Die Demenz vom Alzheimer Typ ist eine primär degenerative Erkrankung des Gehirns, die heutzutage die häufigste Ursache für eine Demenzerkrankung darstellt. Sie ist pathologisch gekennzeichnet durch typische histologische fassbare zerebrale Veränderungen, Neurofibrillenbündel und amyloide Plaques, und einer ausgeprägten, kortikal betonten Hirnatrophie gekennzeichnet. Zu den wichtigsten klinischen Leitsymptomen zählen Gedächtnis- und Wortfindungsstörungen sowie eine zeitliche und örtliche Orientierungsstörung. Es werden zwei Formen unterschieden: Die seltene familiär autosomal- dominant vererbte Form mit frühem Beginn (Beginn vor dem 65. Lebensjahr) und die häufigste, die sporadische Form (Beginn nach dem 65. Lebensjahr), deren Ursache bis heute nicht vollständig geklärt ist. Zu den wichtigsten Risikofaktoren der sAD zählt neben einer positiven Familienanamnese vor allem das Alter. Mittlerweile konnten immer mehr Studien auch ein deutlich hohes Risiko für AD besonders für Patienten mit unbehandelter Hypertonie belegen. Inzwischen mehren sich seit längerer Zeit die Hinweise, dass ein wichtiger Zusammenhang zwischen der Entstehung von sAD und arterieller Hypertonie besteht. Ausgehend von der Hypothese, dass ein gestörter zerebraler Insulinmetabolismus pathogenetisch bedeutsam für die Entwicklung einer sAD ist, werden in der Literatur zudem gehirnspezifische Veränderungen in der Insulin/ IR-Signalkaskade bei sAD beschrieben, die daraufhin deuten, dass es sich bei sAD um eine neuroendokrine Störung handelt. Die vorliegende Studie beschäftigt sich nun mit der Frage, ob ein Zusammenhang zwischen metabolischen Syndrom (wie arterielle Hypertonie und Insulinresistenz) und sAD nachweisbar ist und ob Hypertonie gehirnspezifische Veränderungen in der in der Insulin/ IR-Signalkaskade hervorrufen und somit auf diesen Weg pathophysiologischen Prozesse einer sAD fördern kann. Um diesen Zusammenhang zu überprüfen, wurden in dieser Studie erstmals Spontan Hypertensive Ratten (SHR) als experimentelles Modell ausgewählt. Dabei wurden Veränderungen bezüglich der Insulinrezeptorkonzentration sowie weiterer Bestandteile der Insulin/ IR-Signalkaskade in Gehirnen von drei Monate alten SHR und altersentsprechenden Kontrollratten mittels Enzym- Linked-Immuno-Sorbent Assays (ELISA) untersucht und miteinander verglichen. In dieser Studie war sowohl insgesamt als auch in allen untersuchten Regionen mit Ausnahme des Hypothalamus eine Erniedrigung der IRβ - Konzentration und damit ein deutlicher Mangel an IR β im Hirngewebe der SHR nachweisbar. Die Resultate des IR pTyr –fielen mit einer insgesamt tendenziellen Reduktion der IR pTyr – Konzentration der SHR ähnlich aus, wobei es innerhalb der Hirnregionen regionale Konzentrationsunterschiede gab. Bezüglich der aktivierten PKB ergab sich eine erniedrigte Gesamtkonzentration im Hirngewebe der SHR, allerdings war beim Gruppenvergleich in den einzelnen Hirnregionen nur im Hippokampus ein eindeutig signifikanter Konzentrationsunterschied zwischen beiden Gruppen zu verzeichnen. Die GSK 3β - Gesamtkonzentration der SHR zeigte sowohl insgesamt als auch in Vergleich zur Kontrollgruppe eine deutliche Erniedrigung. Im Gegensatz hierzu war die GSK- 3β pSer- Gesamtkonzentrationen der SHR insgesamt leicht erniedrigt, beim Vergleich der vier verschiedenen Hirnregionen zeigten sich jedoch keine signifikanten regionalen Konzentrationsunterschiede. Ein eindeutiger statistischer Zusammenhang zwischen den Nüchtern- Blutzuckerspiegel, den Blutzuckerspiegel 30 Minuten nach Glukosetoleranztest und den jeweiligen Körpergewicht der SHR und den Bestandteilen der Insulinrezeptorsignalkaskade konnte in der vorliegenden Studie nicht beobachtet werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in den Gesamtproben der SHR signifikante Störungen in der Signaltransduktion des Insulin-/ Insulinrezeptorsystem nachgewiesen werden konnten, die in der Literatur für sAD als typisch beschrieben werden. Dies untermauert wiederum die Hypothese, dass es sich bei der sAD um eine neuroendokrine Störung mit gehirnspezifischen Fehlfunktionen in der Insulinrezeptorsignalkaskade handelt. Des Weiteren lässt diese Arbeit den Schluss zu, dass es einen möglichen Zusammenhang zwischen metabolischem Syndrom (wie arterielle Hypertonie und Insulinresistenz) und sAD gibt und Hypertonie ein bedeutsamer Risikofaktor für die Entwicklung einer sAD sein kann. Eine direkte Verbindung zwischen beiden Erkrankungen konnte jedoch nicht nachgewiesen werden. Weiterführende und ergänzende Untersuchungen mit zum Beispiel älteren SHR und zusätzlichen histopathologsichen Untersuchung werden jedoch notwendig sein, um diese Aussage zu bestätigen. / Recent human and animal studies indicate possible relationship between insulin resistance, hypertension and cognitive deficits, particular in dementia of Alzheimer type. Insulin and insulin receptors were shown to regulate not only glucose metabolism but insulin receptors also triggers complex signaling pathways in the brain. In addition, insulin receptor influences the accumulation of amyloid-ß and tau protein, the major neuropathological hallmarks of the memory loss in Alzheimer’s disease. In this study 3- month old spontaneously hypertensive rats (SHR) were used as a model, because these animals have showed to develop pathologies at metabolic, behavior and cognitive levels. The metabolic pathology is manifested as systemic insulin resistance; the cognitive pathology is manifested as learning and memory deficits. We aimed to investigate whether SHR develop central insulin resistance and whether they can be used as a possible model of certain type of dementia, such as Alzheimer’s disease. SHR demonstrated for example reduced insulin receptor ß- subunit expression but increased striatal and hippocampal insulin receptor ß activity as well as increased GSK 3ß expression compared to the control strain. The findings of this study indicate that SHR have a general deficit in brain insulin signaling pathways and might be considered also as a model of insulin resistance- induced dementia

