Der bedeutendste Risikofaktor für die Demenz vom Azheimer Typ (DAT) ist, neben dem Alter, der Besitz des e4-Allels des Lipidtransportmoleküls Apolipoprotein E (APOE, Gen; ApoE, Protein). Neben funktionellen Unterschieden der Isoformen könnte auch die quantitative Verfügbarkeit des Proteins bei der Pathogenese der DAT eine Rolle spielen. Da ApoE als Lipidtransporter insbesondere bei plastischen Umbauprozessen in Gehirn wichtig sein könnte, wurde der Proteingehalt in Bezug auf die Schwere der DAT-assoziierten Veränderungen entsprechend der neuropathologischen Stadieneinteilung nach Braak untersucht. Neben ApoE wurde auch Apolipoprotein D (ApoD) in der Pathogenese der DAT diskutiert. Um herauszufinden, ob es hier eine Beziehung zur Schwere der neuropathologischen Veränderungen und/oder dem APOE-Polymorphismus gibt, wurde auch der ApoD-Gehalt untersucht. Bestimmt wurde der Apolipoproteingehalt in 104 nach Alter, Geschlecht, Braak-Stadium und APOE-Genotyp abgeglichenen Hippokampusproben, da diese Hirnregion im Verlauf einer Demenz früh und nachhaltig betroffen ist. Die Daten zeigen einen Anstieg von ApoE in den frühen Stadien der Erkrankung, in denen neuroplastische Reparationsvorgänge nachweisbar sind, und eine kontinuierliche Zunahme des ApoD-Gehalts mit der Schwere der neurofibrillären Veränderungen in den APOE e3/3-Proben. In den Proben, die das Risikoallel APOE e4 trugen, waren keine statistisch signifikanten Veränderungen nachweisbar. / The most important risk factor for Alzheimer´s disease (AD), besides age, is the inheritance of the e4-allele of the lipid transporting apolipoprotein E (APOE, gen; apoE, protein). Apart from functional differences of the apoE isoforms, the quantitative availability of the protein might be important in AD pathogenesis. As a lipidtransporter, apoE should be relevant especially during plastic response of neuronal structures. Hence, apoE levels were investigated in correlation to the severity of pathological changes as staged according to the neuropathological Braak classification of AD. Besides apoE, apolipoprotein D (apoD) is discussed in AD pathogenesis. To clarify whether there is a correlation to AD related neuropathological changes, apoD levels were also determined. The apolipoproteins were determined in 104 age-, gender-, Braak stage- and APOE genotype-matched samples of hippocampal protein extracts because this brain region is early and enduring affected by the disease. The data show an increase in apoE in the early stages of the disease where plastic remodelling occurs and a continuous increase in apoD with the severity of neurofibrillary changes in the APOE e3/3-group only. No statistically relevant changes were observed in samples carrying the AD-risk allele e4.

Die Alzheimer Krankheit ist die häufigste Altersdemenz. Ein spezifisches pathologisches Merkmal der Alzheimer Krankheit ist die Amyloid-Ablagerung im Gehirn. Die Hauptkomponente der so genannten Amyloid-Plaques ist das Amyloid beta-Peptid (A-beta). A-beta entsteht durch sequenzielle proteolytische Spaltung aus einem membrangebundenen Vorläuferprotein, dem beta-APP (betaamyloid precursor protein). Die kürzlich identifizierte beta-Sekretase (BACE, beta-site APPcleaving enzyme) generiert den Schnitt am N-Terminus von A-beta. Es entsteht ein C-terminales, membrangebundenes beta-APP-Fragment, das beta-APP-CTF. Beta-APP-CTF ist das direkte Substrat für die gamma-Sekretase, die innerhalb der Membrandomäne schneidet, wodurch A-beta freigesetzt wird. In der vorliegenden Arbeit kann erstmalig gezeigt werden, dass BACE auf dem sekretorischen Transportweg aus dem Endoplasmatischen Retikulum (ER), über den Golgi-Apparat zur Zelloberfläche transportiert wird. Auf dem Transport wird BACE durch N-Glycosylierung und Propeptidabspaltung posttranslational modifiziert. BACE wird im ER N-glycosyliert und die mannosereichen Zucker werden auf dem Transport durch den Golgi-Apparat in Endoglycosidase H resistente Zucker des komplexen Typs modifiziert. Die Propeptidabspaltung, durch Furin oder furinähnliche Propeptidkonvertasen, findet unmittelbar vor dem Aufbau der komplexen Zucker statt. Ferner konnte gezeigt werden, dass der Transport von BACE die A-beta-Entstehung limitieren kann. In polarisierten Madin-Darby canine kidney (MDCK) Zellen wird BACE überwiegend zur apikalen Plasmamembran transportiert und damit entgegengesetzt zu seinem Substrat beta-APP. Der gegensätzliche Transport von BACE und beta-APP begrenzt die A-beta Entstehung. Wird der apikale Transport von beta-APP durch Deletion seines basolateralen Sortierungssignals erhöht, entsteht vermehrt A-beta. Der differenzielle Transport von BACE und beta-APP könnte ein Hinweis darauf sein, dass beta-APP nicht das physiologische Substrat von BACE ist. / Alzheimer`s disease is the most common cause of progressive cognitive decline in the aged population. Pathologically Alzheimer`s disease is characterized by the invariant accumulation of senile plaques. Senile plaques are predominantly composed of the amyloid beta-peptide (A-beta), which is derived from the membrane bound beta-amyloid precursor protein (beta-APP) by sequential proteolytic cleavage. The recently identified beta-secretase (BACE) is responsible for the cleavage at the N-terminus of the A-beta domain. This cleavage generates membrane-bound beta-APP-Cterminal fragments (beta-APP-CTF) which are the immediate precursor for gamma-secretase cleavage and therefore for liberation of A-beta. The present work shows that BACE moves along the secretory pathway, while it undergoes post-translational modifications, which can be monitored by a significant increase in the molecular mass and cleavage of its pro-peptide. BACE becomes N-glycosylated within the ER and the increase in molecular mass is caused by complex N-glycosylation. The mature form of BACE is resistant to endoglycosidase H treatment; this indicates that BACE traffics through the Golgi. Furthermore the mature form of BACE does not contain the pro-peptide anymore. Pro-BACE is predominantly located within the endoplasmic reticulum. Pro-peptide cleavage occurs immediately before full maturation by furin or a furin-like proprotein convertase. Moreover traffic of BACE can limit A-beta generation. In the well established model system of polarized Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells, the majority of BACE is sorted to the apical domain. Interestingly it has been shown previously that the substrate of BACE, beta-APP is transported to the basolateral surface of MCDK cells. Therefore, substantial amounts of BACE are targeted away from beta-APP to a non-amyloidogenic compartment, a cellular mechanism that limits A-beta generation. Upon deletion of the basolateral sorting signal of beta-APP, apically missorted beta-APP is processed by BACE. The differential targeting of BACE and its substrate beta-APP suggest that beta-APP might not be the major physiological substrate of BACE.

