Dokument: Characterization of Transgenic Mouse Models of Alzheimer's Disease and Related Dementia
| Titel: | Characterization of Transgenic Mouse Models of Alzheimer's Disease and Related Dementia | |||||||
| Weiterer Titel: | Charakterisierung von transgenen Mausmodellen der Alzheimer'schen Demenz und verwandter Demenzen | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=57873 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20211028-111506-6 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Camargo, Luana Cristina [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof.Dr. Willbold Dieter [Gutachter] Prof.Dr. Langen, Karl-Josef [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Transgenic models, alzheimer's disease | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Alzheimer’s disease (AD) is a complex neurodegenerative disorder with multiple features. With the help of animal models, the AD physiopathology is starting to be understood. In order to translate the data from animal models to humans, a deep understanding of each model is important. Moreover, the development of new models as well as longitudinal studies
play an important role in translational research. In this context, a new transgenic mouse model called TAPS, was developed to combine the amyloidosis of heterozygous APP/PS1 mice and truncated amyloid-β (Q3-42), which is post-translationally modified to pyroglutamate Amyloid-β (pEAβ) in TBA2.1 mice. Here, the histological and behavioral alterations of TAPS mice were analysed. pEAβ staining showed that pEAβ is present in the core of neuritic plaques in the cortex and hippocampus in the TAPS and APP/PS1 mice. Interestingly, TAPS mice also had pEAβ positive plaques in the striatum. Amyloid-β (Aβ) staining showed progressive plaque formation in the hippocampus, striatum and cortex earlier in TAPS mice. In the SHIRPA, TAPS mice showed a progressive phenotypic alteration compared to wild type (WT) mice starting with 12 months of age. In the open field test, TAPS mice seemed to be faster, travelled more and were more active compared to WT mice. In the novel object recognition test (NOR), WT mice were able to discriminate the novel object from the familiar one. In contrast, TAPS mice spent similar time exploring both objects, indicating deficits in the recognition memory. This was also observed in the T-maze spontaneous alteration, where only WT mice significantly alternated more than the transgenic mice. In the cued and contextual fear conditioning test, only TAPS mice froze less compared to WT mice. In the Morris water maze (MWM), TAPS mice took more time to find the platform than the WT mice on the last day of training. Finally, TAPS mice had an earlier Aβ pathology in the brain, phenotypic alteration and cognitive deficits in different behavioral tests, which underlines their potential as a mouse model for the study of AD physiopathology as well as treatment studies. To further understand the role of Tau pathology in a mouse model of tauopathy, a longitudinal study was performed to evaluate the sex- dependent phenotypic alterations in the transgenic Tau-P301L mouse model as well as histological alterations. Sex-matched WT and homozygous Tau-P301L mice were tested in different behavioral tests at different ages. At eight months of age, histological analysis of Tau pathology, neuronal loss and gliosis was performed. In the habituation/dishabituation olfactory test, Tau-P301L male mice smelled the new aroma less frequently compared to the WT males at six months of age. In the SHIRPA test, the Tau-P301L male mice had phenotypic alterations starting at four months of age. Motor deficits were observed in the Tau-P301L male mice starting at six months of age in the pole test and as early as two months of age in the open field test. In the NOR, Tau-P301L male mice were not able to discriminate the novel object from the familiar one starting at six months of age. Interestingly, Tau-P301L female mice did not show any motor alterations, even though they had phenotypic alterations in the SHIRPA test and