The effect of presenilin1 on PI3K- and mTor-pathways in neurons. A link to tauphosphorylation?
Final Report Abstract
Die Alzheimer Erkrankung führt zu pathologischen Veränderungen im Gehirn betroffener Patienten. Die markantesten Veränderungen sind, neben dem Verlust von Neuronen, das Auftreten von extrazellulären Proteinaggregaten (Amyloidplaques) und strukturelle Änderungen des neuronalen Zellskeletts (neurofibrilläre Veränderungen). Es gibt Mutationen im menschlichen Genom, die diese Veränderungen beschleunigen, wodurch die Alzheimersche Demenz frühzeitig ausgelöst wird. Die genannten Mutationen betreffen Gene, die an der Bildung von β-Amyloidproteinen beteiligt sind. Zu einem kodieren sie für das Amyloidvorläuferprotein (APP) und zum zweiten für das Protein Präsenilin1, ein Protein das an der Spaltung des APP in kleine Fragmente (β-Amyloidproteine) beteiligt ist. Nach einer gängigen Hypothese ist die verstärkte Bildung spezieller β-Amyloidfragmente die Ursache aller weiteren pathologischen Prozesse, die zum Tod von Neuronen führen (Amyloidkaskadenhypothese). Der Insulin-induzierte Signalweiterleitungsweg stellt eine mögliche molekulare Verbindung zwischen β-Amyloidproteinen und zytoskelettären Veränderungen her. Eine Störung der Signalweiterleitung in diesem Weg hat unmittelbare Auswirkung auf Enzyme, die generell das Überleben der Neurone und auch das Zellskelett dieser Zellen regulieren. Dies sind sogenannte Kinasen (insbesondere GSK-3β) und Phosphatasen (insbesondere PP2A), die unter anderem die Phosphorylierung spezieller zellskelettbindender Proteine (Tau-Proteine) regulieren und damit die Stabilität des Zellskeletts beeinflussen. Es gibt Hinweise, dass der Insulintransduktionsweg durch β-Amyloidfragmente abgeschwächt wird und somit physiologische Bedingungen entstehen, die weitere Alzheimer-spezifische Veränderungen in den Neuronen hervorrufen. Doch einige Studien zeigen, dass Alzheimer-assoziierte Varianten des Präsenilin1 den Insulintrans-duktionsweg unabhängig von ihrer Mitwirkung an der amyloidogenen Spaltung des APP beeinflussen. Um die mögliche Bedeutung solcher APP unabhängigen Wirkungen des Präsenilins1 zu erfassen, generierten und verglichen wir zwei Mauslinien die kein APP bilden. Diese Linien unterschieden sich in ihrer Präsenilin1 Ausstattung. Eine Linie exprimierte die Wildtyp Variante des Präsenilins, die keine Pathologie hervorruft. Die zweite Linie exprimierte eine Alzheimer-assoziierte Variante des Präsenilins. Unsere Untersuchungen an neuronalen Zellkulturen zeigen, dass unter diesen Bedingungen die Präsenilin1 Mutation keine Veränderungen im Insulintransduktionsweg und angeschlossenen Signalwegen von Neuronen hervorruft. Die oben angesprochenen Enzyme waren in Neuronen der beiden Untersuchungsgruppen nicht unterschiedlich aktiviert. Die Signalweiterleitung erfolgte in Neuronen beider Genotypen mit gleicher Effizienz. Die Untersuchungen des Tau-Proteins an Phosphorylierungsstellen, die maßgeblich durch GSK-3β und PP2A beeinflusst werden, zeigte, dass die Alzheimer-assoziierte Variante des Präsenilins keine pathologischen Effekte hervorrief. Die nachfolgende Analyse von Gehirnen erwachsener Tiere aus beiden Untersuchungsgruppen bestätigen die Daten aus den Zellkulturexperimenten. Die Gehirne der beiden Präsenilin1 Varianten unterschieden sich weder in der Struktur noch zeigten sie Auffälligkeiten, die auf Alzheimer-typische Veränderungen schließen lassen. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Alzheimer-assoziierte Mutation des Präsenilin1 alleine nicht ausreicht, um in den untersuchten Systemen Veränderungen hervorzurufen, die dann Ausgangspunkt für weitere pathologische Vorgänge sind. Vielmehr scheint dazu die Co-Expression von APP in den Zellen notwendig zu sein. Dies bestärkt die Amyloidkaskadenhypothese. Unsere Studie schließt nicht aus, dass es bei der Behandlung der Alzheimer Demenz therapeutisch sinnvoll sein könnte, den Insulintransduktionsweg erkrankter Neurone zu sensibilisieren (Metforminbehandlung). Die Ursache der Desensiblisierung liegt aber sehr wahrscheinlich in einem gestörten APP-Metabolismus begründet.
