Das Peptid Amyloid-beta wird seit vielen Jahren mit der Alzheimer''schen Demenz in Verbindung gebracht, aber die Verbindung zwischen dem Peptid und der Herkunft der Symptome bleibt unklar. Eine neue Hypothese besagt, dass Wechselwirkungen von Mono- oder Oligomeren des Amyloid-beta mit neuronalen Zellmembranen zu Veränderungen der Membran-Doppelschichtsruktur führen und Störungen dynamischer Prozesse in den Membranen verursachen können. Mit Methoden der Röntgen- und Neutronenstreuung wurden die Struktur und Dynamik von Modellmembranen und Änderungen durch den Einfluss des Peptids Amyloid-beta auf die Modellmembranen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass Monomere des Peptidfragments Amyloid-beta 22-40 in anionische Lipidmembranen eingebaut werden. Mittels quasielastischer-inkohärenter Neutronenstreuung wurde die Dynamik von Lipidmembran untersucht. Ein Anteil von 1,5 mol % Amyloid-beta 22-40 in einer Lipidmembran bei 30°C verursacht eine Verringerung der Diffusionskoeffizienten sowohl der Schwerpunktbewegung der Lipide im ns-Bereich als auch der Dynamik der Fettsäurereste im ps-Bereich. Andererseits wird in der Gelphase der Lipidmembran bei 15°C ein Anstieg der Diffusionskoeffizienten beider Prozesse beobachtet. Eine Serie von Lipidproben mit unterschiedlichem Cholesteringehalt und eingelagerten Peptiden Amyloid-beta 1-42 und Amyloid-beta 22-40 wurde Mittels Röntgendiffraktion charakterisiert. Für das Peptid Amyloid-beta 22-40 wurden zwei Positionen gefunden, eine auf der Oberfläche der Membran, eine zweite in der Membran eingelagert. Das Peptid Amyloid-beta 1-42 ist teilweise in die Membran eingelagert und ist in einer 40 mol % Cholesteringehaltige Membrane durch eine einzelne Position modelliert. Zusätzlich wird der Entwurf und die Inbetriebnahme der BerILL Feuchtekammer beschrieben. / The peptide amyloid-beta has long been associated with Alzheimer’s disease; however the link between the peptide and the origin of symptoms is poorly understood. An emerging hypothesis is that monomeric and oligomeric forms of the peptide interact with neuronal membranes, resulting in perturbations in the bilayer structure and in the dynamic processes which take place in the bilayer. Using X-ray and neutron scattering techniques, the structure and dynamics of model lipid membranes and the changes which arise in the presence of amyloid-beta peptide fragments have been studied. Monomers of the peptide fragment amyloid-beta 22-40 were found to intercalate into an anionic lipid bilayer. Through quasi-elastic neutron scattering, dynamics of bilayer lipids were observed. The presence of 1.5 mol % of the peptide results in a decrease in the diffusion coefficients for lipid centre of mass motion on the nanosecond time-scale, as well as for the lipid tail dynamics on the picosecond scale at 30°C. On the other hand, in the gel-phase of the lipid, at 15°C, an increase in the diffusion coefficients for both of these processes was observed. A series of samples with various cholesterol content and either the amyloid-beta 22-40 peptide fragment or the amyloid-beta 1-42 full length peptide was characterized using X-ray diffraction. The amyloid-beta 22-40 peptide was found to populate two positions, on the surface and embedded in the bilayer. The amyloid-beta 1-42 peptide embeds itself into the membrane, and is modelled by a single population for high cholesterol levels (40 mol % cholesterol). In addition, the design and commissioning of the BerILL humidity chamber, a sample environment with precise temperature and humidity control compatible with neutron scattering experiments is presented.