cognitive deficits in the NOR. Tau pathology was also only observed in Tau-P301L male mice in brainstem, cortex and cerebellum. Neuronal loss was observed in the Tau-P301L male mice’s brainstem without gliosis alterations. Summarized, the TauP301L mouse model showed sex-dependent phenotypic alterations as early as two months of age probably due to Tau pathology in the brain. To evaluate the treatment effect of cRD2D3 in comparison to RD2D3, those peptides’ efficacies were evaluated in different in vitro assays and in the SwDI mice. Also, in order to generate the best possible study design, an in-house characterization study was conducted where SwDI mice showed deficits in those tests. Both peptides bind to Aβ1-42 and Dutch/Iowa (D/I) Aβ, prevent Aβ and D/I Aβ fibril formation and eliminate toxic Aβ and D/I Aβ oligomers. In vivo, the treatment did not improve the deficits neither in the nesting behavior nor in the marble burying test. In the open field test, SwDI mice treated with RD2D3 habituated to the arena compared to mice treated with placebo. Mice treated with RD2D3 and cRD2D3 had an improvement in spatial memory in the MWM training trials. No alterations in plaque load, neuronal loss and gliosis were observed. Therefore, both D-enantiomeric peptides were efficient in preventing Aβ and D/I Aβ aggregation in vitro and in improving cognitive deficits in vivo. Taken together, different mouse models have been successfully characterized in different behavioral tests. Moreover, pathological alterations were analyzed intensively. Therefore, those models are suitable models for future treatment studies together with the already well-known mouse models. Regarding the treatment study, both RD2D3 and cRD2D3 are also efficient therapeutic drug candidates for AD along with other D-enantiomeric peptides.Die Alzheimersche Krankheit (AD) ist eine komplexe neurodegenerative Erkrankung mit vielfältigen Merkmalen. Mithilfe von Tiermodellen wird versucht die Pathophysiologie dieser Krankheit zu verstehen. Um die so gewonnenen Erkenntnisse von Tiermodellen auf den Menschen zu übertragen, ist ein ausführliches Verständnis des Tiermodelles wichtig. Des Weiteren spielen die Entwicklung neuer Tiermodelle sowie Längsschnittstudien eine wichtige Rolle in der translationalen Forschung. In diesem Zusammenhang wurde ein neues transgenes Mausmodell, genannt TAPS, entwickelt, welches die Amyloidose von heterozygoten APP/PS1-Mäusen und das verkürzte Amyloid-β-Peptid (Q3-42) von TBA2.1-Mäusen, welches posttranslational zu Pyroglutamat-Amyloid-β (pEAβ) modifiziert wird, kombiniert. In dieser Arbeit wurden Veränderungen in der Histologie und im Verhalten von TAPS-Mäusen analysiert. Immunohistochemische Färbungen von pEAβ zeigten, dass pEAβ im Kern von senilen Plaques im Kortex und Hippocampus der TAPS- und APP/PS1-Mäuse vorhanden ist. Interessanterweise zeigten die TAPS-Mäuse auch pEAβ-positive Plaques im Striatum. Die Aβ-Färbung zeigte eine progressive Plaquebildung bei TAPS-Mäusen zunächst in Hippocampus, Striatum und im Kortex. Im SHIRPA-Test zeigten TAPS-Mäuse im Vergleich zu Wild Typ (WT)-Mäusen ab einem Alter von 12 Monaten progressive phänotypische Veränderungen. Beim Offenfeldtest schienen TAPS-Mäuse im Vergleich zu WT-Mäusen schneller zu sein, sich mehr zu bewegen und aktiver zu sein, aber dieses Ergebnis erreichte keine Signifikanz. Im „Novel object recognition test“ (NOR) waren WT-Mäuse in der Lage, ein neues Objekt von einem bekannten zu unterscheiden. Im Gegensatz dazu untersuchten TAPS-Mäuse neue und bekannte Objekte auf ähnliche Weise, was auf Defizite im Erkennungsgedächtnis hinweist. Dies wurde auch bei der spontanen Veränderung des T-Labyrinths beobachtet, bei der nur die WT-Mäuse signifikant häufiger die Laufrichtung wechselten als die transgenen Mäuse. Zur Testung von konditionierter und kontextbezogener Angst erstarrten lediglich die TAPS-Mäuse weniger als die WT-Mäuse. Im sogenannten „Morris water maze“ (MWM) benötigten die TAPS-Mäuse am letzten Trainingstag mehr Zeit, um die Plattform zu finden, als die WT-Mäuse. Außerdem wiesen