The reactions of reducing sugars with primary amino groups are the most common nonenzymatic modifications of proteins. Subsequent rearrangements, oxidations, and dehydrations yield a heterogeneous group of mostly colored and fluorescent compounds, termed "Maillard products" or advanced glycation end products (AGEs). AGE formation has been observed on long-lived proteins such as collagen, eye lens crystalline, and in pathological protein deposits in Alzheimer's (AD) and Parkinson's disease (PD) and dialysis-related amyloidosis. AGE-modified proteins are also involved in the complications of diabetes. AGEs accumulate in the the ß-amyloid plaques and neurofibrillary tangles (NFT) associated with AD and in the Lewy bodies characteristic of PD. Increasing evidence supports a role for oxidative stress in neurodegenerative disorders such as AD and PD. AGEs have been shown to contribute towards oxidative damage and chronic inflammation, whereby activated microglia secrete cytokines and free radicals, including nitric oxide (NO). Roles proposed for NO in the pathophysiology of the central nervous system are increasingly diverse and range from intercellular signaling, through necrosis of cells and invading pathogens, to the involvement of NO in apoptosis. Using in vitro experiments, it was shown that AGE-modified bovine serum albumin (BSA-AGE) and AGE-modified ß-amyloid, but not their unmodified proteins, induce NO production in N-11 murine microglia cells. This was mediated by the receptor for AGEs (RAGE) and upregulation of the inducible nitric oxide synthase (iNOS). AGE-induced enzyme activation and NO production could be blocked by intracellular-acting antioxidants: Ginkgo biloba special extract EGb 761, the estrogen derivative, 17ß-estradiol, R-(+)-thioctic acid, and a nitrone-based free radical trap, N-tert.-butyl-*-phenylnitrone (PBN). Methylglyoxal (MG) and 3-deoxyglucosone (3-DG), common precursors in the Maillard reaction, were also tested for their ability to induce the production of NO in N-11 microglia. However, no significant changes in nitrite levels were detected in the cell culture medium. The significance of these findings was supported by in vivo immunostaining of AD brains. Single and double immunostaining of cryostat sections of normal aged and AD brains was performed with polyclonal antibodies to AGEs and iNOS and monoclonal antibodies to Aß and PHF-1 (marker for NFT) and reactive microglia. In aged normal individuals as well as early stage AD brains (i.e. no pathological findings in isocortical areas), a few astrocytes showed co-localisation of AGE and iNOS in the upper neuronal layers of the temporal (Area 22) and entorhinal (Area 28, 34) cortices compared with no astrocytes detected in young controls. In late AD brains, there was a much denser accumulation of astrocytes co-localised with AGE and iNOS in the deeper and particularly upper neuronal layers. Also, numerous neurons with diffuse AGE but not iNOS reactivity and some AGE and iNOS-positive microglia were demonstrated, compared with only a few AGE-reactive neurons and no microglia in controls. Finally, astrocytes co-localised with AGE and iNOS as well as AGE and ß-amyloid were found surrounding mature but not diffuse ß-amyloid plaques in the AD brain. Parts of NFT were AGE-immunoreactive. Immunohistochemical staining of cryostat sections of normal aged and PD brains was performed with polyclonal antibodies to AGEs. The sections were counterstained with monoclonal antibodies to neurofilament components and a-synuclein. AGEs and a-synuclein were colocalized in very early Lewy bodies in the substantia nigra of cases with incidental Lewy body disease. These results support an AGE-induced oxidative damage due to the action of free radicals, such as NO, occurring in the AD and PD brains. Furthermore, the involvement of astrocytes and microglia in this pathological process was confirmed immunohistochemically in the AD brain. It is suggested that oxidative stress and AGEs participate in