Dokument: Pharmacological stimulation of amyloid-ß (Aß) peptide uptake by macrophages and microglia cells

Titel:	Pharmacological stimulation of amyloid-ß (Aß) peptide uptake by macrophages and microglia cells
Weiterer Titel:	Pharmakologische Stimulation der zellulären Aufnahme von Amyloid-ß (Aß) Peptiden durch Makrophagen und Mikroglia
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=46329
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20180628-094328-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Ogorek, Isabella [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 4,75 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 25.06.2018 / geändert 25.06.2018
Beitragende:	Prof. Dr. Weggen, Sascha [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Schmitt, Lutz [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Alzheimer’s disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder in the elderly and responsible for up to 75 % of all dementia cases. Imaging studies indicate that the accumulation of amyloid-ß (Aß) peptides in the brain and their deposition into insoluble amyloid plaques is a triggering event in the disease process. Microglia are the resident immune cells of the brain, and they surround Aß deposits in the brains of AD patients. Microglia have the ability to internalize Aß and numerous studies support that this cell population is involved in the removal of Aß peptides from the brain. This clearance pathway appears to be impaired in AD patients, and boosting salutary microglia functions is a putative treatment option for AD. At the beginning of this thesis project, preliminary evidence indicated that small molecule inhibitors of the glycogen synthase kinase 3 (GSK3) might promote the capacity of cells to take up and internalize Aß peptides. In this study, we show that structurally divergent GSK3 inhibitors (GSKi) stimulated Aß uptake by human THP-1 macrophages and primary murine microglia cells in a dose-dependent fashion, without negative effects on the cellular degradation rate of Aß. In primary microglia, treatment with GSKi was accompanied by a ramified morphology and upregulation of CD36 and IL-4R surface receptors, indicating the transition to an anti-inflammatory activation state. GSKi similarly enhanced the uptake of E. coli particles suggesting a receptor-independent, macropinocytic uptake mechanism. Importantly, both siRNA knockdown and CRISPR/Cas9 knockout experiments in THP-1 cells confirmed that the stimulatory effect of GSKi was mediated by their primary target GSK3 with a critical role for the GSK3ß isoform. Further studies showed that, while GSK3-dependent Wnt/ß-catenin signalling was not involved, the stimulation of Aß uptake by GSKi did require de novo transcription. Consequently, a microarray-based gene expression analysis of THP-1 cells was performed and identified a subset of genes similarly altered by three different GSKi, including cytokines and surface receptors implicated in the regulation of microglia activation and endocytosis. Finally, extensive CRISPR/Cas9 candidate gene analysis revealed a role for CDC42, a small Rho family GTPase, in the stimulation of Aß uptake. GSKi have been demonstrated to improve cognition in AD animal models. Our findings that GSKi stimulate the uptake of Aß peptides by microglia cells suggest a novel molecular explanation for their beneficial effects and further indicate that pharmacological targeting of GSK3 or its downstream effectors could provide a way to overcome impaired Aß clearance and limit its accumulation in AD. Die Alzheimer Erkrankung ist die häufigste neurodegenerative Erkrankung des Alters und verantwortlich für bis zu 75% aller Demenzfälle. Bildgebende Verfahren haben gezeigt, dass die Akkumulation von Amyloid-ß (Aß) Peptiden im Gehirn und die Ausbildung von unlöslichen amyloiden Plaques eine Schlüsselrolle in der Pathogenese der Erkrankung spielen. Mikroglia sind die Immunzellen des Gehirns und finden sich im Gehirn von Alzheimer Patienten vermehrt in der Umgebung der amyloiden Plaques. Mikroglia können Aß aufnehmen und sie tragen zur Beseitigung von Aß aus dem Gehirn bei, eine Funktion, die bei Alzheimer Patienten gestört ist. Zu Beginn dieses Dissertationsprojektes deuteten vorläufige Ergebnisse darauf hin, dass Inhibitoren der Glykogensynthase-Kinase 3 (GSK3) die Aufnahme von Aß Peptiden durch Zellen steigern können. Nachfolgend konnten wir zeigen, dass strukturell divergierende GSK3 Inhibitoren (GSKi) die Aufnahme von Aß durch humane THP-1 Makrophagen und primäre murine Mikroglia dosisabhängig stimulieren, ohne den zellulären Abbau der Peptide negativ zu beeinflussen. GSKi behandelte primäre Mikroglia zeigten einen anti-inflammatorischen Aktivierungszustand mit einer verzweigten Morphologie und einer erhöhten Expression der Oberflächenrezeptoren CD36 und IL-4R. GSKi stimulierten auch die zelluläre Aufnahme von E. coli Partikeln, was auf einen Rezeptor-unabhängigen, makropinozytotischen Mechanismus hindeutet. Knockout Experimente mittels siRNA und CRISPR/Cas9 bestätigten, dass der stimulierende Effekt der GSKi auf einer Inhibition der GSK3 Enzymaktivität beruht, mit einer zentralen Rolle der GSK3ß Isoform. Weitere Untersuchungen ergaben keine Hinweise auf eine Beteiligung des GSK3-abhängigen Wnt/ß-Catenin Signalweges, die Stimulation der Aß-Aufnahme war jedoch transkriptionsabhängig. Eine Transkriptomanalyse von THP-1 Zellen identifizierte eine Gruppe von Genen, die gleichermaßen von drei unterschiedlichen GSKi reguliert wurden. Diese umfassten Zytokine und Rezeptoren, welche den Aktivierungszustand von Mikroglia und den Prozess der Endozytose beeinflussen. Schließlich konnte durch eine umfassende CRISPR/Cas9 Analyse dieser Kandidatengene gezeigt werden, dass die Rho-GTPase CDC42 (cell division cycle 42) für die Stimulation der Aß-Aufnahme durch GSKi erforderlich ist. In Alzheimer-Tiermodellen hatten GSKi in früheren Studien kognitionsverbessernde Effekte gezeigt. Die in dieser Arbeit nachgewiesene, gesteigerte Aufnahme von Aß durch Mikroglia bietet einen neuen molekularen Erklärungsansatz für die beobachteten positiven Effekte der GSKi. Folglich könnten GSKi oder eine pharmakologische Beeinflussung von GSK3 Effektorproteinen der toxischen Akkumulation von Aß Peptiden bei der Alzheimer Erkrankung entgegenwirken.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	28.06.2018
Dateien geändert am:	28.06.2018
Promotionsantrag am:	17.04.2018
Datum der Promotion:	29.05.2018