Dokument: The modulating effect of soluble amyloid-β dimers on amyloid-β aggregation in vivo and in vitro

Titel:	The modulating effect of soluble amyloid-β dimers on amyloid-β aggregation in vivo and in vitro
Weiterer Titel:	Die modulierende Wirkung von löslichen Amyloid-β-Dimeren auf die Amyloid-β-Aggregation in vivo und in vitro
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=60230
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20220727-104937-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	van Gerresheim, Else [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 2,59 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 19.07.2022 / geändert 27.07.2022
Beitragende:	Prof. Dr. med. Korth, Carsten [Gutachter] Prof. Dr. Willbold, Dieter [Gutachter]
Stichwörter:	Alzheimer's disease, amyloid-β, dimer
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Most neurodegenerative diseases, including Alzheimer’s disease (AD), are characterized by the deregulation of the protein self-assembly process, resulting in amyloid formation. The most important causative factor in most neurodegenerative processes is the generation of specific aggregated proteins. In AD, phosphorylation and aggregation of Tau into neurofibrillary tangles (NFTs) are widely considered pathological hallmarks next to amyloid-beta (Aβ), which is the main component of the amyloid plaques. Multimerization of Aβ is assumed a critical initial step eventually culminating in the massive deposition of extracellular amyloid plaques. It is still unclear how Aβ aggregates and spreads throughout the brain. The currently favoured explanation is the so-called amyloid cascade hypothesis, which postulates that AD is caused by abnormal accumulation of Aβ, leading to amyloid plaques eventually resulting in neuronal death. Another explanation is that Aβ has prion-like properties. This would imply that misfolded Aβ spreads via seeding, meaning that when a prion-like seed of Aβ has originated, it could trigger the propagation of misfolded Aβ throughout the brain. A common hypothesis is that Aβ oligomers, especially Aβ dimers, can readily accelerate Aβ plaque formation, thus acting as a seed. The tgDimer mouse is a transgenic mouse that expresses human APP with the Swedish mutation and an artificial mutation (S679C), replacing a serine at position 8 of Aβ with a cysteine, resulting in the generation of exclusive, stable, and neurotoxic Aβ-S8C dimers. These mice do not develop AD pathology during their lifetime; however, the Aβ-S8C dimers are able to associate to Aβ plaques. This cumulative dissertation investigated how soluble Aβ-S8C dimers relate to the heterogeneity of amyloid plaque pathology and whether Aβ-S8C dimers influence Aβ aggregation or modulate cognitive deficits. Furthermore, specific behavioural tasks were explored for the detection of early signs of cognitive deficits. In the first study, the influence of Aβ-S8C dimers on Aβ aggregation and their relation to Aβ plaque heterogeneity was investigated. Therefore, Aβ plaque load in the brains of the tgDimer mouse crossed with the tgCRND8 mouse, a transgenic mouse, expressing mutant human APP with the familial Swedish (K670 N/ M671L) and Indiana (V717F) mutation was quantified. Analysis of the Aβ plaque load showed a lower number, but not size, of Aβ plaques on brain sections of 3 month and 5-month-old mice of tgDimer/tgCRND8 mice compared with tgCRND8 mice. In vitro thioflavin T (ThT) assays show that the addition of Aβ-S8C dimers to wild type Aβ42 slowed down the aggregation. In the second study, it was investigated whether Aβ-S8C dimers also modulated seeded nucleation in vivo. To this end, TgDimer mice were crossed with Gfap-luc mice, which express luciferase (luc) under the control of the Gfap promoter, which were then inoculated with brain extracts containing Aβ seeds. The tgDimer mouse was resistant to Aβ prions and did not develop astrogliosis or amyloid plaques in contrast to the positive control, the tgAPP23 mouse that did develop astrogliosis and AD pathology. Behavioural experiments showed no cognitive decline in inoculated tgDimer mice. Our results suggest that Aβ-S8C dimers are inhibitors of Aβ aggregation, as we did not observe any Aβ plaques in tgDimer mice inoculated with Aβ seeds. We propose that Aβ-S8C dimers slow or inhibit Aβ seeding and have anti-prion properties. Die meisten neurodegenerativen Erkrankungen, darunter auch die Alzheimer-Demenz (AD), sind durch eine Dysregulierung der Protein-Selbstassemblierung gekennzeichnet, die zur Bildung von Amyloiden führt. Der