the very early steps of Lewy body formation and resulting cell death in PD. Since the iNOS gene can be regulated by redox-sensitive transcription factors, the use of membrane permeable antioxidants could be a promising strategy for the treatment and prevention of chronic inflammation in neurodegenerative disorders. / Die Glykierung oder Maillard-Reaktion ist neben der oxidativen Modifikation die bekannteste nicht-enzymatische posttranslationale Modifikation von Proteinen. Glykierung startet mit der Reaktion von reduzierenden Zuckern mit primären Aminogruppen. Nachfolgenden Umlagerungen, Oxidationen und Dehydra- tionen führen zu einer heterogenen Gruppe von farbigen und fluoreszierenden Verbindungen, den sogenannten "Maillard products" oder "advanced glycation end products" (AGEs). Diese Vorgänge werden besonders an langlebigen Proteinen wie Kollagen und Kristallin der Augenlinsen sowie in pathologischen Proteinab- lagerungen bei der Alzheimer-Demenz (AD), der Parkinson-Krankheit (PD) und bei Hämodialyse beobachtet. AGE-modifizierte Proteine sind auch aktiv beteiligt an den Spätkomplikationen des Diabetes mellitus. AGEs reichern sich im Alzheimer Gehirn in den ß-Amyloid-Plaques und den neurofibrillären Bündeln (tangles, NFT), sowie in den für PD charakteristisch- en Lewi-Körpern an. Immer mehr Befunde belegen die Rolle von oxidativem Stress in neurodegenerativen Erkrankungen wie AD und PD. Es konnte gezeigt werden, dass AGEs an oxidativer Schädigung und chronischer Entzündung Anteil haben, wobei aktivierte Mikroglia Cytokine und freie Radikale, inklusive Stickstoffmonoxid (NO) sezernieren. Vermutungen über die Rolle von NO in der Pathophysiologie des Zentralnervensystems gehen weit auseinander und reichen von interzellulärer Signalübertragung über nekrotischen Zelltod und eindringende pathogene Substanzen bis zur Beteiligung von NO an der Apoptose. In einem Zellkultur Modell konnte in vitro gezeigt werden, dass AGE- modifiziertes Albumin (BSA-AGE) und AGE-modifiziertes ß-Amyloid, aber nicht die unmodifizierten Proteine, die Synthese von NO in N-11 Maus-Mikrogliazellen induzieren. Diese wird möglicherweise vom Rezeptor für AGE (RAGE) und durch eine Steigerung der Expression der induzierbaren Stickstoffmonoxid-Synthase (iNOS) vermittelt. AGE-induzierte Enzymexpression und NO-Produktion konnten durch folgende intrazellulär wirkende Antioxidantien blockiert werden: Ginkgo biloba Spezialextrakt EGb 761, das Östrogenderivat 17ß-Estradiol, alpha- Liponsäure, und ein Radikalfänger, N-tert.-butyl-*-phenylnitrone (PBN). Neben AGEs wurden auch reaktive Dicarbonyle wie Methylglyoxal (MG) und 3- Deoxyglucosone (3-DG), Vorläufer der Maillard-Reaktion, auf ihre Fähigkeit untersucht, die Synthese von NO in N-11 Mikroglia zu induzieren. Es konnten jedoch keine Induktion der NO-Produktion festgestellt werden. Die Bedeutung dieser in vitro-Ergebnisse wurden durch in vivo Immunohisto- chemischen Untersuchungen an AD Gehirnen bestätigt. Einfache und doppelte Immunfärbungen wurden an Gefrierschnitten von normal gealterten Gehirnen und AD-Gehirnen mit polyklonalen Antikörpern gegen AGEs und iNOS und monoklonalen Antikörpern gegen Aß, PHF-1 (zur spezifischen Markierung der NFT) und reaktive Mikroglia angefertigt. Bei normal gealterten Personen sowie bei AD Erkrankten im Frühstadium (d.h. keine pathologischen Veränderungen in iso- kortikalen Gebieten) wiesen wenige Astrozyten eine Kolokalisation von AGE und iNOS in den oberen Neuronenschichten des temporalen (Area 22) und entorhinalen (Area 28, 34) Kortex auf. Im Vergleich dazu wurden keine Astrozyten in jungen Kontrollgehirnen gefunden. In fortgeschrittenen Alzheimergehirnen wurde eine viel dichtere Anreicherung von Astrozyten, kolokalisiert mit AGE und iNOS in den tieferen, und insbesondere in den oberen Neuronenschichten gefunden. Weiterhin konnten zahlreiche Neurone mit diffuser AGE-Reaktivität, aber ohne iNOS-Reaktivität, sowie einige AGE- und iNOS-positive Mikroglia gezeigt werden, im Vergleich zu nur wenigen AGE-reaktiven