Zur Zeit leiden ca. 24 Millionen Menschen auf der ganzen Welt unter Demenz, Alzheimer macht dabei 50-60% aller Demenzfälle aus. Da der Anteil der Bevölkerung, der an Demenz leidet, proportional zum Alter zunimmt und der Anteil älterer Menschen in der Gesellschaft von Jahr zu Jahr steigt, wird Alzheimer immer mehr zu einem ernstzunehmenden, gesellschaftlichen Problem. Zum Stand der heutigen Forschung ist es etabliert, dass die Aminosäure Glutamat - quantitativ einer der wichtigsten Neurotransmitter im Zentralen Nervensystem (ZNS) - toxische Konzentrationen erreichen kann wenn sie - im Zuge der Übertragung von Aktionspotentialen - nach ihrer Freisetzung nicht aus dem Synaptischen Spalt entfernt wird. Viele Studien haben gezeigt, dass in der Alzheimerschen Krankheit die Glutamataufnahme beeinträchtigt ist, was zu toxischen Konzentrationen von Glutamat und dem daraus folgenden Absterben von Neuronen führt. Der exitatorische Aminosäuretransporter 1 (EAAT1) gehört zu der Familie der Na+-abhängigen Glutamattransporter und stellt nach EAAT2 den quantitativ wichtigsten Glutamattransporter im ZNS dar. In diesem Projekt wurde eine bis dahin für den Menschen nicht bekannte EAAT1 Spleißvariante, in der Exon 3 ausgeschnitten wird, nachgewiesen. Diese Variante wurde EAAT1Δ3 genannt und stellt damit mit EAAT1Δ9 die zweite für EAAT1 nachgewiesene Spleißvariante dar. Eine auf real-time RT-PCR basierende Methode wurde entwickelt, um die Transkripte von EAAT1 wildtyp (EAAT1 wt), EAAT1Δ3 und EAAT1Δ9 zu quantifizieren. Proben aus verschiedenen Hirnarealen wurden aus einem Set von Kontrollen und Alzheimerfällen bei der Quantifizierung verwendet. Die gewählten Areale sind von der Alzheimerschen Krankheit unterschiedlich stark betroffen. Dies diente als interne Kontrolle für die durchgeführten Experimente und ermöglichte so die Differenzierung zwischen beobachteten Effekten: Nur Effekte die alleinig in von Alzheimer betroffenen Gehirnarealen auftreten, können als spezifisch für die Krankheit angesehen werden. Die Resultate diese Projektes zeigen, dass EAAT1Δ3 in sehr geringer Anzahl transkribiert wird, die nur 0.15% der EAAT1 wt Transkription entspricht. Dahingegen entspricht das EAAT1 Δ9 Transkript im Durchschnitt 26.6% des EAAT1 wt Transkripts. Es wurde nachgewiesen, dass die Transkriptionsrate aller EAAT1 Varianten in Alzheimerfällen signifikant reduziert ist (P<0.0001). Dies unterstützt die Theorie, dass bei Alzheimerfällen die EAAT1 Proteinexpression stark reduziert und der Glutamattransport, der normalerweise durch diesen Transporter gewährleistet wird, stark eingeschränkt ist. Dies wiederum resultiert in toxisch hohen Glutamatkonzentrationen und damit dem Absterben von Neuronen. Die gefundene Reduktion der EAAT1Transkription ist nicht spezifisch für Gehirnareale die von Alzheimer betroffen sind, sondern tritt in selbem Maße in nicht von Alzheimer betroffenen Gehirnarealen auf. Daraus lässt sich schließen, dass die Reduktion der EAAT1 Transkription eher ein Resultat eines in der Alzheimerschen Krankheit präsenten, grundlegenden Krankheitsmechanismus ist als deren Ursache. / Today about 24 Million people worldwide suffer from dementia, Alzheimer’s Disease accounts for approximately 50-60% of all dementia cases. As the prevalence of dementia grows with increasing age Alzheimer’s Disease becomes more and more of an issue for society as the proportion of elderly people increases from year to year. It is well established, that the amino acid glutamate - quantitatively being the most important neurotransmitter in the central nervous system (CNS) - may reach toxic concentrations if not cleared from the synaptic cleft into which it is released during transmittance of action potentials. In Alzheimer’s Disease there is strong evidence for a generally impaired glutamate uptake system which in turn is thought to result in toxic levels of the amino acid with the potential to kill off neurons. The excitatory amino acid transporter 1 (EAAT1) belongs