Despite much advancement in our understanding of its pathobiology, there is no cure for Alzheimer's disease (AD), a devastating neurodegenerative disorder affecting more than 35 million people world-wide. At diagnosis, the brains of AD patients are already severely damaged and display massive accumulation of intraneuronal neurofibrillary tangles and extracellular amyloid plaques. Amyloid plaques are composed of aggregated, insoluble amyloid beta peptide (Abeta), which is known to be highly neurotoxic. At this stage, AD drugs can only delay, but not arrest, the progression of the disease, likely because the neuronal damage is already beyond rescue.It is currently accepted that, for any pharmacological agent to achieve efficacy, the treatment should be initiated prior to extensive central nervous system (CNS) damage, possibly in pre-clinical stages. A better understanding of the earliest events occurring in the pre-clinical phase of the disease is therefore a priority. Unfortunately, the study of pre-clinical stages in AD is complicated by the lack of biomarkers signalling the conversion from non cognitive impairment to AD. On the other hand, transgenic (Tg) models of the AD-like amyloid pathology represent a very suitable model to investigate the progression of the disease.In these studies, we took advantage of our newly generated Tg model of AD-like amyloid pathology, coded McGill-Thy1-APP mice to identify early pathological events preceding plaque deposition. We first examined the cognitive status of the animals and demonstrated that cognitive impairments occur prior to plaque deposition. Such deficits were associated with a paradoxical up-regulation of cholinergic pre-synaptic boutons. Prior to plaque deposition we also described the occurrence of intraneuronal Abeta-immunoreactive material. Furthermore, using oligomeric specific antibodies, we found that the intraneuronal Abeta material was in large part composed of Abeta-oligomers. To further elucidate the mechanisms involved in the early neuronal dysfunction, we characterized the occurrence of inflammation in young, pre-plaque mice. We started by confirming the occurrence of the well known, plaque-associated microglial activation in old, 13-14 months old Tg mice. In young, pre-plaque mice we observed a moderate, but significant up-regulation of inflammatory enzymes (iNOS, inducible nitric oxide synthase) and membrane bound receptors (CD40 and MHC-II); the neuronal marker COX-2 was also found to be up-regulated. Furthermore, we observed that microglial cells at this age display an activated morphology and are specifically associated with Abeta-oligomers burdened neurons. Finally, the anti-inflammatory drug minocycline was administered to 2-month old mice for one month, till the age of 3 months, thus in the absence of any amyloid plaque deposition. This protocol allowed us to investigate the role of inflammation in the early, pre-plaque stage of the disease. We found that, besides correcting neuroinflammation, minocycline significantly reduced the levels of amyloid precursor protein and APP-immunoreactive fragments, including C-terminus fragments (CTF). Furthermore, we observed that minocycline reduced the levels and activity of BACE, which were up-regulated in Tg animals compared to Non Tg.Taken together, our results showed that intracellular accumulation of Abeta-oligomers per se, prior to plaque deposition, is sufficient to trigger a number of CNS alterations. Amongst these, microglial activation appears to be, at least in its earliest manifestation, a key player in APP processing. We suggest that neuroinflammation in pre-clinical stages of AD might represent a suitable target for the discovery of novel preventive agents and/or early diagnostic markers. / Il n'existe aucun remède pour la maladie de Alzheimer (MA), une condition neurodégénérative dévastatrice, qui attaque plus de 35 millions de personnes dans le monde entier. Lorsque cette maladie est diagnostiquée, le cerveau des patients est déjà gravement endommagé et montre l'accumulation d'enchevêtrements neurofibrillaires intracellulaires et des plaques amyloïdes extracellulaires. Les plaques amyloïdes sont composées d'agrégats insolubles de la protéine beta amyloïde (Abeta) qui est neurotoxique. Il est actuellement admis que, pour obtenir un résultat thérapeutique, il faudrait commencer le traitement pharmacologique dans les premiers stades de la maladie, lors de la période pré-clinique, avant que les dommages neuronaux deviennent irrécupérables. Une meilleure compréhension des événements survenant dans ces premiers stades de la maladie est donc une priorité. Malheureusement, l'étude de ces stades pré-cliniques est compliquée par l'absence de biomarqueurs indiquant la conversion du stade sans troubles cognitifs à MA. Ainsi, les modèles transgéniques (Tg) de la pathologie amyloïde similaires à MA représentent des modèles très appropriés pour étudier l'évolution de la maladie.Afin d'étudier les premiers événements pathologiques survenant avant l'accumulation des plaques, nous avons profité d'un modèle Tg nouvellement généré dans notre laboratoire et nommé McGill-Thy1-APP. Nous avons d'abord examiné l'état cognitif des souris Tg et nous avons démontré que les troubles cognitifs précèdent l'accumulation des plaques. Nous avons aussi démontré qu'une augmentation paradoxale de boutons cholinergiques accompagnait les troubles cognitifs chez ces animaux. Avant l'apparition des plaques, nous avons décrit la survenance de matériel intraneuronal immunoréactif pour l'Abeta. Par ailleurs, en utilisant des anticorps spécifiques pour les formes oligomériques, nous avons constaté que le matériel intraneuronal est en grande partie composé d'oligomères de l'Abeta.Pour élucider si les mécanismes impliqués dans la dysfonction neuronale précèdent l'accumulation de plaques, nous avons caractérisé l'apparition de l'inflammation chez les jeunes souris Tg, avant qu'elles montrent des plaques. Nous avons d'abord confirmé l'apparition de l'activation microgliale associée avec les plaques amyloïdes chez les vieilles souris Tg de 13-14 mois. Chez les jeunes souris pré-plaques, nous avons observé une augmentation modérée mais significative des enzymes (iNOS et COX-2) et des récepteurs de membranaires (CD40 et CMH-II) inflammatoires. Par ailleurs, nous avons observé que les cellules microglies à cet âge affichent une morphologie activée et sont spécifiquement associées à des neurones contenant des oligomères de l'Abeta.Enfin, la minocycline (un médicament anti-inflammatoire) a été administrée à des souris âgées de deux mois pour un mois (jusqu'à l'âge de 3 mois) donc en l'absence de tout dépôt de plaques amyloïde. Ce protocole nous a permis d'étudier le rôle de l'inflammation dans les premiers stades de la maladie, avant le dépôt de plaques. Nous avons constaté que, outre la correction de la neuroinflammation, la minocycline réduit considérablement les niveaux de la protéine précurseur de l'amyloïde (APP) et les fragments connexes avec l'APP, y compris les fragments du carboxy terminaux. Par ailleurs, nous avons observé que la minocycline réduit les niveaux et l'activité de BACE.Ensemble, nos résultats montrent que l'accumulation intracellulaire des oligomères de l'Abeta en soi, avant le dépôt de plaques, est suffisante pour déclencher des modifications du SNC. Parmi ces derniers, l'activation microgliale semble avoir, du moins dans sa première manifestation, un rôle fondamental dans le métabolism de l'APP. Nous suggérons que la neuroinflammation dans les stades pré-cliniques de la MA pourrait représenter une cible appropriée pour la découverte de nouveaux agents préventifs et/ou de marqueurs diagnostiques.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.106441 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Ferretti, Maria Teresa |
| Contributors | Claudio Cuello (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Pharmacology & Therapeutics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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