Neuronen und keinen Mikroglia in den Kontrollen. Schliesslich wurden in Astrozyten, die reife, aber nicht diffuse ß-Amyloid-Plaques im AD-Gehirn umlagern, AGE mit iNOS sowie mit ß-Amyloid kolokalisiert gefunden. Teile der NFT waren AGE-immunoreaktiv. Immunhistochemische Färbung an Gefrierschnitten von normal gealterten und PD- Gehirnen wurden mit polyklonalen Antikörpern gegen AGEs durchgeführt. Die Schnitte wurden mit monoklonalen Antikörpern gegen Neurofilamentkomponenten und a-Synuclein gegengefärbt. AGEs und a-Synuclein waren kolokalisiert in sehr frühen Lewi-Körpern der Substantia nigra in Gehirnen mit vorhandener Lewi-Körper-Demenz. Diese Ergebnisse unterstützen die These AGE-induzierter oxidativer Schädigung mittels freier Radikale wie z.B. NO in AD- und PD- Gehirnen. Ausserdem wurde die Beteiligung von Astrozyten und Mikroglia an diesem pathologischen Prozess immunhistochemisch im Alzheimergehirn bestätigt. Es liegt nahe, dass oxidativer Stress und AGEs an den sehr frühen Stufen der Lewi-Körper-Bildung und dem daraus resultierenden Zelltod in PD beteiligt sind. Da das iNOS-Gen durch redoxsensitive Transkriptionsfaktoren reguliert werden kann, könnte die Verwendung membranpermeabler Antioxidantien eine erfolgversprechende Strategie für die Behandlung und Prävention chronischer Entzündungen bei neurodegenera- tiven Erkrankungen darstellen.

Darmstadt, Techn. University, Diss., 2007. / Dateien im PDF-Format. - Enth. 4 Sonderabdr. aus verschiedenen Zeitschr. und Publ.

Techn. Universiẗat, Diss., 2007--Darmstadt.

Zugl.: Köln, Universiẗat, Diss., 2009.

Konstanz, Univ., Diplomarb., 1998.

Würzburg, Univ., Diss., 2001. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2001

HINTERGRUND: Der brain-derived neurotrophic factor (BDNF) reguliert die synaptische Plastizität und spielt somit eine wichtige Rolle in der Gedächtnisbildung und -erhaltung. Deswegen gibt es eingehende Untersuchungen dieses neurotrophischen Faktors in Bezug auf Demenzerkrankungen, vor allem der Alzheimer Demenz. In dieser Studie wurde nach einem Zusammenhang zwischen BDNF Blutplasmawerten und der Alzheimer Demenz in einer longitudinalen Kohortenstudie, der Vienna-Transdanube-Aging(VITA)-Studie gesucht. METHODEN: Die VITA-Studie ist eine kommunale Kohortenstudie aller 75jährigen Einwohner einer geographischen Region Wiens. Es wurden die BDNF Plasmawerte der Basisuntersuchung und der ersten Folgeuntersuchung 30 Monate später als mögliche Biomarker für die Alzheimer Demenz untersucht. Assoziationen zwischen BDNF Plasmawerten und anderen epidemiologischen Eckdaten wurden ebenfalls analysiert. ERGEBNISSE: Wir konnten keine Assoziation zwischen BDNF Plasmawerten und der Entwicklung oder einer bereits bestehenden Alzheimer Demenz finden. Geschlecht, Body-Maß-Index und Depression stellten sich als Komorbiditäts-Faktoren von Demenz-erkrankungen dar. SCHLUSSFOLGERUNG: BDNF Plasmawerte sind diesen Ergebnissen nach kein so viel versprechender molekularer Marker für Alzheimer Demenz wie erhofft. BDNF wird jedoch weiterhin in vielen interessanten Studienprotokollen untersucht, da es sowohl im Blutserum als auch im Hirngewebe nachgewiesen werden kann und somit viele diagnostische und therapeutische Ansätze inspiriert. / BACKGROUND: Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) regulates the plasticity of synapses and plays an important role in developing and sustaining memory. Therefore it is intensely researched with regard to dementia, especially Alzheimer’s disease. In this study, we searched for a relationship between BDNF plasma levels and Alzheimer’s disease in a longitudinal cohort, the Vienna-Transdanube-Aging (VITA)-study. METHODS: The VITA is a prospective community-based cohort study of all 75 years old inhabitants of a geographical region of Vienna. We have investigated the BDNF plasma levels of the baseline and the first follow-up 30 months later as a possible biomarker for Alzheimer’s disease. Associations between BDNF plasma levels and other epidemiologic data were also analyzed. RESULTS: We found no association between BDNF plasma levels and the development or existence of Alzheimer’s disease. Gender, body-mass-index and depression were shown to be co-morbid to dementia. CONCLUSION: According to these results, BDNF plasma levels are not as promising as a molecular marker for Alzheimer’s disease as hoped for. BDNF, though, is still subject to many interesting study protocols, as it can be detected also in blood serum and brain tissue and therefore invites many diagnostic and therapeutic scenarios.