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.

Alzheimer's disease (AD) is characterized by neuronal atrophy caused by soluble amyloid β protein (Aβ) peptide "oligomers" and a microglial-mediated inflammatory response elicited by extensive amyloid deposition in the brain. We show that CNI-1493, a tetravalent guanylhydrazone with established antiinflammatory properties, interferes with Aβ assembly and protects neuronal cells from the toxic effect of soluble Aβ oligomers. Administration of CNI-1493 to TgCRND8 mice overexpressing human amyloid precursor protein (APP) for a treatment period of 8 wk significantly reduced Aβ deposition. CNI-1493 treatment resulted in 70% reduction of amyloid plaque area in the cortex and 87% reduction in the hippocampus of these animals. Administration of CNI-1493 significantly improved memory performance in a cognition task compared with vehicle-treated mice. In vitro analysis of CNI-1493 on APP processing in an APP-overexpressing cell line revealed a significant dose-dependent decrease of total Aβ accumulation. This study indicates that the antiinflammatory agent CNI-1493 can ameliorate the pathophysiology and cognitive defects in a murine model of AD.

Context: Beta-site alpha-amyloid protein cleaving enzyme1 (BACE1) plays a key role in the pathogenesis of Alzheimer’s disease. Additional to its moderate expression in the brain, high levels of BACE1 mRNA were found in the pancreas. Murine Bace1 has been immunohistochemicaly detected at the apical pole of acinar cells within the exocrine pancreas of mice and Bace1 activity was observed in pancreatic juice. In vitro experiments revealed enteropeptidase as a putative substrate for Bace1 suggesting a role in acute pancreatitis.

Alzheimer's disease (AD) is characterized by neuronal atrophy caused by soluble amyloid β protein (Aβ) peptide "oligomers" and a microglial-mediated inflammatory response elicited by extensive amyloid deposition in the brain. We show that CNI-1493, a tetravalent guanylhydrazone with established antiinflammatory properties, interferes with Aβ assembly and protects neuronal cells from the toxic effect of soluble Aβ oligomers. Administration of CNI-1493 to TgCRND8 mice overexpressing human amyloid precursor protein (APP) for a treatment period of 8 wk significantly reduced Aβ deposition. CNI-1493 treatment resulted in 70% reduction of amyloid plaque area in the cortex and 87% reduction in the hippocampus of these animals. Administration of CNI-1493 significantly improved memory performance in a cognition task compared with vehicle-treated mice. In vitro analysis of CNI-1493 on APP processing in an APP-overexpressing cell line revealed a significant dose-dependent decrease of total Aβ accumulation. This study indicates that the antiinflammatory agent CNI-1493 can ameliorate the pathophysiology and cognitive defects in a murine model of AD.

