoren oder durch siRNA-mediierten Knock-down von ERK1/2 nicht nachgestellt werden, was dafür spricht, dass die nach pre-miR-132-3p Überxpression beobachtete Reduktion der Aβ-Level durch Beeinflussung weiterer Ziel-Gene mitbedingt ist. In weiteren Experimenten ließ sich eine differentielle Expression von acht miRNAs, die in einem APP-transgenen Maus-Model (APPswe/PSEN1ΔE9) eine aberrante Expression zeigten, in Hirngewebeproben von Alzheimer-Patienten nicht validieren. Dies stellt den Nutzen dieses Maus-Models für Untersuchungen zur Rolle von miRNAs in der Pathogenese der Alzheimer-Krankheit in Frage. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in der vorliegenden Doktorarbeit erzielten Ergebnisse eine verminderte Expression von miR 132 3p und miR-212-3p im Hirngewebe von Alzheimer-Patienten belegen. Die erniedrigte Expression dieser miRNAs trägt möglicherweise zu der für diese Erkrankung typischen Amyloid-Pathologie durch Förderung der Aβ-Akkumulation im Gehirn bei. Eine gezielte Erhöhung der miR 132 3p Expression könnte demnach ein potentieller Weg zur therapeutischen Aβ-Reduzierung bei der Alzheimer-Krankheit darstellen.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	02.05.2018
Dateien geändert am:	02.05.2018
Promotionsantrag am:	30.01.2018
Datum der Promotion:	12.04.2018