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und biologischen Testung von Anti-Alzheimer-Substanzen, die nicht nur auf einen Angriffspunkt der Krankheit abzielen, sondern an mehreren krankheitsauslösenden bzw. krankheitsfördernden Punkten inhibierend wirken können. Als Leitstruktur dienten bereits bekannte Acetylcholinesteraseinhibitoren der DUO-Reihe, welche sukzessive abgewandelt wurden, bis die entscheidenden Strukturmerkmale für eine Acetylcholinesterasehemmung herausgefiltert waren. Wichtig für die Interaktion mit der Acetylcholinesterase ist ein quartärer Stickstoff sowie aromatische Reste in seiner näheren Umgebung. Durch die Pyridylen-Hydrazone ist dies gewährleistet. Aufgrund dessen wurde eine Substanzbibliothek synthetisiert, die nun die Acetylcholinesterasehemmung mit einer Inhibition der Fibrillenbildung verbindet. Synthese: Aus 4-Chlorpyridin-Hydrochlorid wurde zuerst die freie Base freigesetzt und diese mit Hydrazin-Hydrochlorid zu 4 Hydrazinylpyridin-Hydrochlorid umgesetzt. Dieses reagierte im nächsten Schritt mit dem entsprechenden Aldehyd in einer SN2-Reaktion zu den Zwischenstufen 2-14, die nun einen variablen Rest an der Hydrazinylgruppe tragen. Im letzten Schritt erfolgte die Quarternisierung mit Hilfe des entsprechenden Alkylbromids, wodurch am Pyridylrest derivatisiert wurde und schlussendlich die Verbindungen 2A-14O erhalten wurden. Dieser letzte Schritt, welcher anfangs durch klassische Erhitzung zum Rückfluss in DMF durchgeführt wurde, konnte zuerst durch die Durchführung im Bombenrohr zeitlich verkürzt werden und schließlich in der Mikrowelle optimiert werden, was zu einer Reduktion der Reaktionszeit von 500 h auf 3 h führte. Die Testung der Substanzen bezüglich ihrer AChE- und BuChE-Hemmung erfolgte mittels Ellman’s Test. Für die Testung der hemmenden Wirkung bezüglich der Fibrillen wurde zuerst das Testsystem mit Aβ (1-42) aufgebaut und anschließend auf ein verkürztes, elf Aminosäuren langes Peptid (HHQKLVFFAED), das mit Hilfe eine Peptidsynthesizers hergestellt wurde, übertragen. Nimmt man nun wieder Bezug auf den „Multi-target-Ansatz“, so lassen sich folgende Ergebnisse festhalten: Die Verbindung eines elektronen-ziehenden Substituenten am Phenylring an der Hydrazonseite mit einem Propylrest zwischen dem Phenylring und dem Pyridinrest ist vorteilhaft für die Kombination der Hemmung der Acetylcholinesterase und der Inhibiton der Aβ-Fibrillen (vgl. 13C). Während viele Substanzen selektiv gegenüber der Acetylcholinesterase sind, gibt es nur wenige, die selektiv die Butyrylcholinesterase hemmen. Eine Hemmung aller drei Angriffspunkte im niedrigen mikromolaren Bereich zeigten nur wenige Substanzen, und zwar die Verbindung mit jeweils einem Naphthylrest sowohl an der Hydrazon- als auch der Pyridin-Seite (14K: IC50 (AChE) = 1.12 µM; IC50 (BuChE) = 2.32 µM; IC50 (Fibrillen) = 2.5 µM). Zusätzlich wurden die Substanzen auf eine mögliche ROS-Hemmung von Kooperationspartnern getestet. Sie zeigten einen kleinen aber signifikanten Beitrag zur Reduzierung der ROS. Um erfolgreiche Wirkstoffe gegen die Alzheimer-Krankheit zu entwickeln, ist deren Blut-Hirn-Schrankengängigkeit von entscheidender Bedeutung. Deshalb wurde von den Substanzen mittels HPLC der logP-Wert bestimmt. Die logP-Werte der Substanzen liegen in einem Bereich von 3.2 bis 4.4. Aufgrund dieser Ergebnisse und der berechneten pKS-Werte, welche im Bereich von 8.3 bis 10.2 liegen, kann davon ausgegangen werden, dass die Substanzen