Das Surfactant-Protein C (SP-C) moduliert die Rheologie der Liquor cerebrospinalis (CSF). Während des Alterns geht sein abnehmender Spiegel mit einer erhöhten Belastung durch Läsionen der weißen Substanz einher. Pulmonale SP-C-Zwischenprodukte, die die BRICHOS-Domäne enthalten, verhindern Proteinfehlfaltung in der Lunge. So könnten zerebrale SP-C-Zwischenprodukte der zerebralen β-Amyloidose, einem Kennzeichen der Alzheimer-Krankheit, entgegenwirken. Es fehlen jedoch Daten über die molekulare Neuroanatomie von SP-C und seine Veränderungen in Wildtyp- und triple-transgenen (3xTg) Mäusen, die wesentliche Elemente der AD-Neuropathologie aufweisen. In dieser Studie wurden daher SP-C-haltige Strukturen im Vorderhirn von Mäusen und ihre räumlichen Beziehungen zu vaskulären, glialen und neuronalen Komponenten der neurovaskulären Einheit untersucht. Durch Fluoreszenzmarkierung wurde neuronales SP-C in der medialen Habenula, dem Indusium griseum und dem Hippocampus nachgewiesen. Die Glia-Gegenfärbung zeigte Astrozyten im Corpus callosum, die SP-C und S100β gemeinsam exprimieren. Insbesondere waren perineuronale Netze mit SP-C im Nucleus reticularis thalami, im lateralen Hypothalamus und im retrosplenialen Kortex assoziiert. Im Hippocampus älterer 3xTg-Mäuse wurden neben AD-ähnlichen Läsionen vermehrt punktförmige Ablagerungen gefunden, die SP-C und Reelin enthielten, aber keine BRICHOS-Immunreaktivität aufwiesen. Wildtyp- und 3xTg-Mäuse zeigten eine altersabhängige Zunahme solcher Ablagerungen, die bei etwa 24 Monate alten 3xTg-Mäusen deutlich ausgeprägt war. Die SP-C-Konzentrationen in den intra- und extrazellulären Kompartimenten jeder Gruppe zeigten eine umgekehrte Korrelation zwischen SP-C und Reelin, wobei insbesondere bei 3xTg-Mäusen eine altersabhängige Abnahme von SP-C und eine Zunahme von Reelin zu beobachten war. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass extrazelluläres SP-C als Modulator der glymphatischen Clearance und potenzieller Ligand von PNs während des Alterns bei 3xTg-Mäusen abnimmt.:Inhaltsverzeichnis 1. Einführung...........................................................................................................1 2. Grundlagen .........................................................................................................4 2.1 Alzheimersche Erkrankung ...............................................................................4 2.2 Glymphatisches System....................................................................................6 2.3 Surfactant-Protein C..........................................................................................8 3. Zielsetzung..........................................................................................................12 4. Material und Methoden .......................................................................................13 4.1 Versuchstiere ....................................................................................................13 4.2 Gewebeaufbereitung für die Histochemie .........................................................14 4.3 Immunhistochemische Färbungen ....................................................................14 4.4 SP-C, gliale und neurovaskuläre Marker............................................................15 4.5 Doppelfärbungen in Kombination mit der Cy2-Markierung von SP-C................16 4.6 Mikroskopie und Bildgebung ..............................................................................17 4.7 Semiquantifizierung der SP-C-Ablagerungen im Hippokampus ........................18 4.8 Biochemische Analyse des SP-C- und Reelin-Gehalts in Mäusehirnen.............19 4.9 Statistische Auswertung der ELISA-Ergebnisse.................................................20 5. Ergebnisse ...........................................................................................................22 5.1 Qualitative Analyse der SP-C-Verteilung im Vorderhirn von Mäusen.................22 5.2 Semiquantitative Auswertung hippokampaler SP-C-Ablagerungen ..................39 5.3 Quantitative Analyse des SP-C- und Reelin-Gehalts in Mäusehirnen...............41 6. Diskussion............................................................................................................52 6.1 Technische Betrachtungen.................................................................................52 6.2 SP-C bei Drainage und Amyloidogenese ..........................................................53 6.3 SP-C und gliale Marker .....................................................................................55 6.4 SP-C und perineuronale Netze .........................................................................56 7. Zusammenfassung der Arbeit .............................................................................58 8. Literaturverzeichnis..............................................................................................63 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit..........................................80 Lebenslauf................................................................................................................81 Danksagung ............................................................................................................83