TAPS-Mäuse eine frühere Aβ-Pathologie im Kortex, Hippocampus, sowie im Striatum auf. Des Weiteren zeigten die TAPS-Mäuse auch phänotypische Veränderungen und kognitive Defizite in verschiedenen Verhaltenstests, was ihr Potenzial als Mausmodell für die Untersuchung der Pathophysiologie der Alzheimer-Demenz sowie für Behandlungsstudien aufzeigt. Um die Rolle der Tau-Pathologie in einem Mausmodell der Tauopathie besser zu verstehen, wurde eine Längsschnittstudie durchgeführt, um die phänotypischen, sowie die histologischen Veränderungen im transgenen Tau-P301L-Mausmodell zu charakterisieren. Geschlechtsgleiche WT- und homozygote Tau-P301L-Mäuse wurden in verschiedenen Verhaltenstests zu unterschiedlichen Altersstadien getestet. Im Alter von 8 Monaten wurde eine histologische Analyse der Tau-Pathologie, des Neuronenverlustes und der Gliose durchgeführt. Beim olfaktorischen Habituations-/Dishabituationstest rochen die Tau-P301L-Männchen im Alter von sechs Monaten weniger an dem neuen Geruch als altersgleiche WT-Männchen. Im SHIRPA-Test zeigten die Tau-P301L-Männchen phänotypische Veränderungen ab einem Alter von vier Monaten. Motorische Defizite wurden bei den männlichen Tau-P301L-Mäusen ab dem sechsten Lebensmonat im „Pole-Test“ und bereits im Alter von zwei Monaten im Offenfeldtest beobachtet. Im NOR waren Tau-P301L-Männchen ab einem Alter von sechs Monaten nicht mehr in der Lage, ein neues Objekt von einem bekannten zu unterscheiden. Interessanterweise zeigten weibliche Tau-P301L-Mäuse keine motorischen Veränderungen in diesen Tests, obwohl sie phänotypische Veränderungen im SHIRPA-Test und kognitive Defizite im NOR aufwiesen. Die Tau-Pathologie wurde ebenfalls nur bei männlichen Tau-P301L-Mäusen im Hirnstamm, im Kortex, sowie im Kleinhirn beobachtet. Im Hirnstamm der männlichen Tau-P301L-Mäuse wurde ein Neuronenverlust ohne Veränderungen der Gliose beobachtet. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das TauP301L-Mausmodell bereits im Alter von zwei Monaten geschlechtsabhängige phänotypische Veränderungen aufweist, die wahrscheinlich auf eine Tau-Pathologie im Gehirn zurückzuführen sind. Um die Behandlungswirkung von cRD2D3 im Vergleich zu RD2D3 zu bewerten, wurde die Wirksamkeit dieser Peptide in verschiedenen in-vitro-Tests, sowie in SwDI-Mäusen untersucht. Um das bestmögliche Studiendesign zu erstellen, wurde zunächst eine interne Charakterisierungsstudie durchgeführt, bei der die SwDI-Mäuse Defizite in diesen Tests zeigten. Beide Peptide zeigten Bindung an Aβ(1-42) und Dutch/Iowa (D/I) Aβ, verhinderten die Bildung von Aβ- und D/I Aβ-Fibrillen und eliminierten toxische Aβ- und D/I Aβ-Oligomere. In vivo verbesserte die Behandlung weder die Defizite im Nestbauverhalten noch im „Marble-Burying-Test“. Beim Offenfeldtest gewöhnten sich die mit RD2D3 behandelten SwDI-Mäuse besser an die Arena als die mit Placebo behandelten Mäusen. Bei Mäusen, die mit RD2D3 und cRD2D3 behandelt wurden, verbesserte sich das räumliche Gedächtnis bei den MWM-Trainingsversuchen. Bei der Anzahl der zerebralen Plaques, dem neuronalen Verlust und der Gliose wurden jedoch keine Veränderungen beobachtet. Daher kann gesagt werden, dass beide D-enantiomeren-Peptide effizient bei der Verhinderung der Aβ- und D/I-Aβ-Aggregation in vitro und bei der Verbesserung der kognitiven Defizite in vivo waren. Insgesamt wurden die unterschiednlichen Mausmodelle in verschiedenen Verhaltenstests erfolgreich charakterisiert. Darüber hinaus wurden die pathologischen Veränderungen intensiv analysiert. Daher sind diese Modelle, zusammen mit den bekannten Mausmodellen, für künftige Behandlungsstudien geeignet. Was die Behandlungsstudie betrifft, können sowohl RD2D3 als auch cRD2D3, ebenso wie andere D-enantiomere-Peptide als eine wirksame Behandlung für AD betrachtet werden. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Physikalische Biologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 28.10.2021 | |||||||
| Dateien geändert am: | 28.10.2021 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 18.08.2021 | |||||||
| Datum der Promotion: | 26.10.2021 |