auf Grund der „sink“-Bedingungen die Blut-Hirn-Schranke überqueren können. Um eine definitive Aussage zur Blut-Hirn-Schrankengängigkeit treffen zu können, wurde ein Transwell-System mit cerebralen Endothelzellen entwickelt, die die Blut-Hirn-Schranke simulieren. Die Endothelzellen bilden hierbei eine dichte Monoschicht auf dem Filter aus, wobei die Substanzen nicht zwischen den Zellen hindurch diffundieren können, sondern den Weg durch die Zelle nehmen müssen. Die Messungen ergaben, dass die Substanzen zu ca. 90 % durch die Zellen diffundieren können und somit erfolgreich die Blut-Hirn-Schranke überqueren können. / The thesis is dealing with the synthesis and biological evaluation of substances combating Alzheimer’s disease by using a multi-target approach. Starting point was the lead structure of the known acetylcholinesterase inhibitors of the DUO-series, which was successively modified to filter the crucial structural characteristics of the inhibition of acetylcholinesterase. Important for the interaction with acetylcholinesterase is a quaternary nitrogen as well as an aromatic moiety nearby. This is combined in the pyridylene-hydrazones. Therefore a library of substances has been synthesized and evaluated for the inhibition of acetylcholinesterase and fibril formation. Synthesis: The free base of 4-chloropyridine-hydrochloride was produced and reacted with hydrazine-hydrochloride to give 4 hydrazinylpyridine-hydrochloride. Next, a corresponding aldehyde was added and the intermediates 2-14 including a variable moiety on the side of the hydrazinyl-group, were formed by a SN2-reaction. Finally the quaternization reaction with the corresponding alkylbromide was performed in order to introduce the residues at the side of the pyridyl moiety to achieve the final compounds 2A-14O. This step was carried out by classical heating to reflux in DMF, but could be improved by carrying out the reaction in a pressure vessel and even better in the microwave; here the reaction time could be reduced from 500 h to 3 h. The inhibitory activity of the compounds towards AChE and BuChE were performed with Ellman’s test. In order to determine the inhibition of fibril formation, the Thioflavin T assay was first established with Aβ (1-42) and afterwards transferred to a shortened peptide containing only eleven amino acids (HHQKLVFFAED). This peptide was synthesized with a peptide synthesizer. In summary, combining an electron-withdrawing substituent at the phenyl ring on the site of the hydrazon with a propylene spacer between the phenyl ring an the pyridyl rest is of advantage when both targets – acetylcholinesterase and Aβ fibril formation – should be equally inhibited (see 13C). While many substances are selective towards acetylcholinesterase, only a few inhibit the butyrylcholinesterase selectively. An inhibition of all of the three targets in a low micromolar range of concentration could only be revealed for few compounds, e. g. for compound 14K with naphthyl-substitution on both sides: IC50 (AChE) = 1.12 µM; IC50 (BuChE) = 2.32 µM; IC50 (fibrils) = 2.5 µM). Additionally the substances were tested on a possible ROS-inhibition, however, they showed only little, but significant influence on a reduced production of ROS. In order to develop successfully new compounds against Alzheimer’s disease, their blood-brain-penetration is very important. For this reason the logP-value of the substances has been determined by a HPLC method. The logP-values range from 3.2 to 4.4. Due to these results and the calculated pKA-values, which ranged between 8.3 and 10.2, it can be assumed that the substances are able to cross the blood-brain-barrier because of sink-conditions. In order to verify this statement, a transwell-assay with cerebral endothelial cell monolayer has been developed to simulate the blood-brain-barrier. The measurements of some representative compounds revealed a diffusion rate through the cells of about 90 %, indicating the blood-brain-penetration of the compounds.