This thesis work describes the role of Rab proteins in amyloid processing and clearance in different cell pathways. It also describes an experimental approach used to analyze the expression effects of Rab10 in amyloid beta production. Since the main theory behind neurodegeneration in Alzheimer's disease claims that high levels of amyloid beta 42 (Aβ42) molecules trigger widespread neuronal death, control of Aβ42 has been a main target in Alzheimer's disease research. In addition, several studies show increased levels of particular Rab proteins in Alzheimer's pathogenesis. However, no review consolidates current findings in neurodegeneration of Alzheimer's with Rab protein dysfunction. The first chapter of this thesis aims to address this need by providing a current review of Rab proteins associated with APP and neurodegeneration. The second chapter constitutes an experimental approach used to characterize the effects of Rab10 and Sar1A GTPases in APP and amyloid processing. We found that Rab10 expression does not affect APP production but significantly changes Aβ generation, particularly the toxic Aβ42 and Aβ42:40 ratio. On the other hand, we found no significant effect of Sar1A expression on either APP or amyloid beta generation. These findings partially confirm the work done by Kauwe et al (2015) and provide preliminary evidence for two potential targets for protective effects in neurodegeneration.

Diss. (sammanfattning) Umeå : Umeå universitet, 2009. / Härtill 4 uppsatser.

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Altersassoziiert entwickeln Hunde eine Erkrankung, die in vielen Aspekten der Alzheimer-Krankheit des Menschen ähnelt. Das canine kognitive Dysfunktionssyndrom äußert sich klinisch u.a. durch Desorientierung in vertrauter Umgebung, Vergessen von Kommandos und einen gestörten Schlaf-Wach-Rhythmus. Aus der Literatur ist bekannt, dass in den Gehirnen von alten Hunden regelmäßig Aβ- und selten Tauablagerungen zu beobachten sind. Allerdings erfolgte bisher kein Nachweis des hochgradig zytotoxischen und modifizierten pE3Aβ. Auch Veränderungen der mikroglialen Morphologie wurden bisher nicht beschrieben. Insgesamt lagen in dieser Studie 24 euthanasierte Rasse- und Mischlingshunde verschiedenen Alters vor. Fünf dieser Tiere besaßen ein durchschnittliches Alter von 2,1 Jahren und dienten als Kontrollgruppe. Die anderen 19 Hunde waren 8 bis 19 Jahre alt und wurden entsprechend ihrer Größe und des Gewichts in die drei Kategorien kleine (≤ 10 kg), mittelgroße (10 – 25 kg) und große Hunde (> 25 kg) unterteilt. Die Gehirne wurden aus den Schädeln präpariert und in 4 % Paraformaldehyd fixiert. Anschließend erfolgte die Präparation des frontalen und entorhinalen Kortex sowie der Hippokampusformation, die in 30%iger Saccharoselösung vitrifiziert und mittels Methylbutan bei -80 °C eingefroren wurden. Von den Regionen wurden Kryoschnitte mit einer Dicke von 40 µm angefertigt und diese anhand immunhistologischer Färbungen auf das Vorhandensein von Ablagerungen, bestehend aus den Amyloidsubtypen Aβ8-17 und pE3Aβ, sowie aus hyperphosphorylierten Tau, untersucht. Die Morphologie und das Aktivitätsstadium der Mikroglia wurden mit Antikörpern gegen Iba1 und TAL.1B5 analysiert. Zusätzlich erfolgte eine Untersuchung anhand des Filament Tracer. Stereologische Analysemethoden wurden zur Quantifizierung der Aβ-Ablagerungen und der Mikroglia angewandt. Disseminierte Plaques fanden sich bereits ab 9 Jahren. In den untersuchten Gehirnregionen von alten Hunden zeichnete sich ein progressiver Verlauf der Ablagerungen ab. Da insbesondere kleinere Hunde ein höheres Alter erreichten als mittelgroße und große Hunde konnten in dieser Kategorie vermehrt Plaques beobachtet werden. Den alten Tieren gemein war, dass in den untersuchten Gehirnregionen pE3Aβ-Plaques häufiger vorlagen als Plaques, die aus Aβ8-17 bestanden. Kleinere parenchymale und meningeale Gefäße des frontalen Kortex schienen besonders anfällig gegenüber pE3Aβ-Ablagerungen zu sein. Im entorhinalen Kortex von kleinen Hunden war die Menge an gefäßassoziierten Aβ8-17- und pE3Aβ-Ablagerungen annähernd gleich. Bei mittelgroßen und großen Hunden dominierte im entorhinalen Kortex und ventralen Hippokampus die Anzahl an gefäßassoziierten Aβ8-17-Ablagerungen. Bei kleinen Hunden existierten im ventralen Hippokampus signifikant mehr gefäßassoziierte Aβ8-17- als pE3Aβ-Ablagerungen. Hyperphosphoryliertes Tau fand sich in der Hippokampusformation von drei Hunden im Alter von 11 bzw. 15 Jahren. Der Schweregrad war unterschiedlich ausgeprägt, sodass nur ein Hund eine hochgradige Pathologie mit NFTs und neuritischen Plaques aufwies. Einhergehend mit dem Alter und einer assoziierten Proteinpathologie fanden sich Veränderungen der mikroglialen Morphologie. Neben ramifizierten Mikroglia lagen in den untersuchten Gehirnregionen aktivierte Mikroglia vor. Einige Mikroglia wiesen Zeichen einer Seneszenz auf und waren insbesondere in den Gehirnen von Hunden mit einer hochgradigen Aβ- bzw. Tau-Pathologie vorhanden. Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit dieser Studie eine nähere Charakterisierung des caninen kognitiven Dysfunktionssyndroms erfolgte. Die Befunde sind von hoher translationaler Bedeutung und fördern die Etablierung des Hundes als natürliches Modelltier zur Untersuchung von Alterungsprozessen des Gehirns und für die Erforschung des initialen Stadiums der Alzheimer-Krankheit. / Dogs develop an age-associated cognitive dysfunction syndrome with several aspects resembling Alzheimer\\\'s disease. Affected animals show signs of dis-orientation in their familiar surroundings, dementia, and a disturbed circadian rhythm. The underlying neurodegenerative disease is associated with patho-logic changes in the brain including regularly deposition of β-pleated amyloid and rarely hyperphosphorylated tau accumulation. However, there have been no reports of the highly cytotoxic and modified pE3Aβ in the canine brain. Equally, altered microglial morphology has not been documented so far. For this study 24 euthanized thoroughbred dogs and mongrels of different ages were available. Five of these animals had an average age of 2.1 years and served as control group. The remaining 19 dogs were 8 to 19 years old. Accor-ding to their height and weight these dogs were divided into 3 different categories including small (≤ 10 kg), medium (11 - 25 kg) and large dogs (> 25 kg). Brains were dissected from the skulls and fixed in 4 % paraformaldehyde. Afterwards the frontal and entorhinal cortex as well as the hippocampal for-mation were isolated, vitrificated in 30 % sucrose solution and frozen to -80 °C by methylbutane. These regions were sliced into 40 µm thick sections and subsequently stained by immunohistology in order to detect deposits of Aβ8-17, pE3Aβ and hyperphosphorylated tau, respectively. Antibodies against Iba1 and TAL.1B5 were used to analyze microglial morphology and activation status. Additionally further investigations were made with the Filament Tracer of Imaris software. Stereological analysis methods served for the quantification of Aβ depositions and microglia. Disseminated Aβ plaques were detected in dogs from 9 years on. Within the examined brain regions of elderly dogs a progressive course of Aβ depositions was observed. Especially small dogs had a longer lifespan than medium and large dogs with the result that more plaques were deposited in the brains of small dogs. Elderly dogs had in common that pE3Aβ-plaques where more often located in the examined brain regions than plaques containing Aβ8-17. Minor parenchymal and meningeal vessels seemed to be susceptible especially to pE3Aβ depositions. The amount of vessel-associated Aβ8-17 and pE3Aβ in the entorhinal cortex of small dogs was almost equal. Within the entorhinal cortex of medium and large dogs the amount of vessel-associated Aβ8-17 predominated. The ventral hippocampus of small dogs showed significantly more vessel-associated Aβ8-17 than pE3Aβ depositions. Hyperphosphorylated tau was present in the hippocampal formations of 3 dogs with an age of 11 and 15 years, respectively. The degree of severity varied with the result that only one dog showed a high-grade pathology with development of NFTs and neuritic plaques. Accompanied by age and associated protein pathology altered microglial morphology was detected. Alongside with ramified microglia, activated cells were identified in the examined brain regions. Several microglia showed signs of senescence and were present in the brains of dogs with severe Aβ and tau pathology. Summarizing, this study facilitated a further characterization of the canine cognitive dysfunction syndrome. The results are of highly translational importance and encourage the establishment of the dog as a natural animal model for studying age-associated processes and the initial stage of Alzheimer’s disease.