Context: Beta-site alpha-amyloid protein cleaving enzyme1 (BACE1) plays a key role in the pathogenesis of Alzheimer’s disease. Additional to its moderate expression in the brain, high levels of BACE1 mRNA were found in the pancreas. Murine Bace1 has been immunohistochemicaly detected at the apical pole of acinar cells within the exocrine pancreas of mice and Bace1 activity was observed in pancreatic juice. In vitro experiments revealed enteropeptidase as a putative substrate for Bace1 suggesting a role in acute pancreatitis.

Bibliographische Beschreibung Fabian Pelkner Titel der Dissertationsschrift: Die Expression der Chemokinrezeptoren CXCR7 und CXCR4 in Astrozyten während der Entwicklung und unter pathologischen Bedingungen Universität Leipzig, Publikationspromotion 53 Seiten, 94 Literaturangaben, 1 Publikation Referat Das Chemokin SDF-1/CXCL12 und seine Rezeptoren CXCR4 und CXCR7 sind entscheidend an der normalen Hirnentwicklung, der Aufrechterhaltung der Hirnhomoöstase und an diversen Pathologien des zentralen Nervensystems (ZNS) beteiligt. In dieser Arbeit sollte das Expressionsmuster der beiden Chemokinrezeptoren CXCR4 und CXCR7 in Astrozyten während der Hirnentwicklung und in unterschiedlichen ZNS Erkrankungen analysiert und verglichen werden. Des Weiteren sollte untersucht werden, welche unter pathologischen Bedingungen freigesetzten Mediatoren bzw. assoziierten Prozesse an der Regulation der Rezeptorexpression beteiligt sind. Die Rezeptorexpression wurde mittels Immunhistochemie charakterisiert und verglichen. Astrozyten wurden durch Detektion des sauren Gliafaserproteins (GFAP) identifiziert. Die Analyse erfolgte an ZNS-Gewebeschnitten von Sprague-Dawley-Ratten unterschiedlicher Entwicklungsstadien, sowie von Tieren mit induziertem Hirninfarkt, induzierter Rückenmarksquetschung und experimenteller Autoimmun-Encephalomyelitis. Als humane Pathologien standen ZNS-Gewebeproben von Verstorbenen mit Morbus Alzheimer und ischämischem Hirninfarkt zu Verfügung. Der Einfluss pathologieassoziierter Faktoren auf die Regulation des astrozytären Rezeptorstatus wurde an kultivierten primären Astrozyten mittels Western Blot Analyse untersucht. Am Embryonaltag 18 (E18) zeigten sich CXCR7+/GFAP+-Zellen in der ventrikulären/subventrikulären Zone, während CXCR4 in GFAP+-Zellen nicht nachweisbar war. Im frühen postnatalen (P2) und im adulten Gehirn waren sowohl CXCR7+- als auch CXCR4+-Astrozyten vor allem auf die Membrana glialis limitans superficialis beschränkt. Alle untersuchten Hirnpathologien waren durch eine deutliche Zunahme der astrozytären Expression von CXCR7, nicht aber von CXCR4 charakterisiert. Als expressionsregulierende Faktoren konnten das anti inflammatorische Zytokin Interferon-β (IFN-β), das pro inflammatorische Zytokin Interferon-γ (IFN-γ) und Hypoxie identifiziert werden. Dabei nahm die Expression von CXCR7 in kultivierten Astrozyten nach Behandlung mit IFN γ sowie unter hypoxischen Bedingungen zu, nach Behandlung mit IFN-β jedoch ab. Die astrozytäre CXCR4 Expression blieb unter allen untersuchten experimentellen Bedingungen unbeeinflusst. Die erhaltenen Befunde unterstützen die zuvor aufgrund von in-vitro-Befunden formulierte Hypothese, wonach das SDF-1-Signal in Astrozyten ausschließlich über CXCR7 vermittelt wird. Weiterhin legen die Befunde die Vermutung nahe, dass die astrozytäre CXCR7 Expression eine zentrale Rolle bei der Astrogliose spielen könnte und damit auch modulierend auf den Verlauf verschiedener Hirnerkrankungen wirkt.

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