Neurodegenerative Erkrankungen des Menschen sind eines der Hauptfelder molekularer neurobiologischer Grundlagenforschung. Um generell molekulare, komplizierte Vorgänge in vivo untersuchen zu können, nutzt man seit geraumer Zeit Modellorganismen wie Caenorhabditis elegans oder Drosophila melanogaster. In der vorliegenden Arbeit wird die Drosophila-Neurodegenerationsmutante loe (löchrig) beschrieben, die als Modell für die Rolle des Cholesterinhaushalts im Bezug auf Neurodegeneration herangezogen werden kann. Die Fliegen dieser Mutante zeigen stark progressive, altersabhängige Degeneration von Neuronen, dabei unterlaufen diese Nervenzellen einen nekrotischenZelltod. Verantwortlich für diese Mutation ist die Insertion eines P-Elementes in einem Intron des Drosophila-g-5'-AMP-aktivierten Proteinkinase- (AMPK)-Gens. Die verschiedenen Spleißprodukte des loe Gens kodieren für die regulatorische g-Untereinheit des AMPK-Komplexes, der , aktiviert durch 5'AMP, energieintensive Prozesse negativ reguliert. Die Spleißform loeI ist durch die P-Element-Insertion betroffen, Anteile des P-Elementes werden in das loeI-Transkript hineingespleißt. Eine neuronale Expression von loeI im loe-Hintergrund führt zur Revertierung des loe-Phänotypes. Mit der Expression anderer Spleißformen kann dieser Effekt nicht erzielt werden. Das LOE I-Protein birgt in seinem N-Terminus eine Reihe möglicher Interaktionstellen mit anderen Proteinen, die den AMPK-Komplex in einen Kontext mit den Proteinen der APP (Amyloid Precursor Proteins) ?Familie stellen oder z. B. Interaktionen mit dem Cytoskelett herstellen können. Eine molekulare Interaktion mit NiPSNAP, einem Protein, dass vermutlich eine Rolle im Vesikelverkehr spielt, konnte nachgewiesen werden. Ein direktes humanes Homolog von LOE I ist nicht bekannt, wohlgleich es im Menschen drei AMPK-g-Untereinheiten gibt, von denen zwei ähnliche Funktionen übernehmen könnten wie LOE I. Die loe-Mutante interagiert genetisch mit der Mutante clb ? columbus, die einen Defekt im Gen der HMG-CoA-Reduktase trägt. Dieses Emzym ist das Schlüsselenzym der Cholesterinbiosynthese. Die Art der Interaktion belegt eine negative Regulierung der HMG-CoA-Reduktase durch die AMPK. So schwächt die clb-Mutation den neurodegenerativen loe-Phänotyp ab, eine Überexpression von clb verstärkt diesen. Eine Verminderung der Neurodegeneration kann auch mit Medikamenten erreicht werden: Statine, potente Hemmer der HMG-COA-Reduktase, reprimieren deutlich den loe-Phänotyp. In loe ist der Cholesterinester-Spiegel auf 40% abgesenkt. Eine weitere genetische Interaktion von loe konnte nachgewiesen werden: Die Mutante für das Drosophila-Homolog von APP (Appl) verstärkt den neurodegenerativen Phänotyp in loe stark, wogegen die Appl-Mutante selbst keine neurodegenerativen Defekte aufweist. Darüberhinaus zeigt die Doppelmutante Defekte, die keine der Einzelmutanten aufweist: Sterilität oder eine extrem kurze Lebensdauer von nur 3-4 Tagen. Diese Interaktion ließ sich auf molekularer Ebene charakterisieren. Die proteolytische Prozessierung von APPL durch Sekretasen ist in loe alteriert. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass durch die loe-Mutation die b-Sekretase aus Vertebraten (BACE) und eine bisher noch nicht beschriebene endogene Sekretase aus Drosophila negativ beeiflusst werden. Ein AMPK-Komplex mit LOE I als g-Untereinheit scheint über den Cholesterinester-Spiegel die Aktivität einer speziellen Untergruppe der Sekretasen zu beeinflussen. Die Missfunktion dieser Sekretasen ist ein kritischer Punkt in der Pathogenese der Alzheimer-Krankheit. Die loe-Mutation wirft neues Licht auf die bekannten Verbindungen zwischen Cholesterin-Stoffwechsel, Vesikelverkehr und Prozessierung von APP(L). Mit den großen Möglichkeiten, die die Drosophila-Genetik bietet, stellt diese neue Mutante ein weiteres Werkzeug zur Charakterisierung von Therapie-Ansätzen für die Alzheimer-Kankheit