Als Metallopeptidase mit einem großen Substratspektrum hat die Neutrale Endopeptidase (Neprilysin, EC 3.4.24.11, NEP) Einfluss auf so verschiedene Krankheiten oder pathophysiologischen Vorgänge wie Hypertonie, die Alzheimersche Erkrankung oder krankhafte Prostataveränderungen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Beziehungen der NEP zur Alzheimerschen Erkrankung sowie zu zwei weiteren pathophysiologischen Veränderungen – einem erhöhten Alkoholkonsum unter Stress sowie zu Adipositas/Übergewicht – eingehend untersucht. In Bezug auf die Alzheimersche Erkrankung wurde der Frage nachgegangen, warum Mäuse und Ratten keine vollständige Alzheimer-Symptomatik ausbilden. Dabei wurde ein verlangsamter Abbau des murinen beta-Amyloid-Peptids im Gegensatz zur humanen Form gefunden und biochemisch charakterisiert. Diese Befunde wurden durch den Nachweis, dass das murine im Gegensatz zum humanen Abeta-Peptid keine Amyloidfibrillen ausbildet, komplettiert. Am Modell der NEP-Knockout-Maus wurde in freiwilligen Trinkversuchen ein Alkoholverbrauch beobachtet, der dem von C57BL6-Wildtyp-Mäusen vergleichbar war. Nach einem kurzzeitigen sozialen Stress nahm jedoch der Alkoholkonsum der NEP-Knockout-Mäuse für ca. 3 Wochen deutlich und nach einem weiteren Stress sogar für mehrere Monate zu. An NEP-Knockout-Mäusen wurde überdies erstmals ein übergewichtiger Phänotyp beschrieben, der der menschlichen polygenetischen Adipositas sehr ähnlich ist. Dieser Phänotyp wurde eingehend physiologisch und biochemisch sowie in Abhängigkeit von verschiedenen Futtersorten (fettreiche bzw. Kohlenhydrat-modifizierte Nahrung) charakterisiert. In diesem Rahmen wurde erstmals die Hydrolyse des orexigenen Peptids Galanin durch die NEP beschrieben. Erste Erklärungsansätze für die Ausprägung des übergewichtigen Phänotyps bei NEP-Knockout-Mäusen sowie die Eignung dieses Tiermodells als Modell der komplexen humanen Adipositas werden diskutiert. / As a metallopeptidase with a large substrate spectrum neutral endopeptidase (Neprilysin, EC 3.4.24.11, NEP) influences diseases or pathophysiological states as different as hypertonia, Alzheimer’s disease or pathologic changes of the prostate. In this work the relations of NEP to Alzheimer’s disease and to two other pathophysiologic changes – an increased alcohol consumption under stress conditions as well as to adiposity/obesity – were examined in detail. Regarding Alzheimer’s disease the question was addressed why mice and rats do not show a complete Alzheimer’s pathology. The hydrolytic rate of the murine beta-Amyloid peptide was found to be decreased in contrast to the human form. The hydrolysis was further characterized by biochemistry. These findings were completed by the confirmation that murine abeta peptide does not form amyloid fibrils in contrast to the human peptide. By using the NEP knockout-mouse model in a free-choice drinking paradigm these mice showed an alcohol consumption comparable to that of C57BL6 wildtype mice. However, after a temporary social stress the alcohol consumption of the NEP knockout-mice increased for approx. 3 weeks and after a further stress it remained on a higher level for several months. Moreover, an obese phenotype of NEP knockout-mice was described here for the first time. This phenotype was found to be very similar to the human polygenetic adiposity. It was physiologically and biochemicaly characterized in detail as well as its dependence on different food types (high-fat and carbohydrate-modified diet). Within this work the hydrolysis of the orexigenic peptide galanin by NEP was described for the first time. A first explanatory approach to the development of the obese phenotype in NEP knockout-mice as well as the suitability of this animal model as a model of the complex human obesity is discussed.