to the family of Na+-dependent glutamate transporter and accounts together with EAAT2 for most of the glutamate uptake in the CNS. In this project a new splice variant of EAAT1, skipping exon 3 was detected in human brain samples and subsequently called EAAT1Δ3, this being the second splice variant found after the recent detection of EAAT1Δ9. A method was developed to quantify the transcript of EAAT1 wt, EAAT1Δ3 and EAAT1Δ9 by means of real-time PCR. Samples were taken from different brain areas of a set of control and AD cases. The areas chosen for examination are affected differently in Alzheimer’s Disease, this was used an internal control for the experiments done in this project as to determine whether any effect observed is specific for AD, i.e. AD affected areas or is generally seen in all areas examined. The results of this project show that EAAT1Δ3 is transcribed in very low copy numbers making up a proportion of 0.15% of EAAT1 wt whereas EAAT1Δ9 is transcribed in a considerably large proportion of EAAT1 wt of 26.6%. It was moreover found that all EAAT1 variants are transcribed at significantly lower rates (P<0.0001) in AD cases, supporting the theory that EAAT1 protein expression is reduced to a point where glutamate uptake normally mediated by this transporter is impaired. This in turn is thought to result in toxic levels glutamate accounting for neuronal loss in the disease. No area-dependent effects were found, suggesting that the reduction of EAAT1 transcription is rather a result of an underlying general mechanism present in AD. Further research will have to be done to assess the degree of EAAT1 expression in AD and whether those future findings match with the result of this project.

No description available.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Glutamate clearance by astrocytes is an essential part of physiological excitatory neurotransmission. Failure to adapt or maintain low levels of glutamate in the central nervous system is associated with multiple acute and chronic neurodegenerative diseases. The primary excitatory amino acid transporters (EAATs) in human astrocytes are EAAT1 and EAAT2 (GLAST and GLT-1 respectively in rodents). While the inhibition of a ubiquitously-expressed serine/threonine protein kinase, the calcium/calmodulindependent kinase (CaMKII) results in diminished glutamate uptake in cultured primary rodent astrocytes, the molecular mechanism underlying this regulation is unknown. In order to delineate this mechanism, we use a heterologous expression model to explore CaMKII regulation of EAAT1 and EAAT2. In transiently transfected HEK293T cells, pharmacological inhibition of CaMKII and overexpression of a dominant-negative version of CaMKII (Asp136Asn) reduces [3H]-glutamate uptake by EAAT1, without altering EAAT2 mediated glutamate uptake. Surprisingly, overexpression of a constitutively active autophosphorylation mutant (Thr287Asp) to increase autonomous CaMKII activity and a mutant incapable of autophosphorylation (Thr287Val) had no effect on either EAAT1 or EAAT2 mediated glutamate uptake. Pulldown of FLAGtagged glutamate transporters suggests CaMKII does not interact with EAAT1 or EAAT2. SPOTS peptide arrays and recombinant GST-fusion proteins of the intracellular N- and C-termini of EAAT1 identified two potential phosphorylation sites at residues Thr26 and Thr37 in the N-terminus. Introducing an Ala (a non-phospho mimetic) but not an Asp (phosphomimetic) at Thr37 diminished EAAT1-mediated glutamate uptake, suggesting that the phosphorylation state of this residue is important for constitutive EAAT1 function. In sum, this is the first report of a glutamate transporter being identified as a direct CaMKII substrate. These findings indicate that CaMKII signaling is a critical driver of homeostatic glutamate uptake by EAAT1. Aberrations in basal CaMKII activity disrupt glutamate uptake, which can perpetuate glutamate-mediated excitotoxicity and result in cellular death.