dar. Die vorliegende Arbeit belegt um ein weiteres Mal, dass Drosophila ein potentes Modellsystem zur Untersuchung humaner, neurodegenerativer Erkrankungen wie Chorea Huntington, Parkinson oder der Alzheimer Krankheit ist. / Human neurodegenerative diseases are the main topic of molecular neurobiological basic research. To investigate detailed mechanisms in vivo one uses the tool of genetic model organisms like Caenorhabditis elegans or Drosophila melanogaster for quite a long while. This thesis describes the Drosophila neurodegenration mutant löchrig (loe), which can be used as a model for cholesterol metabolism in respect to neurodegeneration. Mutant loe flies show strong and progressive age-dependent degenration of neurons undergoing necrotic cell death. The P-element inserted in an intron of the gene coding for the Drosophila 5'-AMP activated protein kinase (AMPK) complex gamma subunit is responsible for the mutation in loe. The various splice forms of the loe gene code for different regulatory gamma subunits of this complex consisiting of three subunits. The splice form loeI is affected by the P-element insertion, parts of the P-element are spliced into the loeI transkript in the loe mutant. The neuronal expression of one copy of loeI in the mutant background revertes the neurodegenerative phenotype which can not be achieved by expression of one of the other splice forms. The LOE I protein contains in its N-terminus several putative interaction motifs and domaines. These could get a LOE I-containing AMPK complex in context with the APP (amyloid precursor protein) or the cytoskeletton. An interaction with NiPSNAP ? a protein with a putative function in the vesicular transport ? has been proved molecularly. A human homolog of LOE I is not yet known, although there are three different isoforms of a AMPK gamma subunit described in humans. The loe mutant interacts genetically with the columbus (clb) mutant, wich is affected in the gene of the HMG-CoA reductase, the key enzyme in cholesterol biosynthesis. This shown interaction verifies a negative regulation of the HMG-CoA reductase by the AMPK complex in Drosophila. Thus the clb mutation supresses the loe phenotype, an overexpression of clb enhances the neurodegeneration. A supression of the neurodegenerative phenotype can be also achieved by a statin treatment of loe flies. Statins are potent inhibitors of the HMG-CoA reductase. Another genetic interaction exists between loe and the Appl mutant. Appl d, the null mutant of the Drosophila APP homolog, enhances strongly the neurogenerative phenotype of loe, whereas the Appl mutant itself shows no neuronal defects. In addition the double mutant shows defects which none of the single mutants show: sterility of females and a dramatic shortened lifespan of only 3-4 days. This interaction could be characterized on the molecular level: The proteelytic processing of APPL by sectretases is altered in the loe mutant. Both the BACE sectretase from vertebrates and an so far uncharakterized endogenous sectretase in Drosophila are negatively influenced by the loe mutation. An AMPK complex containing LOE I as the gamma subunit seems to regulate the activity of a subgroup of the sectretases via the cholesterolester level. The misfunction of secretases is a crutial point in the pathogenesis of Alzheimer's disease. The loe mutation gives new insights in the already known links between cholesterol homeostasis, vesicular transport, and processing of APP(L). Together with the exstensive tools of Drosophila genetics this new mutant will supply new possibilities to characterize putative therapies to cure Alzheimer's disease. This thesis at another time presents Drosophila as an potent model system for the research on human neurodegenerative diseases like Huntington's disease, Parkinson or Alzheimer's disease.

Frankfurt (Main), Universität, Thesis (doctoral), 2002.