Schlüsselfunktion der Mitochondrien in der Pathogenese der Alzheimer-Demenz

Die Alzheimer-Demenz (AD) ist gekennzeichnet durch extrazelluläre Ablagerungen des Amyloid-beta-Peptids (Aß), durch neurofibrilläre Bündel bestehend aus dem Tau-Protein, massiven Neuronenverlust und synaptische Dysfunkti
Die Alzheimer-Demenz (AD) ist gekennzeichnet durch extrazelluläre Ablagerungen des Amyloid-beta-Peptids (Aß), durch neurofibrilläre Bündel bestehend aus dem Tau-Protein, massiven Neuronenverlust und synaptische Dysfunktion. Weiterhin ist bekannt, dass mitochondriale Dysfunktion sowie ein gestörter NO-Stoffwechsel eine entscheidende Rolle bei der AD spielen. Um genauere Informationen über die Ursache der mitochondrialen Dysfunktion zu erhalten, wurden akute, chronische und dosisabhängige Effekte von Aß auf die NO-Produktion und die mitochondriale Funktion untersucht. Als Zellkulturmodelle standen PC12- und HEK-Zellen zur Verfügung, die entweder mit humanem Wildtyp-APP (APPwt) oder mit der schwedischen Doppelmutation im APP-Gen (APPsw) stabil transfiziert waren. APPsw-PC12-Zellen wiesen Aß-Spiegel im pikomolaren Bereich auf. Im Vergleich dazu hatten APPsw-HEK-Zellen ca. 20fach erhöhte Aß-Spiegel im niedrig-nanomolaren Bereich. Interessanterweise wiesen sowohl APPsw-PC12- als auch APPsw-HEK-Zellen im Vergleich zu den jeweiligen Kontrollzellen signifikant erhöhte NO-Spiegel auf. Dies ging in beiden Zellsystemen mit signifikant erniedrigten ATP-Spiegeln einher. Die Inkubation untransfizierter Zellen mit extrazellulärem Aß1-42 führte nur zu einem schwachen Anstieg der NO-Spiegel und zu einem leichten Abfall der ATP-Spiegel. Dies weist darauf hin, dass in erster Linie intrazelluläre Aß-Effekte den NO-Anstieg und die ATP-Reduktion bewirken. Die 48-stündige Inkubation mit dem gamma-Sekretasehemmstoff DAPT führte zur beinahe vollständigen Normalisierung der NO- und ATP-Spiegel in APP-transfizierten PC12- und HEK-Zellen. Das stützt die Hypothese, dass der gestörte NO-Stoffwechsel und die mitochondriale Dysfunktion durch Aß-Anreicherungen hervorgerufen werden und nicht durch eine Überexpression von APP. Passend zu den reduzierten ATP-Spiegeln zeigten APPsw-PC12-Zellen eine signifikant erniedrigte Cytochrom-C-Oxidase-Aktivität. Des Weiteren konnte APP in Mitochondrien von APPsw-PC12-Zellen nachgewiesen werden. Die Reduktion der ATP-Spiegel und die verminderte Cytochrom-C-Oxidase-Aktivität können also zum einen durch die Aß-bedingten erhöhten NO-Spiegel und zum anderen durch die Anwesenheit von APP bzw. Aß im Mitochondrium hervorgerufen werden. Auf der Ebene des mitochondrialen Membranpotentials wiesen die beiden Zelllinien stark unterschiedliche Ergebnisse auf. APPsw-PC12-Zellen zeigten unter basalen Verhältnissen ein leicht hyperpolarisiertes mitochondriales Membranpotential, was auf einen Gegenregulationsmechanismus hinweist. APPsw-HEK-Zellen wiesen bereits basal ein signifikant erniedrigtes mitochondriales Membranpotential auf. Nach Inkubation mit dem gamma-Sekretasehemmstoff DAPT normalisierte sich sowohl die Hyperpolarisation des mitochondrialen Membranpotentials in APPsw-PC12-Zellen als auch die Depolarisation in APPsw-HEK-Zellen. Anhand der in dieser Arbeit gewonnenen Daten konnte ein Modell sowohl für die sporadische als auch für die familiäre AD entwickelt werden. APPsw-PC12-Zellen spiegeln hierbei die pathogenen Mechanismen in Patienten mit sporadischer AD wider, wohingegen APPsw-HEK-Zellen die initialen Veränderungen bei Patienten mit familiärer AD aufzeigen. Mitochondriale Fehlfunktion und ein gestörter NO-Stoffwechsel stellen entscheidende initiale Pathomechanismen bei AD dar. Innerhalb der Gruppe der Antidementiva konnte gezeigt werden, dass sowohl Ginkgo-biloba-Extrakt als auch Piracetam schützende Effekte auf die mitochondriale Funktion ausüben. Aufgrund der wichtigen Rolle von mitochondrialer Fehlfunktion in der Pathogenese der Alzheimer Demenz stellen Ginkgo-biloba-Extrakt und Piracetam zwei sehr interessante Präventions- und Therapieoptionen bei Patienten mit leichten kognitiven Störungen bzw. bei Patienten mit AD dar.
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Metadaten
Author:Uta Keil
URN:urn:nbn:de:hebis:30-0000007449
Referee:Walter E. Müller
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2005/05/09
Year of first Publication:2005
Publishing Institution:Univ.-Bibliothek Frankfurt am Main
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Univ.
Date of final exam:2005/03/29
Release Date:2005/05/09
Tag:Ginkgo-biloba-Extrakt ; schwedische Doppelmutation
SWD-Keyword:Alzheimer-Krankheit ; Amyloid <beta-> ; Energiestoffwechsel ; Mitochondrium ; Oxidativer Stress ; Piracetam; Zellkultur
HeBIS PPN:128358769
Institutes:Pharmazie
Dewey Decimal Classification:540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License Logo Veröffentlichungsvertrag für Publikationen

$Rev: 11761 $