primäre und vielleicht wichtigste ursächliche Faktor bei den meisten neurodegenerativen Prozessen ist die Bildung von spezifischen aggregierten Proteinen. Bei der Alzheimer-Krankheit gelten die Hyperphosphorylierung und Aggregation von Tau zu neurofibrillären Tangles (NFTs) neben der Entstehung von Amyloid-beta (Aβ) Plaques, dem Hauptbestandteil der Ablagerungen des aggregierten Proteins als neuropathologische Merkmale. Es wird angenommen, dass die Multimerisierung von Aβ ein kritischer erster Schritt ist, der schließlich zur massiven Ablagerung extrazellulärer Plaques führt. Bislang ist noch unklar, was die Aggregation von Aβ initiiert und wie sie sich im Gehirn ausbreitet. Die am meiste diskutierte Erklärung ist die so genannte Amyloidkaskadenhypothese, die postuliert, dass die Alzheimer-Krankheit durch eine abnormale Anhäufung von Aβ verursacht wird, die Amyloid-Plaques bildet, und die anschliessend zu tau Fibrillen und zum Tod von Neuronen führt. Eine weitere Erklärung ist, dass Aβ Prion-ähnliche Eigenschaften hat. Dies würde bedeuten, dass sich fehlgefaltetes Aβ durch einen „seeding“ Prozess ausbreitet, d. h. wenn ein Prion-ähnliche Aggregat von Aβ entstanden ist, könnte er zyklisch über aufeinanderfolgenden Zerfall und Wachstum von Aβ Aggregaten die Ausbreitung von fehlgefaltetem Aβ im gesamten Gehirn auslösen. Eine verbreitete Hypothese ist, dass Aβ-Oligomere, insbesondere Aβ-Dimere, die Bildung von Aβ-Plaques leicht beschleunigen können und somit als Nukleus wirken. Die tgDimer-Maus ist eine transgene Maus, die menschliches APP mit der schwedischen Mutation und einer künstlichen Mutation (S679C) exprimiert, die ein Serin an Position 8 von Aβ durch ein Cystein ersetzt, was zur Bildung von exklusiven, stabilen und neurotoxischen Aβ-S8C-Dimeren führt. Diese Mäuse entwickeln im Laufe ihres Lebens keine Alzheimer-Pathologie, aber die Aβ-S8C-Dimere sind in der Lage, an Aβ-Plaques zu binden. In dieser kumulativen Dissertation, die sich mit Aβ-Dimeren und ihren Einfluss auf die Aβ-Aggregation und -Ausbreitung befasst, wurde untersucht, wie lösliche Aβ-S8C-Dimere mit der Heterogenität der Amyloid-Plaque-Pathologie zusammenhängen und ob Aβ-S8C-Dimere die Aβ-Aggregation und -Ausbreitung beeinflussen oder kognitive Defizite modulieren. Mit Hilfe der tgDimer-Mäuse, die ausschließlich Aβ-S8C-Dimere exprimieren, wurde dies untersucht. Darüber hinaus wurde ein spezifischer Verhaltenstest entwickelt, um frühe Anzeichen kognitiver Defizite zu messen. In der ersten Studie wurde der Einfluss von Aβ-S8C-Dimeren auf die Aβ-Aggregation und ihre Beziehung zur Aβ-Plaque-Heterogenität untersucht. Dazu wurde die Aβ-Plaque-Last in den Gehirnen von tgDimer-Mäusen, die mit der tgCRND8-Maus gekreuzt wurden, einer transgenen Maus, die mutiertes menschliches APP mit der familiären Swedish (K670 N/ M671L) und Indiana (V717F) Mutation exprimiert, quantifiziert. Die Aβ-Plaque-Last wurde an Hirnschnitten von 3 Monate und 5 Monate alten Mäusen bestimmt und mit jenen der tgCRND8 Maus gleichen Alters verglichen. Die Analyse zeigte eine geringere Anzahl, aber nicht Grösse, von Aβ-Plaques in den Gehirnen von tgDimer/tgCRND8-Mäusen im Vergleich zu tgCRND8-Mäusen. Zellfreie in vitro Thioflavin T (ThT) Assays zeigten, dass die Zugabe von synthetischer Aβ-S8C-Dimere zu Wildtyp-Aβ42 die Aggregation verlangsamte und die Keimbildung verringerte. In der zweiten Studie wurde untersucht, ob Aβ-Dimere auch die initiale Bildung von Aβ –Keimen, d.h. Prionen modulieren. Zu diesem Zweck wurden tgDimer-Mäuse mit Gfap-luc-Mäusen gekreuzt, die Luciferease (luc) unter Kontrolle des Gfap-Promotors exprimieren (um die Plaque-korrelierte Astrogliose in vivo zu messen), dann mit Aβ-Aggregationvorstufen enthaltenden Gehirnextrakten inokuliert wurden. Die tgDimer-Maus war resistent gegen Aβ-Prionen und entwickelte keine Astrogliose oder Amyloid-Plaques, im Gegensatz zu der Positivkontrolle, der tgAPP23-Maus, die Astrogliose und AD-Pathologie entwickelte. Verhaltensexperimente zeigten keine kognitive Verschlechterung bei inokulierten tgDimer-Mäusen. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Aβ-S8C-Dimere tatsächlich die Aβ-Aggregation hemmen, da wir bei tgDimer-Mäusen, die mit Aβ-Samen geimpft wurden, keine Aβ-Plaques beobachten konnten. Wir vermuten, dass Aβ-S8C-Dimere das Aβ-Seeding verlangsamen oder verhindern und somit Antiprion-Eigenschaften haben.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Neuropathologie
Dokument erstellt am:	27.07.2022
Dateien geändert am:	27.07.2022
Promotionsantrag am:	03.05.2022
Datum der Promotion:	07.07.2022