Untersuchung des Einflusses von APP-Spaltprodukten auf eine chemisch induzierte Langzeitpotenzierung mit Hilfe FRET-basierter Biosensoren

Abstract

Die Alzheimer Demenz ist eine neurodegenerative Erkrankung, bei der es zur Störung der Gedächtnis- und Lernfunktion, bzw. dessen zellulären Korrelat der Langzeitpotenzierung (LTP), kommt. Dabei scheint das Amyloid-beta (Aβ) eine entscheidende Rolle in der Pathogenese der Erkrankung zu spielen. Aber auch andere Derivate des Amyloidvorläuferproteins (APP) wie die lösliche α- und β-Form des Proteins (sAPPα und sAPPβ) werden immer mehr in Betracht gezogen die Gedächtnisfunktion ebenfalls zu beeinflussen. Dabei sind die genauen Wirkmechanismen all dieser Proteine bisher jedoch noch nicht vollständig geklärt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher mit Hilfe von zwei Förster-Resonanzenergietransfer (FRET) basierten Biosensoren zu untersuchen wie sich die Phosphorylierung der extracellular signal-regulated Kinase (ERK) und des cAMP responsive element binding Protein (CREB), zweier bedeutender Kinasen der LTP, durch die Behandlung mit sAPPα, sAPPβ und Aβ verändert. Dabei ließen sich zunächst Unterschiede in der Phosphorylierung feststellen, abhängig von dem zur Induktion der LTP verwendtem Stimulans. So fällt die Phoyphosphorylierung durch die Stimulation mit KCl geringer aus als durch die Stimulation mit Glutmat. Anschliessend wurde die Wirkung der verschiedenen Peptide auf die durch KCl oder Glutamat induzierte Phosphorylierung von ERK und CREB untersucht. Dabei zeigte sich, dass es durch sAPPα sowohl für ERK als auch für CREB zu einer Erhöhung der Phosphorylierung kommt, sowohl unter Stimulation mit Glutamat ebenso wie unter Stimulation mit KCl. Durch sAPPβ zeigte sich eine Abnahme der Phosphorylierung von ERK nach Stimulation mit Glutamat und eine Zunahme nach Stimulation mit KCl. Für CREB zeigte sich keine Änderung nach Behandlung mit sAPPβ und Stimulation mit Glutamat und eine Erhöhung nach Stimulation mit KCl. Im Gegensatz dazu lässt sich durch die Behandlung mit Aβ eine Abnahme nicht nur für ERK, sondern auch für CREB beobachten. Die hier beschriebenen Beobachtungen sind konsistent mit anderen Studien, die eine neuroprotektive und LTP fördernde Wirkung von sAPPα und eine LTP hemmende Wirkung von Aβ postulieren. Für sAPPβ konnte erstmalig ein Einfluss auf die Phosphorylierung von ERK und CREB und damit auf die LTP gezeigt werden. Die Wirkung ist dabei abhängig vom Stimulationsreagenz sowohl phosphorylierungsfördernd und -hemmend. Insgesamt konnte nicht nur bestätigt werden, dass sAPPα, sAPPβ und Aβ die LTP über eine Änderung der Phosphorylierung von ERK und CREB beeinflussen, sondern jeweils auch eine zeitliche Dynamik der Änderung aufgezeigt werden, die es ermöglicht genauere Rückschlüsse auf die Pathomechanismen der Alzheimer Demenz zu ziehen